重量法測(cè)定連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣中碳的動(dòng)力學(xué)曲線

李 哲，周春艷，關(guān)姜鑫，馬 麗

（石鋼京誠裝備技術(shù)有限公司質(zhì)量管理部，遼寧 營口 115004）

隨著工業(yè)發(fā)展水平的逐步提高，一個(gè)國家的鋼鐵行業(yè)技術(shù)水平的高低，取決于連鑄技術(shù)的水平。連鑄發(fā)展到今天這個(gè)水平，可以說保護(hù)渣技術(shù)起到極為關(guān)鍵的作用。

目前我國從事保護(hù)渣基礎(chǔ)研究的單位不多，保護(hù)渣生產(chǎn)廠基礎(chǔ)研究缺少技術(shù)人員和資金支持，特別是合金鋼連鑄保護(hù)渣的研制生產(chǎn)難度大，需求量少，開發(fā)研究工作明顯不足。目前國內(nèi)保護(hù)渣生產(chǎn)廠普遍缺乏必備的檢測(cè)手段，有些生產(chǎn)廠連最基本的熔點(diǎn)（粘度和化學(xué)成分等都不能檢測(cè)；全靠經(jīng)驗(yàn)生產(chǎn)。造成保護(hù)渣的穩(wěn)定性差，給連鑄生產(chǎn)帶來很多困難。

最直觀評(píng)價(jià)保護(hù)渣的方法，就是保護(hù)渣的消耗量和液渣層厚度。隨著我國連續(xù)鑄鋼的迅速發(fā)展，連鑄品種不斷擴(kuò)大以及新連鑄機(jī)的投產(chǎn) "經(jīng)常會(huì)遇到如何選擇保護(hù)渣和評(píng)價(jià)保護(hù)渣的問題。因?yàn)檫B鑄保護(hù)渣的通用性很差，又沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) "即使選擇澆注鋼種和斷面相同的保護(hù)渣。但由于拉速，鋼水質(zhì)量和設(shè)備參數(shù)的不同，同樣不能生產(chǎn)出表面質(zhì)量好的鑄坯。如果保護(hù)渣選擇不當(dāng)，不僅造成鑄坯表面缺陷多，修磨量大；而且使連鑄工藝難以順行，事故頻繁，嚴(yán)重時(shí)連鑄無法進(jìn)行。所以對(duì)連鑄保護(hù)渣的選擇應(yīng)給予充分重視。文章提出利用重量法測(cè)定碳的動(dòng)力學(xué)曲線：可研究連鑄過程中結(jié)晶器保護(hù)渣中碳料在低于1100℃空氣中的高溫氧化行為。結(jié)果表明：碳在815℃的氧化動(dòng)力學(xué)曲線符合拋物線規(guī)律；C的氧化符合冶金多相反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)的最基本模型。該法簡潔，可用于保護(hù)渣的評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)原理

文獻(xiàn)認(rèn)為固體碳的燃燒是沿著整體表面均勻地進(jìn)行，反應(yīng)為一級(jí)高溫下，碳主要是與氧反應(yīng)。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 主要儀器和試劑

碳分析儀，天平，馬弗爐。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）將試樣混合均勻，用試驗(yàn)機(jī)壓制成Ф36 mm×50mm的圓柱體。

（2）將試樣放入烘箱內(nèi)，在110℃下烘干24 h。（3）稱重。

（4）將試樣放入試驗(yàn)爐內(nèi)，爐溫：815℃，恒溫5、10、15、20、25、30 min，取出后至室溫，稱量。

（5）將試樣再次放入試驗(yàn)爐內(nèi)，保溫4 h，稱重，再保溫，至恒重。

（6）對(duì)部分燒結(jié)試樣進(jìn)行XRF分析。

3 結(jié)果與討論

選用國外引進(jìn)的低、高碳保護(hù)渣及國內(nèi)某廠家提供的一種適用于中碳鋼的預(yù)熔型保護(hù)渣。所有廠家均以商家秘密為由不提供其化學(xué)成分。采用X-ray熒光（XRF）光譜其提供的理化指標(biāo)見表1。

表1 化學(xué)成分的XRF分析結(jié)果

等溫曲線結(jié)果顯示其形態(tài)具有指數(shù)函數(shù)的形態(tài)，文章試驗(yàn)保護(hù)渣在15min內(nèi)碳的揮發(fā)速度較快，約有60%的［C］揮發(fā)，隨后碳的揮發(fā)速度較為緩慢。表明該保護(hù)渣中的碳的由表層至內(nèi)的揮發(fā)隨著時(shí)間的延長愈來愈受碳的氧化反應(yīng)的擴(kuò)散步驟控制。同時(shí)也觀察揮發(fā)后殘留物沒有產(chǎn)生400～600℃燒結(jié)。這都說明該保護(hù)渣在未熔化的粉渣層（slag power）中的碳起到了控制熔化速率的作用。利用該曲線可鑒別其它來源保護(hù)渣的差別，也可起到控制保護(hù)渣質(zhì)量的作用。

由其等溫曲線可見，當(dāng)t≤35 min，C低≥C高≥C中，當(dāng)t≥35 min，則有如下關(guān)系成立：C高≥C低≥C中。表明在此時(shí)間區(qū)間內(nèi)，中碳保護(hù)渣的抗氧化能力最強(qiáng)，高碳次之，低碳最弱。

圖1 保護(hù)渣國體碳的等溫動(dòng)力學(xué)曲線

保護(hù)渣成分中含有混合配碳。保護(hù)渣的炭質(zhì)材料種類（中超炭黑、半補(bǔ)強(qiáng)炭黑、鱗片石墨、土狀石墨和焦炭）及含量對(duì)燒結(jié)性能有很大的影響。保護(hù)渣中的碳對(duì)煉鋼過程中有絕熱保溫作用，主要靠粉渣層厚度和物理性來實(shí)現(xiàn)，由于碳開始氧化溫度較低，氧化速度較快，所以碳在渣層中溫度較低的區(qū)域內(nèi)有很強(qiáng)的控制效率；而對(duì)于（石墨）碳則在高溫區(qū)有很強(qiáng)的控制能力。

動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，C在低、中、高碳保護(hù)渣中的氧化速度與C在渣中含量，及其它保護(hù)渣組分相關(guān)性很大，即動(dòng)力學(xué)曲線的測(cè)定可近似了解保護(hù)渣在低、中溫區(qū)固渣層控制渣熔化速度的狀況，以便判斷或調(diào)整保護(hù)渣的性能。