薄板坯連鑄保護(hù)渣冶金性能實(shí)驗(yàn)研究

1、薄板坯連鑄保護(hù)渣冶金性能實(shí)驗(yàn)研究摘要:對(duì)5種薄板坯連鑄保護(hù)渣化學(xué)成分、熔化溫度、熔化速度、結(jié)晶溫度和礦物組成進(jìn)行了試驗(yàn)研究和理論分析，結(jié)果表明現(xiàn)行薄板坯連鑄保護(hù)渣熔化溫度為10571131，熔化速度為19.361.1s，結(jié)晶溫度為10581142，凝固渣樣的礦物組成以硅灰石和少量黃長(zhǎng)石為主，且隨著堿度的提高，渣樣的玻璃化率急劇降低。綜合各種性能氟工藝要求，渣A除熔化速度需要調(diào)整外，其它性能均較適于薄板坯連鑄需要。 關(guān)鍵詞:薄板坯連鑄；保護(hù)渣；冶金性能；實(shí)驗(yàn)研究因此國(guó)內(nèi)在短短幾年內(nèi)先后投產(chǎn)了7條薄板 薄板坯連鑄連軋是上個(gè)世紀(jì)末期才逐步成熟起來(lái)的一項(xiàng)冶金工藝，除高的生產(chǎn)效率和低的能源消耗等優(yōu)點(diǎn)外，

2、其高質(zhì)量的板帶產(chǎn)品更是對(duì)于調(diào)整我國(guó)的鋼材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高板材比具有非常大的吸引力。坯連鑄連軋生產(chǎn)線，其中薄板坯連鑄工藝是重要的組成部分，它決定著最終產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。結(jié)晶器保護(hù)渣則是薄板坯連鑄中的關(guān)鍵技術(shù)和重要材料，起著潤(rùn)滑鑄坯、改善傳熱和吸附夾雜的冶金作用，因此在引進(jìn)生產(chǎn)線的同時(shí)，各企業(yè)也非常重視結(jié)晶器保護(hù)渣的選型和使用，但各企業(yè)生產(chǎn)中都發(fā)生了與保護(hù)渣有關(guān)的質(zhì)量和運(yùn)行問(wèn)題，如鑄坯表面出現(xiàn)縱裂、發(fā)生漏鋼事故等。文中就是針對(duì)這種情況，采集了5種薄板坯連鑄生產(chǎn)中使用的保護(hù)渣進(jìn)行了試驗(yàn)研究和理論分析，根據(jù)工藝要求提出了現(xiàn)行保護(hù)渣的改進(jìn)方案，并為薄板坯連鑄保護(hù)渣的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。1 保護(hù)渣化學(xué)成分

3、對(duì)保護(hù)渣成品渣樣和渣膜渣樣進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果示于表1。表1 保護(hù)渣化學(xué)成分渣樣號(hào)RwB/%SiO2CaONa2OAl2O3FCToalCFreeA0.8634.2529.5214.13.334.795.693.34B1.0930.1733.518.694.458.658.190.21C1.1829.9135.738.374.538.359.080.43D0.80-0.9135.4029.00-31.002.00-3.506.00-7.505.50-7.503.50-5.00E1.19-1.3724.00-26.0031.00-33.006.50-8.002.50-4.006.00-7.50

4、12.50-14.0010.00-11.502 保護(hù)渣熔化特性研究2.1 研究方法及實(shí)驗(yàn)裝置 采用RDS-04全自動(dòng)爐渣熔點(diǎn)熔速測(cè)定儀對(duì)薄板坯連鑄保護(hù)渣熔化溫度和熔化速度進(jìn)行研究。應(yīng)用試樣變形法測(cè)定試樣變形量與溫度的關(guān)系，其中試樣開始變形的溫度定為初始熔化溫度，試樣高度降為原高度的1/2呈半球形時(shí)的溫度定為半球點(diǎn)溫度，即保護(hù)渣的熔化溫度，試樣全部變?yōu)橐后w時(shí)即渣柱高度降為原高度的1/4時(shí)的溫度定為流動(dòng)溫度。2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論 表2為各渣樣熔化溫度的實(shí)測(cè)值。其中渣A、渣D熔化溫度分別為1057和1064，可以使保護(hù)渣在結(jié)晶器內(nèi)彎月面保持良好的熔融狀態(tài)，而且使結(jié)晶器長(zhǎng)度方向上的鑄坯凝固坯殼表面的

5、渣膜處于液態(tài)，有利于改善鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的潤(rùn)滑狀況，降低摩擦力，防止鑄坯拉漏，同時(shí)有助于改善鑄坯表面質(zhì)量，提高拉速。A、D的堿度接近，都在1.0以下，故其熔化溫度較堿度在1.0以上的渣B、渣C、渣E低。雖然渣樣A、D堿度相近，但由于渣樣A中w(Na2O)為14.8，以至渣樣A比D的熔化溫度和流動(dòng)溫度略低。試樣B、C、E堿度高導(dǎo)致熔點(diǎn)較高，使用時(shí)在結(jié)晶器內(nèi)初始液態(tài)渣膜中隨著溫度的降低易析出高熔點(diǎn)物質(zhì)相，使保護(hù)渣粘度增大。液態(tài)渣膜存在區(qū)域減小，惡化保護(hù)渣潤(rùn)滑性能和傳熱條件，易出現(xiàn)裂紋等表面質(zhì)量問(wèn)題，進(jìn)而迫使拉速下降。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)使用渣B、C、E時(shí)鑄坯表面易出現(xiàn)渣皮和結(jié)渣。圖1為渣A熔化過(guò)程中開始熔化溫

6、度、半球點(diǎn)溫度、流動(dòng)溫度視圖。熔化速度實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表3。表2 測(cè)定的熔化溫度渣樣初始熔化溫度/半球點(diǎn)溫度/流動(dòng)溫度/第1次第2次平均值第1次第2次平均值第1次第2次平均值A(chǔ)906880893105310571055106310741068B884896890112011241122114211471145C99710131005113611311134115711491153D806871839108010641072109010731082E754610682110611111108112311421133表3 保護(hù)渣熔化速度渣樣熔化速度/s第1次第2次第3次平均A19.023.022.02

7、1.3B35.027.044.035.3C37.235.638.036.9D18.220.619.019.3E65.454.064.061.1 由于熔速與碳質(zhì)材料的類型及質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)。由表1和表3分析可知，隨著保護(hù)渣中碳質(zhì)材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，熔化速度逐漸降低。會(huì)導(dǎo)致渣耗量急劇增大，同時(shí)不利于穩(wěn)定操作和提高鑄坯表面質(zhì)量，渣E熔速則太慢，不能滿足薄板坯連鑄高拉速對(duì)化渣速度的要求，不能在彎月面上形成足夠厚度的熔渣層，易出現(xiàn)潤(rùn)滑不良，甚至導(dǎo)致鑄坯與結(jié)晶器壁的固固接觸，引起粘結(jié)漏鋼。3 粘度特性研究 粘度是決定保護(hù)渣消耗量和均勻流入的重要性能之一，它直接關(guān)系到熔化的保護(hù)渣在彎月面區(qū)域的行為。保護(hù)渣粘度高

8、，很難流入到鋼水彎月面與結(jié)晶器壁之間。薄板坯連鑄在高拉速條件下，為了增加傳熱，改善鑄坯與結(jié)晶器之間的潤(rùn)滑，防止粘結(jié)漏鋼，必須采用較低粘度的保護(hù)渣。在常規(guī)板坯連鑄的拉坯速度時(shí)，滿足·Vc=0.10.35(為熔渣粘度，VC為拉坯速度)條件下得到的結(jié)晶器導(dǎo)熱量及渣膜厚度的變化達(dá)最低值。對(duì)于薄板坯連鑄，·VC=0.20.3，以適應(yīng)高速連鑄對(duì)液體渣流入的苛刻要求。根據(jù)這一關(guān)系，可以確定拉速在36 m/min的薄板坯連鑄，結(jié)晶器保護(hù)渣粘度不應(yīng)超過(guò)0.1 Pa·S。采用柱體旋轉(zhuǎn)法測(cè)得上述5種保護(hù)渣在1300時(shí)的粘度，基本在0.10.15 Pa·S之間，符合薄板坯連鑄工

9、藝要求。4 析晶溫度研究4.1 研究方法 由于實(shí)際應(yīng)用的保護(hù)渣含有大量的碳質(zhì)材料和揮發(fā)性原料，實(shí)驗(yàn)測(cè)定其析晶溫度難度較大，幾次試驗(yàn)均未成功，因此運(yùn)用課題組基于大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立的析晶溫度性能預(yù)測(cè)模型對(duì)5種保護(hù)渣析晶溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)。4.2 結(jié)果及討論 用保護(hù)渣析晶性能預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)結(jié)果如表4所示。表4 保護(hù)渣的析晶溫度渣樣析晶溫度/A1058B1134C1140D1084E1142 其中，渣B、C、E析晶溫度較高，這與堿度高有直接的關(guān)系。這些渣在使用過(guò)程中易在結(jié)晶器內(nèi)過(guò)早出現(xiàn)彌散在渣膜中微小晶體，破壞渣膜的玻璃性，導(dǎo)致潤(rùn)滑惡化，傳熱變?nèi)?，鑄坯摩擦力增大。而渣A、D的析晶溫度較低，在結(jié)晶器內(nèi)其渣膜比渣B

10、、C、E具有良好的玻璃態(tài)，可獲得良好的潤(rùn)滑，使鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中受到盡可能低的摩擦力；同時(shí)具有較好的傳熱性能。5 連鑄保護(hù)渣巖相分析5.1 研究方法 將熔化后的固體渣樣制成薄片和光片，用正、反、偏光高倍巖相顯微鏡鑒定凝固渣膜結(jié)晶相的比例，確定晶體礦物的種類及組成。5.2 試驗(yàn)結(jié)果及討論 對(duì)上述5種渣固體渣樣礦物進(jìn)行觀察和分析，表明：形成的晶體礦物主要為硅灰石和少量黃長(zhǎng)石，且玻璃化程度隨保護(hù)渣堿度增大而急劇惡化，如堿度為0.88的渣A玻璃化率為85，而堿度為1.09的渣B玻璃化率則陡降至10。表5為5種保護(hù)渣巖相分析結(jié)果。圖2為典型的鏡下圖樣(以渣A為例)?？梢?jiàn)，為了獲得高的玻璃化渣

11、膜，設(shè)計(jì)保護(hù)渣時(shí)要嚴(yán)格控制堿度，必要時(shí)，為了提高傳熱速度，減小摩擦，盡可能地降低渣堿度，而犧牲吸附夾雜的能力。表5 保護(hù)渣巖相分析結(jié)果保護(hù)渣種類礦物種類礦物形狀結(jié)晶率/%A硅灰石+少量黃長(zhǎng)石長(zhǎng)柱狀或羽毛狀集合體，部分呈針狀平行排列，局部可見(jiàn)硅灰石雛晶集合體15B硅灰石樹冠狀和放射狀集合體90C硅灰石結(jié)晶體粗大，多呈板柱狀，部分呈放射狀或樹冠狀集合體D硅灰石長(zhǎng)羽毛狀或放射狀85E硅灰石呈長(zhǎng)柱狀或樹枝狀集合體，局部見(jiàn)他形粒狀集合體106 結(jié)論 (1)5種商業(yè)保護(hù)渣，熔化溫度在10571131，熔化速度在19.361.1s析晶溫度在10581142。性能差別較大，對(duì)于特定工藝條件的薄板坯連鑄工藝這些渣顯然不可能都能滿足使用要求。其中渣A具有相對(duì)地的熔化溫度和析晶溫度，但需要進(jìn)一步調(diào)整渣A的配碳種類和含量適當(dāng)降低熔化速度，以更好地適應(yīng)工藝要求。 (2)對(duì)5種渣固體渣樣礦物分析表明，主要為硅灰石和少量黃長(zhǎng)石，且玻璃化程度隨保護(hù)渣堿度增大而急劇惡化，如堿度為0.88的渣A玻璃化率為85，而堿度為1.09的渣B玻璃化率則陡降至10。可見(jiàn)，