高鋁鋼連鑄結(jié)晶器保護渣的基礎研究.pdf

1、保護渣是連鑄過程中使用的一種合成渣,其性質(zhì)對連鑄工藝順行和鑄坯表面質(zhì)量至關(guān)重要。保護渣加在鋼液面,絕熱保溫;其與鋼液接觸部分熔化形成熔渣層,防止彎月面鋼液被氧化,吸收鋼液中上浮的夾雜;熔渣流入結(jié)晶器與鑄坯之間,液渣膜潤滑鑄坯,防止粘結(jié)漏鋼;固渣膜控制傳熱,以形成均勻的坯殼。
　　 高Al含量鋼種連鑄過程中,由于鋼液中的Al易與常規(guī)保護渣中的重要組份Si02發(fā)生反應導致保護渣w(Al2O3)/w(SiO2)及Al2O3含量增加,從

2、而引起保護渣性質(zhì)的改變,影響連鑄工藝順行。因此,設計性能優(yōu)良的結(jié)晶器保護渣是高鋁鋼連鑄工藝順行的關(guān)鍵。
　　 根據(jù)高鋁鋼與保護渣反應的特點,即高Al鋼液中的[Al]與常規(guī)保護渣中(SiO2)反應是不可避免的,但該反應在較短時間內(nèi)可以達到動態(tài)平衡,由此,提出了兩種高鋁鋼保護渣的設計思路:(I)低堿度CaO-SiO2渣系保護渣:該保護渣與高鋁鋼液中的Al反應達到平衡后,保護渣的性質(zhì)滿足連鑄要求;(ii)低SiO2含量CaO-Al2O

3、3渣系保護渣,該渣系能有效的避免保護渣與鋼液中的Al發(fā)生反應。
　　 本文采用半球點法測量了保護渣的熔融特性。試驗結(jié)果表明對于CaO-SiO2渣系保護渣,隨著w(Al2O3)/w(SiO2)增加,保護渣熔點均呈上升趨勢;保護渣中增加Li2O與B2O3含量均能有效的降低其熔點,B2O3對熔點的影響尤為明顯:對于CaO-Al2O3渣系保護渣,增加B2O3、Li2O、Na2O、F-、BaO、SrO等含量均能降低保護渣熔化溫度,其中Li

4、2O對熔點的影響最明顯。
　　 采用旋轉(zhuǎn)粘度法測量了保護渣的流變特性。低堿度CaO-SiO2渣系保護渣在高鋁鋼澆鑄過程中變性為CaO-Al2O3-SiO2渣系;隨著w(Al2O3)/w(SiO2)增加,熔渣粘度隨之改變;Al2O3呈現(xiàn)出兩性特征;含有Li2O+B2O3組合的保護渣變性過程中粘度變化平穩(wěn)且處于合理范圍內(nèi)。對于CaO-Al2O3渣系保護渣,B2O3、Li2O、Na2O及F-等能降低保護渣的粘度;隨著MgO含量增加,C

5、aO-Al2O3渣系熔渣粘度先降低后升高;BaO及SrO含量增加,CaO-Al2O3渣系熔渣粘度升高。在Riboud模型基礎上,建立了適合高Al鋼保護渣的粘度計算模型。
　　 采用渣膜熱流模擬儀研究了保護渣渣膜的傳熱特性。對于CaO-SiO2渣系保護渣,隨著w(Al2O3)/w(SiO2)增加,渣系的熱流密度呈降低趨勢,渣膜傳熱能力減弱;在該渣系中加入一定量的Li2O及(或)B2O3有利于增加渣膜熱流密度。對于CaO-Al2O3

6、渣系保護渣,B2O3降低結(jié)晶率,降低渣膜厚度,增加熱流密度;Li2O增加結(jié)晶率,降低渣膜厚度,降低熱流密度,Na2O降低結(jié)晶率,降低渣膜厚度,增加熱流密度;F-增加結(jié)晶率,降低渣膜厚度,增加熱流密度;MgO及SrO均降低結(jié)晶率,降低渣膜厚度,熱流密度略有增加,BaO替代CaO后,結(jié)晶率降低,降低渣膜厚度,熱流密度變化平穩(wěn)。
　　 利用熱絲法(Single Hot Thermocouple Technique,簡稱SHTT)構(gòu)建保

7、護渣的等溫轉(zhuǎn)變(Temperature Time Transformation,簡稱TTT)曲線,研究不同組成對保護渣結(jié)晶孕育時間的影響規(guī)律:通過構(gòu)建保護渣的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(Continuous CoolingTransformation,簡稱CCT)曲線,探討保護渣組成對臨界冷卻速度的影響,而且利用SHTT研究了析晶活化能。對于CaO-SiO2渣系保護渣,Li2O對結(jié)晶孕育時間影響不大,B2O3能有效延長孕育時間。對于CaO-Al2O3

8、渣系保護渣,隨B2O3、Na2O、MgO、BaO和SrO增加,保護渣的TTT曲線向孕育時間增加的方向移動;Li2O能有效縮短保護渣的晶體孕育時間,同時,提高保護渣的結(jié)晶速度,F-對結(jié)晶孕育時間影響不大,但能有效提高結(jié)晶速率。B2O3和Na2O降低了結(jié)晶速率,結(jié)晶活化能增加:Li2O和F-增加了結(jié)晶速率,結(jié)晶活化能降低;MgO增加了結(jié)晶速率,同時也提高了結(jié)晶活化能。
　　 將研究所取得的成果應用于太鋼無磁鋼實際生產(chǎn),取得了良好的效