探讨连铸保护渣与铸坯质量的多重关系

在当今钢铁工业快速发展的背景下,深入探究连铸保护渣与铸坯质量的深层关联具有重大意义。高质量的铸坯是钢铁产品优良性能的基础,而连铸保护渣的性能直接影响铸坯质量。本研究旨在揭示连铸保护渣在不同工况下对铸坯质量的作用机理,为优化生产工艺提供理论依据和实践指导。本篇研究了不同钢种需求差异和浇铸速度影响下连铸工艺对保护渣的特定要求,并对表面裂纹形成与抑制、夹杂物控制以及内部裂纹产生机制进行了深入探讨,对偏析问题进行剖析。总结得出优化策略,旨在利用新型保护渣提高铸坯质量。

连铸保护渣技术标准体系研究进展

连铸保护渣是连铸过程用于生产各类型钢种的重要、必需的功能材料,具有保温、防止钢液氧化、吸附杂质、润滑、改善传热等功效。连铸保护渣技术标准体系对指导行业制定保护渣相关标准有重要作用,目前国内外标准化组织已进行了相关标准研制,但未形成健全的标准体系,仍有一些关键、重要的标准急需研制。因此,本文基于连铸保护渣生产工艺、冶金应用、微观结构、信息化等领域的标准研制原理,围绕连铸保护渣从原料配制、生产加工、产品质量和结晶器应用等整个生命周期的各个环节,系统地开展连铸保护渣技术标准体系研究。基于以上研究,本文建立连铸保护渣产品类型、产品性能和技术标准体系的三维空间模型,构建连铸保护渣技术标准体系框架和标准体系明细表,归纳和梳理了20项行业标准,提出了拟研制的29项连铸保护渣标准,其覆盖了基础、产品、方法、质量、生产加工、信息化领域的国际标准、行业标准和团体标准,并对方法标准中拟研制的标准进行了比较分析。通过对连铸保护渣技术标准体系进行研究,为行业开展连铸保护渣标准研制提供技术支撑和奠定理论基础,对加快连铸保护渣的国际流通、产品认证、质量追溯有重要作用,对推动生产高质量钢种及特殊钢种技术开发有重要战略意义。

以石墨坩埚熔融连铸保护渣用EGTA和CyDTA测定其钙镁的含量

本文用石墨坩埚和混合溶剂在马弗炉中熔融试样,稀盐酸浸取,以氨水分离铁、铝、钛,铜试剂分离锰,分取部分滤液,加少量钙黄绿素-茜素混合指示剂用EGTA标准液滴定测定其氧化钙含量;再分取部分滤液,加过量EGTA标准溶液掩蔽钙,以酸性铬蓝K萘酚绿B为指示剂,用CyDTA标准溶液滴定,测定其氧化镁的含量。

连铸保护渣析晶温度的调查

连铸保护渣的结晶性能和结晶温度对连铸工艺顺行和铸坯质量有着重要作用.笔者采用差示扫描量热分析法测试了保护渣的析晶温度,分析了生产现场常规板坯连铸和薄板坯连铸使用的部分保护渣,将分析结果与浇铸效果进行了对比.结果表明,结晶器内的粘结是中碳钢连铸中最突出的生产事故.当保护渣的析晶温度超过1200℃时,发生粘结的几率明显增多.

CeO_2对低氟连铸保护渣转折温度和结晶性能的影响

研究了低氟条件下,稀土氧化物CeO2对连铸保护渣转折温度和结晶性能的影响,同时与常规的高氟连铸保护渣性能进行了对比分析。结果表明:在碱度R较低的条件下,随着CeO2含量的升高,转折温度和结晶温度均有先下降后上升的趋势;在碱度较高的情况下,CeO2的加入将明显提高连铸保护渣的转折温度和凝固温度。

综合碱度对连铸保护渣黏性特征的影响

利用旋转黏度计,全面研究连铸保护渣的黏度、凝固温度和黏性活化能与碱度、综合碱度之间的关系.在本实验渣系条件下,随着综合碱度的增大,连铸保护渣的黏度、凝固温度和黏性活化能均逐渐减小,并且随着综合碱度的增大,其对黏性特征的影响作用逐渐减弱.利用连铸保护渣的黏度、凝固温度和黏性活化能与综合碱度的回归方程,可以全面考察渣中各组元对连铸保护渣黏性特征的影响作用,精确预测连铸保护渣的黏性特征.当综合碱度为2.0时,连铸保护渣的黏度为0.17 Pa.s,凝固温度为1 030℃,黏性活化能为120 kJ.mol-1.综合国内外连铸保护渣应用实践,连铸保护渣的综合碱度应大于2.0,此时连铸保护渣的黏性特征保持相对稳定.

B_2O_3在稀土钢连铸保护渣中作用机制的研究

采用正交实验设计原理设计保护渣的组成,研究B2O3对稀土钢连铸保护渣的粘度、熔化温度和组织结构的影响,提出了B2O3在稀土钢连铸保护渣中的合适含量。结果表明,B2O3可抑制熔渣中高熔晶体铈钙硅石的生成,增强保护渣吸收稀土氧化物的能力,保证保护渣吸收稀土氧化物后理化性能的稳定。B2O3含量为6%的保护渣吸收15%的RExOy后仍能保证稳定的理化性能。

2Cr13不锈钢高温特性及对连铸保护渣的要求

采用DIL402C热膨胀分析仪、STA449C同步热分析仪和Gleeble—1500D热模拟试验机,分别测试2Cr13不锈钢的线性膨胀系数、主要相变温度以及高温力学性能等高温特性,分析2Cr13不锈钢高温性能对铸坯表面质量的影响和铸坯表面凹陷以及微裂纹产生的机理,确定2Cr13不锈钢用保护渣应重点考虑传热性能。

CaO-SiO_2-Al_2O_3渣系连铸保护渣结构的拉曼光谱研究

在高铝钢连铸过程中,钢水中的Al与CaO-SiO2基连铸保护渣中的SiO2反应导致保护渣中SiO2含量降低而Al2O3含量大幅增加,CaO-SiO2基转变为CaO-SiO2-Al2O3基连铸保护渣而影响高铝钢连铸,所以研究CaO-SiO2基向CaO-SiO2-Al2O3基保护渣转变过程中结构上发生的变化有助于开发出满足高铝钢连铸需求的保护渣。本文利用拉曼光谱研究了CaO-SiO2基和CaO-SiO2-Al2O3基连铸保护渣的结构特点。研究结果表明,CaO-SiO2基保护渣主要由Q0,Q1,Q2和Q3等微结构单元构成的硅酸盐网络结构;当转变为CaO-SiO2-Al2O3基保护渣后,渣样中的网络破坏体优先用于破坏硅酸盐网络结构,当渣中SiO2含量较低时,部分网络破坏体会促进Al 3+形成[AlO4]四面体结构。渣中生成的[AlO4]四面体会进入硅酸盐网络结构形成铝硅酸盐网络结构,以Al-O-Al或Al-O-Si等方式连接,导致渣样结构变得复杂多变。使用Li2O对Na2O和CaO对MgO等摩尔替代研究表明相同价态离子之间的替换能够改变[AlO4]四面体在硅酸盐网络结构上的连接方式,导致CaO-SiO2-Al2O3基保护渣渣样结构易受成分变化而改变;CaF2对CaO等摩尔替代研究发现,当渣中CaF2小于13mol%,CaF2促进渣样网络结构解体,当高于13mol%时,CaF2又会导致渣样聚合度增加。由此可见,在设计CaO-SiO2-Al2O3基保护渣时,既要考虑不同种类离子对渣样结构产生的影响,又要考虑离子含量的影响。

水钢方坯连铸保护渣系列化探讨

连铸保护渣对维持连铸工艺的顺行和提高铸坯表面质量具有重要作用。由于连铸工艺和钢种的差别,对应的连铸保护渣的合理的理化性能也不尽相同。针对水钢小方坯连铸工艺,以钢种的凝固特性为出发点,对连铸保护渣进行了系列化探讨。在结合铸坯表面质量与连铸保护渣性能匹配关系调查的基础上,对目前主要钢种包括低碳钢、中碳钢和高碳钢小方坯连铸保护渣合理理化性能进行了系列规划。

氟对连铸保护渣熔体、玻璃和晶体微结构的影响

连铸保护渣的物化性质与其结构密切相关。而氟化物对调节连铸保护渣高温物化性能具有重要作用,因此研究氟对多元硅酸盐结构影响有助于深入了解氟的作用特性,进而为环保型连铸保护渣的开发奠定理论基础。论文通过拉曼光谱研究了氟对保护渣高温熔体、玻璃及晶体中硅酸盐微结构单元的影响。结果表明:随着CaF2含量的增加,硅酸盐微结构单元种类和相对数量发生变化,硅酸盐网络化程度降低,熔体粘度减小;在性能相近的无氟渣和高氟渣中,高氟渣晶体中硅酸盐微结构单元主要为单体结构硅酸盐,无氟渣主要为链状结构硅酸盐。论文研究结果对无氟保护渣的开发具有一定的指导意义。

稀土氧化物对连铸保护渣结晶矿相的影响

使用岩相分析、扫描电镜等手段,研究了稀土氧化物对现场和实验室自配保护渣结晶矿相的影响,并探讨了稀土氧化物在凝固保护渣中的存在形态。结果表明,两种保护渣结晶矿相主要组成为枪晶石、少量硅灰石及玻璃相。稀土氧化物抑制硅灰石析出,促进枪晶石长大。当稀土氧化物的质量分数大于10%,其在保护渣中的存在状态为稀土硅酸钙,个别形成稀土氟氧化物或者未溶部分。当稀土氧化物在保护渣中达到过饱和以后,保护渣高温粘度显著增大。

冷却速率对连铸保护渣结晶性能的影响

采用 ＷＣＴ－２型差热分析天平和ＬＥＩＴＺ光学显微镜（配有 １３５０℃高温热台），研究了 冷却速率对连铸保护渣结晶性能的影响．研究结果表明：随冷却速率提高，保护渣的结晶温度 显著降低，结晶率降低，晶体尺寸减小，晶形也有很大改变．

含B_2O_3无氟连铸保护渣物理性能的研究

常规保护渣中配入的助熔剂一般是氟化物和Na2 O ,但二者都对环境产生严重污染。为此试验研究了含助熔剂B2 O3保护渣及其熔点、粘度、结晶性能和表面张力等物理性能。试验表明,当保护渣碱度(CaO/SiO2 )等于0 . 88,成分( % )为3 7 .91CaO 43 0 9SiO2 5Al2 O3 5MgO 2Li2 O 7B2 O3时的熔点90 9℃,熔化性温度1 1 60℃,1 3 0 0℃粘度值0 . 40Pa·s,1 3 0 0℃表面张力值0 .3 2N/m ,能满足常规钢种和部分特殊钢种对连铸保护渣的使用要求。

含二氧化钛连铸保护渣的黏性特征

采用旋转黏度计并借助岩相分析系统探讨了二氧化钛(TiO2)对不锈钢连铸保护渣(moldfluxes,MF)黏性特征影响的作用机制。研究表明:随着TiO2加入量的增加,MF的黏度和凝固温度(θs)先逐渐减小而后迅速增大。在实验条件下,当TiO2加入量(质量分数,下同)为10%时,MF的黏度(1300℃)和θs均达到最小值,分别为0.30Pa·s和1198℃。当TiO2加入量较小时,TiO2作为网络抑制体可以降低MF的黏度。当TiO2加入量较大时,TiO2促进钙钛矿晶体的析出,使MF的表观黏度增加。TiO2可以抑制MF中枪晶石和硅灰石的生长,促进黄长石和钙钛矿的析出。在实验条件下、1350℃时,MF的TiO2溶解度大于20%。

超低碳钢新型连铸保护渣的开发

采用BN替代碳质材料 ,作为连铸保护渣的骨架粒子 ,研究开发出一种新型的超低碳钢连铸保护渣·新型连铸保护渣在绝热保温性能、熔化特性、粘性特征、夹杂物吸收能力和结晶性能等方面与传统连铸保护渣十分接近·新型连铸保护渣 ,可以彻底解决超低碳钢结晶器内钢液增碳和铸坯表面渗碳问题 ,而且不会发生超低碳钢结晶器内钢液增硼和铸坯表面渗硼问题·新型骨架粒子BN可以使连铸保护渣JRBW增大、熔化速度降低、粘度减小、Al2 O3 吸收速率增大、熔化温度降低、凝固温度降低。

连铸保护渣吸附Al_2O_3夹杂能力的研究

研究了保护渣吸附不同质量分数Al2O3夹杂对其熔化温度、黏度、表面张力和结晶性能的影响.实验结果表明,保护渣吸附Al2O3夹杂后,熔化温度上升,黏度增加,表面张力有下降的趋势;当碱度在0.85～1.17时,保护渣吸附夹杂后熔化温度和黏度变化幅度不大,具有较好的吸附能力;碱度在0.92～1.07时,保护渣表面张力的变化较小,有利于夹杂物的吸附,是保护渣吸附夹杂物的适宜碱度范围;随Al2O3夹杂的增加,渣中枪晶石和硅灰石数量减少.

铝镇静钢连铸保护渣对Al_(2)O_(3)夹杂物的吸收能力

采用Al2O3溶解速率测定仪测定了CaO-SiO2-Na2O-CaF2-Al2O3-MgO连铸保护渣系的Al2O3溶解速率。通过建立Al2O3溶解速率和渣成分关系的回归正交设计模型,精确预测铝镇静钢连铸保护渣的夹杂物吸收能力,并通过建立的非线性规划模型对该保护渣进行优化设计。结果表明,在CaO/SiO2=1.15,Na2CO320.0%,CaF220.0%,Al2O32.0%,MgO 8.0%时,连铸保护渣的Al2O3溶解速率的最大值为1.73×10-3kg.m-2.s-1。

大方坯中低碳钢连铸保护渣研制与应用

在借鉴国内外研究经验的基础上,结合攀钢中低碳钢方坯连铸工艺条件,在实验室进行了保护渣结晶与玻璃化特性协调、吸收夹杂物能力及配碳模式等方面的研究,确定了合理的渣系及物理性能、化学成分。工业试验结果表明,研制的保护渣能够满足工艺要求,可以取代进口保护渣。