稀土氧化物对结晶器保护渣理化性质的影响[1]

收稿日期:2005 01 05
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50204005)
作者简介:王德永(1975-),男,安徽萧县人,东北大学讲师,博士;姜茂发(1955-),男,山东栖霞人,东北大学教授,博士生导师
第26卷第11期2005年11月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern U niversity(Natural Science)Vol 26,No.11Nov.2005
文章编号:1005 3026(2005)11 1082 04
稀土氧化物对结晶器保护渣理化性质的影响
王德永,姜茂发,刘承军,史培阳
(东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳 110004)
摘 要:针对在结晶器喂稀土过程中,稀土的氧化产物进入保护渣熔融层,影响和限制了保
护渣冶金性能发挥的主要问题,系统测定了稀土氧化物对结晶器保护渣熔化温度、黏度和结晶温度的影响 结果表明,随稀土氧化物含量增加,保护渣熔化温度、黏度和结晶温度显著升高 保护渣中添加少量B 2O 3和Li 2O 作为新的助熔剂使用,可以显著削弱稀土氧化物对保护渣理化性能的影响 进而可以为开发成分和性能更为合理的新型稀土钢结晶器保护渣提供理论依据 关 键 词:稀土钢;连铸;稀土氧化物;结晶器保护渣;理化性质中图分类号:T F 777 文献标识码:A
随着稀土在钢中应用技术不断进步,稀土作为一种钢的改质剂和微合金化元素越来越受到人们的关注 目前,钢中稀土的加入方法主要有模内吊挂法和结晶器喂丝法,由于连铸技术的发展日新月异,结晶器喂丝法也成为被采用最多的一种稀土加入方法,其特点是喂丝速度快,稀土收得率高以及稀土在钢中分布均匀等 但是大量研究表明,结晶器喂稀土同样存在很多问题 由于稀土金属活泼易氧化,在喂丝过程中产生的稀土氧化物进入保护渣的熔渣层,改变了保护渣的理化性质,如熔化温度、黏度、结晶温度和凝固温度等,进而影响和限制了保护渣冶金性能的发挥[1] 为此,本文讨论了稀土氧化物对结晶器保护渣理化性质的影响,并通过改变保护渣组分来降低稀土氧化物带来的不利影响,为开发成分和性能更为合理的新型稀土钢连铸保护渣提供理论依据
1 实验方法
实验分别采用熔点、熔速综合性能测定仪测量保护渣的熔化温度,高温旋转黏度仪测量保护渣黏度,差热-热重分析仪测量保护渣的结晶温度,实验渣系的设计见表1 为了降低稀土氧化物对保护渣理化性质的影响,实验采用在保护渣中添加少量B 2O 3和Li 2O 作为新型助熔剂使用[2~4]
实验采用物理混合型保护渣,渣料由纯化学试剂配制而成,其中Na 2O 和Li 2O 分别用其碳酸盐代替 配料之前各化学试剂进行高温处理,除去结晶水和挥发分,以保证渣料成分稳定 稀土氧化物为某现场用稀土丝在空气中燃烧后的产物,粒度小于0 074m m,其中La 2O 3和CeO 2质量分数大于95% 稀土氧化物质量分数分别按照5%,10%,15%和20%添加到保护渣中
表1 实验用渣的化学组成(质量分数)
Table 1 Chem i cal compositi on for experimental mol d fluxes
%
序号CaO/SiO 2
A l 2O 3
M gO Na 2CO 3CaF 2B 2O 3
L i 2O
10.63213.51220.93213.5123 1.23213.51240.9328.512350.9328.5126
60.9328.512370.9328.51268
0.9
3
2
8.5
8
3
3
2 实验结果与分析
2.1 稀土氧化物对结晶器保护渣熔化温度的影响
图1为稀土氧化物对不同碱度保护渣熔化温度的影响 碱度(CaO/SiO 2)为0 6时,随稀土氧化物含量增加,熔化温度先降低,当稀土氧化物质量分数达到8%时,熔点降到最低 随稀土氧化物含量继续增加,保护渣熔化温度随之升高;当碱度为0.9时,随稀土氧化物含量增加,熔化温度先稍有下降然后急剧升高;当碱度为1.2时,随稀土氧化物的含量增加,熔化温度持续升高 可见,不同碱度条件下,稀土氧化物对保护渣熔化温度的影响规律不同,低碱度条件下,少量稀土氧化物不会提高熔化温度,还有助熔作用,在高碱度条件下,稀土氧化物导致熔化温度持续升高
图1 稀土氧化物对不同碱度保护渣熔化温度的影响Fig.1 Effect of RE oxides on melting tem perature
of mol d flux with di fferent basici ties
保护渣添加质量分数为3%和6%B 2O 3,熔化温度随稀土氧化物含量的变化趋势见图2 当稀土氧化物质量分数大于10%,不含B 2O 3的保护渣的熔化温度急剧升高,而添加B 2O 3的两种保护渣,其熔化温度升高趋势不明显 在实验过程中,保护渣中添加少量B 2O 3,可以有效抑制稀土氧化物造成的保护渣 分熔!现象发生,熔化后无流失现象,这对于保护渣均匀熔化至关重要
图2 稀土氧化物对不同B 2O 3保护渣熔化温度的影响Fig.2 Effect of RE oxides on mel ting tem perature of
m old flux with di fferent B 2O 3additions
保护渣中添加质量分数为3%和6%Li 2O 可以使得初始熔化温度降低,见图3所示 当Li 2O 质量分数为6%时,熔化温度随稀土氧化物含量的变化趋势变缓,虽然在稀土氧化物质量分数大于6%后,熔化温度仍然呈升高趋势,但是仍然维持在较低水平上
图3 稀土氧化物对不同Li 2O 保护渣熔化温度的影响Fig.2 Effect of RE oxides on mel ting tem perature
of mold flux with di fferent Li 2O additi ons
可见,保护渣中添加少量B 2O 3和Li 2O 后,可以显著降低稀土氧化物对保护渣熔化温度的不利影响,提高保护渣熔化温度的稳定性
2.2 稀土氧化物对结晶器保护渣黏度的影响
稀土氧化物导致保护渣黏度 温度曲线变化显著,见图4 主要特征为∀稀土氧化物导致黏度
温度曲线出现拐点所对应的温度显著升高;#当稀土氧化物含量较多时,保护渣高温黏度增加,且高温稳定区域减小,保护渣黏度随温度下降增加很快, 短渣!特征更明显[5,6]
图4 稀土氧化物对保护渣黏度 温度曲线的影响F i g.4 Effect of R E oxides on viscos i ty tem perature
curve of m old flux
实验研究了保护渣中添加B 2O 3,黏度随稀土氧化物含量的变化规律,见图5所示 当B 2O 3质量分数为3%时,保护渣黏度在稀土氧化物质量分数为15%时已经超过0 5Pa s,与之对应的是,保护
渣中不添加B 2O 3,稀土氧化物质量分数达到6%时黏度就已经超过0 5Pa s 了 因此,可以认为B 2O 3提高了熔渣溶解吸收稀土氧化物的能力
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第11期 王德永等:稀土氧化物对结晶器保护渣理化性质的影响
图5 稀土氧化物对不同B 2O 3含量保护渣黏度的影响Fig.5 Effect of RE oxi des on vi scosity of m old flux
with di fferent B 2O 3additions
Li 2O 配入保护渣可以显著降低保护渣黏度,提高保护渣玻璃倾向[7~
9]
不同Li 2O 含量的保
护渣黏度随稀土氧化物含量的变化规律见图6所示 当保护渣中Li 2O 添加的质量分数为6%时,即使稀土氧化物质量分数增加至20%,保护渣黏度始终没有超过0.5Pa s 可见,Li 2O 在溶解吸收稀土氧化物能力方面效果显著,甚至优于B 2O 3
图6 稀土氧化物对不同Li 2O 含量保护渣黏度的影响Fig.6 Effect of RE oxi des on vi scosity of m old flux
with di fferent Li 2O additi ons
2.3 稀土氧化物对结晶器保护渣结晶温度的影响
图7给出了不同碱度情况下,保护渣结晶温度随稀土氧化物含量的变化规律 当保护渣碱度为0 9和1 2时,稀土氧化物从零增加至5%,
结
图7 稀土氧化物对不同碱度保护渣结晶温度的影响Fig.7 Effect of RE oxi des on crystallization tem per ature
of mol d flux with di fferent basici ties
晶温度急剧升高,当稀土氧化物含量继续增加,结晶温度增加缓慢 对于碱度0 6的保护渣,其结晶温度随稀土氧化物的加入一直呈升高趋势,但总体上低于高碱度保护渣
结合文献[10]的研究成果,综合分析后认为,稀土氧化物加入保护渣中,会与保护渣组分生成RE 2O 3 CaO 2SiO 2以及含稀土的黄长石等,同时稀土氧化物可以为枪晶石晶体的析出创造条件,从而 诱发!保护渣结晶,使得保护渣结晶趋势显
著
当保护渣添加质量分数分别为3%和6%B 2O 3时,随稀土氧化物含量增加,结晶温度升高幅度较不含B 2O 3的保护渣要小,见图8所示 以保护渣添加质量分数为6%B 2O 3为例,当稀土氧化物增加至10%后,结晶温度甚至保持不变 可见B 2O 3对于降低稀土氧化物对保护渣结晶温度的升高趋势具有显著的改善效果
图8 稀土氧化物对不同B 2O 3保护渣结晶温度的影响Fig.8 Effect of RE oxides on crystallization tem per ature
of mol d flux with di fferent B 2O 3
additions
图9 稀土氧化物对不同Li 2O 保护渣结晶温度的影响Fig.9 Effect of RE oxides on crystallization tem per ature
of mol d flux with di fferent Li 2O additi ons
当保护渣中添加质量分数为3%Li 2O,结晶温度随稀土氧化物含量的增加变化较明显,当稀
土氧化物质量分数增加至5%时,结晶温度升高很快,当稀土氧化物含量继续增加,结晶温度保持在1100∃左右 与B 2O 3的作用相比,在降低稀土氧化物对保护渣结晶温度升高趋势方面,Li 2O
1084东北大学学报(自然科学版) 第26卷
的作用要弱一些
3 结 论
(1)稀土氧化物可以显著提高保护渣熔化温度,在不同碱度条件下具有不同规律
(2)黏度曲线表明,稀土氧化物导致保护渣黏度曲线的高温线性区域减小,黏度曲线拐点出现的温度大大提前,黏度不稳定性增大
(3)稀土氧化物可以显著提高保护渣结晶温度,特别是质量分数从0增加至5%过程最为显著
(4)B 2O 3和Li 2O 提高了熔渣溶解吸收稀土氧化物的能力且削弱了稀土氧化物所导致保护渣熔化温度、黏度和结晶温度升高的趋势,提高保护渣各理化指标的稳定性
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Effect of RE Oxides on the Physicochemical Properties of Mold Flux for Continuous Casting
W AN G D e y ong,JIA N G Mao f a,L I U Cheng j un,SH I Pei y ang
(School of M ater ials &M etallurgy,Northeaster n U niv ersity,Shenyang 110004,China.Correspondent:WA NG De yong,E mail:deyong -wang @163.co m)
Abstract:In the process of feeding R E w ires in a mold,an amount o f RE o xides enter into the molten slag,t hus affecting and r estricting the mold flux to serve metallur gical functions.Effect of RE ox ides on the melting temperatur e,v iscosity and crystallizat ion temperature of mold flux w as measured systemically.It w as found that the melting temperatur e,v iscosity and crystallizat ion temperature of mold flux increase r emarkably w ith increasing RE oxides as addit ion.If adding B 2O 3and L i 2O as new flux es to the mold flux,the effect o f RE ox ides on the physicochemical pr operties of mold flux may be weakened r emarkably.A theoretical basis is ther efore available to dev elo p further a new type of mold flux for R E steel,of w hich both the composition and physico chemical properties w ill be more reasonable.
Key words:RE steel;continuous casting;RE oxides;mold flux ;physicochemical pro perties
(Received January 5,2005)
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第11期 王德永等:稀土氧化物对结晶器保护渣理化性质的影响。