含SrO连铸保护渣熔点及粘度的研究

1999年9月重庆大学学报(自然科学版)Vol.22

第22卷第5期Journal of Chongqing Universi ty(Natural Science Edition)Sep.1999文章编号:1000-582x(1999)05-0075-04

含SrO连铸保护渣熔点及粘度的研究*

董凌燕,魏庆成

(重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044)

摘要:测试了SrO-SiO2-CaO-Al2O3(5%)-Na2O(10%)-CaF2(10%)六元渣系的熔点及粘度,绘制了等熔点曲线图及等粘度曲线图,得出了熔点及粘度与保护渣化

学组成的数学关系式。通过对曲线图的分析,提出了含Sr O连铸保护渣的最佳组

成范围。

关键词:氧化锶;保护渣;熔点;粘度

中图分类号:TF777文献标识码:A

连铸结晶器保护渣的主要成分SiO2、Ca O、Al2O3、Na2O、Ca F2等,在连铸一般碳素钢及低合金钢钢种时能满足要求,但要连铸含铝钢、含钛钢及不锈钢等钢种时则不能获得满意的效果,因为保护渣吸收钢液的Al2O3、TiO2等夹杂后,与渣中Ca O形成高熔点稳定化合物[1],致使保护渣中出现固相质点,粘度增大,熔渣不均匀,影响铸坯质量。因此国内外在浇注这些钢种时,采用了含BaO的保护渣以替代部分CaO,实践证明有良好的效果。BaO不仅可以起到助熔的作用,而且可以降低保护渣的结晶温度和结晶率[2,3]。

但是,在用BaO替代部分CaO时,由于BaO的分子量(153)比CaO的分子量(56)大得多,在加入BaO后,保护渣体积密度增大,不易混匀,且铺展性变差[4],因而使得Ba O的使用受到局限。Sr与Ba、Ca属于同一族元素,SrO性质与BaO相似,SrO的分子量(104)比BaO的分子量(153)小得多,若以SrO替代部分Ca O则不仅能改善保护渣的性能,而且能克服由于使用BaO而带来的不利。作者对含SrO的连铸保护渣的熔点及粘度进行了研究,为进一步深入研究含SrO的连铸保护渣提供了基础数据资料。

1含SrO系列保护渣的组成范围

一般连铸保护渣的主要成分是Ca O、SiO2、Al2O3、Na2O、CaF2,其中Al2O3、Na2O、CaF2的质量分数W较低且变化不大。加入SrO后,即是一个六元渣系。设定Al2O3、Na2O、Ca F2的质量分数分别为5%、10%、10%,这样即可用SrO-CaO-SiO2伪三元渣系的性质图表示此六元渣系的性质。

SrO、CaO、SiO2三组元在伪三元系中质量分数W的变化范围是0~75%1但是考虑到作为保护渣的渣系所具有的特点[1],将研究区域定为:¹碱度R=Ca O/SiO2=0.5~1.1;ºSrO

*收稿日期:1998-03-19

作者简介:董凌燕(1969-),女,四川人,重庆大学讲师,在职博士生。

的质量分数W SrO [20%1如图1所示的阴影区域即为研究区域,碱度间隔011、SrO 含量间隔4%的等碱度线与等Sr O 含量线的交点为实验点,共计42

个。

图1 实验点在SrO-CaO-SiO 2

图2 SrO-SiO 2-CaO-Al 2O 3(5%)-Na 2O(10%)-伪三元渣系中的范围 CaF 2(10%)六元渣系等熔点曲线图(e )

2 SrO -SiO 2-CaO -Al 2O 3(5%)-Na 2O(10%)-CaF 2(10%)六元渣

系熔点的研究

保护渣是混和物,没有确定的熔点,由固相转变为液相是在一个温度区间内进行的,因此用半球点代表其熔点,然后用内插法计算出相隔5e 的温度点,将温度相同的点用光滑曲线连接起来即是等熔点曲线图,如图2所示。

用多元线性回归的方法得到熔点与组成的关系式为:

t m =-5562+9735W SiO 2+6237W CaO +7796W SrO +686R

(1)

式中 W SiO 2、W CaO 、W SrO 分别为SiO 2、CaO 、SrO 的质量分数;

R 为熔渣碱度,R =W CaO /W Si O 2.

式(1)的多重相关系数为0.962,标准误差为12.43e .3 SrO -SiO 2-CaO -Al 2O 3(5%)-Na 2O(10%)-CaF 2(10%)六元渣

系粘度的研究

用内圆柱旋转粘度计测定了研究区域内42个实验点渣样在1250e 及1300e 的粘度,然后用内插法计算出粘度相等的点,用光滑曲线连接起来即是等粘度曲线图。如图3为1300e 等粘度曲线图。用指数回归的方法得到粘度与组成及温度的关系式为:

76 重庆大学学报 (自然科学版) 1999年

G =A #T #exp (B/T) (泊)(2)式中ln A =-5.6+19.2W Si O 2-133.8W CaO -45.6W SrO +36.0R

(3)B =6891-11543W Si O 2+87346W CaO +29622W SrO -26963R (4)

(2)的标准误差为1102泊,(3)的多重相关系数为0.935,(4)的多重相关系数为0.961.4 分析讨论

411 等熔点曲线图的分析讨论

由图2可以看出,碱度R <0.6及R >1.0的区域,保护渣熔点较高且等熔点曲线分布密集,因此碱度的微小变化即可引起熔点的较大波动。这是因为碱度低时,渣中氧负离子(O 2-)浓度低,硅氧复合阴离子结构复杂,不易断裂形成低熔点物质,所以熔点较高。碱度过高时,渣中Ca O 含量高。CaO 熔点很高,为2615e ,且易生成稳定的高熔点化合物2CaO #SiO 2(熔点2130e )[1],所以使保护渣熔点升高。在碱度R 为0.6至110的区域内,熔点低且等熔点曲线分布稀疏,熔点随组成的变化小,熔渣稳定性好,因此是保护渣上具有合适熔点的区域。

由图2还可以看出,随着SrO 加入量的增加,熔点降低。CaO 与SrO 都是离子晶体,CaO 的晶格能是3401kJ/mol,SrO 的晶格能是3223kJ/mol [5],SrO 晶格能较小,加入保护渣后易形成低熔点的复杂化合物,使保护渣熔点降低。

但是,Sr O 的分子量(104)比CaO 的分子量(56)大,过多地加入SrO 代替CaO 会造成熔渣混和不均匀,化学成分偏析。在实验过程中发现,SrO 加入量在15%以上时,冷却后渣样有分层现象出现。所以SrO 的加入量应控制在15%以下。由图2可知,SrO 的最佳含量为5%~15%

1

图3 1300e 时SrO-SiO 2-CaO-Al 2O 3(5%)-Na 2O(10%)-CaF 2(10%)六元渣系等粘度曲线图(泊)412 等粘度曲线图的讨论

由图3可以看出,粘度的变化规律

与熔点近似。在0.6

内,熔渣粘度低且等粘度曲线分布稀疏,

是配制保护渣的合适区域。在碱度R <

0.6及R >110的区域内,熔渣粘度大且

等粘度曲线分布密集。熔渣粘度的大小

取决于渣中阴离子团及高熔点物质的半

径和数量。在R <0.6的区域内,渣中

有较大的硅氧复合阴离子团(Si x O z -

y ),

碱度越低,其半径越大,因而熔渣粘度越

大。在R > 1.0的区域内,由于碱度较

高,高熔点物质(如CaO 、2CaO #SiO 2)生

成量较多,碱度越高,其生成量越多,熔

渣粘度越大。77第22卷第5期 董凌燕等: 含SrO 连铸保护渣熔点及粘度的研究