含SrO连铸保护渣熔点及粘度的研究
连铸保护渣粘度检测技术
连铸保护渣粘度检测技术林长利（鞍山市焦冶自动化有限公司）概述一、概述一、根据YB/T185-2001标准的工艺控制要求装好试样，高温加热炉侧壁温度小于600℃时采用软启动控制方式，当侧壁温度大于600℃时试样中心温度控制系统进入闭环控制，以8℃±2℃/min的升温速率进行升温控制，当温度达到设定温度时系统进入恒温运行状态，高温加热炉自动升起，当探测头进入石墨坩埚设定深度后，高温加热炉停止升起，旋转粘度检测器进入自动工作状态，按工艺要求检测粘度数值，在计算机上显示粘度曲线值，并将实验结果显示在计算机上，旋转粘度检测器停止工作，高温加热炉自动下降到起始点，整个检测系统停止工作，并自动生成实验报告。
RZND-2000C型全自动连铸保护渣粘度测定仪是用于测试连铸保护渣粘度的仪器，同时具备测定表面张力和密度的功能。
检测系统采用高精度智能检测头检测。
特点二、二、特点�上位机管理系统采用台式计算机对下位机的数据进行全面的管理，下位机可脱离上位机管理系统独立运行�上位机控制系统采用工业触摸屏计算机，使系统具有极高的抗干扰能力，并且操作简单�下位机控制系统采用进口的德国西门子“可编程序控制器”（PLC），全自动控制由PLC独立完成，使整机系统具有高可靠性、高稳定性�加热体采用五支U型硅钼棒环形排列并内嵌刚玉保护管，使设备加热温度高，使用寿命长�加热炉外壳采用不锈钢水冷壳体，不锈钢冷却水箱，确保炉体在高温时安全运行，整体美观大方，使用寿命长�本系统具有显示U型硅钼棒在加热条件下的动态阻值变化曲线功能，以便硅钼棒老化时，可以及时更换，从而不影响实验室的工作安排�本系统具有动态显示温度、电压、电流、功率以及PID输出变量曲线的功能，以便监控设备是否正常运行�具有当热电偶故障时超低温、超高温、超炉温的保护功能，用以保护炉体安全运行�具有断流故障时的保护功能，用以保护整体设备安全运行�本系统具有组网通讯功能，可以通过以太网络组成“集散控制系统”（DCS），实现集中监视与管理三、比比较三、�可具备连铸保护渣粘度、表面张力和密度测定三种试验功能，同时可根据用户情况增加定温测粘功能�进口PLC控制与其它控制对比：进口PLC是将各种变量由“中央处理器”（CPU）集中控制管理；而其它控制系统是采用分部控制，独立运行故障率高�触摸屏计算机控制与台式计算机控制对比：触摸屏计算机具备极高的抗干扰能力，操作简单；而台式计算机抗干扰能力差，不适于工业控制优势四、四、优势1.技术先进：�将过程自动化引领延伸到一个全新的广度和高度，通过以太网络组成集散控制系统（DCS），为用户提供高度一体化的监视与管理系统�集焦冶自动化丰富的过程自动控制经验和最新的工业控制技术于一体�集硬件功能软件化的设计思想，软件功能自动化和自动功能智能化的全新现代设计理念于一体2.运行可靠：�采用工业触摸屏计算机与PLC组成的中央控制系统，全面提升了控制系统的安全性和可靠性以及抗干扰能力�实现了中央控制系统平均无故障时间高达30万小时3.标准规范：�工艺控制过程严格遵守并执行国家标准或国际标准�当国家标准或国际标准升级时，由于采用了PLC控制，无需更换系统，只需升级控制软件，即可满足新的标准要求功能五、功能五、�动态显示系统各部运行状态�动态显示试样的粘度变化曲线曲线及变化量�动态显示高温加热炉的中心温度变化曲线及变化量�动态显示高温加热炉的电压、电流的变化曲线及变化量�动态显示温度给定、功率输出、动态电阻的变化曲线及变化量�动态显示PID输出的变化曲线及变化量�动态显示高温加热炉升温速率的变化量�动态显示本系统的运行状态�打印输出实验报告�可查看历史报告�具有超低温、超高温、超炉温、断流、过压、热电偶故障保护报警功能�具有N2、CO2压力超标保护功能�控温方式炉体预热时采用软启动开环控制，进入加热状态采用闭环控制参数六、六、参数�粘度测试范围：≥0.1Pa.S�最大加热功率：10kw�控温精度：1550℃±1℃�控温范围：0～1550℃，分辨率1℃�最高使用温度：1600℃�长期使用温度：≤1550℃�测温元件：S型热电偶�粘度头转速：≤20转/分（采用伺服电机进行闭环控制）�试样监测系统：采用高温成像黑白工业摄像机及显卡，监测试样在高温情况下的物理变化情况�坩埚中试样高度（高温）：采用钼杆进行自动探测�探头位置控制精度：小于±0.5mm（采用变频器进行控制，位移检测采用旋转编码器进行检测）�加热体：五支U型硅钼棒环形排列�加热炉膛管：采用刚玉制成�加热炉外壳：采用双炉壳水冷循环系统进行外壳冷却，外壳温度＜60℃�试样坩埚：采用石墨制成�试样坩埚底座：采用刚玉制成�试样侧头和吊杆：采用钼制成�保护气体：采用氮气对炉膛内部进行保护�工作电压：AC380V±10%,50Hz±5%三相五线制�工作环境：5℃≤环境温度≤40℃，湿度≤85%，无强磁场，无剧烈振动�外形尺寸/设备总重：500mm×12000mm×1700mm/600Kg操作步骤七、七、操作步骤1.试验前送电操作步骤�步骤一：启动控制柜电源（如果有报警现象用鼠标点击“系统事故复位”即可）。
含氟连铸保护渣黏度检测与预测模型
含氟连铸保护渣黏度检测与预测模型赵忠宇1,2)，赵俊学1)✉，谭泽馨1)，屈波樵1)，崔雅茹1)1) 西安建筑科技大学冶金工程学院，西安 710055 2) 中冶赛迪技术研究中心有限公司，重庆 401120✉通信作者，E-mail ：**********************摘 要 采用旋转柱体法对不同类型的含氟连铸保护渣黏度进行检测，并基于Arrhenius 方程通过非线性回归分析建立了新的黏度预测模型，分析了组分变化对黏度的影响. 结合模型计算和实验检测，建立了CaF 2‒Na 2O‒Al 2O 3‒CaO‒SiO 2‒MgO 渣系的等黏度图. 结果表明，与传统的含氟连铸保护渣黏度预测模型相比，该模型计算的偏差在10%以内，当渣中w （CaF 2）超过20%时，偏差逐渐增大，主要由于氟化物挥发造成炉渣成分变化，最终黏度实测值与炉渣初始成分不符，造成模型无法对黏度有效预测. 此外，研究发现，CaF 2的增加能显著降低炉渣黏度，而Al 2O 3和Na 2O 对黏度的影响受CaF 2含量的限制. 当w (CaF 2)>17%，炉渣黏度随Al 2O 3含量增加而减小，当w (CaF 2)<17%，Al 2O 3的增加使炉渣黏度显著增大；当w (CaF 2)>11.5%，炉渣黏度随Na 2O 含量增加显著下降，当w (CaF 2)<11.5%，Na 2O 含量变化对黏度的影响并不明显. 此外，该等黏度图表明低黏度区w (CaF 2)接近14%. 通过调整等黏度图中各组分比例，可以改善保护渣的黏度和流动性，供钢铁工业应用.关键词 连铸保护渣；CaF 2；黏度模型；非线性回归分析；等黏度图分类号 F407.3Viscosity detection and the estimation model of fluorine-containing mold flux for continuous castingZHAO Zhong-yu 1,2)，ZHAO Jun-xue 1)✉，TAN Ze-xin 1)，QU Bo-qiao 1)，CUI Ya-ru 1)1) School of Metallurgical Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China 2) CISDI R&D Co. Ltd, Chongqing 401120, China✉Corresponding author, E-mail: **********************ABSTRACT Mold flux plays a significant role in the continuous casting of steel. Especially, the viscosity (or its inverse, fluidity) ofmold flux is a key parameter for industrial applications to aid in product quality. In this paper, viscosities of different types of fluorine-containing continuous casting mold fluxes were first measured by the rotating cylinder method, and then a new viscosity estimation model was established based on the Arrhenius equation combined with nonlinear regression analysis to analyze the influence of component changes on the viscosity. Combining model calculation and experimental measurement, an iso-viscosity diagram of the CaF 2–Na 2O–Al 2O 3–CaO–SiO 2–MgO slag system was also created. It is found that deviation within 10% is calculated using the model in this study compared with the traditional viscosity estimation models of different types of fluorine-containing continuous casting mold fluxes but gradually increases when the w (CaF 2) of slag exceeds 20%, mainly due to the change of slag composition caused by fluoride volatilization. Finally, the measured value cannot correspond to the composition of the initial slag, and the model cannot give an accurate estimated value. It is also found that an increase of CaF 2 can significantly reduce viscosity, whereas, the effect of Al 2O 3 and Na 2O on viscosity is restricted by CaF 2 content. When w (CaF 2) > 17%, the viscosity of slag decreases with increasing w (Al 2O 3), and when w (CaF 2) < 17%, the viscosity of slag increases significantly with increasing w (Al 2O 3). When w (CaF 2) > 11.5%, the viscosity of the slag收稿日期: 2020−05−03基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51674185，51674186）工程科学学报，第 43 卷，第 4 期：529−536，2021 年 4 月Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 4: 529−536, April 2021https:///10.13374/j.issn2095-9389.2020.05.03.002; system decreases significantly with increasing w(Na2O) mass. When w(CaF2) < 11.5%, the effect of Na2O on viscosity is not obvious. In addition, the diagram shows that the mass fraction of CaF2 in the low viscosity area is nearly 14%. This shows that the viscosity and fluidity of mold flux can be improved by adjusting the component ratio in this iso-viscosity diagram for applications in the steel industry. KEY WORDS continuous casting mold flux；CaF2；viscosity estimation model；nonlinear regression analysis；iso-viscosity diagram炼钢过程熔渣的流动性对精炼反应、制定冶炼温度制度、渣金传热（传质）以及产品质量控制等均具有重要影响[1−5]. 黏度是影响熔渣流动性的主要因素，为此，诸多学者对各类炉渣的黏度影响以及控制机理作出分析，并希望建立一种普遍适用的炉渣黏度模型来预测不同组成的炉渣黏度随温度变化[6−23]. 其中，对于连铸保护渣黏度预测模型，应用较为广泛的有Riboud模型[21]（基于Weymann-Frenkel公式），Iida模型[22]（基于结晶温度分析）以及Mills模型[23]（基于光学碱度分析），但各类模型都有一定局限性，尤其对于含氟炉渣的黏度预测结果与实验检测值相差较大. 对此，Mills 指出，这与含氟炉渣的挥发导致成分变化有关.本文结合现行连铸工艺对含氟连铸保护渣进行黏度检测，并基于Arrhenius方程以及非线性回归分析建立黏度预测模型. 通过与传统黏度模型对比，以及对不同类型含氟保护渣黏度检测数据分析，实现对本次黏度预测模型的有效评价.1 实验方法根据连铸工艺要求与应用，选定含氟连铸保护渣成分范围，如表1所示，其中M表示炉渣二元碱度，数值上等于w(CaO)与w(SiO2)之比.表 1 含氟保护渣成分范围（质量分数）Table 1 Composition of fluorine-containing mold flux%CaF2M Na2O Al2O3MgO4–200.6–1.23–122–120–12采用二次回归正交设计方案[24]，实验因素（变量）为5，水平试验次数为24，星号试验次数2×5，零水平试验次数为1，实验次数共计24+2×5+1=27，分别编号为C1～C27. 为对模型有效性及适用性作出评价，对美国物理实验室及冶金部数据库[25]中含氟保护渣黏度数据（M1～M11）以及国内重庆大学材料科学实验室[26]此前公布的含氟保护渣黏度检测数据（P1～P15）进行分析对比. 同时，结合Mills对CaF2‒CaO‒SiO2三元渣黏度检测数据（S1～S7）[27]，对“测不准”现象作出分析与评价. 各组成分如表2所示.配渣方式采用化学纯试剂按照设计表分别配制上述C1～C27各组炉渣试样，利用玛瑙球磨机以200 r·min−1速度研磨0.5 h，置于GF101-2A电热鼓风干燥箱，设定120 ℃常压干燥5 h，取出后放入试样袋真空压缩，避光保存. 本次黏度实验采用RTW-10型熔体物性综合测定仪，为避免试样与坩埚反应，采用钼制坩埚和钼制测头，升温速率10 ℃·min−1，温度达到1500 ℃后以5 ℃·min−1降温，并记录黏度变化数据，检测过程通入高纯氩气保护，流量设置50 mL·min−1.2 结果分析2.1 黏度检测与分析对C1～C27各试样黏度检测，同时，依据Arrhenius方程（式（1）～（2））以及黏度检测数据，作出关于黏度值的对数（lnη）与温度倒数（1/T）的线性关系. 以C27号黏度曲线为例，分析结果如图1所示. 同时，分别求得各组黏度参数线性关系的截距（ln A）与斜率（B=E/R，其中E为活化能，R为气体常数），如表3所示.依据炉渣碱度M以及组元成分变化，对黏度参数ln A与B分别作非线性回归分析，得出如下参数模型.式中，x1，x2，x3，x4，x5分别表示碱度M，以及Al2O3，CaF2，Na2O，MgO等组元质量分数. 同时，采用SPSS软件对上述回归方程进行分析，P值= 0.0001<0.05，相关系数为0.9941，拟合度较好.· 530 ·工程科学学报，第 43 卷，第 4 期由于拟合因素过多，为明晰各组成对参数ln A与B的影响，依据实验检测参数做图2.从图2（a）可以看出，ln A位于−10～−12之间，其中，仅有5个试样对应拟合参数偏离较大，分别为C17（碱度最大值），C18（碱度最小值），C21（CaF2最大值），C24（Na2O最小值），C26（MgO最小值），其中，C21对应ln A最大，C24对应ln A最小，而图2（b）中各参数拟合点的变化趋势与图2（a）恰好相反，由此可见，CaF2和Na2O是影响保护渣黏度最显著的两个因素. 相关研究表明[6]，在含氟保护渣中，NaF起到显著的助熔作用，这与此结论相一致.2.2 黏度预测模型检验与对比结合上述黏度参数模型，对不同成分含氟保护渣在不同温度下的黏度变化进行预测，结合本次黏度检测结果（C1～C27）以及不同类型含氟保护渣黏度数据（M1～M11，P1～P14），对该黏度预测模型有效性作出评价，并与传统黏度预测模型对比分析，结果如图3所示.黏度预测值与检测值的偏差率Δ计算方法如表 2 连铸保护渣组成（质量分数）Table 2 Components of mold fluxes for continuous casting% Slag CaO SiO2Al2O3CaF2Na2O MgO M Slag CaO SiO2Al2O3CaF2Na2O MgO M C124.622.311.21911.711.2 1.1C2433.737.47.212.4 3.1 6.20.9 C234.030.910.517.8 4.7 2.1 1.1C2527.630.77.6138.1130.9 C335.132.011.27.811.7 2.2 1.1C2633.837.57.6138.100.9 C435.131.910.57.3 4.710.5 1.1C2730.734.17.6138.1 6.50.9 C532.829.8 4.51911.7 2.2 1.1M123.438.3 6.212.918.80.50.6 C632.929.9 4.217.8 4.710.5 1.1M217.540.0 5.214.521.5 1.30.4 C733.930.9 4.57.811.711.2 1.1M320.134.4 4.814.326.400.6 C842.838.9 4.27.3 4.7 2.1 1.1M419.436.618.017.28.800.5 C923.032.911.21911.7 2.20.7M532.631.2 5.38.022.90 1.0 C1023.333.210.517.8 4.710.50.7M622.542.210.410.713.0 1.30.5 C1123.934.211.27.811.711.20.7M721.533.2 3.715.425.70.50.6 C1231.044.410.57.3 4.7 2.10.7M822.738.6 6.313.518.900.6 C1322.131.5 4.51911.711.20.7M922.335.08.916.517.300.6 C1429.341.9 4.217.8 4.7 2.10.7M1020.434.0 4.317.923.400.6 C1530.443.4 4.57.811.7 2.20.7M1113.832.0 3.520.227.1 3.50.4 C1630.243.1 4.27.3 4.710.50.7P139390138.4 1.6 1.0 C1735.329.57.6138.1 6.5 1.2P23939013 3.6 6.4 1.0 C1824.340.57.6138.1 6.50.6P34141013 3.6 1.6 1.0 C1928.131.313138.1 6.50.9P43939078.4 6.4 1.0 C2033.336.9 2.2138.1 6.50.9P54242078.4 1.6 1.0 C2126.629.67.621.68.1 6.50.9P6424207 3.6 6.4 1.0 C2234.838.77.6 4.38.1 6.50.9P7444407 3.6 1.6 1.0 C2327.530.58.013.613.6 6.80.9P830420138.4 6.40.7 P93448—13 3.6 1.60.7S133.553.0—13.5——0.6 P103441—15640.85S232.947.8—19.3——0.7 P113541—101040.85S333.146.9—20.0——0.7 P123945—10600.85S430.837.8—31.4——0.8 P133541—10680.85S527.030.4—42.6——0.9 P143743—10640.85S633.039.6—27.4——0.8 P154238—1064 1.1S733.238.6—28.2——0.9赵忠宇等： 含氟连铸保护渣黏度检测与预测模型· 531 ·式（5）所示.式中，ηn ,est 为第n 组炉渣试样预测黏度，ηn ,mea 为第n 组炉渣试样检测黏度，N 为黏度实验总次数.对比各黏度预测模型对不同类型含氟连铸保护渣不同温度下的黏度预测情况，其中，Riboud 模型预测值相对检测值偏差率较大，Iida 模型的黏度预测值相对检测值偏高，而Mills 模型的黏度预测值相对检测值偏低，相比之下，本此建立的黏度预测模型对各类含氟保护渣黏度预测值相对检测值偏差率收敛至10%以内，拟合度较高.同时，结合Mills 早期关于CaF 2‒CaO‒SiO 2三元渣（S1～S7）黏度检测数据进行对比分析，结果如图4所示.对比发现，Mills 模型对高氟含量炉渣（S5）黏度预测效果更好，而对中、低氟含量炉渣黏度预测值相对检测值偏差率较大；本黏度模型对低氟含量炉渣（S1～S3）黏度拟合效果更好，而高氟和中氟含量炉渣黏度预测值相对检测值偏差率较大，分析原因，主要受含氟渣挥发性影响，当炉渣中w (CaF 2)>20%，模型预测值与检测值偏差逐渐增表 3 黏度参数分析Table 3 Viscosity controlling parametersSlag ln A B Slag ln A B Slag ln A B C1−12.116616750.76C10−11.166315523.76C19−11.641916899.20C2−11.152115331.25C11−11.406916399.51C20−10.573614696.67C3−11.482716323.80C12−11.904519019.28C21−9.2606311473.14C4−11.233816106.31C13−10.711413670.59C22−11.338818048.45C5−10.966613904.19C14−11.189615932.56C23−10.481413697.65C6−11.180614859.89C15−11.439117000.89C24−17.236225991.79C7−11.352215328.48C16−11.131216491.46C25−10.581214320.87C8−11.363516421.96C17−14.961021103.44C26−13.068218316.60C9−10.999214722.03C18−12.897219711.71C27−10.782813602.93图 1 黏度−温度线性分析Fig.1 Linear analysis of ln η to 1/T−10−12−14−16−1802468101214Slag serial number1618202224262830(b)−82.52.01.51.002468101214Slag serial number1618202224262830图 2 黏度参数拟合数值变化. （a ）ln A ；（b ）B Fig.2 Viscosity parameter fitting value: (a) ln A ; (b) B· 532 ·工程科学学报，第 43 卷，第 4 期大，这主要是由于炉渣中氟化物挥发引起成分变化，最终导致黏度检测值已无法与初渣成分相对应，模型亦无法给出准确的估计值. 由此可见，搞清炉渣中氟化物的挥发机理对控制炉渣成分变化及其黏度预测均具有重要影响.2.3 黏度预测模型应用依据本次建立的含氟保护渣黏度预测模型，可对比分析不同组元变化对炉渣黏度的影响. 以C27号渣样（零水平）为基础，固定碱度M =0.9，w (MgO)=6.5%不变，改变CaF 2，Na 2O 以及Al 2O 3组元成分，分析得出组元成分变化对保护渣黏度影响，如图5所示.由图5（c ）可知，CaF 2的添加可以显著降低保护渣黏度，而Al 2O 3与Na 2O 对炉渣黏度的作用机0.5 1.0 1.5 2.00.51.0 1.52.0Measured viscosity/(Pa·s)Measured viscosity/(Pa·s)Δ=30.9%Δ=9.63%1200 ℃1300 ℃1400 ℃0.51.0 1.52.0Measured viscosity/(Pa·s)0.51.0 1.52.0Measured viscosity/(Pa·s)Δ=40.7%Δ=32.8% (1200 ℃)(a)(b)(c)(d)1200 ℃1300 ℃1400 ℃1200 ℃1300 ℃1400 ℃1200 ℃1300 ℃1400 ℃图 3 含氟保护渣黏度预测值与检测值对比. （a ）Riboud 模型；（b ）Iida 模型；（c ）Mills 模型；（d ）本研究模型Fig.3 Estimated and measured viscosities of fluorine-containing mold flux: (a) Riboud model; (b) Iida model; (c) Mills model; (d) studied model(a)(b)0.10.20.30.40.50.6S1S2S3S4S5S6S70.70.70.60.50.40.30.20.1000.10.20.30.40.50.60.7Measured viscosity/(Pa·s)Measured viscosity/(Pa·s)S1S2S3S4S5S6S7图 4 CaF 2‒CaO‒SiO 2三元渣黏度预测值与检测值对比. （a ）Mills 模型；（b ）本研究模型Fig.4 Estimated and measured viscosities of CaF 2‒CaO‒SiO 2: (a) Mills model; (b) studied model赵忠宇等： 含氟连铸保护渣黏度检测与预测模型· 533 ·理都受到渣系中CaF 2含量的制约. 图5（a ）中交点处CaF 2质量分数为17%，在交点右侧，即炉渣中w (CaF 2)>17%，随Al 2O 3的增加黏度有所下降，在交点左侧w (CaF 2)<17%，Al 2O 3的增加会使炉渣黏度显著增加. 图5（b ）中交点处CaF 2质量分数为11.5%.在交点左侧w (CaF 2)>11.5%，随Na 2O 质量增加渣系黏度显著下降，在交点右侧w (CaF 2)<11.5%，Na 2O 对黏度的影响并不明显.根据上述黏度预测模型以及实验检测数据可绘制得到1500 ℃下含氟连铸保护渣等黏度图，如图6所示.观察图6各等黏度曲线可知，低黏度区w (CaF 2)=14%左右，CaF 2含量过高或过低都会使渣系黏度增大. 同时，在靠近Al 2O 3区域黏度逐渐增大，因此，渣系中Al 2O 3含量不宜过高. 依据该黏度等值图可通过调整组元配比改善保护渣黏度及流动性，以适应不同钢种的冶炼工艺和工况.3 结论与展望（1）基于Arrhenius 方程通过黏度检测与非线性回归分析，得到含氟连铸保护渣黏度预测模型，通过与传统黏度预测模型对比，本黏度模型对不同类型含氟保护渣黏度预测值相对检测值偏差率小于10%，拟合度较好.（2）CaF 2的添加可以显著降低保护渣黏度.0.06(c)w (CaF 2)=17%w (CaF 2)=13%w (CaF 2)=9%w w (A w (A l 2η/(P a ·s )00.60.8w (N a %w (N a 2O )=8%w (Na 2O )=6%0.60.40.200.160.140.120.100.080.060.04F )0.08η/(P a ·s )0.100.120.140.20.8图 5 CaF 2，Na 2O 和Al 2O 3成分变化对保护渣黏度影响Fig.5 Effect of CaF 2, Na 2O, and Al 2O 3 on the viscosity of mold fluxCaF 2w (Al 2O 3)w (N a2O )w (C a F 2)Na 2OAl 2O 30.20.40.60.20.30.30.40.40.50.50.60.60.7Estimated viscosity Measured viscosity 图 6 CaF 2‒Na 2O ‒Al 2O 3‒CaO ‒SiO 2‒MgO 等黏度图（M =0.9,w (MgO)=6.5%，1500 ℃）Fig.6 CaF 2–Na 2O –Al 2O 3–CaO –SiO 2–MgO iso-viscosity diagram (M =0.9, w (MgO)=6.5%, 1500 °C)· 534 ·工程科学学报，第 43 卷，第 4 期当w (CaF 2)>17%，随Al 2O 3的增加黏度有所下降，w (CaF 2)<17%，Al 2O 3的增加会使炉渣黏度显著增加；当w (CaF 2)>11.5%，随Na 2O 质量增加渣系黏度显著下降，当w (CaF 2)<11.5%，Na 2O 对黏度的影响并不明显.（3）结合模型计算与实验检测，绘制了CaF 2‒Na 2O ‒Al 2O 3‒CaO ‒SiO 2‒MgO 渣系1500 ℃下等黏度图，分析得出，低黏度区w (CaF 2)接近14%，CaF 2含量过高或过低都会使炉渣黏度增大.（4）炉渣黏度预测模型形式多样，但含氟炉渣黏度模型较少，且拟合结果偏差较大，根本原因是含氟炉渣的高温挥发导致成分变化，影响模型预测的准确性，因此，对含氟渣挥发机制尚需投入更多的研究工作才能得到更为准确的黏度预测模型.参 考 文 献Wang X H. Metallurgy of Iron and Steel: Steelmaking . Beijing:Higher Education Press, 2007（ 王新华. 钢铁冶金: 炼钢学. 北京: 高等教育出版社, 2007）[1]Anisimov K N, Longinov A M, Toptygin A M, et al. Investigationof the mold powder film structure and its influence on the developed surface in continuous casting. Steel Transl , 2016,46（7）: 489[2]Viswanathan N N, Fatemeh S, Du S C, et al. Estimation of escaperate of volatile components SiF 4 and HF from slags containing CaF 2 during viscosity measurement. Steel Res , 1999, 70（2）: 53[3]Cho J W, Yoo S, Park M S, et al. Improvement of castability andsurface quality of continuously cast TWIP slabs by molten mold flux feeding technology. Metall Mater Trans B , 2017, 48（1）: 187[4]Susa M, Sakamaki T, Kojima R. Chemical states of fluorine inCaF 2‒CaO ‒SiO 2 and NaF ‒Na 2O ‒SiO 2 glassy slags from the perspective of electronic polarisability. Ironmaking Steelmaking ,2005, 32（1）: 13[5]Zhao J X, Zhao Z Y, Shang N, et al. Analysis on influence offluoride in mold powder of continuous casting. Iron Steel , 2018,53（10）: 8（赵俊学, 赵忠宇, 尚南, 等. 连铸保护渣中氟化物作用及影响分析. 钢铁, 2018, 53（10）：8）[6]Li J Y, Zhang L, Tan Y, et al. Research of boron removal frompolysilicon using CaO–Al 2O 3–SiO 2–CaF 2 slags. Vacuum , 2014,103: 33[7]Wang Q, He S P, Li Y G, et al. Status and developing needs of mould fluxes for continuous casting in China. Continuous Cast ,2014（5）: 1[8]（王谦, 何生平, 李玉刚, 等. 中国连铸保护渣技术现状及发展需求. 连铸, 2014（5）：1）Arefpour A R, Monshi A, Saidi A, et al. Effect of CaF 2 and MnOon mold powder viscosity and solidification during high-speed continuous casting. Refract Ind Ceram , 2013, 54（3）: 203[9]Persson M, Seetharaman S, Seetharaman S. Kinetic studies offluoride evaporation from slags. ISIJ Int , 2007, 47（12）: 1711[10]Haverkamp R G. An XPS study of the fluorination of carbonanodes in molten NaF–AlF 3–CaF 2. J Mater Sci , 2012, 47（3）: 1262[11]Shi C B, Cho J W, Zheng D L, et al. Fluoride evaporation andcrystallization behavior of CaF 2–CaO–Al 2O 3–(TiO 2) slag for electroslag remelting of Ti-containing steels. Int J Miner Metall Mater , 2016, 23（6）: 627[12]Park H S, Kim H, Sohn I. Influence of CaF 2 and Li 2O on theviscous behavior of calcium silicate melts containing 12 wt pct Na 2O. Metall Mater Trans B , 2011, 42（2）: 324[13]Tong Z F, Qiao J L, Jiang X Y. Kinetics of Na 2O evaporation fromCaO‒Al 2O 3‒SiO 2‒MgO‒TiO 2‒Na 2O slags. Ironmaking Steelma -king , 2017, 44（4）: 237[14]Park J Y, Ryu J W, Sohn I. In-situ crystallization of highly volatilecommercial mold flux using an isolated observation system in the confocal laser scanning microscope. Metall Mater Trans B , 2014,45（4）: 1186[15]Shin S H, Cho J W, Kim S H. Structural investigations ofCaO–CaF 2–SiO 2–Si 3N 4 based glasses by Raman spectroscopy and XPS considering its application to continuous casting of steels.Mater Des , 2015, 76: 1[16]Guo J M, Peng K W, Yi L, et al. Study on properties ofAl 2O 3‒CaO‒SiO 2‒CaF 2‒MgO slag system. Appl Mech Mater , 2014,513-517: 24[17]Zhao J X, Ge B L, Cui Y R, et al. High temperature propertiesmeasurement of slag with higher volatile content. Ind Heat , 2016,45（2）: 12（赵俊学, 葛蓓蕾, 崔雅茹, 等. 含易挥发组元炉渣的高温性能检测. 工业加热, 2016, 45（2）：12）[18]Han X L, Li P. Effect of alkalinity, F’s content and Na 2O contentin steel slag film crystals. J Hebei United Univ Nat Sci Ed , 2014,36（1）: 18（韩秀丽, 李沛. 碱度值R 、F-含量和Na 2O 含量对中碳钢保护渣渣膜结晶体的影响规律. 河北联合大学学报(自然科学版), 2014,36（1）：18）[19]Zhao X J, Wen H Q, Zhang J Y. The phase properties of mold fluxin continuous casting mold flux. Mod Metall , 2019, 47（3）: 46（赵显久, 温宏权, 张捷宇. 连铸结晶器保护渣物相性能研究. 现代冶金, 2019, 47（3）：46）[20]赵忠宇等： 含氟连铸保护渣黏度检测与预测模型· 535 ·Riboud P V, Roux Y, Lucas L D, et al. Improvement of continuouscasting powders. Fachber Hiittenprax Metallweiterverarb ,1981（19）: 859[21]Iida T, Sakai H, Kita Y, et al. An equation for accurate predictionof the viscosities of blast furnace type slags from chemical composition. ISIJ Int , 2000, 40（Suppl ）: S110[22]Mills K C, Fox A B, Li Z, et al. Performance and properties ofmould fluxes. Ironmaking Steelmaking , 2005, 32（1）: 26[23]Liu Z X, Wang L. Experimental Design and Data Processing . 2ndEd. Beijing: Chemical Industry Press, 2015[24]（ 刘振学, 王力. 实验设计与数据处理. 2版. 北京: 化学工业出版社, 2015）Mills K C, Sridhar S. Viscosities of ironmaking and steelmakingslags. Ironmaking Steelmaking , 1999, 26（4）: 262[25]Pan Z S, Wang Q, He S P, et al. Effect of viscosity components onmould fluxes. Spec Steel Technol , 2010, 16（2）: 18（潘志胜, 王谦, 何生平, 等. 连铸保护渣组分对黏度的影响. 特钢技术, 2010, 16（2）：18）[26]Mills K C, Fox A B. The role of mould fluxes in continuouscasting-so simple yet so complex. ISIJ Int , 2003, 43（10）: 1479[27]· 536 ·工程科学学报，第 43 卷，第 4 期。
连铸结晶器保护渣熔点影响因素的研究
本文 以生产 现场 实际 使用 的连铸 结 晶器 保护
渣 为研究 对象 ， 究 影响保 护渣熔 点 的因素 ， 研 分析
熔点 随成 分变化 的规 律 。
２ ２ 碱 金属 氧化 物含量 对保 护渣熔 点的影 响 ．
碱 金 属 氧 化 物 Ｒ Ｏ 含 量 （ （ Ｏ ） 。 Ｗ Ｎａ 与
ｗ（ 之 和） Ｋ Ｏ） 对保 护渣 熔 点 的影 响如 图 ２所 示 。
２ １ 碱 度 Ｒ对 保护 渣熔点 的影 响 ．
碱 度 Ｒ 对 保 护 渣 熔 点 的 影 响 如 图 １所 示 。
从 图 １中可 以看 出 ， 护渣 熔 点 随碱 度 的增 大是 保 先 稍微 降低后 逐渐 升高 。当碱度 为 ０ ７ ． ． ～０ ８时 ， 保 护渣熔 点 随碱 度 的增 加 而 降 低 ， 这是 由于 网链
护 渣 的 熔 点 是 保 护 渣 的 重 要 特 性 之 一 ， 表 征 着 它
勺
鎏
保护 渣在 升温过 程 中 由固态完全 转变 为液态 时 的 温度 。研 究表 明 ， 护渣 的熔 点 与其 组 分 直接 相 保
关跚 。
图 １ 碱 度 Ｒ对 保 护 渣 熔 点 的影 响
Ｆｉ ． Ｅｆ ｅ ｔ ｏ ｌ ｌｎｉｙ ｏ ｅ ｔｎｇ ｐ ｉ ｔ ｏ ｏ ｄ ｆ ｕ ｇ１ ｆ ｃ ｆ ａ ｋａ ｉ ｔ ｎ ｍ ｌ ｉ ｏ ｎ ｆ ｍ ｌ ｘ ｌ
从 图 ２中 可 以 看 出 ， 金 属 氧 化 物 含 量 小 于 ６ 碱
１ 试 验 方 法
取 样 于 生 产 现 场 实 际 使 用 的 ８组 连 铸 结 晶器
时， 随着 碱金 属氧 化物含 量增 大 ， 护渣熔 点显著 保 降低 ； 当碱金 属氧化 物含 量 大 于 ６ 时 ， 大 碱金 增
连铸结晶器保护渣黏度的测试与应用
提供 润滑作 用 以及在结 晶器和铸 坯 （ ） 间提供 均 流 之 匀 的传热【 ｌ Ｊ 。连铸 保护渣的黏度是一个重要的参数 ， 对 结 晶器 内发生 的冶金行 为包括液渣流 入和 消耗 、 夹杂
物吸收等产生重要 影响 。所 以 ， 了确保保 护渣在 为 浇注 中的 良好 性能 ， 须重视保护渣 黏度性质 的测试 必
△９ 一黏度测 头在空气 中与在待测熔体 中转 动的
扭角变化量 。
首先 采用蓖麻 油作为标 准液 ， 对仪 器常数进 行标
ｔ ｊ
箸 一 ． 铁冶 一 ｍ ． 一钢 炼
ｍ
维普资讯
定。蓖麻 油黏度 与温度 Ｔ的关 系式 为 ：
６ ９ ９３
温 ．分别 测量 １２ ０Ｃ １ ０ ￣ 、 １０ １０ ＝ ５ ￣ 、 ２ ０Ｃ １ ５ ％、１０ｃ时熔 Ｉ
渣 的黏度值 。每 个温度点测三 次 ， 取平均值作 为该 温 度点的黏度值 ． 测试结果如 图 ２ 所示。 由图 ２可 以看到 ，温度 对黏度值 有较大影 响 ， 随
维普资讯
『 Ｔ Ｌ Ｇ Ｔ Ｅ Ｒ ｌ Ｍ ＡＵ Ｙ Ｉ Ｎ Ｌ
一
鱼＠年 ：＠ 总第— ＝ 期 ＠＠ 第 期 ： ：二 ｃ ．二 ０ 二 翰 苎 二 ！ ＿
连铸结晶器保护渣黏 度的测试 与应用
潘贻芳 邓志勇－ 杨玉敏 王 宝明 杨 肖 袁章福
四种保护渣化学成分以及物理性质 如表 １ 所示 。
２ １ ０
Ｏ ８
Ｏ ６
Ｏ ４
Ｏ ２
２ ３
测 试 结 果
表１ 各型号保护渣理化性能指标
先将 高温 炉设 定 为 １３０ｃ恒 温加热 保护渣 ， ０ ｃ 待
影响保护渣使用性能的工艺因素研究
连铸保护渣是一种以硅酸盐为基料，并含有多种熔剂和碳质骨架材料的多功能冶金材料，是钢铁冶金连铸过程中的关键辅料之一。
保护渣在结晶器钢液面上熔化，形成液渣层、烧结层和粉渣层三层结构。
正常浇注条件下，液渣在弯月面处流入结晶器与铸坯坯壳的间隙中，对铸坯表面质量及连铸生产工艺的顺行有很大影响。
1 保护渣成分连铸保护渣主要由基料、助熔剂和碳质材料三大部分组成，化学成分通常包括CaO、SiO2、Al2O3、Na2O、MgO、MnO、Li2O、K2O、BaO、SrO、FeO、CaF2、炭粒及有害成分磷、硫。
保护渣的理化性能，比如熔化温度、碱度、黏度、熔化速度、表面张力等都与化学成分密切相关，其使用性能与连铸机生产工艺条件相互影响和制约。
2 保护渣作用保护渣的作用可概括为：一是，隔热保温作用：连铸浇注过程中，被高温钢水熔化的液渣层覆盖在结晶器钢水表面上。
隔热保温，防止表面结壳和搭桥，提高弯月面温度，保持良好的液渣流入通道，减轻振痕，减少铸坯表面缺陷。
二是，防止钢水二次氧化：保护渣覆盖在钢水液面上，其三层结构将钢水与空气隔绝开，防止空气进入钢水发生二次氧化。
三是，吸附夹杂的作用：液渣具有一定的吸附、溶解夹杂物的能力，保护渣熔化成液渣后，吸附钢水中上浮的夹杂物，达到净化钢水的作用。
四是，润滑作用：液渣在结晶器四周的弯月面处，由于结晶器的振动和坯壳与铜板之间缝隙的毛细管作用，液渣被吸入并充满铜板与坯壳的缝隙，形成一定厚度的渣膜，减少拉坯阻力和避免坯壳粘结问题。
五是，改善结晶器传热：液渣填充到铜板与坯壳之间的气隙中，减少了热阻，改善坯壳在结晶器内的传热，使坯壳生长均匀，防止铸坯表面裂纹。
3 连铸生产工艺对保护渣性能的影响(1) 钢水质量及温度保护渣必须在合适的钢水温度下才能发挥良好的使用性能。
钢水温度偏低，保护渣熔化需要的热量不足，熔化效果不好，熔化速度慢，液渣生成少，影响坯壳润滑和传热。
钢水温度过高，保护渣熔化快，液渣层厚，造成下渣不均，坯壳厚度不均匀。
连铸结晶器保护渣熔点影响因素的研究
连铸结晶器保护渣熔点影响因素的研究王庆祥;肖聪;余其红;刘文华【摘要】以生产现场实际使用的连铸结晶器保护渣为研究对象,研究碱度、碱金属氧化物含量、Al2O3含量和F含量对保护渣熔点的影响.结果表明,保护渣熔点随Al2O3含量和碱度增大呈先略微降低后逐渐升高势态,随碱金属氧化物和F含量的增加呈先显著降低后趋于平缓趋势.【期刊名称】《武汉科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(033)003【总页数】3页(P248-250)【关键词】保护渣;熔点;组成【作者】王庆祥;肖聪;余其红;刘文华【作者单位】武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,湖北,武汉,430081;武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,湖北,武汉,430081;武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,湖北,武汉,430081;武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,湖北,武汉,430081【正文语种】中文【中图分类】TF777.7连铸结晶器保护渣主要由基料、助熔剂和碳质材料三部分组成,其主要化学成分有CaO、SiO2、Na2 O、CaF2、A l2 O3、M gO等。
连铸结晶器保护渣作为连铸生产的关键辅料,要求其具有绝热保温覆盖(防止钢液的二次氧化)、吸收同化钢液中上浮夹杂物、改善铸坯与结晶器之间的传热效果以及减小两者间的摩擦(保证铸坯的润滑)等功能[1-2]。
上述诸功能决定于保护渣的特性,而保护渣的熔点是保护渣的重要特性之一,它表征着保护渣在升温过程中由固态完全转变为液态时的温度。
研究表明,保护渣的熔点与其组分直接相关[3]。
本文以生产现场实际使用的连铸结晶器保护渣为研究对象,研究影响保护渣熔点的因素,分析熔点随成分变化的规律。
1 试验方法取样于生产现场实际使用的8组连铸结晶器保护渣,其主要组分经常规化验得出;碱度R通过化验保护渣成分中的CaO和SiO2的质量分数算得;熔点采用试样变形法试验测定。
连铸保护渣的熔化温度_凝固温度和结晶温度研究_刘承军
实验采用二次回归正交设计[5] ,研究连铸保 护渣 CaO/ SiO2 、Na2CO3 含量 、CaF2 含量 、Al2O3 含 量 、MgO 含量等 5 个因素对熔化温度 、凝固温度和 结晶温度的影响 ,实验方案如表 2 所示 。
表 2 实验方案
实验
含量 ( w ) / %
2 实验方法
2. 1 实验渣料准备
实验采用预熔渣料 ,粒度 ≤0. 074 mm。实验
渣料首先采用化学纯试剂配制而成 ,其中 Na2O 以 Na2CO3 代替 ,然后在 1400 ℃高温条件下均匀熔化 10 min , 最后进行激冷 、破碎 、研磨 、筛分 、干燥 。 在配料之前 ,各试剂均进行高温处理 ,时间超过 1 h ,以去除水分及挥发性杂质 ,保证配料精度 ,各试 剂纯度及其烘烤温度列于表 1 。为统一起见 ,预 熔渣料中 Na2O 含量以配料时 Na2CO3 含量表示 。
0. 521868 Z25
(2)
Tc = 1576. 50 - 247. 288 Z1 - 20. 7315 Z2 -
20. 3863 Z3 + 3. 67508 Z4 - 9. 52446 Z5 +
3. 33333 Z1 Z2 + 0. 416667 Z1 Z3 +
4. 58333 Z1 Z4 + 1. 38889 Z1 Z5 +
5
21 0. 9 32. 08 35. 65 15 7. 27 5
5
22 0. 9 24. 76 27. 51 15 22. 73 5
5
23 0. 9 30. 62 34. 02 15 15 0. 36 5
24 0. 9 26. 22 29. 14 15 15 9. 64 5
533-保护渣矿物组分对其熔点和粘度的影响规律与在线粘度计(黏度-矿物组成)
参考文献 ：
［１ ］ 李殿明 ，邵明天 ，杨宪礼 ，等 ．连铸结晶器保护渣应用技术 ［Ｍ ］ ．北京 ：冶金工业出版社 ，２００８ ． ［２ ］ 杜恒科 宽． 板坯连铸结晶器保护渣理化性能研究及应用 ［Ｄ ］ ．重庆 ：重庆大学 ，２００６ ． ［３ ］ Ｗ Ａ Ｎ Ｇ Ｈｏｎｇ Ｍ ｉｎｇ ，ＬＩ Ｇｕｉ Ｒｏｎｇ ，ＬＩ Ｂｏ ，ｅｔ ａｌ ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｂ２Ｏ３ ｏｎ Ｍ ｅｌｔｉｎｇ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ＣａＯ － ｂａｓｅｄ ｌａｄｌｅ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｓｌａｇ ［Ｊ］ ．ＩＳ Ｕ Ｉｎ‐
保护渣矿物组分对其熔点和粘度的影响规律
韩秀丽１ ，２ ，潘苗苗１ ，张韩１ ，刘磊１
（１ 河． 北联合大学 矿业工程学院 ，河北 唐山 ，０６３００９ ；２ ．河北省矿业开发与安全技术实验室 ，河北 唐山 ０６３００９）
关键词 ：保护渣 ；矿物组成 ；粘度 ；熔点 摘 要 ：连续铸钢过程中结晶器保护渣的粘度和熔点会对铸坯质量产生较大的影响 ，采用 ＲＤＳ － ０４ 全自动炉渣熔点熔速测定仪和 ＨＦ － ２０１ 型结晶器渣膜热流粘度测试仪 ，分别测定 了保护渣的粘度和熔点 。 结果表明 ，在一定矿物组成范围内 ，保护渣的熔化温度随萤石含量 、 纯碱含量的增加而降低 ；随石英砂含量的增加而增加 ；熔化温度随硅灰石含量先增加后降低 。 而保护渣粘度随石英砂 、硅灰石含量的增加而增加 ，随萤石 、纯碱含量的增加而降低 。 中图分类号 ：Ｔ Ｆ１１１ １．７ 文献标志码 ：Ａ
Ｂ２ Ｏ３ ６２ ３．８
ＣａＦ２
Ｎａ２ＣＯ ３
连铸保护渣的熔化温度_凝固温度和结晶温度研究_刘承军
0. 0958333 Z2 Z4 + 0. 195833 Z2 Z5 -
0. 104167 Z3 Z4 + 0. 0541667 Z3 Z5 -
0. 229167 Z4 Z5 + 241. 316 Z21 +
0. 275168 Z22 + 0. 258447 Z23 +
0. 160566 Z24 + 0. 601796 Z25
2001 年第 1 期 炼 钢 · 4 5 ·
Tc ———结晶温度 / ℃ Z1 ———CaO/ SiO2 Z2 ———Na2CO3 含量 / % Z3 ———CaF2 含量 / % Z4 ———Al2O3 含量 / % Z5 ———MgO 含量 / %
刘承军等 :连铸保护渣的熔化温度 、凝固温度和结晶温度研究
时向炉内不断滴加酒精以避免 Mo 丝氧化 。熔化 温度以渣样高度降为原高度 1/ 2 时的半球温度来 表示 。
2. 3 凝固温度测定
实验采用旋转粘度计测定连铸保护渣的凝固 温度 ,过程在 MoSi2 高温炉内进行 。炉膛温度恒 定 1 350 ℃,称取 140 g 渣料加入石墨坩埚送入炉 内 ,30 min 后渣料均匀熔化 。此时以 3 ℃/ min 速 度降温 ,同时微机数据采集系统开始记录实验数 据 。实验测定时炉膛采用 N2 保护气氛 。根据热 重分析曲线 ,可以得到开始析出结晶相时的温度 , 即为结晶温度 。
0. 112500 Z2 Z3 + 0. 412500 Z2 Z4 -
0. 379167 Z2 Z5 - 0. 279167 Z3 Z4 -
0. 170833 Z3 Z5 + 0. 243056 Z4 Z5 +
连铸保护渣粘度试验方法
连铸保护渣粘度试验方法引言连铸保护渣是在连铸过程中保护熔融金属不受氧化和污染的重要材料。
保护渣的粘度是一个重要的物理性能参数，它直接影响渣膜的形成和稳定性。
因此，开发一种准确测量连铸保护渣粘度的试验方法对于生产连铸板坯具有重要意义。
本文介绍了一种连铸保护渣粘度试验方法，并提供了该方法的操作步骤和实验结果的分析。
试验方法实验设备和材料1.粘度测定设备：包括粘度计和温控设备。
2.连铸保护渣样品。
3.实验容器。
操作步骤1.准备实验容器并将粘度计置于容器中。
2.将一定量的连铸保护渣样品加入实验容器中。
3.调节温控设备将温度控制在指定的测试温度。
4.打开粘度计，并等待温度稳定。
5.使用粘度计测量温度下的连铸保护渣粘度。
6.记录测量结果。
实验结果与分析根据所得到的测量结果，可以得到温度对连铸保护渣粘度的影响。
一般来说，随着温度的升高，连铸保护渣的粘度会降低。
这是由于温度升高会导致连铸保护渣中的粒子热运动加剧，从而降低了粘度。
此外，可以使用测得的粘度值来评估连铸保护渣的质量。
粘度过高可能会导致渣膜在连铸过程中无法均匀地覆盖熔融金属表面；粘度过低则可能导致渣膜不稳定，容易破裂。
因此，通过粘度测定可以及时发现保护渣的质量问题，保证连铸过程的顺利进行。
结论本文介绍了一种连铸保护渣粘度试验方法，并提供了操作步骤和实验结果的分析。
通过该试验方法，可以有效地测量连铸保护渣的粘度，并评估保护渣的质量。
这对于生产高质量的连铸板坯具有重要意义。
同时，需要注意的是，在进行连铸保护渣粘度测量时，应严格操作，遵守实验规程，以确保测量结果的准确性和可靠性。
参考文献•[参考文献1]•[参考文献2] •[参考文献3]。
连铸保护渣的等粘度和等凝固温度图
１９３
ｙ＿－８．７８０１８．０．８４０１４ｘＺ＋０．０２１５８ｘＺ２
（４） （５）
ｙ＿－６．８５４２２—０．６３２９２×Ｚ＋Ｏ．０１５９１ｘＺ２
根据以上数据，利用Ｏｒｉｇｉｎ软件做出不同助熔 剂加入量与纯碱／萤石的条件下，连铸保护渣的等粘 度图，结果见图４。从图４中可以直观的得到目标 粘度所对应的助熔剂的加入量和比例。
固相，导致粘度增加。助熔剂加入量１０％时，渣样
的粘度随纯碱／萤石的增加先减小，当纯碱／萤石为
０．４时连铸保护渣的粘度最低，之后随纯碱／萤石的
增加而增大。其原因同助熔剂加入量为１５％时的情
况相同，在高Ｆ一条件下有利于枪晶石析出，导致粘
度增大。
图４不同助熔剂加入量与纯碱／萤石条件下渣样的等粘度图
Ｆｉｇ，４ Ｔｈｅ ｉｓｏｖｉｓｃｏｕｓ
纯碱／萤石
［８］８
Ｓｕｐｒａｄｉｓｔ ｃａｓｔｉｎｇ
Ｍ，Ｃｒａｎｂ
ｉｎ
Ａ
ｗ＇Ｓｃｈｗｅｒｄｆｆｅｇｅｒ Ｋ．Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｇｒａｄｉｅｎｔ［Ｊ］．ＩＳＩＪ
ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｉｎ
ｐｏｗｄｅｒ
ａ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００４，
图６不同助熔剂加入量与纯碱／萤石条件下渣样的等凝固温
纯碱／萤石设为Ｚ连铸保护渣凝固温度设为ｙ。
专辑
孙丽枫等连铸保护渣的等粘度和等凝固温度图
１９５
ＩｓｏｖｉＳＣＯＵＳ ａｎｄ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ Ｄｉａｇｒａｍ ｆｏｒ
Ｓｕｎ Ｌｉｆｅｎ９１，２
Ｍｏｌｄ
Ｆｌｕｘｅｓ
Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，
Ｗａｎｇ
Ｈｏｎｇｐ０１，Ｌｕ Ｘｉａｏｗｅｉｌ，Ｌｉｎ
连铸结晶器保护渣的熔化
连铸结晶器保护渣的熔化吴杰李正邦林功文Melting of Mold Shielding Slag in ContinuousCastingWu Jie, Li Zhengbang and Lin Gongwen(Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081) 1 爱护渣熔化过程和机理爱护渣在钢水面上形成了所谓粉渣层-烧结层-液渣层的三层结构。
爱护渣熔化过程为：(1) 试样中有机物氧化(脱水和汽化)；(2) 碳质料的燃烧缺失，时刻较长，说明了渣粒烧结和熔化过程的延缓程度，与渣内所含碳粒类型和数量有关；(3) 熔化突然加快，取决于基料化学成分、矿物性质和粒度；(4) 熔融。
连铸爱护渣随温度升高，其熔化过程如下：爱护渣烧结层的形成机理为：第一是粉渣固相之间进行直截了当反应，而反应温度远低于反应物的熔点或它们的低共熔点。
假如爱护渣中存在着一些助熔剂，如碱金属的碳酸盐、氧化物、氟化物和玻璃质等，它们开始形成液相的温度远低于要紧组成物质的低共熔温度，这些少量液相会在反应中起极大的作用。
尽管液相不多，但对粉渣的固结起重要作用。
液相将固体颗粒表面润湿，靠表面张力作用使粉渣颗粒靠近、拉紧、并重新排列。
除了温度、压力、加热时刻等因素外，凡是能促进外扩散及内扩散进行的因素都能促进粉渣烧结。
如爱护渣的细粉碎、多晶转变、脱水、分解等化学反应。
固相化学反应的机理是离子在晶格中的扩散作用。
那个作用关于一定的物质仅仅在一定的温度水平下才有可能，CaO+SiO固相反应的开始2温度为500～700 ℃［1］，但显微观看发觉450～500 ℃一部分粒子已呈熔融状态［2］，随温度上升这种熔融液渣增多并浸润在基体粒子之间，不久基体粒子互相凝聚收缩。
这与渣中添加的助熔剂有关。
随着温度接近爱护渣熔点，烧结相逐步熔成一个个小液珠(见图1)，小液珠相互接触就有可能集聚成大液珠。
保护渣粘度活化能的测定
保护渣粘滞活化能的测定一、基本介绍粘度是冶金熔体的重要物理化学性质之一，对冶金过程的传热、传质及反应速率均有明显的影响。
具有良好粘度的保护渣不仅可以起到防止钢液面再氧化及对钢液具有绝热保温作用，还直接影响到保护渣吸收和溶解非金属夹杂物的能力，以及液态保护渣添充到结晶器（或模壁）和坯壳间的润滑功能，从而影响铸坯的顺利拉出。
在生产中，熔渣与金属的分离，能否由炉内顺利排出以及金属内的脱硫、脱磷等反应的顺利进行，对炉衬的侵蚀等问题均与熔体的粘度有密切相关的关系。
粘滞活化能是表征粘度随温度变化敏感程度的量度此外，保护渣在结晶器和铸坯之间良好渣膜的形成对于传热速度和传热均匀性、铸坯表面振动痕迹的形状等均有重要影响。
保护渣的作用是第一、绝热保温。
第二、隔绝空气，防止钢液的二次氧化。
第三、吸收非金属夹杂物，净化钢液。
第四、在铸坯凝固坯壳与结晶器内壁间形成润滑渣膜。
连铸保护渣因具有流动性而能覆盖在钢液表面，起着吸收及同化夹杂、隔热保温的作用，也因其在结晶器与凝固坯壳间形成均匀的渣膜，起着调控传热和润滑作用。
研究表明，保护渣这些作用发挥效果，与熔渣粘度及温度变化的敏感特性有重要关系。
粘度越大，熔渣抗钢液卷吸能力增强，但降低熔渣的成膜性能和吸收夹杂的传输能力，而减小粘度，有利于熔渣对钢液的覆盖和形成渣膜，但也易引起渣膜的不均匀分布；另一方面，由于钢水浇注温度波动和流动等原因，引起结晶器内不同区域弯月面附近的温度差异，加之熔渣粘度—温度的特性不同往往导致熔渣在不同区域的流动性能呈现较大差异，从而形成厚度不均的渣膜分布，对结晶器的传热和润滑产生较大的影响。
因此，在连铸温度下具有适宜的熔渣粘度、随温度及组成变化而改变较小的粘度—温度（组成）特性是保护渣的基本性能要求。
粘渣活化能表征熔体质点位移能量的大小，在一定组成和温度范围可视为常数，它既能反映不同组成熔渣的粘性大小，也能体现出一定组成保护渣的熔渣粘度随温度改变的敏感性，是保护渣的基础物性数据。
科技成果——系列连铸保护渣研制和生产技术
科技成果——系列连铸保护渣研制和生产技术技术开发单位华北理工大学
所属领域新材料
成果简介
连铸保护渣在一定程度上决定铸坯在结晶器内的顺行及其表面质量，特别是当前严格控制生产成本的条件下，开发低成本针对性强的保护渣就显得尤为重要。
本项目以高效连铸为目标，针对当前不同钢种浇注所使用保护渣性能特点中的关键理论、技术难点和潜在问题开展相应的基础理论和应用研究。
项目组在保护渣设计方面达到国际先进水平。
关键技术
1、保护渣理化性能研究
重点研究保护渣各组成成分对其熔点、熔速、结晶软化温度等理化性能的影响及作用机理，得到合理的保护渣构成结构和多元渣系的成渣特点。
2、不同钢种保护渣的成分设计及优化
针对不同钢种的高温热物性能，重点设计、开发、优化适合相应系列钢种在结晶器内凝固特点的保护渣成分，控制结晶器传热和润滑，提高铸坯质量。
3、保护渣制造方法及生产工艺研究
重点研究不同的保护渣制造工艺和方法对保护渣性能的影响，通过保护渣的使用特点，合理优化保护渣的生产工艺，以实现高性能保
护渣的生产制造和应用。
经济效果
铸坯质量方面：对于Q195等包晶钢、类包晶钢等基本消除其各种类型的表面凹坑和纵裂缺陷。
对于82B等高碳钢种基本消除其表面结疤和角部掉肉缺陷。
经济效益方面：保护渣设计针对大类钢种，大幅度减轻企业保护渣管理压力，同时通过保护渣生产厂—使用方—高校的三方协作，有效降低保护渣使用成本。
实施条件
钢铁企业，具备一定生产能力。
项目成熟度
利润级：开始盈利且利润超过总投入的10%
合作方式合作开发。
连铸保护渣粘度特性及机理分析研究
连铸保护渣粘度特性及机理研究万爱珍朱立光王硕明摘要：论述了连铸保护渣粘度的基本特性，运用熔体结构理论对保护渣粘度各种因素的影响机理进行了分析讨论。
关键词：连铸保护渣粘度Study on Viscosity Property and Mechanism of Mold PowderWan AizhenZhu LiguangWang Shuoming<Hebei Science & Technology Institute）Abstract：This paper discusses principal property of viscosity of mold powders and analyzes the mechanism of factors' effect on them in view of melt structure principles.Keywords：continuous castingmold powderviscosity1 前言连铸保护渣的粘度，对结晶器内发生的冶金行为包括液渣流入和消耗、润滑、夹杂物吸收等产生重要影响。
所以，为了确保保护渣在浇铸中的良好性能，就必须重视其粘度特性及其机理研究［1］［2］。
2 连铸保护渣基本特性2.1 粘度的影响因素粘度决定于熔渣的化学成分和温度。
在一定温度范围内，粘度和温度的关系服从阿累思维乌斯公式：(1>式中A——阿累尼乌斯常数E——粘性流体的活化能R——气体常数T——绝对温度实际应用中，通常以lnη—1/T曲线描述粘度与温度的关系。
曲线包括三部分，高温时以E/R为斜率的线性部分，范围窄的非线性部分，低温时的垂直部分。
线性部分与垂直部分的交点被成为拐点，通常拐点处的温度被称为凝固温度或结晶温度。
就成分而言，SiO2和Al2O3是主要决定因素，此外下列物质对粘度有很大影响：碱金属氧物：Na2O,K2O,Li2O碱土金属氧化物：CaO,BaO氟化物：CaF2,NaF氧化硼：B2O 3这些都作为熔剂，使保护渣粘度降低。
关于保护渣基础性能的研究方案071204[发表于中国冶金文摘]
![关于保护渣基础性能的研究方案071204[发表于中国冶金文摘]](https://img.taocdn.com/s3/m/7914f8d276eeaeaad1f330ef.png)
连铸保护渣理化性能的研究许少普陈永艳白金立(西峡龙成冶金材料有限公司)摘要：从保护渣专业生产企业的角度，以生产过程正常使用的原辅材料和典型的配比方案作为基础，采用单因素实验方法，研究碱度（R＝CaO/SiO2）、B2O3、MnCO3、BaCO3、Li2CO3等五大因素对保护渣物理性能（熔点、粘度、转折温度、析晶率等）的影响，为今后从实际角度更好地选择和设计适合各种工艺条件的保护渣奠定实用理论基础。
关键字：单因素，熔点、粘度、转折温度、析晶率，保护渣Research Continuous casting powderphysical and chemical propertiesXu Shaopu Chen Yongyan Bai Jinli(XiXia Longcheng Metallurgical Materials Ltd.)Abstract:From the protection dregs specialized production enterprise's angle, the production process normal use original auxiliary material and the model allocated proportion plan underlie, uses the single factor Experimental technique research: The alkalinity (R = CaO/SiO2), B2O3,MnCO3, BaCO3, Li2CO3 and so on five big factors to protect the dregs physics performance (melting point, viscosity, transition temperature, analyzes crystal rate and so on) the influence, for from now on will suit each kind of craft condition from the actual angle well choice and the design the protection dregs to lay the practical rationale.Keywords:The single factor, the melting point, the viscosity, the transition temperature, analyze the crystal rate，Powder 引言：连铸保护渣的物理性能对结晶器内发生的冶金行为包括液渣流入和渣耗、润滑、传热、夹杂物的吸收等起着至关重要作用。
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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<R <1.0的区域内,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78重庆大学学报(自然科学版)1999年由图3还可以看出,SrO对于粘度的与其加入量及碱度有关。
有R<0.6的区域内,随SrO加入量的增加粘度降低。
因为该区域内粘度大的原因是硅氧复合阴离子团(Si x O z-y)结构复杂,加入SrO后,由于SrO向渣中提供O2-的能力比CaO强,因而使熔渣粘度降低。
在R>0.6的区域内,SrO加入量在15%以下时,可使熔渣粘度降低。
而SrO加入量在15%以上时,反而使熔渣粘度增大。
这是因为SrO含量过高时,由于SrO分子量(104)大,熔渣熔化不均匀,因此粘度增加。
所以SrO的加入量应小于15%1综上所述,含SrO连铸保护渣的最佳区域为:R=0.6~1.0,SrO含量为5%~15%.参考文献[1]魏庆成,丁运乔,彭可雕1含BaO保护渣熔点及粘度的研究[J]1重庆大学学报(自科版),1995,18(4):110~114.[2]本田士郎1连铸用保护渣的现状和问题[J].特殊钢,1988,25(8):44~47.[3]迟景灏,谢兵,甘永年1BaO在连铸保护渣中的作用[J].重庆大学学报(自科版),1990,13(2):80~86.[4]中参户,长谷寒,楼谷敏合1铸° 一未溶融层N通气性K及O A性状N影响[J].铁H钢,1986,72(4):198.[5]天津大学普通化学教研室1无机化学(上册)[M].北京:高等教育出版社,1987.Researches on Melting-point andViscosity of Mould Fluxes Containing SrODONG Ling-yang,WEI Qing-cheng(C ollege of Material Science and Engineering,Chongqing University,Chongqing400044,China)ABSTRAC T:The melting-point and viscosity of SrO-SiO2-CaO-Al2O3(5%)-Na2O(10%)-CaF2 (10%)flux syste m have been measured,and the curve charts of the melting-point and viscosity are dra wn.Moreover,the mathematical relations of properties with chemical c omposition are founded.The best range of chemical composition for mould flux containing Sr O is presented via analyzing the curve charts.KEYW ORDS:strontium;mould flux;melting-point;viscosity(责任编辑吕赛英)。