连铸结晶器内含钛无氟保护渣固态渣膜再结晶研究

将Kissinger方程引入到保护渣研究领域,研究了含钛无氟保护渣玻璃体升温结晶(升温速率5～30K/min)、液态降温结晶(降温速率5～30 K/min)的激活能。实验结果表明,保护渣玻璃体的结晶激活能E约为52.75 kJ/mol,保护渣液态降温结晶的激活能E约为61.15 kJ/mol,实验研究的保护渣玻璃体结晶峰温度915～940K,急速冷却形成的玻璃态渣膜在结晶器内存在再结晶,衡量保护渣结晶性能应综合考虑液态降温结晶行为和渣膜在结晶器内再结晶的行为。     

碱度对连铸保护渣结晶率的影响

连铸保护渣玻璃体渣膜回温结晶现象对渣膜的热阻有重要影响。采用SHTT-Ⅱ型熔化结晶温度测定仪并结合金相显微镜,研究碱度(R0.8~1.4)对保护渣(/%:28.22~49.73CaO,35.52SiO_2,4.00Na_2O,2.14MgO,14.55Al_2O_3,0.72TiO_2,0.93Fe_2O_3,0.32K_2O,0.32MnO_2,2.03CaF_2,6.18C)的结晶率的影响,构建了TTT曲线,计算了不同碱度下保护渣形核活化能,观察了在800,900,1000℃回温处理下不同碱度保护渣表面形貌。实验结果表明,随着碱度增加保护渣结晶温度和形核活化能不断降低;随着玻璃体渣膜回温处理温度的升高,玻璃渣膜表面出现凸起、凹坑以及大量的内部缺陷;提出合适的碱度范围为:低碳钢0.80~0.95,中碳钢≥1.2,高碳钢0.75~0.90。     

连铸保护渣中CaF_2含量对脱玻化性能的影响

通过运用SHTTⅡ型熔化结晶温度测试仪构建了TTT曲线,计算出不同CaF_2下保护渣脱玻化活化能;再通过X射线衍射仪并结合JADE软件计算出结晶率和分析结晶矿相;最后利用金相显微镜,观察多种回温处理下不同CaF_2含量的保护渣渣膜的表面形貌,探究CaF_2对保护渣脱玻化的影响。试验结果表明:随着CaF_2含量增加保护渣脱玻化的温度和活化能不断降低,渣膜表面粗糙度增大;随着玻璃体渣膜处理温度的升高,保护渣析出矿相种类单一化。     

中碳钢板坯连铸保护渣的结晶性能

为了解结晶器与坯壳间渣膜的结晶状态，用热丝法熔化性能测定仪对保护渣结晶性能进行研究。结果表明：连续冷却过程中，结晶是在一定温度范围内进行的；冷却速率越大，结晶温度越低；冷却速率超过一定值时，保护渣不结晶。不同温度下的等温实验结果表明：在一定过冷度范围内，保护渣开始结晶；过冷度的大小与结晶开始和结束时间有关；水蒸气可促进保护渣结晶，在不同温度等温时，保护渣结晶开始温度提高，结晶开始时间缩短。     

稀土氧化物对连铸保护渣结晶温度的影响

为了解决稀土钢浇注时因稀土氧化物进入保护渣导致保护渣性能改变的问题,用热重一差热分析仪系统地观测了稀土氧化物对不同碱度及BaO、B2O3和Li2O含量的保护渣结晶温度的影响。结果表明,稀土氧化物对保护渣结晶温度影响显著,特别是稀土氧化物从零增至5％时最为明显。随着稀土氧化物含量的继续增加,保护渣结晶温度缓慢升高。低碱度可以抑制保护渣中稀土矿物初生晶核的析出;BaO有利于稀土氧化物在保护渣中的溶解和扩散;B2O3基本上可消除稀土氧化物引起的保护渣结晶温度升高的不良影响;Li2O可阻止高熔点结晶相的析出,降低含稀土氧化物保护渣的结晶温度。     

高强度低合金钢保护渣黏度和结晶温度的优化

连铸时结晶器保护渣的黏度、结晶温度会对钢坯质量产生较大影响,采用旋转柱体法、黏温曲线分析法并结合扫描电子显微镜,研究了马鞍山钢铁股份有限公司3种不同保护渣的黏度、结晶温度。结果表明,马钢二炼钢厂生产Q420B铁塔用角钢的结晶器保护渣1 300℃时黏度0.298 Pa.s,结晶温度约1 180℃,为三者中最低。为降低卷渣情况和提高钢材质量,将黏度提高到0.35 Pa.s左右,并适当调节碱度使结晶温度升高,生产中卷渣及裂纹情况得到了较好的控制。     

Al2O3对酒钢低铝渣黏度的影响及热力学分析

为进一步分析Al2O3含量对低铝渣黏度的影响,以酒钢高炉渣成分为基础,通过试验和FactSage热力学软件分别研究了不同Al2O3含量炉渣的黏度、液相线温度、活度和冷却结晶过程的物相变化。结果表明,在本试验的低铝渣范围内,随Al2O3含量增加,炉渣黏度增大,在1 450 ℃以上黏度低于0.45 Pa·s,炉渣流动性和稳定性良好。Al2O3活度随Al2O3含量的增加而增大,相反,SiO2活度降低也证明炉渣聚合度的增大。炉渣的冷却结晶过程则表明,在液相线温度以上时,炉渣黏度主要与炉渣结构的复杂程度有关;在液相线温度以下时,黏度受液相炉渣结构和固相颗粒含量的共同影响。     

包晶钢连铸保护渣固渣膜粗糙度影响因素

在包晶钢板坯连铸过程中,保护渣固渣膜结构及其性能对减少铸坯表面纵裂起至关重要的作用。采用改进型水冷铜探头获取不同保护渣熔融温度、不同探头浸入时间下的固渣膜。同时采用接触测试、光学显微镜及SEM观察的方法检测、评价保护渣渣膜表面(与水冷铜壁接触面)的粗糙度,并揭示了该渣系条件下保护渣渣膜粗糙度的形成与渣膜结晶(液渣凝固结晶及固渣膜玻璃层中玻璃转变结晶)的关系。研究结果表明,保护渣渣膜粗糙度随凝固时间增长无明显变化。液渣温度对生成渣膜的粗糙度有较大影响,提高液渣温度能明显提高渣膜粗糙度。并且,渣膜表面粗糙度的形成与渣膜结晶过程无明显因果关系,而与渣膜凝固中于固渣膜表面形成的开放气孔有关。     

保护渣晶粒尺寸对传热性能的影响

保护渣在连铸过程中具有重要的作用,其中有效控制钢液向结晶器的传热直接影响了铸坯质量;当保护渣热阻较小、不均匀传热时铸坯容易出现裂纹等缺陷.而保护渣的控热能力主要取决于保护渣的结晶性能,因此,有必要研究保护渣的结晶行为对传热性能的影响.利用双丝热电偶技术通过不同的温度制度,获得不同尺寸的单一结晶相,研究保护渣晶粒尺寸对传...     

基于差热分析对CaO-SiO_2-Al_2O_3系保护渣结晶动力学的研究

在高铝钢的连铸过程中,CaO-SiO_2系保护渣在与钢中的[Al]反应过后转变为CaO-SiO_2-Al_2O_3系保护渣,同时液渣结晶能力增强,润滑效果变差。为了控制钢渣反应后形成的CaO-SiO_2-Al_2O_3系保护渣的结晶行为,利用差热分析研究了保护渣的非等温结晶动力学,基于Avrami方程及Friedman法分析了Li_2O及Na_2O的加入对保护渣的结晶速率、晶体生长方式,及有效结晶活化能的影响。结果表明,Li_2O的加入在降低保护渣结晶温度的同时使结晶速率变慢。此外,Li_2O的加入可以降低保护渣的有效结晶活化能,这表明Li_2O的加入可以使保护渣的结晶变得更容易。当渣中含有8%Na_2O时,Li_2O的加入促进了渣膜中12CaO·Al_2O_3的生成,导致固态渣膜的结晶比升高,这有可能对保护渣的润滑效果带来不利影响。     

连铸保护渣的结晶过程

 连铸保护渣在结晶器内的结晶行为无法直接观测。为了模拟保护渣在结晶器内的结晶行为,采用热丝法研究保护渣在高温下等温和连续冷却下结晶性能,直接观察保护渣析晶的全过程,发现温度影响析出晶体的形貌和结晶率。绘制保护渣TTT曲线和CCT曲线,表征保护渣析晶行为与时间、温度的关系。在冷却速率5~25 ℃/min范围内,DSC法测定保护渣结晶温度下降110 ℃;在冷却速率6~30 ℃/min范围内,热丝法测定保护渣结晶温度下降86 ℃。     

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.     

金属加热和冷却时氧化物夹杂的分解和形成

有关获得非金属夹杂最少的合金问题,是研究人员经常注意的中心。为了制定减少非金属夹杂含量的新的生产方法,务须研究钢生产的不同阶段,以及在结晶过程中夹杂的行为。B.N.沃易斯基曾经建议,按炼钢过程中,夹杂形成的顺序对内部的非金属夹杂进行分类,如第一类钢水处于脱氧温度时所形成的夹杂;第二类发生在钢水冷却到液相线温度时的夹杂;第三类在钢锭结晶过程中,处于固一液双相区的液相中,液相线和固相线温度之间     

CaO-SiO2-Na2O-CaF2-Al2O3-MgO渣系的结晶温度

通过差热分析仪测定了CaO-SiO2—Na2O-CaF2—Al2O3—MgO系连铸结晶器保护渣的结晶温度。在本实验渣系条件下，连铸保护渣的结晶温度随着渣中CaO／SiO2值、Na2CO3含量、CaF2含量和MgO含量的增加而升高，随着渣中Al2O3含量的增加而降低。化学成分通过改变粘度，来影响晶核形成速度和晶体成长速度，从而决定了连铸保护渣的结晶性能。结晶温度随着保护渣粘度的降低而升高。     

利用热丝法对含锂保护渣结晶性能的研究

采用热丝法研究不同冷却速率对含Li_2O量1%~5%的保护渣结晶温度的影响,建立保护渣的连续冷却转变曲线和等温转变曲线,研究发现Li_2O的加入能降低保护渣的结晶温度,随着Li_2O含量增加,孕育时间显著缩短,很好地抑制渣中结晶相的析出,当Li_2O量5%时降低结晶温度效果明显。     

通过结晶分析来评价结晶器保护渣的性能

为保证平稳浇铸，需要控制结晶器保护渣中的结晶过程，结晶器保护渣是复杂的硅酸盐体系并且玻璃体的形成（和结晶体相反）由各氧化物相对的量决定，提出了一个叫做“解聚指数”（ＤＩ）的参数，定义为：各种氧化物（在结晶器渣中）中氧的克分子数与结晶器渣中形成网络的氧化物克分子数之比。ＤＩ值的不断增长反映了硅酸盐网络的不断分裂，并加快了结晶过程，分析文献中的例子，可以观察到保护渣性能的改进（引用的）可归因于ＤＩ值的     

萤石对保护渣黏度及结晶矿相的影响

在对现场保护渣及渣膜矿物成分的研究基础上,对萤石单矿物与保护渣黏度及凝固渣样结晶率、矿物成分之间的关系进行了分析。结果表明,现场保护渣矿物成分主要为硅灰石、石英、萤石和苏打;正常渣膜中矿物成分以黄长石为主,结晶率在90%以上。随萤石单矿物含量的增加,保护渣黏度降低,随测试温度的降低,保护渣黏度升高。不同萤石矿物自制凝固渣中物相组成为黄长石、枪晶石和玻璃相;萤石可促进枪晶石的生成,抑制黄长石的形成;随着萤石含量的增加,渣样中结晶率升高,但萤石质量分数小于10%时,增加幅度较小。     

亚包晶钢板坯连铸保护渣凝固结晶行为的研究

对≤1.3 m/min常规拉速(TCaO/SiO₂=1.19)和≥1.5 m/min高拉速(TCaO/SiO₂=1.40)0.07～0.10C亚包晶钢板坯用两种保护渣(%:2.54～3.0Al₂O₃、7.34～8.35Na₂O、8.83～8.87F、0.79～3.00Li₂O)降温凝固过程中结晶特性以及结晶对熔渣粘度的影响进行了研究,得出高拉速保护渣在凝固之前有明显的结晶行为,结晶矿相主要为枪晶石(3CaO·2SiO2·CaF₂);常规拉速保护渣在凝固温度以上时,没有明显的结晶现象。与常规拉速保护渣相比,高拉速保护渣完全凝固后晶粒粗大,组织中有大量空隙,有利于增加渣膜热阻,减缓结晶器传热。TCaO/SiO₂=1.40保护渣在结晶温度以上时,具有较低的粘度,有利于结晶器润滑;结晶温度以下时,粘度迅速增加,有利于增加固渣膜厚度,减缓结晶器传热。     

Na2O对超高碱度连铸保护渣性能的影响

 在包晶钢连铸过程中,裂纹类缺陷频繁出现。生产实践表明,采用结晶性能较强的保护渣可以有效减少纵裂纹的发生,但会恶化保护渣的润滑功能。近年来,超高碱度保护渣由于兼具开始结晶温度低、结晶速率快的特点,可以成功协调包晶钢连铸过程中润滑与传热的矛盾。但在超高碱度条件下,有关组分对保护渣结晶性能的影响研究不多,且相应的熔渣结构特征也鲜有报道。Na₂O作为保护渣中一种常见的组元,对调节保护渣性能具有重要作用。论文采用半球点熔化温度测试仪、旋转黏度计以及高温原位结晶性能测试仪分析了超高碱度下(综合碱度R=1.75)Na₂O对连铸保护渣熔化流动特性以及凝固结晶性能的影响规律和作用机制。研究结果发现,随着Na₂O含量增加,保护渣的黏度(1 300 ℃)、熔化温度、转折温度和结晶温度都呈下降趋势,结晶速率呈现先减小后增大的趋势,当Na₂O质量分数为6%时结晶速率最低。此外,研究还发现超高碱度保护渣中主要析出相为枪晶石(Ca₄Si₂F₂O₇),随着Na₂O含量进一步增加,渣中出现新的结晶相CaF₂和Na₂CaSiO₄F。     

La2O3对含B2O3无氟连铸保护渣物理性能的影响

针对含B2O3无氟保护渣抑制晶体析出的问题,研究了当保护渣碱度(CaO/SiO2)等于0.9,成分为wCaO27％～36.47％、wSiO230％ ～ 40.5％、wAl2O34％、wMgO5％、wNa2O0.8％、wLi2O％、wB2O34％时,wLa2O3从0增加到20％对无氟结晶器保护渣结晶性能及渣膜传热的影响.试验表明La2O3能够提高保护渣的渣膜厚度,提高其结晶率和结晶温度,降低熔渣的熔化温度,从而有效提高控制结晶器传热的能力.