高拉速连铸保护渣的理化性能研究

高拉速连铸工艺要求连铸保护渣的溶化温度应适当降低，熔化速度应适当增大、粘度适当减小、凝固温度应适当降低、Al2O3吸收速率应适当增大。连铸保护渣的理化性能可以通过调整基料渣系的化学成分和骨架粒子的类型和含量而改变。利用溶化温度、凝固温度、粘度、Al2O3吸收速率与化学成分之间的关系，可以预测连铸保护渣的溶化性能、粘性特征和夹杂物吸收能力。     

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。     

薄板坯连铸保护渣冶金性能实验研究

对5种薄板坯连铸保护渣化学成分、熔化温度、熔化速度、结晶温度和矿物组成进行了试验研究和理论分析，结果表明现行薄板坯连铸保护渣熔化温度为1057～1131℃，熔化速度为19．3～61．1s，结晶温度为1058～1142℃，凝固渣样的矿物组成以硅灰石和少量黄长石为主，且随着碱度的提高，渣样的玻璃化率急剧降低。综合各种性能和工艺要求，渣A除熔化速度需要调整外，其它性能均较适于薄板坯连铸需要。     

连铸结晶器保护渣的凝固温度

研究了CaO-SiO2-Na2O-CaF2-Al2O3-MgO渣系凝固温度的影响因素。该连铸保护渣的凝固温度随渣中CaO/SiO2、Na2CO3和CaF2含量的增加而逐渐降低,加入5.5%-7.5%的MgO,可提高凝固温度的稳定性。     

连铸保护渣的结晶性能及其模型预测

 利用差热分析仪,研究连铸保护渣的结晶温度与碱度、Na2CO3含量、CaF2含量、Al2O3含量和MgO含量之间的关系,进而通过建立非线性规划模型,对连铸保护渣的结晶性能进行优化设计和模型预测。在本实验渣系条件下,连铸保护渣的结晶温度随着碱度、综合碱度、Na2CO3含量、CaF2含量和MgO含量的增加而升高,随着Al2O3含量的增加而降低。     

掌握结晶器保护渣的工艺特性

１　前　言近来,一些文献已将注意力集中到液态渣的凝固特性上。关于结晶器保护渣的熔化行为的常规数据（如软化性能、熔点和流动性）几乎将被凝固温度的测量值和液态结晶趋势的测定所替代。这些特性是控制铸流润滑及铸流和结晶器器壁之间热流量的关键参数。因而,对于特定的钢种和工艺参数,凝固温度和渣膜中结晶相数量的最佳化是开发和选择适当的保护渣时的重要环节。在上述观点的适用性方面,对于方坯连铸和板坯连铸的考虑应有所不同。本文讨论的论点主要针对板坯连铸而言,因为它比方坯连铸产生更多的问题。２　结晶器保护渣的物化性质…     

CaO-Al2O3基高铝高锰钢保护渣理化性能研究

以L25(65)正交试验为基础配置CaO-Al_2O_3基保护渣,研究了不同组分对高铝高锰钢保护渣理化性能的影响。结果表明,不同组分对CaO-Al_2O_3基连铸保护渣熔化温度的影响均是随其含量的增加,熔化温度降低,对熔化温度影响的主次顺序为Li_2ONa_2OB_2O_3BaOCaF_2MgO;各不同组分在一定含量范围内,对CaO-Al_2O_3基连铸保护渣黏度整体上均有降低的作用;结晶难易程度由难到易的顺序依次为3#、4#、23#、19#、20#及5#保护渣;利用热力学软件计算得到冷却析出物质中,大部分都含Ca_3B_2O_6,而该物质熔点比较低,且玻璃形态好,不易结晶,可以满足部分高铝高锰钢连铸使用要求。     

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。     

助熔剂对保护渣熔化温度的影响

通过对不同助熔剂加入量下连铸保护渣熔化温度的研究，得出助熔剂对保护渣熔化温度的影响规律，对其机理也进行了深入的讨论。     

特厚板连铸保护渣系列规划

 针对特厚板连铸工艺的特点,分析了传统的中厚板连铸保护渣与特厚板连铸保护渣的作用特征差异。根据不同钢种在结晶器内的凝固特性,对新钢特厚板连铸保护渣进行了系列规划,分为高碳钢连铸保护渣、包晶钢连铸保护渣、中碳低合金钢连铸保护渣3大类。在此基础上,提出了保护渣熔化温度、黏度、转折温度、结晶比例的控制范围。生产实践表明,设计的保护渣浇铸过程结晶器内状况良好,渣面无结团、结块现象,液渣层厚度合适,保护渣消耗量正常,铸坯表面质量优良,连铸生产工艺顺行。     

Al2O3对超高碱度连铸保护渣理化性能的影响

Al₂O₃是一种两性氧化物,在高碱度条件下呈现酸性氧化物特征,而在低碱度条件下表现出碱性氧化物的行为,是冶金熔渣中常见的一种组元.以超高碱度保护渣(综合碱度R=1.75)为研究对象,分析了Al₂O₃对保护渣流动特性、熔化特性和凝固特性的影响规律.研究结果显示:渣中Al₂O₃质量分数每增加1%,熔化温度上升5℃左右,转折温度下降12℃左右,开始结晶温度平均下降11℃左右.平均结晶速率随渣中Al₂O₃质量分数的增加而减小.且随着Al₂O₃质量分数的增加,保护渣结晶矿相中晶体比例逐渐降低,但晶体保持枪晶石的种类不变.     

矿物原料对保护渣物理化学性能的影响

实验室内通过配比不同矿物原料的保护渣系（/%:29~39水泥熟料,8硼砂,16~24石英,11~19硅灰石,8~16萤石,10~18纯碱）研究石英、硅灰石、萤石、纯碱对保护渣熔点、黏度、结晶温度、临界冷却速度的影响。试验结果表明,随着基料矿物石英、硅灰石含量增加,保护渣熔点、黏度增加,石英对熔点和黏度的影响明显大于硅灰石;随熔剂矿物萤石、纯碱含量增加,保护渣的熔点和黏度降低,萤石对降低黏度的作用显著,纯碱对降低熔点的作用相对较大;石英、硅灰石、纯碱含量增加,保护渣临界冷却速度减小,结晶温度降低,结晶能力减弱;相反,萤石含量增加,保护渣临界冷却速度却增大,结晶温度升高,说明萤石具有促进保护渣结晶的作用。最终得出包晶钢板坯连铸最佳保护渣配比为（/%）:37水泥熟料,8硼砂,20石英砂,15硅灰石,10萤石和10纯碱。     

无氟板坯连铸结晶器保护渣的研究

针对无氟保护渣开发的关键问题一一如何有效地控制结晶器传热,发现了一种代替保护渣中枪晶石的析晶物。当析晶替代物加人量大于4％时,随着加人量的增加,熔渣析晶温度和析晶率明显增大,结晶器进出水温差减小。同时,在0～8％的析晶替代物加入量范围内,无氟渣的熔点和粘度变化均满足连铸工艺要求。在重钢2号板坯铸机上浇铸中碳包晶钢结果表明,所开发的无氟保护渣使用效果优于有氟渣。     

09CuPRE系列钢用连铸保护渣的研制

在分析攀钢连铸09CuPRE系列稀土处理钢使用普通保护渣存在的主要问题及稀土氧化物对保护渣物性影响的基础上,通过选择保护渣合适组元、添加特殊熔剂及降低保护渣氧化性等技术措施,设计出了具有较强的吸收和溶解RExOy夹杂物能力的低凝固温度、低析晶温度预熔型保护渣。试验表明,研制的保护渣具有良好的使用效果,铸坯表面无清理率达95％以上,该渣试用三年来未发生漏钢事故,能满足攀钢09CuPRE系列钢连铸工艺要求。     

CaO-Al2O3基低反应性保护渣熔化及流动特性的成分控制区域研究

摘要：传统CaO-SiO2系保护渣在浇铸高锰高铝钢时,渣中SiO2易被钢中Al还原,造成保护渣成分改变和性能恶化,危害铸坯表面质量和连铸过程顺行。为了抑制钢 渣反应,旨在减少渣中氧化性组分的低反应性,CaO-Al2O3基渣系是重要选择方向。在评估高锰高铝钢凝固特性和传统反应性保护渣基础上,提出了低反应性保护渣基本性能要求,并采用单纯形法设计了CaO-Al2O3基保护渣系的试样组成。通过测试实验渣样的熔化特性和流动特性,获得了5组低反应性连铸保护渣熔化流动特性的成分控制区域。典型区域基本性能为：熔化温度（半球点温度）900～1100℃,1300℃的黏度0.1～0.2Pa·s,转折温度900～1150℃。     

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。     

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。     

Rapid solidification of a droplet-processed stainless steel

Individual powder particles of a droplet-processed and rapidly solidified 303 stainless steel are characterized in terms of microstructure and composition variations within the solidification structure using scanning transmission electron microscopy (STEM). Fcc is found to be the crystallization phase in powder particles larger than about 70 micron diameter, and bcc is the crystallization phase in the smaller powder particles. An important difference in partitioning behavior between these two crystal structures of this alloy is found in that solute elements are more completely trapped in the bcc structures. Massive solidification of bcc structures is found to produce supersaturated solid solutions which are retained to ambient temperatures in the smallest powder particles. Calculated liquid-to-crystal nucleation temperatures for fcc and bcc show a tendency for bcc nucleation at the large liquid supercoolings which are likely to occur in smaller droplets. The importance of small droplet sizes in rapid solidification processes is stressed. Formerly with Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA.