关于保护渣基础性能的研究方案071204[发表于中国冶金文摘]

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 powder

physical and chemical properties

Xu 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。为确保保护渣更好地满足连续生产的需要，用现有保护渣厂家的材料现状和典型配方，对保护渣的

物化性能进行研究和探讨，来指导保护渣生产和连铸过程中问题的分析更为必要。

本课题正是针对此目标，结合我公司现状，针对与保护渣物理性能密切相关的几个因素，即：碱度（R＝CaO/SiO2）、B2O3、MnCO3、BaCO3、Li2CO3等，通过单因素实验法对保护渣物理性能（熔点、粘度、转折温度、析晶率等）的影响进行研究。在确保其它化学成分不变的情况下，对几个因素分别分析，研究不同的影响因素在加入量不同时对保护渣物理性能的影响规律，建立对应的定量关系，为保护渣理论与实践的进一步深入研究作出贡献。

1、目的

1.1、以现有正常生产保护渣的原辅材料和典型配方为基础进行试验，通过试验，找出保护渣各种成份的不同组成在一定范围内按单因素变化时对保护渣各项物化性能的影响，并找出其规律，为更好地设计保护渣和实际应用提供理论基础；

1.2、通过大量试验数据，组建数据库，运用高等数学、统计学原理等方法进行回归分析，得出物理性能与化学成份之间的定量关系公式，为更好地设计保护渣提供理论参考。

2、方法与设备

2.1 、采用单因素法进行实验设计；

2.2、待试验方案确定以后，从厂内材料库按批次一次性取够所用原辅材料，材料成份取批次分析结果的加

权平均值；

2.3、试验设备采用本厂技术研发中心专用设备，熔点仪采用北京电影制片厂研制的半球点测定仪（目前国

内大部分钢厂普遍采用此设备）；高温粘度和转折温度采用东北大学冶金系研制的吊丝法RTW－10型熔体物性

测试系统（国家标准）进行测试；析晶率采用直径和深度均为10cm，壁厚为1cm的圆柱形铁容器进行测试；所

有设备在试验前统一调试到正常状态，确保试验的稳定和代表性；

2.4、本次试验各因素的化学成分采用递增或递减法来进行研究。

3、具体方案

3.1、单因素实验

3.1.1、影响因素：

碱度（R＝CaO/SiO2）、Li2CO3、B2O3、BaCO3、MnCO3等5大因素。

3.1.2、检测指标：

熔点（Tm）、粘度（η）、结晶率（Rp）、转折温度（Tc）

3.1.3、各个影响因素的具体变化梯度：

因素—水平表

水平

1 2 3 4 5 6 7 8 9 因素

碱度0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3

B2O30 1 2 3 4

BaO 0 2 4 6 8 10

MnO20 2 4 6 8

Li2O 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

3.2、基础方案与材料成份

为确保研究的结果具有现实意义，以正常使用的典型方案和现有材料结构为基础，经筛选甄别，特选择以下方案作为基础，详见表一和表二。

表一、基础方案

含量为质量百分比（％）

萤石白碱碳黑石墨氟化钠硅灰石石灰石镁砂碳酸锰铝钒土碳酸锂

14.5 8.6 2 4 2.5 48 4.8 0.5 4.8 8.3 0.5

表二、原辅材料成份

含量为质量百分比（％）

材料 CaO SiO 2 Fe 2O 3 MgO Al 2O 3 Na 2O F － NaF MnCO 3 Li2CO 3 萤石 68 4

46

白碱 57.5

碳黑 C>98

石墨 C>95

氟化钠

>98 硅灰石 46 53 1.2 0.8 0.6 方解石 53

镁砂 95 碳酸锰 >98 铝矾土 7 85 碳酸锂

>99

注：本表只标注其主要成份。 3.3、实验结果

按照因素－水平表进行单因素实验，，分析检测物性指标的变化情况并记录实验数据，根据记录结果做具体分析。 4、结果分析

根据单因素实验分析结果，得出了不同情况下物理性能与化学成份之间的关系，然后据此进行深入分析，找出几个因素与物理性能之间关系。

4.1、R 与Tm 、η、Rp 、Tc 之间的关系：

0.000

0.2000.4000.6000.8001.0000.50

1.00

1.50

R

η

图一 R 与Tm 的关系 图二 R 与η的关系

1100

11201140

1160118012000.50

1.00

1.50 R

Tc

图三 R 与Rp 的关系 图四 R 与Tc 的关系 R 与Tm 、η、Rp 、Tc 之间的关系，具体分析结果如下：

在其它成份保持不变的情况下,随R 值增大,Tm 随之升高；当R ＞1..1时，随R 值增大，对Tm 基本无太大影响,如图一所示。R 与Tm 之间的关系式为：y=19.9x 2+32.525x+1059；随R 值增大，粘度随之降低；但当R ＞1时，随R 值增大，对粘度影响趋势渐缓，如图二所示。R 与η之间的关系式为：y=2.08x 2-4.8563x+2.9649；在其它成份不变的情况下，在R ＜1时，随R 值增大，Rp 基本不变；当R ＞1时，随R 值增大，Rp 迅速升高，如图三所示。R 与Rp 之间的关系式为：y= －461.82x 2+1028x-506.38；在R ＜1时，随R 值增大，Tc 随之升高；R 在1-1.2之间时，R 的增大对Tc 影响不大；当R ＞1.2时，随R 值增大，Tc 又呈现降低趋势，如图四所示。 R 与Tc 之间的关系式为：y= －-401.77x 2+940.47x+640.24

4.2、 依据碱度（R ）的分析方法依次对Li 2CO 3、B 2O 3、BaCO 3、MnCO 3含量与物理性能之间的关系进行定量分析、

回归拟合，所得结论如下： 4.2.1、Li 2O 与物理性能之间的关系

随Li 2O 含量的增加，Tm 逐渐下降，Li 2O 与Tm 之间的关系式：y=－0.4648x 2-33.352x+1117.4；随Li 2O 含量的增加，粘度总体呈下降趋势且下降趋势比较缓慢，几乎影响不大，Li 2O 与η之间的关系式：y=0.0023x 2-0.0282x+0.2632；结晶率随MnO 含量的增加逐渐上升，Li 2O 与Rp 之间的关系式：y=－91.926x 2+131.37x-1.3769；随Li 2O 含量的增加，Tc 总体呈下降趋势且下降趋势比较明显，Li 2O 与Tc 之间的关系式：y=－0.9643x 2-0.0214x+1190.2 4.2.2、B 2O 3含量与物理性能之间的关系：

随B 2O 3含量的增加，熔点总体呈下降趋势，B 2O 3与Tm 之间的关系公式：y=－2.5x 2+4.3x+1113；

当B 2O 3小于2％时，对粘度的影响不是很大；当超过2%时，随B 2O 3用量增加，粘度呈下降趋势，但并不明显，B 2O 3与η之间的关系式：y=－0.007x 2+0.0246x+0.188；B 2O 3加入后增加保护渣的玻璃化倾向，使Rp 降低，玻璃体增强，B 2O 3与Rp 之间的关系式：y=－17.5x 2+80.5x-52.5当B 2O 3小于2％时，对转折温度几乎没影响，当超过2%时，随B 2O 3用量增加，Tc 逐渐下降，B 2O 3与Tc 之间的关系式：y=－2x 2-0. 4x+1184.5 4.2.3、BaCO 3与物理性能之间的关系：

随BaCO3用量的逐渐增加，熔点逐渐下降，尤其是在4%以内时，效果比较明显，BaCO3与Tm之间关系式：y=－0.2143x2+0.9714x+1101.2；随BaCO3用量的增加粘度呈下降趋势，尤其是当BaCO3用量在0%-6%范围内时，随BaCO3的增加，粘度下降非常明显，BaCO3与η之间的关系式：y=0.0048x2-0.0394x+0.2596；随BaCO3含量的增加Rp逐渐下降，当BaCO3含量在0%-2%之间下降速度非常快，2%-3%之间不变化，超过3%后又呈下降趋势，BaCO3与Rp之间的关系式：y=3.5714x2-30.429x+64；转折温度随BaCO3含量的增加而逐渐下降，当BaCO3含量超过6%之后随BaCO3的增加，Tc变化不太明显，BaCO3与Tc之间的关系式：y=－1.2857x2+1.5143x+1161.8

4.2.4、MnO与物理性能之间的关系：

随MnO含量的增加，Tm逐渐下降，当MnO含量超过6%时，Tm又开始逐渐上升，效果不是太大，MnO与Tm之间的关系式：y=0.7506x2-9.2979x+1126.6；随MnO含量的增加，粘度总体呈下降趋势且下降趋势比较缓慢，几乎影响不大，MnO与η之间的关系式：y=0.0030x2-0.0292x+0.2784；当MnO含量＜2%时，结晶率随MnO含量的增加逐渐上升；当MnO含量2％-4%范围内时，对Rp的影响不是很大；当MnO含量＞4%时，又随MnO含量的增加而逐渐下降，MnO与Rp之间的关系式：y=－22.857x2+135314x-100；随MnO含量的增加，Tc总体呈下降趋势且下降趋势非常明显，MnO与Tc之间的关系式：y=－3.5x2+4.5x+1195.5

参考文献：

【1】余家林 . 概率论及实验统计.单因素实验方法,2004

【2】魏庆成 丁运乔 彭可雕. 重庆大学学报 自然科学版.熔点、粘度操作方法 1995.4

【3】关于函数的拟合.冶金报社, 1990.10～15

【4】迟景灏.连铸保护渣基础知识,2002.10