含SrO连铸保护渣熔点及粘度的研究

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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. 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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。
２２碱金属氧化物含量对保护渣熔点的影响．
碱金属氧化物ＲＯ含量（（Ｏ）。ＷＮａ与
ｗ（之和）ＫＯ）对保护渣熔点的影响如图２所示。
２１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０７．．～０８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．Ｅｆｅｔｏｌｌｎｉｙｏｅｔｎｇｐｉｔｏｏｄｆｕｇ１ｆｃｆａｋａｉｔｎｍｌｉｏｎｆｍｌｘｌ
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

能的优劣。
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【ｌＪ。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
ｔｊ
箸一．铁冶一ｍ．一钢炼
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定。蓖麻油黏度与温度Ｔ的关系式为：
６９９３
温．分别测量１２０Ｃ１０￣、１０１０＝５￣、２０Ｃ１５％、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
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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。
２１０
Ｏ８
Ｏ６
Ｏ４
Ｏ２
２３
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，０ｃ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

2. 5 实验方案设计
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)

（２）在相同条件下条件下，一定范围内保护渣粘度随石英砂、硅灰石含量的增加而增加；相反，保护渣粘度随萤石、纯碱含量的增加而降低。
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］ＷＡＮＧＨｏｎｇＭｉｎｇ，ＬＩＧｕｉＲｏｎｇ，ＬＩＢｏ，ｅｔａｌ．ＥｆｆｅｃｔｏｆＢ２Ｏ３ｏｎＭｅｌｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆＣａＯ－ｂａｓｅｄｌａｄｌｅｒｅｆｉｎｉｎｇｓｌａｇ［Ｊ］．ＩＳＵＩｎ‐
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：ＴＦ１１１１．７文献标志码：Ａ
Ｂ２Ｏ３６２３．８
ＣａＦ２
Ｎａ２ＣＯ３

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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)。