钙铝比对CaO-Al2O3基保护渣渣膜结构的影响题材.doc

CaO/Al2O3比对CaO-Al2O3基保护渣渣膜结构的影响 刘 强, 文光华, 唐 萍, 付孝锦, 陈力源 （重庆大学材料科学与工程学院，重庆400044） 摘 要：由于传统的CaO-SiO2基保护渣浇注高铝钢的过程存在反应性问题导致连铸过程性能不稳定，获得铸坯质量差，学者提出了CaO-Al2O3基保护渣。研究发现CaO-Al2O3渣系保护渣能够改善铸坯质量，但结晶器行为异常，包括润滑不良、渣耗不足和结渣条严重。因此，作者采用结晶器渣膜模拟仪、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）技术研究了CaO与Al2O3之比对CaO-Al2O3基保护渣渣膜结构的影响。研究结果表明：在实验条件下，保护渣的渣膜厚度随着CaO/Al2O3比的增加先减小后增大；随着CaO/Al2O3比的增加，晶体开始析出的区域向结晶器侧移动，晶体尺寸增大，形貌改变；保护渣渣膜晶体类型也随CaO/Al2O3比增加由少变多、由简单变得复杂；实验结果表明，CaO-Al2O3基保护渣结晶能力强，晶体尺寸大、种类繁多很可能是导致渣条产生的原因。 关键词：保护渣； CaO-Al2O3渣系；CaO/Al2O3比；渣膜厚度；渣膜结构 1 前言 随着高铝钢（E2钢、20Mn23AlV钢、38CrMoAl钢和TRIP钢等）需求的不断增长，高铝钢连铸成为当前急需解决的问题。要实现连铸生产，保护渣的开发成为一项重要的任务，因为保护渣对于连铸具有至关重要的作用[1]。然而传统的CaO-SiO2渣系保护渣浇铸高铝钢会发生反应而导致性能改变，获得的铸坯表面质量差，因此Becker[2]和Street[3]提出采用非反应性的CaO-Al2O3渣系保护渣。随后研究者围绕CaO-Al2O3渣系进行了相关研究[4-9]，并进行了大生产应用。研究表明，CaO-Al2O3渣系保护渣获得的高铝钢铸坯表面质量优于传统的CaO-SiO2渣系保护渣，但始终存在润滑不良，渣耗不足以及产生粗大渣条的问题[8,9]。 保护渣从结晶器上方加入熔化形成液渣池，而液渣则流入结晶器壁和坯壳间隙形成渣膜，渣膜对于控制保护渣的润滑与渣耗以及传热具有重要作用[10,11]。渣条的产生无疑会阻碍液渣流入坯壳与结晶器之间，造成润滑不良，渣耗不足等等。渣条的产生与保护渣的结晶性能息息相关。为了剖析保护渣渣条产生的原因，可以通过研究渣膜厚度、渣膜组织结构（包括晶体分布、尺寸、形貌）和渣膜晶体类型来进行分析。重庆大学[12]发明了结晶器渣膜沉积及热流模拟仪能够获取与现场渣特性相似的固态渣膜，通过对渣膜进行后续研究，为探索渣条的产生提供了有力手段。Blazzek[8]比较了不同CaO/Al2O3条件下CaO-Al2O3基保护渣的物理性能，发现粘度随CaO/Al2O3比增加而降低，凝固温度则先减小后增大。那么对于CaO-Al2O3系保护渣，CaO/Al2O3比是否对保护渣渣膜结构有影响以及如何影响渣膜结构的还不为所知，因此研究CaO/Al2O3比对铝酸钙渣系保护渣渣膜结构的影响具有重要意义。 2 实验方案与方法 2.1 实验方案 保护渣的CaO/Al2O3比（w(CaO)/w(Al2O3)）范围根据CaO-Al2O3相图（图1）确定，然后加入适宜的熔剂，包括CaF2、Na2O、MgO、Li2O和SrO等。为了控制反应性保护渣中只加入了6%的SiO2[6]，同时为了控制熔点，还加入了6%的B2O3。为了保证熔渣成分的准确性，采用化学纯试剂配制保护渣，其中Na2O、Li2O和SrO采用Na2CO3、Li2CO3和SrCO3带入。为了保证所选保护渣性能与实际生产匹配，对熔点和粘度进行了实验验证。最终确定了保护渣的组分，表1列出了设计保护渣的化学成分和理化性能。由表1可见保护渣的熔点都满足设计要求，保护渣的粘度除了No.1、No.2和No.12过大，其余渣的粘度均符合板坯连铸的基本要求（[13]）。 图1 CaO-Al2O3二元相图 Fig.1 CaO-Al2O3 binary diagram 表1 保护渣化学成分(%)和理化性能 Table 1. Chemical compositions(mass %) and physicochemical properties of mold fluxes NO. CaO Al2O3 SiO2 CaF2 Na2O MgO B2O3 Li2O SrO C/A Tm(℃) η(Pa?s) 1 3.03 44.57 6.00 14.40 13.00 5.00 6.00 4.00 4.00 0.07 1083 — 2 11.39 36.21 6.00 14.40 13.00 5.00 6.00 4.00 4.00 0.31 1141 0.5