连铸结晶器保护渣渣层结构研究.doc

连铸结晶器保护渣渣层结构研究 1引言连铸结晶器保护渣的主要功能包括:使结晶器壁与铸坯壳之间保持润滑;控制结晶器与铸坯之间的热交换;保持结晶器顶部处于绝热状态;防止钢水二次氧化;吸收钢水中上浮到液面的夹杂物。其中两个最为重要的功能是保持结晶器壁与坯壳间的润滑和控制传热。固态结晶器保护渣的结晶比对铸坯与结晶器之间的热流量有重要影响。某些特定钢种的保护渣是根据该钢种特有的冷却条件而设计的。有鉴于此,结晶器保护渣的组织结构和凝固特性具有重要意义。结晶器保护渣中的晶体成分愈多,结晶器保护渣结构愈疏松,从而降低保护渣内的辐射传热。中碳钢结晶器保护渣具有较高的结晶比,保护渣层内的传热较为均匀,有利于降低连铸坯内的纵裂纹的形成。结晶器凝固保护渣的取样位置位于结晶器以下部位。为了便于比较,分别采取了用于浇铸中碳钢、低碳钢以及超低碳钢的结晶器保护渣样。对所有渣样所作的成分分析表明:结晶器上部的渣样与粉状结晶器保护渣的成分相差无几。x射线衍射分析和显微分析表明:位于结晶器底部的用于浇铸中碳钢的结晶器保护渣其结晶体组织占 80%~ 90%,而低碳钢和超低碳钢用结晶器保护渣晶体分别约为 65%和 45%。 x射线衍射相分析表明各种保护渣的结晶相几乎全部是由矿物相枪晶石(3CaO .2SiO 2)组成。对保护渣所作的扫描式电子显微镜分析证实中碳钢用结晶器保护渣可能还含有一定数量的霞石成分。通过分析渣样横截面可以看出沿渣膜厚度方向存在着不同的结晶形态。在低碳钢和超低碳钢结晶器保护渣中存在着细晶区、枝晶区和非晶区;中碳钢的非晶区相对较小,晶状区占有较大优势。对于非中碳钢结晶器保护渣而言,并不需要太高的保护渣结晶比。实际上在铸坯壳出结晶器之前要达到足够的厚度常常需要较高的传热速率。因为浇铸这些钢种时的拉坯速度较高(> /min) 。现已对结晶器保护渣的结晶情况即结晶倾向进行了实验室和工厂的实验研究。试验室的大部分试验研究,均是在对保护渣控制加热或控制冷却的试验条件下进行,然后再对凝固的保护渣进行分析研究。在对保护渣的结晶研究中广泛使用了差热分析方法(DTA) 。在本研究中,为了确定液态结晶器保护渣在冷却时的结晶温度,在实验时将保护渣的温度变化与参照试样进行了对比。采用差热分析的方法研究表明,结晶器保护渣的结晶趋势随 CaO /SiO 2的比值、 Li 2O、TiO 2和 ZrO 2含量的增加而增强,随 B 2O 3含量的减少而增强。为了测定保护渣的结晶情况, Kashiwaya 等人使用双式热电偶和单式热电偶技术现已绘制出结晶器保护渣结晶的时间-温度转变曲线(TTT 曲线)。使用双式和单式热电偶技术对不同冷却速率下保护渣凝固状况进行了现场观察。对于使用中的结晶器保护渣冷却情况和结晶成核情况有了进一步的认识。样品的结晶比为 5%时为结晶起点, 50%时为结晶的终点。以此为标准使用单式热电偶技术绘制出了典型的工业结晶器保护渣时间-温度转变曲线图。图中的两条曲线在 1050 ℃时明显一分为二。对高于和低于该曲线的结晶器保护渣进行了 x-射线分析,结果表明,在此温度下结晶形态发生了重要变化,由硅酸二钙变成了枪晶石。 Tsekouras 对中碳钢和低碳钢用结晶器保护渣进行了缓冷和速冷研究。首先将上述保护渣分别加热到 1100 ℃、1200 ℃和1300 ℃,然后进行炉冷和速