中碳鋼板坯連鑄用無氟和低氟保護渣研究與應用.pdf

1、連鑄結晶器保護渣具有重要的冶金功能,尤其是對鑄坯的潤滑和調節(jié)鑄坯向結晶器的傳熱,對維持連鑄工藝的順行和提高鑄坯表面質量具有重要作用。由于氟化物具有調節(jié)保護渣高溫物理性能的作用,尤其是能協(xié)調保護渣傳熱和潤滑兩大功能,所以傳統(tǒng)保護渣中通常會加入含氟為6％~10%的氟化物。然而,保護渣中的氟含量過高不僅會加劇浸入式水口和連鑄設備的侵蝕,還會增大環(huán)境污染。為此,需要開發(fā)無氟和低氟保護渣。本文對國內(nèi)外無氟保護渣的發(fā)展狀況進行了綜述,分析了保護渣無

2、氟化后面臨的主要難題(尤其是針對包晶鋼板坯連鑄),即如何將無氟化后的保護渣的潤滑性能與傳熱性能間的關系協(xié)調起來。本次研究基于前人對無氟保護渣研究的基礎之上,利用TiO2作為析晶替代物,通過與傳統(tǒng)中碳鋼板坯連鑄用高氟保護渣的各物理性能進行對比研究,尋求與高氟保護渣性能相近的無氟、低氟保護渣成分組成區(qū)域。
　　本文在國家自然科學基金和寶鋼集團的大力支持下,就無氟和低氟含鈦保護渣的重要理論及亟需解決的實際應用問題展開了深入的研究:即化學

3、成分對無氟和低氟含鈦保護渣環(huán)保性能(只針對低氟含鈦保護渣)、熔化特性、潤滑性能以及渣膜結構和傳熱特性的影響。通過工業(yè)試驗,驗證了本次研究開發(fā)的無氟和低氟含鈦保護渣適合工廠板坯連鑄生產(chǎn)工藝的要求,并取得了良好的應用效果。具體研究工作和結論如下:
　?、賹o氟含鈦保護渣物理性能的研究。
　　1)隨著堿度提高,無氟含鈦保護渣的熔化溫度、轉折溫度升高,粘度和渣膜的傳熱能力均有所下降;2)無氟含鈦保護渣在轉折溫度前的粘度增幅較大,但其

4、1300℃時對應的粘度與拉坯速度的乘積η1300℃νc值在0.10~0.35范圍內(nèi)(假定板坯連鑄機的拉坯速度為1.30m.min-1),有合理的潤滑性能。
　　②對低氟含鈦保護渣物理性能的研究。
　　1)含氟小于4%的低氟含鈦保護渣水中F-濃度不足工廠用的高氟保護渣3D的20%,水也從3D渣的酸性變?yōu)橹行?2)堿度和TiO2含量增加,低氟含鈦保護渣的熔化溫度升高,而Li2O、Na2O和MnO等熔劑均能起到降低保護渣熔化溫度的

5、作用,其對低氟含鈦保護渣熔化溫度影響大小順序為:Li2O>TiO2>Na2O>MnO;3)堿度提高,低氟含鈦保護渣的粘度降低,轉折溫度升高;4)TiO2含量增加時,低氟保護渣粘度和轉折溫度均先減小后增大,當TiO2=6%時,粘度和轉折溫度均取最小值,且在溫度降低過程粘度的增幅較小;5)當TiO2含量(0~12%)增加時,鈣鈦礦的析出增強,且晶粒尺寸逐漸增大,渣膜熱阻增大,平均熱流密度降低;6)堿度升高,低氟含鈦保護渣渣膜厚度逐漸增厚,且

6、結晶性能增強,渣膜熱阻增大,平均熱流密度變小;7)而隨著TiO2含量增加,保護渣固渣膜厚度先增厚再變薄,且當TiO2=8%固渣膜最薄;8)MnO有降低低氟含鈦保護渣渣膜熱流密度的作用,添加1.2%的MnO后,渣膜平均熱流密度降低率為6%,但MnO添加量超過2%后對降低熱流密度的作用會很小。
　?、蹮o氟和低氟保護渣在工業(yè)試驗中的應用。
　　1)工業(yè)試驗中,無氟和低氟含鈦保護渣在結晶器內(nèi)行為正常,消耗量合理,無粘結現(xiàn)象發(fā)生;2)

7、但在澆注碳含量為0.10%~0.14%的包晶鋼時鑄坯質量差別明顯,BCX-1澆注的鑄坯表面裂紋發(fā)生率高達91.67%,而BCX-2與3D渣澆注鑄坯表面裂紋發(fā)生率相當,均低于10%;3)澆注碳含量為0.07%~0.10%的中碳鋼時,WF-1、BCX-3和BCX-4鑄坯表面均未發(fā)現(xiàn)縱裂紋;4)BSE(EDS)與XRD分析結果表明實驗室渣膜在結構上與實際結晶器中的渣膜很相似,并且在實際結晶器內(nèi)低氟含鈦保護渣渣膜中并未發(fā)現(xiàn)會惡化保護渣潤滑作用的