39基于熱絲法的四元保護(hù)渣結(jié)晶行為的研究8-31

1、第四屆發(fā)展中國家連鑄國際會議論文劉慧，女，湖南衡陽人，郵箱：huierliu@通訊作者：文光華，男，教授，郵箱：wengh@cqu.基于熱絲法的四元保護(hù)渣結(jié)晶行為的研究劉慧文光華唐萍（重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院冶金系，重慶400044）摘要：本文采用熱絲法研究四元保護(hù)渣CaOSiO2CaF2Na2O條件下堿度R(1.0~1.7)、F(3~11wt%)和Na2O(3~11wt%)含量對結(jié)晶臨界冷卻速度和孕育時間的影響。研究結(jié)果表明①隨R或

2、F含量增加，保護(hù)渣臨界冷卻速度增加，晶體孕育時間減少，結(jié)晶能力增強(qiáng)；②結(jié)晶器和鑄坯之間的冷卻速度范圍為1～20℃s，當(dāng)R為1.5或F為10wt%兩個渣樣的臨界冷卻速度、孕育時間分別為20℃s(20s)和22℃s(25s)，達(dá)到保護(hù)渣控制結(jié)晶器傳熱的結(jié)晶要求上限；③Na2O含量增加，保護(hù)渣臨界冷卻速度、孕育時間減小，但Na2O為8％時孕育時間開始呈現(xiàn)增長趨勢；④對于裂紋敏感性鋼種，CaOSiO2CaF2Na2O渣系R選擇可達(dá)1.5，F(xiàn)－可

3、達(dá)10wt%，Na2O不宜超過8wt％。關(guān)鍵詞：保護(hù)渣；熱絲法；臨界冷卻速度；孕育時間TheCrystallizationBehaviofQuarternaryMoldSlagUsingtheSingleHotThermocoupleTechniqueLIUHui，WENGuanghua，TANGPing(CollegeofMaterialsScienceEngineering，ChongqingUniversity，Chongqing

4、400044)Abstract:ThecrystallizationbehaviofCaOSiO2CaF2Na2Oquarternaryslagwasinvestigatedbyvisualobservationusingthesinglehotthermocoupletechnique(SHTT).Theinfluenceofbasicity(1.0~1.7)、F(3~11wt%)Na2O(3~11wt%）onthecriticalc

5、oolingrateincubationtimehasbeenmeasuredinthestudy.Theresultsindicatethati)WithbasicitythecontentofFincreasingmoldslagshavelargercriticalcoolingrateshterincubationtimetohavestrongercrystallizationability.ⅱ)Actualcoolingra

6、tesbetweenthesteelshellthemoldhavebeenestimatedtorangefrom1℃sto20℃sdependinguponpositioninthemold.Whenbasicityis1.5thecontentofFis10wt%thecriticalcoolingrateincubationtimeofthetwosamplesarerespectively20℃s(20s)22℃s(25s)t

7、oachievethecriticalrequirementsofcrystallizationpropertiesofmoldslagscontrollingheattransferincontinuouscasting.ⅲ)AsthecontentofNa2Oincreasesthecriticalcoolingratebeginningtimeofcrystallizationreduce.ButwhenthecontentofN

8、a2Oreaches8%theincubationtimeofmoldslaghasatrendtoincrease.ⅳ)It’spossiblefcracksensitivesteelsthatthebasicityFNa2OinCaOSiO2CaF2Na2Oquartaryslagsystemarerespectivelyupto1.510wt%lessthan8wt%.Keywds:moldslagthesinglehotther

9、mocoupletechniquecriticalcoolingrateincubationtime1前言熔融保護(hù)渣在結(jié)晶器壁和坯殼之間的縫隙內(nèi)形成層狀結(jié)構(gòu)：固態(tài)渣膜和液態(tài)渣膜。液渣膜可潤滑結(jié)晶器與坯殼之間的界面，防止粘結(jié)。而固態(tài)渣膜可調(diào)節(jié)傳往結(jié)晶器的熱流，均勻傳熱并使傳熱量減少，這有利于坯殼均勻凝固，減少板表面縱裂紋的發(fā)生率，特別對于澆注中碳鋼、高拉速和寬板坯等裂紋敏感性鋼種，固態(tài)渣膜調(diào)節(jié)傳熱的作用尤其重要。調(diào)整固態(tài)渣膜中結(jié)晶層和玻璃

10、層的比例，調(diào)整結(jié)晶層晶粒度的大小，對控制傳熱和改善潤滑的影響最大[1~3]，因此有必要對保護(hù)渣的結(jié)晶性能進(jìn)行研究。一些工作者研究了冷卻速度對保護(hù)渣結(jié)晶溫度的影響，然而沒有去嘗試建立提供更多轉(zhuǎn)變過程的基本原理的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(ContinuousCoolingTransfmation，簡稱CCT)曲線或等溫轉(zhuǎn)變(TemperatureTime第四屆發(fā)展中國家連鑄國際會議論文渣料置于熱絲上，以15℃s的速率升溫至1500℃，等溫1~2min.

11、，分別以不同速率降溫，測得結(jié)晶率為0時的冷卻速度即為臨界冷卻速度。以80℃s將試樣從1500℃降至目標(biāo)溫度，測量各等溫溫度的析晶時間，構(gòu)建TTT曲線。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.1臨界冷卻速度堿度R＜1.2，F(xiàn)＜5wt%或Na2O＞9wt%的保護(hù)渣為玻璃態(tài)渣，試樣的臨界冷卻速度如圖1所示，隨著R、F含量增加或者Na2O含量減少，保護(hù)渣臨界冷卻速度增加。R、F和Na2O均具有減少保護(hù)渣粘度的作用，從動力學(xué)上促進(jìn)結(jié)晶，但Na2O同時大幅度降低保護(hù)渣的熔點(diǎn)

12、，同等條件下相當(dāng)于過熱度提高，結(jié)晶驅(qū)動力減小，從而可推斷出Na2O渣樣粘度對保護(hù)渣結(jié)晶性能的影響不如熔點(diǎn)明顯。Koichi[5]等研究表明Na2O量不超過25mol%（如圖1d），硅酸鹽的臨界冷卻速度隨Na2O含量增加而減小，但Koichi未對Na2O≤10mol%酸鹽系進(jìn)行研究，本文對Koichi的研究結(jié)果進(jìn)行了補(bǔ)充與完善。R0510152025303511.11.21.31.41.51.61.71.8臨界冷卻速度℃s05101520

13、2530456789101112F%臨界冷卻速度℃s05101520253022.83.64.45.266.87.6Na2Omol%臨界冷卻速度℃s(a)堿度R；(b)F；(c)Na2O；(d)文獻(xiàn)[18]Na2O對臨界冷卻速度的影響圖1化學(xué)成分對結(jié)晶臨界冷卻速度的影響Fig.1Theinfluenceofchemicalcompositiononthecriticalcoolingrateofmoldfluxes文獻(xiàn)[4]指出，連鑄過

14、程中結(jié)晶器與鑄坯之間的冷卻速率隨位置不同而變化，通常在1~20℃s之間。當(dāng)R為1.5或F為10wt%兩個渣樣的臨界冷卻速度分別為20℃s和22℃s，達(dá)到保護(hù)渣控制結(jié)晶器傳熱的結(jié)晶要求上限。3.2TTT曲線及X衍射試樣TTT曲線均含有兩個C，表明有兩種晶體的析出。如圖2所示，堿度為1.25、1.4和1.7三個渣樣在低溫區(qū)析出晶體均為槍晶石（Ca4Si2O7F2）。低堿度渣樣高溫區(qū)析出硅灰石（CaO?SiO2），而堿度1.7渣樣則為硅酸二鈣