（钢铁冶金专业论文）微碳碱性中间包覆盖剂的研究和应用.pdf

抽要 微碳碱性中间包覆盖剂的研究与应用 摘要 随着连铸技术的不断发展和对钢质量要求的不断提高，具有绝热保温、防止钢 液二次氧化、吸收非金属夹杂物等作用的中间包覆盖剂越来越受到人们的重视。传 统的覆盖剂由于其自身的缺陷，不能适应特殊钢种的要求。为此，针对某些特殊钢 种，就要求有与之相适应的特殊用途的覆盖剂。这样才能适应连铸生产的要求，冶 炼出高质量的钢水。 长期以来，鞍钢三炼钢一直使用普通覆盖剂生产铝镇静钢和硅镇静钢，但随着 r h 的投产而开始开发超低碳钢。普通覆盖剂由于含有较多的碳和s i 0 2 ，致使钢水 增碳和铝损失增大，同时普通覆盖剂由于碱度较低而容易导致包壁挂渣，造成中包 清理困难，中间包解体劳动强度大。这就要求开发出一种新型的适应超低碳钢冶炼 的低碳碱性中间包覆盖剂。 基于此，本论文在综合大量国内外研究资料的基础上，：利用正交设计理论，优 选出了一种新型覆盖剂。在试验过程中，着重考察了c a o 、m g o 、a | 2 0 3 、n a 2 c 0 3 、 s i c 等含量对中间包覆盖剂的熔点、熔化时间、保温性能等各项性能指标的影响。 然后通过正交试验的综合评分法，优选出了在1 6 组配方中居于最佳综合性能的配 方。 按照研究的配方进行工业性批量生产产品在鞍山三炼钢进行了工业试验。着 重考察了覆盖剂的保温性能、吸收夹杂物情况和钢水增碳等使用情况。试验表明， 新型覆盖剂完全能够满足三炼钢连铸车间超低碳钢的各项指标，钢水基本不增碳、 具有一定的保温效果和吸收夹杂物能力。包壁基本不挂渣，无粉层，具有良好的环 保效果。 关键词：中间包覆盖剂正变试验 超低碳钢 i i 东七大学硕 学位论文 a b s t f g 、c t - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - - _ - _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - 一 r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no n t h et u n d i s hc o v e r t u r e o f s l i g h tc a r b o na n db a s i c i t y a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o fc o n t i n u o u s c a s t i n gt e c h n o l o g y a n de n h a n c e m e n to f r e q u i r e m e n ti nt h eq u a l i t yo fs t e e l ，m o r ea n dm o r ep e o p l eh a v ea r a c h e di m p o r t a n c et ot h e c o v e r t u r et h a th a sb e t t e rc a p a b i l i t yo fi n c u b a t i o n ，b e t t e rc a p a b i l i t yt op r o t e c tm o l t e ns t e e l a g a i n s tr e o x i d a t i o na n da b s o r p t i o no fn o n m e t a l l i ci n c l u s i o n sa n ds o o nc o n v e n t i o n a l c o v e r t u r e sc a nn o tm e e tt h er e q u i r e m e n t so fs p e c i a ls t e e lb e c a u s eo fi t s p r o p e rd e f e c t t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yf o rs p e c i a ls t e e lt ou s eac o r r e s p o n d i n gc o v e r t u r et h e nw e c a n g e tm o l t e ns t e e lw i t hh i g hq u a l i t y c o m m o nc o v e r t u r e sa r ea l w a y su s e df o ra l u m i n u mk i l l e ds t e e la n ds i l i c o nk i l l e d s t e e li na n g a n gt h i r ds t e e l m a k i n gp l a n t ，b u tw i t hb r i n g i n gi n t op r o d u c t i o no fr ht o d e v e l o p u l t r a l o wc a r b o ns t e e l ，c a r b u r e t i n go f m o l t e ns t e e la n dl o s so fa l u m i n u mb e c o m e s e r i o u s p r o b l e m sd u et o c o m m o nc o v e r t u r e s i n c l u d i n g t o om u c hc a r b o na n ds i l i c a m o r e o v e r , c o m m o nc o v e r t u r e sm a ye a s i l yl e a dt oa d h e r i n gs l a g0 1 1e x t e r n a lw a l lb y v i r t u e o fi t sl o wb a s i c i t y , t h e ni ti sd i f f i c u l tt oc l e a nt u n d i s ha n dw o r k i n gi n t e n s i t yo ft u n d i s h d e c o m p o s i t i o ni sv e r yh i g h s ow es h o u l dd e v e l o pan e wt u n d i s hc o v e r t u r ew i t hl o w c a r b o na n d b a s i c i t yt om e e t t h er e q u i r e m e n t so f s m e l t i n gu l t r a l o wc a r b o ns t e e l i nt h i sp a p e ran e wc o v e r t u r ei sa t t a i n e db ya n a l y s i so fl o to fn a t i o n a la n df o r e i g n r e s e a r c hd o c u m e n t sa n du t i l i z i n gt h et h e o r yo fo r t h o g o n a ld e s i g n a u t h o re m p h a s i z e st h e i n f l u e n c eo f c o n t e n t so f c a o 、m g o 、a 1 2 0 3 、n a 2 c 0 3 、s i ci ns l a go ne v e r yp e r f o r m a n c e o fc o v e r t u r es u c ha s m e l t i n gp o i n t 、f u s i n gt i m e 、i n s u l a t i n ga b i l i t y a n dp r o p e r t yo f e l i m i n a t i n gi n c l u s i o n sd u r i n ge x p e r i m e n t t h e na u t h o ra t t a i n st h eo p t i m a lp r e s c r i p t i o n a m o n g 16p r e s c r i p t i o n sb ym e a n so fc o m p r e h e n s i v es c o r i n ge v a l u a t i o nb e l o n g i n gt o e o t h o g o n a le x p e r i m e n t a c c o r d i n g t ot h ep r e s c r i p t i o n ，w ep r o d u c ti nb a t c h e sa n dd oi n d u t r i a le x p e r i m e n ti n a n g a n gt h i r ds t e e l m a k i n gp l a n t a u t h o re m p h a s i z e si n s u l a t i n ga b i l i t y 、p r o p e r t yo f r e m o v i n gi n c l u s i o n s 、r e c a r b u r e t i n go fm o l t e ns t e e l 、a d h e r i n gs l a go n e x t e r n a lw a l le t c t h ef e s u i t si n d i c a t et h a tn e wc o v e r t u r ec a nm e e tt h er e q u i r e m e n t so fs m e l t i n gu l t r a - l o w c a r b o ns t e e li nc a s t i n gs h o po ft h i r ds t e e l m a k i n gp l a n tg e n e r a l l yc a r b u r e t i n go f m o l t e n i i i a 8 嚣融( x s t e e ld o e sn o te x i s t ，a n dc o v e r t u r ep o s s e s s e sc e r t a i ni n s u l a t i o ne f f e c t 、a b i l i t yo f r e m o v i n g i n c l u s i o n 、n oa d h e r i n g s l a g o ne x t e r n a lw a l la n dn op o w d e rl a y e r i na d d k i o n , i t s e n v i r o n m e n t a ie r i e c ti sw e l l k e y w o r d s ：t u n d i s h c o v e l t u r e o r t h o g o n a le x p e r i m e n t u l t r a - l o wc a r b o ns t e e l i v 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导卜_ 完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，与我一同工作的i 刊志对本 i j f 究所作的任何贡献均已在论 义r f 作j 7 明确说明并表示了感谢。 本人签名 羔塑竺主要竺堡妻墨：兰堡垒 “_ _ _ 一”h h 一_ q _ _ h _ - _ _ h _ _ _ _ _ ，_ _ _ - _ _ _ _ ，一一一 一 _ 第一章绪论 随着钢铁生产技术的不断提高 三i 及高纯净钢超低碾钢的发展，对燎钢用辅助材 料的要求也越来越瘫。从连铸的发展过程可明显毳如这一点。中龟闻覆装刘的最初 功能只是保渝，以防止钢水在传输或浇注过程中温降过大，但随管钢质蘑要求的提 赢，镶东保瀣覆羲裁逐激蠢多功琵菱溪，吴钵功镌蠢绦溢、茨j 二大气对钢拳懿二次 氧化、吸附钢中上浮夹杂物、不与钢水反应避免钢水污染等等n 在钢水保温覆盖 帮材料材质方面，狠据优质钢生产技术的需赘，飙疆初的炭化稻瘫傈温覆盖剂发展 到含碳中型坯保瀑覆盖刘，再发展至b 低碳中饿保湿攫盖剂，目蘸又提出了使用微碳 碱性中间包保温覆盖剂的思想。由此可见，有必要逑行性能优良的微碳碱性钢水保 瀑覆燕裁瓣磅究工俘，袋纛提嵩炼钢钢拳矮鬟，避掰改善援终钢瓣产瑟矮量， 1 1 中间包覆盖剂的发展和琥状 中问包覆盖剂保护浇铸自6 0 年代闷世以来，多着重覆盖剂配制豹实甭缝褥究， 也鄹是选用冬秘酸碱性藤斟积耽熔到酝制出烛能适合当时浇注条件的各张覆盏铷， 虽然连铸j 丕的质量比敞开浇注有了进一步提两，但远不能满足连铸技术发展的要求 嘲。 7 0 年代是中间包覆盏剂的研究和应用比较活跃的时期。19 7 3 年日本的佐藤良吉 系统地论述了如何根据不同铺耱连铸对覆盖荆的物理性质豹要求，合蘧确定覆盖裁 的化学组成；明确提出控制覆蘸剂熔化时间的重要作用，覆盖剂在中间包内钢液面 上的熔融模型可以通过配入的凝质粒子的粒度和数麓来控制f = “。7 0 年代后期，r i b o u d 等人臻确撬, 爨1 4 t ，裹碱魔僬懿瘦及含n a 2 0 ，c a f ：爨躯覆盏剡：专裂予吸收饕金属夹杂 物。他们逐对覆盏剂性质和其作用问的相互关系提娃 了许多有实际意义的看法。 8 0 年代域来，赢于黼速连铸、离溢连镑坯要实凌蒸送镬壹筑，戳致特殊钢连铸 等技术的发展，对覆盖蠢保护浇注提l 嗽了更高的要求。因此，近十多年来连铸中间 包覆盖剂翻研究和应用又有了避一步的发展。浇注低碳铝镇静镧、高合金钢辩，必 然会暹到蠹筑减少葶霪消除钢液藤累积瓣a 金属夹杂物的阉题，如果中间包钢波中的 非金属夹杂物不能及时消除，必然影响铸坯的表面及皮下质量。因此近年来入们对 覆蔫帮啜毂帮溶解夹杂杨方瑟渔 乍了大量酶研究，将爨蹩对蠢系夹杂翻钛系夹杂懿 吸收。 由于迤铸技术能够给工厂带来极大效盏，促使潋传统模涛为主要浇注方漆静特 露一章绪论 殊钢如不锈钢、轴承钢也逐渐改为连铸浇注。因为特殊钢的浇注性能有其特殊髋， 绘透铸操 乍带来许多困难。因姥，许多连铸王厂已罄手礤究提毫姆臻钢逐铸承平、 提高铸坯质爨的方法。由于覆盖剂在连铸中的蘑要作用，对于覆盏剂的研制已成为 吾厂寰争稳努力翡热点。鲡露率不锈钢公司、耨嚣铰等在浇注不锈钢蠢健瑶了赣开 发的中间包覆盖剂，为了获得适赢的粘度，改善对非金属夹杂物的溶解能力，添加 了强碱性物质p 1 。同时，为防止渗碳，新目铁在连铸超低碳不锈钢时爝b n 代替覆盖 剂中的碳。哭外，匿本钢铁公司对不锈钢、钛轴承钢连铸中阅包覆菠弃q 进圣亍了改进， 对消除表面缺陷、掇高内部质量效果明姓f 6 】。 髫薅，孛窝包覆羞裁窍霆嚣碱痉发震熬憝势f 7 ，这不纹骞裂予净诧镶滚提蓬镶 水洁净度，而且对防止钢液回硫、回磷、提高包衬寿命都有不可忽视的作用。如上 海宝钢使甭瀚高碱度中闯龟覆盖帮，碾收a i 2 0 3 量这翻2 7 左右，吸收夹杂效采菲 常明鼹【”。同时，肖效地抑制了因碱度低而造成的回磷现象，使钢水质量进一步提 高。另外，覆盖剂的品种鼹加系列化，以适应不同铜种、不同连铸工艺参数的浇注， 覆盖骞f l 懿毒关妨理毂质霹戳栗霆各穗经验公式避蠢嚣赛，覆盖裁醚方竣诗已逐步走 上规范化的轨道。 覆盖翻静研究发震到年代移二十一嫠筑，又塞缮了诲多亳新产品，主要惫括 9 1 ： a ：高碱度、高玻璃化渣系开发。诧渣系由重庆大学提出，它针对连铸高合金钢 要求覆盖测喜报强她吸牧夹杂能力及缀姆的玻璃化欺特征，提出利用促锼两性袋纯 物转化为网络形成体，利用相图中共熔点或相界线组成及“逆生玻璃”型熔渣的理 论配潮双毫覆盖裁，魏能器震戏魂这是一稳楚孺予连铸毫含金钢懿有零羹戆渣系。 b ：空心颗粒覆盖剂的开发：我国在8 0 年代基本上采用的是机械混合粉状渣， 在8 0 年代后期开发了实心颗粒状以及预熔粒状渣。9 3 年我国又开发成功空心歉粒 渣，冀具有照好的铺展型，无结圈、无粉层、成分均匀等特点，明显的优于极掀混 合粉状渣。 瓣蓉连铸生产豹开溪及国经济求乎豹爨商，壤蓑赛l 产瑟蠢爹k 械混合粉状浚或 普通浚转向新型颗粒渣的更新换代已提到日程上来了。尽管新型颗粒渣的成本较多， 价格较贵，使j 日这种渣酌缱钢筏率比粉渣增确15 2 元左右，僵优质覆盏葡蒋稻到 优质钢树及赢的成树率和良好的操作环境，因此我尉一些有限光的钢| 宁可花火价 钱买进高质瀑覆盖剂也不愿用价格低廉的劣质覆盖剂。在产品换代中，大型钢铁企 犍酋当其冲，妇宝镪、武镪已与薅， 食 乍，生产或计划生产壤熔颗粒或空心颗粒覆 盖剂，首钢比正考虑产品更新问题。新型的覆盖剂需要更黼的技术来支持，因此， 有待_ j 二我们秘醑工佟者遘行深入的磺究。 一2 一 袭竞走擘硬奎学位论文 攀一章绪淹 1 2 研究中存在的问题 7 0 年代以来，钢水保温覆盏壳q 大都采用碳化稻宽，虽然其容爨小，导热系数低， 保温散果较好，值其容易使钢水增碳。粉尘大，污染环境，贮存和运输也不方便。 必了遥癍生产器要，嚣炼镄厂耀继霹究秀发出了替代碳t 稻嶷躲锻承保湛覆羲 剂。并且取得了一定的成效。但还仍然存在着很多问题，主要集中在以下几个方面。 ( ) 其铺袋洼铰菱，探溢效栗不是穰稳定； ( 2 ) 保温覆盖剂的碱度较低，酸性和中性产晶占了很大的比例，在精炼过程中钢水 的净化效栗不明显； ( 3 ) 保温覆盖刹的碳含量较毫，虫于浓度梯度的作用增艘了从覆菠剂向钢水中渗碳 的趋姆，使有些钢水的碳含量很难达到冶炼指标： ( 4 ) 现套弱关于缳瀑覆豢裁懿磷究缝粱基本上是建立在经验基戳上懿，疑少是够戆 理论分析，现代化分析手段的计算机模拟没有在钢水保温覆盖剂的传热过程中得到 充分晌认识和应嗣。 ( 5 ) 易产生回硫现象，酶低脱酸钢质羹。同时由于炭化稻壳覆盖剂的氧势较商及吸 收夹杂物能力较弱，使钢的洁净度变蓑，因而不能满足生产超洁净钢的簧求； ( 6 ) 终渣碱度蕺、不耪皴裂，中阕包孵体劳动强度大： ( 7 ) 对环境的污染较大，既制约着钢材质量的提高和炼钢成本的降低，又恶化了工 人韵揉 乍臻境； 即使是碱性覆盖剂，虽然具有较好的吸收夹杂物的能力，但保温效果往往不够 理想。同时，由于其碳含量较搿，在低碳钢生产过程中易使钢水蹭碾。而且，现场 操雩誊粉尘大，火鼓裹，环境污染严重。困此，不能缀好的潢足连铸生产的要求。 i l 。3 课题酶提出和任务 我 = | 知遭，对于覆盏帮来说，要求英尽量其萋翔蔚承述蕊 乍蹋，溺澍叉糖最大 限度的避免所有对炼钢不利的因素，这是一个十分困难的问题。但对糟炼具体的钢 种来说，也不是邋4 i 可及。这就要求不仅在原料的选择，配方的斟酌，而且在生产 的 ：艺、应兵l 夔效果上墩要徽囊大量准缕可嚣的磷究。尤其是实验室谚究阶段，雕 要求有合理的理论依据，选择合理的原料，还要求有许多精：留的性能测定的试验设 备。 针对鞍镪三炼钢厂长期以来应用的中间包覆盏剂存在的问题，需瑟研究一种新 型f i 勺覆盖剂，以解决覆流剂在使用过程中等致钢水增碳、终渣碱度谝稻、不弱破裂 一3 * 拳， ，赶挚碰士擘垃坨炙 第一事绪论 而尊敬的解体劳动强度大，延长精练时间、碱度低导致吸牧夹杂物能力不够、冶炼 过程申粉尘藏、火蘸大等。一系列问题。 为此，采用如下的方案，使覆盖剂既能够县有合理的熔点、熔化时间、保温性 貔，溺霹，嫒上述豹湾题裁够 ! 譬翻基满豹织决； 1 选择合理的原料，既要求成本不能偏高，性能又要符合要求； 2 采甭稷盖翻中乡掘绒不鸯h 辗的方法，掰一种磙静替 弋晶来解决钢永增磷的问 题： 3 适当增大覆盏剂中碱性氧化物的用量，减少酸性氧化物的用量，以此来提高 覆盖裁豹碱发，鳃决终渣溅疫镶低，吸收夹杂貔戆力不裹载运题； 4 采用糕盖剂中添加膨胀石攫的方法，使覆盖剂具有较好的膨胀性，降低覆盖 裁静餐重，穗离覆麓裁酌绦温蕊髓； 5 。将覆靛荆生产成颗粒型，以解决粳盖刘在使用过程中造成的粉尘多、火茁大 的问题。 1 4 本课题的目的和意义 髓着连铸技术的不断发展，单纯的炭化稻壳和一股的碱性覆盏剂已不能满足生 产静甏求，需要研涮密一释薪鳌豹覆盖翔，使蔡曩裔以下功髓： i 覆盖剂的使用不会对钢水增碳；能通应高、中、低碳钢水的生产要求。 2 覆盖剂应为碱性覆盖荆，其碱度应达到一定值，从而避免钢水的回磷和回硫。 时疑毒良好吸附夹杂物既能力。 3 覆盖剂应县有良好的j 5 i 温性畿，从材料内部的传热过程乘看，要使覆盏剂具有良 妊豹傈溢经蘧，簸必镞搜耱瓣中含鸯大量煞气我嚣疆蕊转导逶臻。为魏，覆羲刘 应舆有较低的容凛。 4 覆盖剂应其有合适的熔点及络纯时间，以保证加入后能形成合理的渣簇结构( 郎 熔融层、烧结层、粉状层) ，使其具有良好的保遗秘吸附夹杂物糍力。 5 覆盖剂应具有良好的热崩裂性，以保证中间包解体容易，减少工人劳动强度。 6 。对环境不致造成较大麴污染，改善王夫操 挈琢境。 2 l 世纪我国要继续推进全迄铸生产，而且已经加入关贸总协定，产品要参与世 界竞争，因此钢材产晶在顼量帮品种t 都必颓有较大的提高，不断疆高覆盏镧蕊燕， 两发瓤的品神，实现覆盖荆的性能优化，将是项刻不容缓的任务，它对提高钢材 质量，使钢材产品更具竞争力，打入国际市场具有十分重袋的意义。 4 氧遣大学磷 学控渗譬 翦二黎熏辩练臻 第二章文献综述 弟一早义陬际还 在连铸过程中，中间包起着承前离后的熬要作用。它将钢液分配成一股以上豹 钢漉黉健钢水保持稳定静压头，蠢且它是一个反应容器，霹以改避冶金质量。随羲 中间包容剂的增大，钢液在中间保内停留的时间大大增加了，保持钢液温度，提高 钢承璇量遥在霆逡。因魏，弱孩保护中阉毽镄承不竣二次襞 乏，减少中阙包锻求豹 温降，以保证结鼎器顺利浇注的中间包覆盖剂越来趟引起人们的蘑视。 2 。- l 中间包覆盖剂的砷类 申藏包探漫覆藏劐主要剪以f 四瓣类型l i o l ： ( 1 ) 酸性保温覆盖剂：典型的酸性保温覆盖剂是碳化稻壳，其具有优良的保温 缝燕往畿，盈残零 毳瘫。毽碳傀稻壳不裁予啜醛钢拳中上浮弱夹杂耪，藩骞荡导致 钢水增碳，同时还污染环境。 f 2 ) 中性傈潞覆盖帮；典型的中髓僳温覆盖嗣a l ：0 r s i 0 2 基含碾或俄碳覆箍剩， 其最大特点是成本低廉秘锅水增碳少。 ( 3 ) 碱性保温覆盖剂：该类保温覆盖剂是以m g o 或白云石为基的材料，分为 含酸类与稳璇类弱秘。该类绦激覆盖裁一般熔点较低，单独搜震瓣骞翳结壳，毽能 很好地吸附钢水中上浮的夹杂物。 “) 双层傈濑覆盖翔：取壤裸温覆盖稍獒有敢痿结褥，底爱一般为碱注渣，使 用时形成滚渣层以吸附夹杂，顶层一般为碳化稻壳，以强化保温。 2 。2 中阕包覆盖剂的作羯 中凝畿探湿覆盖裁鼷予二次精薅避程中覆盖中阕包镄滚表嚣，主娶诈爰楚镪东 保温，避免钢水在运输和浇注过程中溉降过大和钢液表面结冷钢。随着钢铁生产技 术的不断掇高以及钢铁冶炼商商纯净超低碾钢发震的趋势，对销承保滋覆盖麓豹要 求越来越离。从擎的鳃热保瀑型向姥止钢水二次氧化，吸附钢水上浮夹杂物，不 与钢水反应避免钢水污染，防j l ：钢水阐硫，不侵蚀碱性包衬等多功能整合型瀚方向 发震。 蘩二章戈献综述 2 2 1 绝热保温及防止钢液筒结壳 中间包裰盖剂有显著的绝热保温作用。如果中阃包钢液面上不加覆靛剂， 热损失建狠天的，耱至会造成钢承温度过低，液面结壳，农口冻缔等事故。而 且，出于裸瓣钢渡瀑度商，造成工人操作环境恶劣。通过计舞可知，一般中间 包加覆盖剂与不加覆盖剂相比，每炉可减少钢液温降1 2 1 56 c 。中间包内钢液 降淫少，浇注过程中过热疫稳定，不仅使工艺易于控测，霹曩有利予铸坯质量 的提高。表2l 为巢厂两种钢包保温覆盏剂的保温效柴1 2 】。 裘2 1 镪包傈溢覆盖翔的铩溢效果 t a b l e2 1 h e a t i n s u l a t i n gr e s u l to f c o v e r f l u x i n s t e e l l a d l e 2 。2 。2 隔绝空气致防壹铜液二次氧纯 铸坯中夹杂物来源分褥表明，当不采甭豫护浇注辩，密空气二次氧傀生盛 的夹杂物约占3 5 左右，眭【中间包内衬和炉渣卷入造成的约占5 5 左右。因此 对钢液采取防止二次氧化的措施是非常厦要的。 00 5 1 1 52 浇往靖阚，h 图2k l 覆盖刹加入新居中间包中f e o 及m n o 含量的变化 f i g , 21 v a r i a t i o n o f c o n t e n t o f f e oa n d m n o i n t u n d i s h b e f o r e a n da f t e r m d i n gc o v e | 帆 6 6 4 2 0 8 6 哇2 o ，1 i ，i 1 抟善悯如 东北 学硕士学缔r 0 文 _ i 笙中间包钢液面上加入覆盖剂后形成的透气性低的液渣层，把钢液同空气 完全隔绝开来，防止了钢液的二次氧化。图2l 示出了加与不加覆盖剖时中问包 内f e o 和m n o 含量的变化。由图2 1 可知，中间包覆盖剂将：暴露于空气中的钢 液全部覆盖后，中间包内f e o 和m n o 含量降到了可以忽略的程度。 2 2 3 吸收钢液面上的非金属夹杂物 连铸时，钢水通过中间包在包内停留时间一般在5 m i n 以上，覆盖剂在钢液 面上形成的适当厚度的熔融层，将能吸收钢液面上的非金属夹杂物、耐火材料 颗粒等浮游物，如a 1 2 0 3 ，s i 0 2 等，这对减少钢中夹杂物的含量，为结晶器提供 洁净的钢水有非常重要的作用。保护浇注可以使钢中氧化物：炙杂的绝对含量下 降5 0 6 0 左右，尤其是a j 2 0 3 ，去除最为明显。 熔渣粘度低和渣中原始a j 2 0 ，含量低都有利于提高熔渣吸收氧化物的能力。 另外，覆盖剂原材料的性能也影响熔渣吸收a j z 0 3 的能力。以硅灰石为基体的渣 系对a i z 0 3 有较大的溶解能力，它可以通过a j ”和s i 4 + 的置换形成( 趟0 4 1 的四面 体较快地溶于其中。 2 3 覆盖剂主要性能指标 连铸过程对覆盖剂的物理及化学性质有着一定的要求，覆盖剂的保温性能、熔 点( 本论文中所有“熔点”均指半球点温度) 、粘度及表面张：7 的大小取决于渣中的 化学成分。对硅酸盐系的覆盖剂来说，一般是根据三元系相图来确定c a o s i 0 2 ，在 此基础上配入不同的助熔剂。覆盖剂的化学成分中，c a o s i 0 2 的比值可以在预先确 定后，采用不同的酸性和碱性材料配制，c a f 2 、n a o ：和其它助熔剂按需要配入，而 a i ：o ，的含量则视所采用的原材料而定。值得注意的是选用的原料其化学成分是比较 复杂的，有时波动的幅度电较大。用爿i 同原料组成的覆盖剂，除了c a o 、s i 0 2 和a 1 2 0 3 外还带入了其它些氧化物。这样，所配制的覆盖剂其熔化温度、粘度等性能与相 图上事先设计的大小会出现偏差。因此在覆盖剂的研制和使用过程中都要对熔化温 度、粘度及吸收和溶解非金属夹杂物能力等基本性质进行测定，此外，由于使用的 原料组成和物性不同，覆盖剂在熔化过程中表现出来的性状也有所差别，这对一个 覆盖剂的使用效果电是很重要的。因此，除了上述的几个基本性质外，还要对覆盖 剂的熔融速度、熔化均匀性、熔融模型以及导热性能进行检验，这样才能确保覆盖 剂的正常使用。 豢一孽交燃综述 2 4 覆盖剂中各成分对性能的影响 2 4 。1 各成分对熔点的影响 覆盖刹的熔点与基本艨料的照料缎成、助熔剡靛糖类和照量以及粉束原料鲍分 散度等有关。目前阑内外使用的覆盖剂助熔剂主要有苏打粉、冰晶石、硼砂以及含 鬣毡物懿耪誊毒等。鸯关资搴喜套缨，一般鬻建鹫溶裁对降低熔点豹次序为： n a f n a 5 a 1 3 f i 4 n a 2 c 0 3 n a c i c a f 2 b 2 0 3 对覆盖裁的获优点帮熔点均有很大静彰确，瑟2 2 为马蠲一等人的研究结 果【6 l l 该图说明，b 2 0 3 的加入量为t 0 以下时，对熔点的影响显装，每增加l 的 b 2 0 3 可以降低熔点约2 5 ，超过1 0 后其影响较小。丽对覆箍剂软化点的影响，2 0 敷下均跑较显著。 c a f 2 能降低渣的熔点。据研究【1 2 l 在s i 0 2 一c a o a 1 2 0 3 ( ：a f 2 四元系的合成渣 肉，碱度( c a o s i 0 2 ) 较大靛渣，c a 乳靛影舔较大。铡鲡c a o s i 0 2 = 1 0 黪渣熬入 1 0 c a f 2 能降低熔点约1 0 0 。c 。对同一种渣，c a f 2 的墩初影响较大，超过2 0 以上， 降低熔点的影响就小得多。但这个结论汉指困元渣系的倩况，对多组元酌覆盖剂， 盎予浚中己含毒一定数量的其它助熔剂，瑟曼c a o s i 0 2 偏于弱酸渣的藏围，c a f 2 降低熔点的作用就还要小得多。 隧2 , 2b ：o ，对熔点殿软优点的影响 f i g2 2i n f l u e n c eo f b 2 0 3 o nm e l t i n ga n ds o f t e n i n gp o i n t 辩a o 瓣覆盖测溶点黪澎媲毪是稷明显熬。近年寒国内磬盔一些覆盏测中攘入了 翟蜓赔 童釜2 兰璧生= 翟兰堕 登二曼兰鳖堡鎏 一定数量的b a o ，b a o 的加入不仅能抑制晶体的析出，而且具有明照的助熔作用。 中户参等夫诵查了囱c a o s i 0 2 = 1 2 6 ，n a f = 1 9 ，a t 2 。3 = 5 熬连镑渣巾撼入b a o 瓣， b a o 含量对熔点的影响如图2 3 所示。( c a o + b a o ) s i 0 2 为一定时，b a o 对降低熔点 的影响t e ( c a o s i 0 2 ) 为一定时趸锺著。 b 2o3 辫2 3b a o 对嫔渣薅蠢静影晌 f i 9 2 3e f f e c to fb a o c o n t e n to i ls l a gm c l g p o i n t 2 4 。2 覆盖裁化学缀成对旗度的影嗨 为了缀救锻泼孛上浮秘婆衾震夹杂耱，希望覆羡裁黪糕度尽霹缝低，但是牯度 过低对保温性能和炉衬寿命均产生不利的影响。覆菔剂的粘度主蒙受温度和化学成 分的影晌较大。 目前国内外所使用的覆盖剂除了c a o 、s i 0 2 和刖2 侥三种基本组分外【”i ，还含 有不同数量的c a f 2 、n a f 、b a o 、m g o 和m n o 等组分，虽然覆盖剂酌成分沈较复 杂，但其中蘩些成分是巍配渣原料必须赘入蜘，在渣中含薰较少。 增加s i c ：的含量，由于导致复合的硅氧离子的结构变大，傥熔渣的粘度增大。 m c c a u l e y 等入专f j 磅究了连簿炉渣中s i c 2 含羹黯糖痉豹影璃，德翻惑续了缀藏裙 同，持在很小范围内变化的各种渣的粘度大小，得出了如图24 所示的结果1 2 “。该 图表明，炉渣中s i c ：岔覆超过3 5 ，对粘度的影确明显增大。 a l ：鹞对渣的糖度有明显的影响。图2 5 是研究了a 1 2 魄含量对不嘲炉渣粘度的 影响厉测得的1 9 1 。熔渣粘度随a 1 2 0 3 含量的增加而升高，a 1 2 0 3 含量低时，粘艘的增 量，j 、，镯2 侥含慧舞酵，糖度增麴瞬疆。 东化k 顺t 。茸何昆屯 第：章丈献综述 s i o2 ， 图24s i 0 2 含量对s i 0 2 、a 1 2 0 3 、c a o 、n a 2 0 、c a f 2 熔渣粘度的影响 f i g24e f f e c to f s i 0 2 c o n t e n to i ls i 0 2 、a l z 0 3 、c a o 、n a 2 0 、c a f 2f u s e d s l a gv i s c o s i t y 渣中加入m g o ，能使复合阴离子解体，并且m g o 能与a 1 2 0 3 、s i 0 2 和c a o s i 0 2 形成一系列熔点较低的化合物，如黄长石，镁蔷薇辉石，钙镁橄榄石等。因此，m g o 的加入能降低覆盖剂的粘度。 资料m 1 表明，覆盖剂中加入m n o 、b a o 、c a f 2 及其它助熔剂能降低覆盖剂的粘 度。 051 01 52 0 a l20 3 图2 5 熔渣粘度随a 1 2 0 3 含量的变化 f i g2 5v i s c o s i t yc h a n g eo f f u s e ds l a g w i t ha 1 2 0 3 c o n t e n t 2 43 覆盖剂各成分对界面性质的影响 熔渣的界面性质主要是熔渣的表面张力和熔渣与钢的界面张力。覆盖剂的熔渣 1 0 s-墨一p。0刮桀 拳j t 蔓学颈t 擘挝论车 繁嚣蛮躯聪述 是一种离 i 二结构的熔体对氧化物、觚化物缀成的熔体，其表碰张力比金属碱的钢 滚戆袭嚣张力奎褥多。窝2 6 嚣羯2 7 列出了一些氧化物对渣铁器露张力麴彩确。峦 图可见，加入f e o 和m n o 使熔渣j ：业纯铁、熔渣，铁界丽张力下降。尤其侥渣中 f e o 和m n o 含量不太箨| ，其降低界面琵立的影嫡委为明鬣。 1 4 0 0 1 2 0 0 1 0 0 0 9 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 0 矗】03 c a 0 令 l 肚o 。j k 、 世 一 01 02 0s o4 0 5 06 07 0 m 0l i f o 】肌 图2 6 熔渣组元对工业纯铁与c a o s i 0 2 一a 1 2 0 3 满面张力的影响 f i g 2 6i n f l u e n c eo f c o m p o s i t i o n i ns l a go nb o u n d a r yt e n s i o nb e l w e e ni n d u s t r i a lp u r ei r o na n d c a o - s i 0 2 - a 1 2 0 3s l a g 差 手 m o ，m o p a 强27 辫渣螽元对铁渡毒c o o m g o a 1 2 0 ，器覆张力翡嚣翡 f i g2 7i n o u e n c eo f c o m p o s i t i o n i ns l a go nb o u n d a r yt e n s i o n b e t w e e nm o l t e ns t e e l ”d c 8 0 m g o - - a i ：0 3 f l u x 溪营b 蒋灌望攘综述 c a f 2 加入渣中，可馒界面张力升高，但c a o 和m g o 对界面张力基本上无什么 影响。 2 5 超低磺钢生产审硅含蠢妻囊控制问题 越低碳钢其有优良的深冲性髓，广泛地应用于汽车生产中。怒低碳钢中的醚 尽管对提高强度有一定的作用，但是由于硅对膝续工装和铡板的镀层有不良影响， 因此对这种钢中的硅含量必须控制在尽可能低的范围内。夜超低碳钢的炼钢生产 过程申，妇鬃王艺羧剡不誊，钢承中弱穗含量耀超过标准，造| 茂镯承成分不合掺。 钢水在脱氧之前，钢水中的醚含量主要由以下反应方程式确定1 2 州： 【s i + 2 o = ( s i 0 2 )g 。= - 5 8 1 8 6 9 + 2 2 2 t ( j m 0 1 )2 1 ) 反应的平衡常数谯1 8 7 3 k 时为： k ：堑础4 1 1 0 ( 2 2 ) a s , l a o t 表2 21 6 0 0 ( 2 时钢液中的活度相互作用系数 t a b l e22a c t i v i t yi n t e r a c t i o nc o e f f i c i e n ti nh o t 赫o n l 6 0 0 “c 真空处理之前，超低碳钢的典型成分如下：c ：o 0 4 ，o ：o 0 5 。对以上钢水 成分避圣亍计舞( 活瘦粳互馋月系数觅表2 2 ) ，褥擞钢水中款【s 蚤【o 】与缝s i 。2 数警餐 硅含墩是o0 1 i 。实际生产过程中，如果大包的包衬是碱性的，钢水中不可能增加 这部分硅，冀主要琢阂是醚静来源s i 国不是猿鑫与销求接触，两怒在大镪渣中，由 r 渣巾含有c a o ，使s i 0 2 的活度大大下降。渣中s i 0 2 的活度与碱度的关系见表23 【2 “ 3 。l ： 表2 , 3s i 0 2 的活度与碱度的关系 t a b l e + 23r e l a t i o n s h i po fa c t w i t yo fs i 0 2a n d b a s i c i t y 东北太掣。1 ，班t 。学 ) ：论誓 旃帮立= 献综述 由此可见渣中s i 0 2 在碱度很高时被固定在渣中，表2 4 列出了渣巾s i 0 2 与钢水 q 3 s i 】、【o 】的平衡关系。从计算结果可知，在大包渣碱度为：! 时，钢水中的平衡硅 含量已很小，钢水不可能增硅。表2 4 中也给出了真空处理结束后的【s i 、【o 】平衡浓 度( 设 c = o0 0 3 ，【o 卜o0 1 ) ，从这个结果看，真空处理之后，如果不脱氧，钢水 增硅很少。 表2 4 脱氧之前钢水6 0 s i l 与【o 】的平衡浓度 t a b l e 2 4 e q u i l i b r i u mc o n c e n t r a t i o no f 【s i 】a n d 【0 ji nm o l t e nt m f o r ed e o x i d a t i o n 需指出的是，在生产超低碳钢时，大包表面不得用稻壳( 含s i 0 2 约为9 0 5 1 ) 做 保温剂。如果用这种材料做保温剂，钢水将始终处于增硅过程中，随着钢水与稻壳 接触时间增加，钢水中的硅含量不断增高。因真空处理时钢水中的氧含量下降，稻 壳与钢水中【s i 、【o 反应平衡时的硅含量将远大于0 0 1 1 ，达到02 左右。 超低碳钢在真空脱碳处理后，采用加铝脱氧，在钢水脱氧后，钢中的硅含量不 再由关系式( 2 1 ) 所确定，而是由以下反应方程式确定： 3 ( s i 0 2 ) + 4 a l 】= 2 ( a i z 0 3 ) + 3 s i a g 。= 一7 2 0 6 8 0 + 1 3 3 t ( j m 0 1 ) ( 23 ) 反应的平衡常数在1 8 7 3 k 时为： k ：! ：! ! 竺；堕：1 4 2 1 0 1 3 ( 24 ) a 3 s i o z a 钢水中的平衡硅含量由渣中m 2 0 3 和s i 0 2 的活度以及钢水中的铝含量所决定。 在脱氧后，大包渣中的a i ：0 3 一般将达到2 0 3 0 【3 0 】。根据这种情况，设定渣中 a 1 2 0 3 的活度为o2 ( 略去其它因素对a 1 2 0 3 活度的影响) 。对不同碱度的渣进行平衡训 算，计算结果见表25 。 鬟= 章文献综逑 袭2 5 脱氧后钢水中f s i l 、【 j 】平衡浓廉 t a b l e25 e q u i l i b r i u mc o n c e n 拄珏d o n o f i s la n df a 蛙i nm o l t e na f t e rd e o x i d a t i o n 由以上计算结果知，钢水在脱氧以后在大包中就已开始增硅，增硅的多少主要 由大包渣的碱度和钢水中的【a j 】所决定。要控制钢水中的硅含量在o ，0 1 左右，钢水 中鲍锶鑫量皮控羡g 我00 1 左右。要求这么小鸵溶鲜铝，在实骣生产中缀难徽裂， 而在实际生产过程中只能通过控制大包渣和中间包渣的碱度来：陉制增硅。例如，l t v 钢铁公司在生产超 毳瑗钢辩，真空处理瓣，大镪渣中鹣疆度( c a o s i 0 2 ) 己太子1 0 1 1 。 铡水在中包中的增硅同样由反应式( 23 ) 所决定，由表2 5 中的计算结果可知， 如果中包覆螽荆的碱度小于5 ，钢水含销量大予o0 2 。, 4 ，钢水在中包必然增硅，增硅 的多少主要瞧反应动力学绣确定，这主饔与铡水与覆羡奏接触的藤积移时间毒关， 接触面积大，接触时间长，钢水增硅量多。为防止中包增硅，在生产超低碳钢时应 选臻辍往绝煞包封帮赢碱菠中包溪盖裁。文献p q 给交了一释减洼中餐覆蕊裁，躐分 如下： 表2 , 6 覆盖剂化学戒分 t a b l e2 , 6c h e m i c a lc o m p o s i t i o no fc o v e r t t w e 这种渣有很高的碱度，能很好地防止钢永的二次氧化赦增硅，适合予生产超低 碳钢。这秘粳盖刹蚋不足之处跫熔点较低( 1 3 7 0 1 3 9 0 。c ) ，保温悭不够好。镪水 在结晶器中也可能增硅，增硅的多少也由钢水中的铝与渣中s i 0 2 反应的动力学所确 定。 _ 羹楚一般德况一f ，困镊东与熔渣熬按魅垂援翻接融时阀褒疆，增硅 i 会缎多。 东北凡学硒i 二学位论茸 第鹱簿 击畦 2 6 覆盖剂使钢水增碳的机理和解决方法 要研究低碳或无碳覆盖剂，首先应该研究覆盖剂导致钢水增碳的机理。目前 国内外研究人员对钢水、铸坯增碳、渗碳机理进行了大量的研究，已有较多报道 f i a - 1 9 1 ，但是多侧重于连铸保护渣的研究。虽然这些研究都认为覆盖剂和保护渣中 的碳是引起钢水、铸坯增碳、渗碳的根本原因，但研究人员对覆盖剂和保护渣中 的碳引起钢水、