MgO 对高铝钢非反应性保护渣理化性质的影响

MgO 对高铝钢非反应性保护渣理化性质的影响

第10卷第5期 过 程 工 程 学 报 Vol.10 No.5 2010 年10月 The Chinese Journal of Process Engineering Oct. 2010

MgO对高铝钢非反应性保护渣理化性质的影响

王 欢， 唐 萍， 文光华， 于 雄

(重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400044)

摘 要：通过钢 渣界面反应实验设计了非反应性保护渣，并采用渣柱变形法、旋转粘度计、热丝法和渣膜热流模拟仪分别研究了MgO含量对其熔融特性、粘度特性、结晶特性及渣膜传热特性的影响. 结果表明，实验渣系半球点温度在1060~1180℃内，且在2%~8%内平均每增加1%的MgO半球点温度升高约20℃. 当MgO含量从2%增加到8%时，保护渣的粘度及粘流活化能均先下降而后陡然增大，转折点对应MgO含量为6%. 增加MgO含量，非反应性保护渣晶体析出的孕育时间延长，有利于减弱高铝钢浇铸过程中渣圈的发展. 随着MgO含量的增加，非反应性保护渣渣膜厚度减小、结晶率降低，渣膜传热特征时间、最大热流密度及平均热流密度均增大. 关键词：MgO；高铝钢；非反应性保护渣；粘度；熔点；热流

中图分类号：TF777.1 文献标识码：A 文章编号：1009 606X(2010)05 0905 06

1 前 言

含铝TRIP钢、无磁钢、电工钢等高铝钢中Al含量一般超过0.5%[1]，由于Al是活泼元素，高铝钢浇铸过导致保护程中易与保护渣中的SiO2发生氧化还原反应，渣中Al2O3含量快速增加，同时碱度[ω(CaO)/ω(SiO2)]急剧增大，引起保护渣的各种理化性质(如粘度、熔点和热流等)显著改变. 对此，目前国内外均采用传统高使钢SiO2低碱度的保护渣来避免熔渣的最终碱度过高，渣界面反应达到平衡后熔渣性能满足连铸要求，但低碱度的保护渣在连铸初期渣膜传热过快，前两块铸坯易出成品率亟待提高. Stuart[3]针对现严重的表面纵裂纹[2 4]，

高铝钢连铸的问题指出，应采用“非反应性保护渣”来从根本上避免钢 渣反应，但目前国内外对于高Al2O3、低SiO2的保护渣认识有限. 国内仅有宝钢专利[5]曾提出SiO2含量低于2%的高铝钢保护渣，指出低SiO2含量渣系在应用于连铸生产时出现保护渣熔化欠佳、易结渣圈、消耗量偏低的现象，但并没有明确给出能够避免氧化还原反应发生的最低SiO2含量限制.

MgO在常规保护渣中可降低渣的粘度、凝固点和活化能，对提高保护渣的化学稳定性很有利[6]，但其对非反应性保护渣的各理化性质的影响规律有待研究. 本工作首次提出采用真空感应炉模拟结晶器内钢 渣界面反应研究临界SiO2含量的方法，并针对宝钢提出的低SiO2渣系熔化不好、结晶性能过强等问题，系统地研究了MgO对非反应性保护渣熔点、粘度和热流等的影响，不但拓宽了对高Al2O3、低SiO2保护渣体系的认识，更为非反应性保护渣在高铝钢连铸生产中应用奠定基础.

2 实 验

2.1 材料与试剂

高铝钢浇铸过程中钢液中的Al易与保护渣中的SiO2发生如下式的氧化还原反应：

4[Al]+3SiO2=2Al2O3+3[Si], (1)

32

aSiaAlO

G= G+RTln4323. (2)

aAlaSiO2

θ

式(2)表明，通过调整保护渣成分可降低保护渣中SiO2活度、增大Al2O3活度，从而控制反应发生的程度，同时考虑连铸结晶器内保护渣的成渣速度和消耗量之间的平衡关系，可以避免保护渣在结晶器钢液面上有限的停留时间内与钢液发生反应. 宝钢曾开发了SiO2含量低于2%的高铝钢保护渣，但SiO2含量低于2%的限制给保护渣工业原料的选择带来困难. 可见，寻找高铝钢保护渣中SiO2不与钢液中Al反应的临界SiO2含量是一切研究工作的基础.

因此，为得到临界SiO2含量，用含铝1.2%的TRIP钢与不同SiO2含量的保护渣在真空感应炉内进行液 液相间反应，实验保护渣成分见表1. 实验原料采用化学纯物质配制，Li2O及Na2O分别以Li2CO3，Na2CO3代替. 为避免坩埚材质对结果的影响，实验采用MgO坩埚，利用Raytek红外测温枪将炉温稳定在1520℃左右. 实验完毕后通过X射线荧光分析仪得到不同反应时间如图1所示. 从图1可以看出，后终点渣中SiO2的含量，

对于SiO2含量为10%的保护渣，其SiO2含量在钢渣反应前4 min变化较大，从10%降低到6%，但4~12 min

收稿日期：2010 08 21，修回日期：2010 10 12

基金项目：国家自然科学基金资助项目(编号：50874125)

作者简介：王欢(1985 )，女，湖北省枣阳市人，硕士研究生，主要研究方向为炼钢及连铸，E-mail: wanghuan_h@126.com.

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