薄板坯连铸保护渣的研究与开发

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20世纪80年代以来,薄板坯连铸连轧技术以其流程紧凑、高效、节能及具有生产薄规格、高强度等高附加值产品上的优势,得到快速发展。连铸保护渣是直接影响连铸稳定生产和改善铸坯质量的重要功能材料,良好的薄板坯连铸保护渣应具有以下特性:成渣速度快,保证足够的消耗量;渣膜厚度适宜且分布均匀;足够的熔渣层厚度;具有良好的溶解吸收夹杂物;控制传热;良好的绝热保温作用,减少弯月面渣圈的形成等。充分发挥连铸保护渣的各种功能和作用,保证不同钢种在不同连铸工艺条件下的顺利生产并得到高质量的铸坯,至关重要。本论文主要工作及结论如下:(1)研究了组成对保护渣主要理化指标影响。结果表明:在实验条件下,保护渣中添加Li2CO3、NaF、Na2CO3、人造冰晶石、硼砂对保护渣熔化特性、黏度特性、流动性(消耗量)、吸附Al2O3夹杂均有一定的影响,对表面张力的影响不明显。Li2CO3有利于降低熔化温度、加快熔化速度、降低黏度、改善流动性和吸附夹杂能力,是理想的助熔剂。NaF有利于降低熔化温度、加快熔化速度、降低黏度、改善流动性(消耗量)和吸附夹杂能力,考虑环保要合理控制渣中NaF含量,尽量使用低氟或无氟渣来代替。Na2CO3分解产生的Na2O属于网链结构限制体,能够提供非桥氧原子,破坏硅氧网络结构,导致熔化温度的降低,熔化速度加快,黏度降低、流动性(消耗量)改善和吸附夹杂能力增强。但是添加量过大,会促进高熔点的析出相霞石(Na2O·Al2O3·2SiO2)的产生,影响保护渣性,必须限制其加入量。人造冰晶石的主要成分有Na2O、F、Al2O3和SiO2,NaF为网络外体,Al2O3为网络中间体,SiO2为网络生成体,多种成分共同作用影响保护渣性能。硼砂的主要成分有Na2O和B2O3。Na2O、B2O3为网络外体,B2O3熔点较低,能与渣中CaO、MgO、Al2O3、Na2O等发生反应生成多种低熔点共熔物,造成网络结构解体,有效地降低了保护渣的熔化温度。加入量过大,硼砂中的Na2O与其他物质反应析出高熔点相霞石,会影响保护渣的各项性能。添加组分对消耗量的影响能力强弱顺序为:Li2CO3>NaF>Na2CO3>人造冰晶石>硼砂。添加组分对吸附A12O3能力强弱顺序为:Li2CO3>NaF>Na2CO3>人造冰晶石>硼砂。(2)采用自适应神经模糊推理系统ANFIS预测模型对组分与性能数据进行无量纲归一化处理后预测保护渣黏度和熔化温度,平均相对误差分别为4.323%和0.3442%。和其他预测模型相比,利用ANFIS具有较高的精度,保护渣的性能预测是完全可行的。该系统模型具有良好的泛化能力和拓展功能,可用于建立保护渣其它性能,如凝固温度、结晶温度、析晶率、界面特性、吸附特性、保温特性等模型,构建比较系统的保护渣性能设计与优化体系,减少保护渣组成设计中的试验工作、缩短开发周期、减少开发成本。(3)对薄板坯连铸保护渣渣膜结构分析表明:渣膜主要由玻璃相和结晶相组成,低碳钢保护渣渣膜可能含有枪晶石(3CaO·2SiO2·CaF2)和镁黄长石(2CaO·MgO·2SiO2)。中碳钢保护渣渣膜可能含有枪晶石(3CaO·2SiO2·CaF2)和镁黄长石(2CaO·MgO·2SiO2),还可能有霞石(Na2O·Al2O3·2SiO2)。低碳钢结晶器保护渣应具有较好的导热性和低的析晶率(结晶率),调整固态渣膜的析晶率可改善结晶器传热、减少铸坯表面缺陷的产生。宜采用降低结晶温度来增加液态渣膜的厚度,从而达到增加保护渣的消耗量,改善润滑性能减少摩擦力的目的。对于中碳钢,裂纹敏感性和粘结敏感性较强,为避免裂纹发生,在结晶器内坯壳冷却要缓慢一些,要求拉速低些。为了兼顾润滑,宜采用高碱度、高凝固温度、高析晶温度、高析晶率和低黏度的保护渣。(4)针对薄板坯连铸的技术特点,保护渣设计应重点考虑保证消耗量和形成均匀的渣膜。在对薄板坯连铸的钢种、工艺条件、铸坯质量、缺陷成因研究分析的基础上,确定保护渣的成分及性能,提出了薄板坯连铸保护渣的开发原则。对于w[C]=0.01-0.08%的低碳钢,凝固收缩率低,裂纹敏感性小,主要考虑润滑及渣耗量,重点解决粘结漏钢问题。碱度0.8-1.0,熔化温度1050℃,熔速 25-30s,黏度 0.04Pa·s,容重 0.4-0.6g/cm3,渣中 w(Al2O3)≤5%,较为合适。对于w[C]=0.09-0.53%的中碳钢(包晶钢),凝固收缩率大,裂纹敏感性强,主要考虑传热控制,重点解决裂纹问题。碱度1.1-1.15,液渣层10-12mm,熔化温度1080℃,熔速30s,黏度0.14Pa·s,容重0.6-0.8g/cm3,较为适宜。生产使用表明,两种类型保护渣铺展性好,渣表面结团现象较少,渣圈少且薄,能够较好保证足够的渣耗量,铸坯纵裂纹减少,表面质量不合格率降低,漏钢预报次数减少,使用效果较好,能够满足生产需求。
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