碱性中间包覆盖剂结壳机理分析

东北大学硕士学位论文低碳碱性中间包覆盖剂的实验研究姓名：李涛申请学位级别：硕士专业：钢铁冶金指导教师：李广田2003.2.1东北大学硕士学位论文摘要低碳碱性中间包覆盖剂的实验研究摘要（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ＩＥ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。

目前，国内使用的中间包覆盖剂多为酸性，其保温效果较好，但对碱性包衬侵蚀严重，特别是因渣中氧势过高而使得防止钢液二次氧化效果变差。

即使使用碱性覆盖剂的厂家，也由于保温效果不理想，含碳量较高等原因，不能很好地满足连铸生产的要求。

／本论文正是在针对上述问题及综合国内外大量研究资料的基础上，利用正交设计理论，优选出了一种新型低碳碱性中间包覆盖剂。

Ｉ在试验过程中，着重考察了（Ｃｄ０＋ＭｇＯ）、ＳｉＯ，、一，，０３、Ｃａ只、Ｎａ，Ｃ０，等含量对中间包覆盖剂各项性能指标的影响。

１本论文通过测定覆盖剂各配方的熔化温度、熔化速度，找出了影响覆盖剂熔化温度的主要因素，分析了不同炭质材料及不同碳含量对覆盖剂熔化速度的影响，并且找出了低碳覆盖剂中控制熔化速度的＾ｋ，ｃｑ的最佳加入量；通过单项加热炉在同～温度、同一厚度下测定了不同保温材料的保温曲线，即温度一时间曲线，根据其平衡时表面温度的高低比较出了各保温材料保温性能的好坏，并分析了影响覆盖剂保温性能的主要因素；通过测定配加４ｆ，ｑ的模拟渣系的熔化温度，得出其与原始渣系熔化温度的差值，从而比较出了覆盖剂各配方吸收爿ｚ：Ｄ３夹杂物能力的高低。

在此基础上，利用正交分析理论得出覆盖剂最佳配方。

本论文论述了颗粒型中间包覆盖剂的生产工艺过程，并且通过颗粒型中间包覆盖剂与粉状覆盖剂在相Ｎ条件下保温性能优劣的对比实验。

Ｉｉ正明了粉状覆盖剂保温效果要优于实心颗粒型覆盖剂，但由于颗粒型覆盖剂具有环保的优点，并能满足连铸的要求，所以仍然很受人们重视。

｛本论文在最后还具体介绍了作为中间包覆盖剂主要原料的预熔渣的生产过程，反应原理及相关计算。

第9卷第1期材　料　与　冶　金　学　报Vol 19No 11　收稿日期:2009212231.　作者简介:谢健(1966—),女,内蒙赤峰人,江苏信息职业技术学院讲师,E -mail:china wuyonglai@1631com2010年3月Journal ofMaterials and MetallurgyMarch 2010碱性中间包覆盖剂结壳机理分析谢　健(江苏信息职业技术学院,江苏无锡214153)摘　要:通过工业取样,研究了碱性中间包结壳物的成分和微观结构.研究发现,结壳物主要成分为钙铝酸盐、黄长石和少量硅酸二钙,且镁铝尖晶石、硅酸二钙先于铝酸钙析出.当覆盖剂成分位于Ca O -Si O 2-A l 2O 3-10%M g O 相图尖晶石区域内,冷却过程析出尖晶石趋势增大.应适当引入其他保温材料以提高碱性中间包覆盖剂形成封闭气孔数量,防止凝固结壳的发生.关键词:洁净钢;碱性中间包覆盖剂;结壳中图分类号:TF 777 文献标识码:A 文章编号:167126620(2010)0120015203M echan is m ana lysis for ba si c tund ishfluxes to form the soli d i f i ed crustsX IE Jian(Jiangsu C ollege of Info r m ation Technology,W u ’xi 214153,C h ina )Abstract:In th is study,the com position and m icro -structu re of so lidified crusts w ere analyzed by sa m p ling from theindustrial p lan t 1T he resu lts show ed that,the so lidified crusts of tundish fluxes con tained alum inate,m elilite and a little C aSi O 4,m o reover s p inel and C aSi O 4separated ou t ahead of alum inate phase 1W hen the com positions of tundish fluxes w ere inside the region of s p inel phase,it is a repaid tendency to separate ou t the s p inel du ring coo ling p rocess 1In brief,in o rder to increase the capacity of ther m al insu lation fo r tundish fluxes,som e m aterials fo r heat insu lato r shou ld be in troduced in to the tundish fluxes to increase the a m oun t of sealed po rosity 1Key words:clean steel ;basic tundish fluxes ;so lidified crust 碱性中间包覆盖剂是应洁净钢生产要求而发展起来的.目前洁净钢生产普遍使用碱性包衬材料,碱性覆盖剂对包衬的侵蚀小,增大覆盖剂碱度,炉渣中a Si O 2降低,[A l ]s 损失减少,因而钢水被炉渣氧化的可能性降低[1～3].Bessho [4]研究表明,对于某特定钢种,当覆盖剂碱度由0183提高至1110时,钢中T 1O 的质量分数可从25×10-6降低至15×10-6左右,且高碱度覆盖剂在防止钢液回硫、回磷、容纳和吸收非金属夹杂物方面效果明显.然而碱性覆盖剂熔点相对较高,中间包内上层的覆盖剂易凝固、结晶,形成大块的结壳物,严重影响了连铸塞棒的开启和上下运动,降低了保温性能,给连铸生产带来不利影响.鉴于此,本文通过工业取样的方法,研究了碱性中间包结壳物的成分和微观形貌,希望寻求碱性覆盖剂结壳的成因和机理,为开发成分、性能合理的新型碱性中间包覆盖剂提供理论指导.1　研究方法结壳试样取自某企业板坯2流矩形连铸中间包,容量55t,取样时间为开浇后5h,取样位置在中间包靠近包壁附近.为便于比较,本实验共考察了2种碱性中间包覆盖剂,一种是无碳型,一种为低碳型.浇注钢种与覆盖剂对应,即无碳型用于浇注超低碳钢种,低碳型用于浇注中碳钢.表1和表2给出了浇注钢种和所用覆盖剂的化学成分.分别采取宏观观察,粉末X 射线衍射,扫描电镜及能谱分析手段研究结壳物的物相组成、微观形貌和结晶相成分,并结合工艺特点对结壳原因进行了分析和探讨.表1　碱性中间包覆盖剂化学成分(质量分数)Ta b l e1　C hem i ca l com po s iti o n o f ba si c tund ish co ve ri ng fl ux%覆盖剂C Si O2Ca O A l2O3Mg O Fe2O3H2O S Ca O/Si O2 A0165419637156371416127110301901037157 B31501010040100251108175017811001084100表2　实验浇注钢种化学成分(质量分数)Tab l e2　C hem i ca l com po s iti o n o f s te e l g ra de%钢种C Si Mn P S A lsA01002010301150101010101045 B01150115016001020101010252　结果与讨论211　结壳物宏观结构文中把取自覆盖剂A、B的结壳物分别称为结壳物A和结壳物B.观察结壳物A发现,该结壳物具有微弱铁磁性,厚度约40～50mm,一面凹凸起伏,一面致密有光泽,表面呈棕褐色,有明显分层现象,内部呈浅绿色石头状,分层中有部分发光如铁屑物质,亦有未熔化的颗粒状覆盖剂,侧面观察分层中部分层有大小不一的气孔.观察结壳物B发现,该结壳物不具有铁磁性,为大量块状物,厚度约10mm,表面致密,有光泽,呈褐色,无分层现象,没发现大的气孔存在.212　结壳物XRD分析从XRD分析结果(图1)看,结壳样中析出的主晶相为钙铝酸盐[Ca12A l14O33],另有部分黄长石和少量硅酸二钙,结壳物A和B成分基本类似,仅仅在峰高上(相对含量)有细微的差异,未发现镁铝尖晶石相出现.由于覆盖剂A为典型的12Ca O・7A l2O3型覆盖剂,即w(Ca O):w(A l2O3)≈1:1,因此析出相为钙铝酸盐符合相图规律,另外由于覆盖剂碱度较高,析出相存在硅酸二钙也符合相图规律.单纯从XRD分析无法确定二者的细微差别.213　结壳物S E M分析扫描电镜分析发现,结壳物内部致密、均质,局部含有一定数量的微气孔,气孔尺寸大约在50～100μm之间,气孔内部含C组分较高,成分(摩尔分数)为,C601105%,O231339%,A l 141484%,Si01475%,Ca11597%.从成分特点看,该气孔应是覆盖剂中尚未消耗的碳质材料和覆盖剂成分的混合物.结合覆盖剂熔化过程特点,推测该类气孔为覆盖剂熔化过程中形成的中间过渡相,随浇注时间延长,气孔数量应逐渐减少. SE M观察发现结壳物中气孔数量不多,这也是导图1　两种结壳物的XRD分析结果F i g11　XRD re su lts o f the c ru st致碱性覆盖剂保温性能较差的主要原因.图2给出了结壳物A、B的微观形貌和物相鉴别结果.由图可见,结壳物A中存在铝酸钙相、硅酸二钙和镁铝尖晶石.铝酸钙为深灰色,硅酸二钙为灰白色,镁铝尖晶石为黑色,二者随机分布在大块铝酸钙晶体晶界处.迄今,国内外文献较少发现镁铝尖晶石相存在于中间包覆盖剂结晶相中的报道[5].结壳物B组成与A基本类似,唯一区别在于硅酸二钙与镁铝尖晶石数量均明显增多.需要说明,XRD分析之所以未发现镁铝尖晶石相,原因可能是其绝对数量不多,在分析检测的误差范围内.热力学数据[6]分析表明,镁铝尖晶石熔点为2135℃,硅酸二钙熔点2130℃,均比铝酸钙(假定为12Ca O・7A l2O3)高很多.因此,冷却过程中镁铝尖晶石、硅酸二钙必然先于铝酸钙析出.从晶体析出动力学角度看,先析出的细小尖晶石、硅酸二钙晶体可以诱导铝酸钙晶体的成核和晶体长大,且硅酸二钙的析出消耗了部分Si O2,为形成61材料与冶金学报 第9卷铝酸钙成分提供了更好的热力学推动力.SE M 分析发现,镁铝尖晶石和硅酸二钙相始终位于大块的铝酸钙相之间,这是初始晶体形核促进其他晶体析出的佐证.由于镁铝尖晶石和硅酸二钙的分布特点,不难理解,这种存在形式可以增加晶体之间的结合强度,使得结壳物更为致密,类似于钢铁材料中析出的第二相粒子(氮化物、碳氮化物等)对钢基体组织的“钉扎”作用.图2　结壳物A 、B 的微观形貌与结构F i g 12　Mo r p ho l o g i e s and m i c r o -s truc tu re so f c ru st A,B将覆盖剂A 、B 成分简化,并表示于Ca O -Si O 2-A l 2O 3-10%Mg O 相图中,如图3所示.可以发现,覆盖剂B 成分完全处于相图的尖晶石区域内,而覆盖剂A 则稍稍偏离尖晶石区域,这是导致结壳物B 中尖晶石数量显著多于结壳物A 的主要原因.因此,对于设计和开发新型连铸碱性中间包覆盖剂,应严格避免成分落于相图中的尖晶石区域,这样可以在一定程度上限制尖晶石的析出数量,降低覆盖剂凝固、结晶趋势.另外,除碳质材料外,应该适当引入其他保温材料以提高碱性覆盖剂形成封闭气孔的数量,提高保温效果,防止凝固结壳.3　结　论(1)镁铝尖晶石和硅酸二钙的形成于铝酸钙图3　覆盖剂A 、B 成分在相图的位置F i g 13　The p l ace o f co ve ri ng fl ux A a nd Bi n the d i a g ram晶体之间,增加了结壳物的致密性,类似于钢中析出的第二相粒子对钢基体组织的“钉扎”作用;(2)结壳物B 中析出的镁铝尖晶石数量显著高于结壳物A,这是由于覆盖剂B 处于Ca O -Si O 2-A l 2O 3-10%Mg O 相图的尖晶石区域,具有析出尖晶石的最有利条件;(3)除碳质材料外,应该适当引入其他保温材料提高碱性覆盖剂形成的封闭气孔数量,以提高保温效果,防止凝固结壳.参考文献:[1]Ludlow V,W atkinson H ,B ain K G,et al .The role of tundishpow ders in tundish m etallurgy p roceedings[C ]//2nd Eu ropean C ontinuous C asting C onference .1994:32.[2]B row n W A,Kinney M A,Schade J .T undish lifei m p rovem ents at ar m co steel ’s ash land slab caster [C ]//Steel m aking C onference P roceedings .1993,76:549-557.[3]Sasai K,M izuka m i Y .R eoxidation behavior of m o lten steel in tundish [J ].I SI J International ,2000,40(1):40-47.[4]B essho N ,Ya m asaki H ,Fujii T,et al .R em oval of inclusionfrom m olten steel in con tinuous casting tundish [J ].I SI J International ,1992,32(1):157-163.[5]T anaka H ,N ishinara R ,M iru ra R ,et al .T echno logy ofclean ing of m olten steel in tundish [J ].ISIJ In ternational ,1994,34(11):868-875.[6]梁英教,车荫昌.无机物热力学数据手册[M ].沈阳:东北大学出版社,1993.(L iang Ying -jiao,C he Yin -chang .H andbook of ino rgan ic ther m odyna m ics data [M ].Shenyang:N ortheastern U n iversity P ress,1993)71第1期 谢　健等:碱性中间包覆盖剂结壳机理分析。

浙江大学科技成果——新型球型无碳中间包碱性覆盖剂
成果简介
现在一般钢种都采用铝脱氧，钢水中存在Al2O3夹杂和AlS，使用酸性覆盖剂会发生如下反应：
3(SiO2)+4[Al]=2(Al2O3)+3[Si] （1）
使用碱性覆盖剂会发生下列反应：
Al2O3+CaO=CaO·Al2O3（2）
反应（1）污染钢水，反应（2）净化钢水。

在已有的电熔精炼渣工艺基础上，采用新工艺制备球型覆盖剂，产品为球型结构，产品具有密度低，与钢水接触面积大的特点，吸收钢液中杂质的能力大，产品为不同熔点的CaO-Al2O3或CaO-Al2O3-MgO 材料组成，其能在不同的阶段熔化，并可控制熔化速度，并引入部分高熔点空心球，其在炼钢过程中不熔化，在钢液上形成空心球保温层，防止钢液接触空气氧化，同时具有保温作用，形成稳定的隔热层。

它的作用主要有以下几个方面。

1、绝热保温、防止钢液面结壳。

2、隔绝空气、防止钢水二次氧化。

3、吸收钢液面上的非金属夹杂物。

技术特点
本项目产品则是在已有碱性覆盖剂的基础上更进一步，通过电熔方法直接喷吹工艺制备出球形覆盖剂，部分实心，部分空心球，其流动性非常好，由于采用快速冷却技术，其保留了大量的非晶态玻璃体，
在钢液中比已有的覆盖剂溶解更快，反应更迅速，能够在更短的时间内在钢液表面实现均匀溶解，吸附钢液中上浮的夹杂物，高熔点空心球在钢液表面形成覆盖层不需引入各种造泡剂就行实现表面保温和引入杂质低，并且无碳，在使用过程中不会出现增碳现象。

摘要针对福建三钢实际，研究目前连铸用中包覆盖剂和结晶器保护渣的相关性能及其对钢水和铸坯质量的影响。

研究结果发现三钢目前铸机状态均倾向于使用高熔点、高粘度的保护渣。

若保护渣熔点、粘度较低则铸坯上很容易出现横向和纵向凹陷。

但熔点、粘度较高时，保护渣吸收夹杂的能力很弱，特别是在浇铸ML08Al 等酸溶铝较高的钢种时，大量类夹杂聚集在钢渣界面处后，保护渣对铸坯的润滑能力很差，容易造成振痕扭曲、表面和皮下夹渣，这些缺陷对冷镦、拉丝材的质量危害较大。

针对三钢连铸用结晶器保护渣存在的问题，提出了优化方案，优化后从保护渣组成和性能来看，原渣Al2O3含量较现有生产用渣降低了，这有利于进一步吸收夹杂，并且加入BaO、MnO、B2O3，有利于稳定保护渣吸收夹杂后的性能。

并且设计中融合了重庆大学关于低氟保护渣的最新研究成果，降低了保护渣中的F 含量，使得保护渣经二冷水冲击后对连铸设备的腐蚀。

从保护渣中加入Al2O3后熔点、粘度的变化情况来看，比现在使用的渣稳定得多。

针对三钢ML08Al钢种为了实现中间包覆盖剂对钢水保温和净化钢液的作用，提出采用中包覆盖渣＋低碳炭化稻壳的双层渣覆盖剂模式，这种覆盖剂模式既能净化钢液又具有保温性能。

实验研究了预熔型铝酸钙渣系中包覆盖渣组成和熔点的关系且确定了几种渣系,通过配C基本可用与现场的试验。

关键词：连铸，保护渣，中间包覆盖剂，性能ABSTRACTIn view of the condition of Fujian sanming iron and steel Co. at present, the mold fluxes and tundish cover power used in continuous casting were investigated. The result showed that the continuous caster was inclined to using the high melting point and high viscosity mold fluxes. If the mold fluxes melting point and viscosity were lower, the casting billets was liable to appear crosswise and longitudinal hollow. While when melting point and viscosity were higher, the capability of absorbing inclusion for mold fluxes very weakly, especially when cast the ML08Al which contain higher aluminum gathering on the surface of steel fluxes. It is easy to cause the mark distortion, the surface and the hypodermic entrapped slag.Based on the analysis the problem of the mold fluxes, a new type mold fluxes was development in the pared the existing products,Al2O3 content of the developing mold fluxes was reduced. There is advantage to further absorb the inclusion. And the low fluorine content mold fluxes could reduce the corrosion of continuous casting equipment. The melting point and the viscosity change of mould fluxes was more stable than used at present after Al2O3 absorption.In order to realize thermal retardation and the molten steel purification, the tundish cover powder based CaO-Al2O3 slag system was studied. The experimental showed that the developed covering powder can be used in high [Al] steel grades.Keywords: continuous casting, mold fluxes, tundish cover powder, performance目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1绪论 (1)1.1连铸用中间包覆盖剂的基本功能及其种类 (1)1.1.1中间包覆盖剂的基本功能 (1)1.1.2中间包覆盖剂的种类 (1)1.1.3 碱性中包覆盖剂的特点 (2)1.2连铸保护渣的基本功能及其在结晶器中的行为 (2)1.2.1连铸保护渣的作用 (2)1.2.2连铸保护渣在结晶器内行为 (3)1.3保护渣对铸坯质量的影响 (4)1.4本课题项目背景 (5)1.5本课题的来源、研究的主要内容 (6)2 实验方案与设备 (7)2.1对保护渣的优化方法 (7)2.2中间包覆盖渣成分的设计方法 (7)2.3实验仪器及其基本原理 (9)2.3.1粘度测试 (9)2.3.2熔点测试 (11)3实验结果及分析 (13)3.1现有保护渣的性能 (13)3.1.1化学成分 (13)3.1.2 熔点和粘度变化 (13)3.1.3吸收夹杂后性能变化 (14)3.2优化后的连铸保护渣性能 (18)3.2.1预熔料 (18)3.2.2含铝低碳钢保护渣 (18)3.2.3中碳含铝钢 (19)3.2.4中高碳钢 (21)3.3中间包覆盖剂实验室研究 (22)3.3.1理论计算中包覆盖渣中SiO2的含量 (22)3.3.2 中包渣成分的设计 (23)3.3.3 铺展性测试 (26)4结论 (27)5 致谢 (28)参考文献 (29)1绪论连铸保护渣是连铸过程中关键性辅料，对连铸工艺的顺行和铸坯表面质量的控制具有重要影响。

华菱涟钢210转炉厂中间包覆盖剂技术要求
2011年10月
1、基本工艺条件
1.1 210转炉厂主要技术参数
1.2 210转炉厂品种大纲
IF钢、X65-X100管线钢、高牌号无取向硅钢、取向硅钢、耐侯钢、合金钢、低碳钢、高碳钢、压力容器用钢等。

2、采购数量
按卖方商务合同要求供货。

3、产品技术要求
3.1中间包超纯净钢覆盖剂理化指标要求
3.2中间包碱性覆盖剂理化指标
3.3中间包覆盖剂必须符合新炼钢厂产品大纲的要求，在使用过程中不污染钢水。

3.4中间包覆盖剂吸附夹杂能力强，渣面不结壳。

3.5中间包覆盖剂保温性能和铺展性能好，渣面不结壳。

3.6采用防潮包装，中间包覆盖剂以10Kg/小包，使用吨袋包装，包装袋采用可吊装的编织袋，包装袋正面和侧面以及小包装袋均要有明显标志，标明：型号、重量、生产厂家、生产批次及日期。

4、产品交货状态和交货方式
4.1交货期：具体交货时间由买方提前1～2周通知卖方。

4.2交货方式：分批交货。

4.3卖方负责从卖方仓库到涟钢仓库的运输。

连铸中间包覆盖剂结壳原因分析及工艺控制河北省锻造用钢技术创新中心河北承德 067000摘要：本论文针对连铸中间包覆盖剂结壳问题进行了分析研究。

通过对现有文献的综述和实验结果的分析，发现造成结壳的主要原因是覆盖剂中含有较高的氧化铝和氧化镁，导致其在高温下形成不易熔化的氧化物。

同时，过多的覆盖剂使用也会增加结壳的概率。

为了解决这一问题，本论文提出了工艺控制方案，包括优化覆盖剂配方、控制覆盖剂使用量、调整喷淋参数等。

实验结果表明，采取这些措施可以有效降低结壳率，提高连铸产品质量。

关键词：剂结壳；氧化物；覆盖剂配方引言连铸工艺是现代钢铁生产中的关键技术之一，中间包覆盖剂作为其中重要的组成部分，对于保证铸坯质量和生产效率具有重要作用。

然而，在实际生产过程中，经常会出现连铸中间包覆盖剂结壳的问题，严重影响了铸坯表面质量和生产效率。

因此，本论文旨在通过对连铸中间包覆盖剂结壳问题的深入研究，探索其原因及解决方案，为提高连铸生产效率和产品质量提供参考。

本文将首先对连铸中间包覆盖剂的作用和结壳问题的现状进行综述，并通过分析相关文献和实验结果，探讨造成结壳的主要原因。

提出工艺控制方案，并进行实验验证，以期有效解决连铸中间包覆盖剂结壳问题。

1.连铸中间包覆盖剂结壳问题综述连铸中间包覆盖剂是现代钢铁生产中的重要组成部分，其主要作用是保护铸坯表面、减少氧化和夹杂物等缺陷。

然而，在实际生产过程中，经常会出现连铸中间包覆盖剂结壳的问题，严重影响了铸坯表面质量和生产效率。

目前，已有多篇文献对此进行了探讨和研究，其中发现造成结壳的主要原因是覆盖剂中含有较高的氧化铝和氧化镁，导致其在高温下形成不易熔化的氧化物。

同时，过多的覆盖剂使用也会增加结壳的概率。

为了解决这一问题，研究人员提出了多种方法，如优化覆盖剂配方、控制覆盖剂使用量、调整喷淋参数等。

这些方法在实际生产中得到了应用，并取得了一定的效果。

然而，目前仍存在一些问题亟待解决，例如如何平衡保护和清洗的作用等。