连铸保护渣的物质组成

韩秀丽，李沛

(河北联合大学矿业工程学院，河北唐山063009)

0 引言

唐山第二轧钢厂采用的中碳钢Q345B连铸结晶器保护渣是河南通宇冶材集团公司所生产的板坯连铸专用渣。该种保护渣适用于低速连铸，是一个高度混合的多元硅酸盐细粉体。

在板坯连铸生产过程中，铸坯质量的好坏，很大程度上取决于结晶器保护渣的选择，而保护渣的选择又随着钢种、拉速、温度、设备等条件的变化而变化［1］。在外在影响排除之后，保护渣本身的物质组成又对浇铸过程顺利进行起着至关重要的作用，而保护渣的物质组成包括化学组成和矿物组成。通过对其物质组成的分析就可以推测原料条件。

本文基于以上思想，通过对三种钢种的比较，来认识中碳钢保护渣的物质组成。首先，从化学分析入手，确定化学成分与含量;其次，通过光学显微镜、X-光衍射等手段，查明矿物成分和含量;最后，通过物质组成推测原料条件。

1 保护渣的化学组成

从河南通宇取得的不同钢种的连铸保护渣原渣，其中A、D#渣为低碳钢保护渣原渣同一渣种，B、E#渣为中碳钢保护渣原渣同一渣种，C、F#渣为高碳钢保护渣原渣同一渣种;但是A、B、C#渣数据为河南通宇进行的检测结果;而D、E、F#渣数据为送交唐山精益测试中心测得的结果。通过化学成分分析、X－射线衍射、显微镜下观察等手段分析原渣及渣膜的矿物组成和显微结构特征，并找出原渣矿相结构对渣膜矿相结构的影响规律。

各种工业连铸保护渣的化学成分由各钢厂的化验室测定，其化学成分及物理性能见表1。通过A与D#渣、B与E#渣、C与F#渣的比较，可以看出由不同测试地点测得的数据基本吻合。其具有如下特点:

1)主要化学组成是SiO2和CaO，其含量之和占到50%以上;

2)从低碳钢→中碳钢→高碳钢，Al2O3含量递减;

3)低碳钢保护渣比较中、高碳钢保护渣，其Fe2O3的含量较高，而中、高碳钢几乎含量一致;

4)MgO的含量在这三种之间的比较同3;

5)F－的含量从低碳钢保护渣到高碳钢保护渣逐渐增大;

6)三种保护渣的碳含量、二元碱度以及熔点几乎一致;

7)粘度明显的低碳钢保护渣较中、高碳钢保护渣为高，而中、高碳钢基本一致。

表1 保护渣原渣的化学成分(%)和物化性能

2 保护渣的矿物组成

由于炭质材料的干扰，保护渣原渣中的有些矿物组成不易辨别，故需对试样进行脱炭处理。据相关资料可知［2］，各种炭质材料的自然发火点虽各不相同，但大多数均在370～600℃范围，因此确定脱炭温度为800℃。具体脱炭过程为:将现场用各种保护渣原渣样分别放入瓷坩埚内，在箱式高温电阻炉中升温至800℃，保温30 min，自然冷却。将脱炭后的保护渣在实体显微镜下检测，得知该试样中各组成矿物的形态及光学性质均清晰可见，表明炭质材料已清除干净。进一步将脱炭干净的原渣样制作成光薄片，在德国蔡司透/反两用研究型偏光显微镜(Axioskop 40A pol)下观察，得知保护渣原渣中主要矿物成分为石英、硅灰石、萤石等。从各种矿物的差热分析曲线得知，这些矿物的分解温度均高于800℃，这说明升温至800℃脱炭时，其保护渣中的所有矿物是相对稳定的。保护渣原渣中的主要矿物成分及体积百分含量见表2。

其中A#渣数据对应低碳钢的原渣矿物组成和百分含量;B#渣数据对应中碳钢的原渣矿物组成和百分含量;C#渣数据对应高碳钢的原渣矿物组成和百分含量。

表2 保护渣原渣的矿物组成和百分含量(%)

将A、B、C#渣进行X－射线衍射，并对比国际粉末衍射标准卡片(ICDD卡)来进行物相分析，其衍射的结果见图1、图2、图3。

从衍射结果看，显微镜下观察与其具有一致性:

1)低、高碳钢的玻璃相含量较大;

2)都含有硅灰石、石英和萤石;

3)主料都是硅灰石、石英和萤石;

4)辅料根据保护渣各自起的作用不同而采用不同的矿物。

3结论

1)保护渣原渣的主要化学组成是SiO2和CaO，其含量之和占到50%以上;从低碳钢→中碳钢→高碳钢，MgO和Al2O3含量递减;低碳钢保护渣比较中、高碳钢保护渣，其Fe2O3的含量较高，而中、高碳钢几乎含量一致;F－的含量从低碳钢保护渣到高碳钢保护渣逐渐增大;三种保护渣的碳含量、二元碱度以及熔点几乎一致;粘度明显的低碳钢保护渣较中、高碳钢保护渣为高，而中、高碳钢基本一致。

2)低、中、高碳钢的保护渣原渣都含有硅灰石、石英和萤石;主料都是硅灰石、石英和萤石;辅料根据保护渣各自起的作用不同而采用不同的矿物:低碳钢保护渣辅料有方镁石以及其他一些杂质等物质;中碳钢保护渣辅料有方镁石、镁橄榄石、红榴石等;高碳钢保护渣有褐铁矿等类似杂质。

［1］ 沈云峰.板坯连铸Q345B结晶器保护渣的研究和开发［J］.福建冶金，2008(4):21-23.

［2］ PRAPAKORN K，CRAMB AW.Initial Solidification Behavior in Continuous Casting:The Effect of MgO on the Solidification Behavior of CaO-Al2O3Based Slags［C］.MS＆T Conference Proceedings，2004:3-10.