韓秀麗，李沛

(河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北唐山063009)

0 引言

唐山第二軋鋼廠采用的中碳鋼Q345B連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣是河南通宇冶材集團(tuán)公司所生產(chǎn)的板坯連鑄專用渣。該種保護(hù)渣適用于低速連鑄，是一個高度混合的多元硅酸鹽細(xì)粉體。

在板坯連鑄生產(chǎn)過程中，鑄坯質(zhì)量的好壞，很大程度上取決于結(jié)晶器保護(hù)渣的選擇，而保護(hù)渣的選擇又隨著鋼種、拉速、溫度、設(shè)備等條件的變化而變化［1］。在外在影響排除之后，保護(hù)渣本身的物質(zhì)組成又對澆鑄過程順利進(jìn)行起著至關(guān)重要的作用，而保護(hù)渣的物質(zhì)組成包括化學(xué)組成和礦物組成。通過對其物質(zhì)組成的分析就可以推測原料條件。

本文基于以上思想，通過對三種鋼種的比較，來認(rèn)識中碳鋼保護(hù)渣的物質(zhì)組成。首先，從化學(xué)分析入手，確定化學(xué)成分與含量;其次，通過光學(xué)顯微鏡、X-光衍射等手段，查明礦物成分和含量;最后，通過物質(zhì)組成推測原料條件。

1 保護(hù)渣的化學(xué)組成

從河南通宇取得的不同鋼種的連鑄保護(hù)渣原渣，其中A、D#渣為低碳鋼保護(hù)渣原渣同一渣種，B、E#渣為中碳鋼保護(hù)渣原渣同一渣種，C、F#渣為高碳鋼保護(hù)渣原渣同一渣種;但是A、B、C#渣數(shù)據(jù)為河南通宇進(jìn)行的檢測結(jié)果;而D、E、F#渣數(shù)據(jù)為送交唐山精益測試中心測得的結(jié)果。通過化學(xué)成分分析、X－射線衍射、顯微鏡下觀察等手段分析原渣及渣膜的礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)特征，并找出原渣礦相結(jié)構(gòu)對渣膜礦相結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。

各種工業(yè)連鑄保護(hù)渣的化學(xué)成分由各鋼廠的化驗(yàn)室測定，其化學(xué)成分及物理性能見表1。通過A與D#渣、B與E#渣、C與F#渣的比較，可以看出由不同測試地點(diǎn)測得的數(shù)據(jù)基本吻合。其具有如下特點(diǎn):

1)主要化學(xué)組成是SiO2和CaO，其含量之和占到50%以上;

2)從低碳鋼→中碳鋼→高碳鋼，Al2O3含量遞減;

3)低碳鋼保護(hù)渣比較中、高碳鋼保護(hù)渣，其Fe2O3的含量較高，而中、高碳鋼幾乎含量一致;

4)MgO的含量在這三種之間的比較同3;

5)F－的含量從低碳鋼保護(hù)渣到高碳鋼保護(hù)渣逐漸增大;

6)三種保護(hù)渣的碳含量、二元堿度以及熔點(diǎn)幾乎一致;

7)粘度明顯的低碳鋼保護(hù)渣較中、高碳鋼保護(hù)渣為高，而中、高碳鋼基本一致。

表1 保護(hù)渣原渣的化學(xué)成分(%)和物化性能

2 保護(hù)渣的礦物組成

由于炭質(zhì)材料的干擾，保護(hù)渣原渣中的有些礦物組成不易辨別，故需對試樣進(jìn)行脫炭處理。據(jù)相關(guān)資料可知［2］，各種炭質(zhì)材料的自然發(fā)火點(diǎn)雖各不相同，但大多數(shù)均在370～600℃范圍，因此確定脫炭溫度為800℃。具體脫炭過程為:將現(xiàn)場用各種保護(hù)渣原渣樣分別放入瓷坩堝內(nèi)，在箱式高溫電阻爐中升溫至800℃，保溫30 min，自然冷卻。將脫炭后的保護(hù)渣在實(shí)體顯微鏡下檢測，得知該試樣中各組成礦物的形態(tài)及光學(xué)性質(zhì)均清晰可見，表明炭質(zhì)材料已清除干凈。進(jìn)一步將脫炭干凈的原渣樣制作成光薄片，在德國蔡司透/反兩用研究型偏光顯微鏡(Axioskop 40A pol)下觀察，得知保護(hù)渣原渣中主要礦物成分為石英、硅灰石、螢石等。從各種礦物的差熱分析曲線得知，這些礦物的分解溫度均高于800℃，這說明升溫至800℃脫炭時，其保護(hù)渣中的所有礦物是相對穩(wěn)定的。保護(hù)渣原渣中的主要礦物成分及體積百分含量見表2。

其中A#渣數(shù)據(jù)對應(yīng)低碳鋼的原渣礦物組成和百分含量;B#渣數(shù)據(jù)對應(yīng)中碳鋼的原渣礦物組成和百分含量;C#渣數(shù)據(jù)對應(yīng)高碳鋼的原渣礦物組成和百分含量。

表2 保護(hù)渣原渣的礦物組成和百分含量(%)

將A、B、C#渣進(jìn)行X－射線衍射，并對比國際粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)卡片(ICDD卡)來進(jìn)行物相分析，其衍射的結(jié)果見圖1、圖2、圖3。

從衍射結(jié)果看，顯微鏡下觀察與其具有一致性:

1)低、高碳鋼的玻璃相含量較大;

2)都含有硅灰石、石英和螢石;

3)主料都是硅灰石、石英和螢石;

4)輔料根據(jù)保護(hù)渣各自起的作用不同而采用不同的礦物。

3結(jié)論

1)保護(hù)渣原渣的主要化學(xué)組成是SiO2和CaO，其含量之和占到50%以上;從低碳鋼→中碳鋼→高碳鋼，MgO和Al2O3含量遞減;低碳鋼保護(hù)渣比較中、高碳鋼保護(hù)渣，其Fe2O3的含量較高，而中、高碳鋼幾乎含量一致;F－的含量從低碳鋼保護(hù)渣到高碳鋼保護(hù)渣逐漸增大;三種保護(hù)渣的碳含量、二元堿度以及熔點(diǎn)幾乎一致;粘度明顯的低碳鋼保護(hù)渣較中、高碳鋼保護(hù)渣為高，而中、高碳鋼基本一致。

2)低、中、高碳鋼的保護(hù)渣原渣都含有硅灰石、石英和螢石;主料都是硅灰石、石英和螢石;輔料根據(jù)保護(hù)渣各自起的作用不同而采用不同的礦物:低碳鋼保護(hù)渣輔料有方鎂石以及其他一些雜質(zhì)等物質(zhì);中碳鋼保護(hù)渣輔料有方鎂石、鎂橄欖石、紅榴石等;高碳鋼保護(hù)渣有褐鐵礦等類似雜質(zhì)。

［1］ 沈云峰.板坯連鑄Q345B結(jié)晶器保護(hù)渣的研究和開發(fā)［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.