连铸保护渣粘度特性及机理分析研究.docx

精品名师归纳总结连铸爱护渣粘度特性及机理争论万爱珍 朱立光 王硕明摘 要： 论述了连铸爱护渣粘度的基本特性，运用熔体结构理论对爱护渣粘度各种因素的影响机理进行了分析争论关键词： 连铸 爱护渣 粘度Study on Viscosity Property and Mechanism of Mold PowderWan AizhenZhu LiguangWang Shuoming

2 连铸爱护渣基本特性2.1 粘度的影响因素粘度打算于熔渣的化学成分和温度在肯定温度范畴内，粘度和温度的关系听从阿累思维乌斯公式：〔1>式中 A——阿累尼乌斯常数E——粘性流体的活化能R——气体常数 T——肯定温度实际应用中，通常以 ln η—1/T 曲线描述粘度与温度的关系曲线包括三部分，高温时以 E/R 为斜率的线性部分，范畴窄的非线性部分， 低温时的垂直部分线性部分与垂直部分的交点被成为拐点，通常拐点 处的温度被称为凝固温度或结晶温度就成分而言， SiO2 和 Al 2O3 是主要打算因素，此外以下物质对粘度有很大影响：碱金属氧物： Na2O,K2O,Li 2 O碱土金属氧化物： CaO,BaO可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结氟化物： CaF2,NaF氧化硼： B2O3这些都作为熔剂，使爱护渣粘度降低在大量测试结果的基础上，争论者提出了化学成分与粘度关系的预 测模型，如 IRSID 模型、 Nippon steel 模型、 RIST 模型，表 1 描述了这三个模型的方程式其中 IRSDI 模型比其它两个模型适用范畴宽，能够运算含 MgO，Li 2O， B2 O3 等组元的爱护渣粘度。

2.2 连铸爱护渣粘度特性的设计原就2.2.1 η1300 ℃—— V匹配原就不同的拉速对爱护渣的润滑性能有不同的要求，因此应依据拉速范［4 ］围确定与之相适应的爱护渣粘度新日铁 提出 η 1 300 ℃V=2美国内陆可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结公司［5 ］提出，对于拉速 1.3 ～1.7 m/min ，粘度应为 η即： η1 300 ℃ V=1.3～2.55 ［ 3］表 1 化学成分—粘度的体会模型1 300 ℃=1～ 1.5 泊,可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结模 公 式 A B型可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结IRSID［ 10］ η=A.T.exp〔B/T> η〔Pa.s>A=expl-19.81+1.73〔X CaO>+5.82〔X CaF2+7.02〔X Na2O>CaFB=31,40-23,896〔X 46,356〔X 2>-CaO>-可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结T=温度〔K>新日-35.76〔X Al2O3>X=摩尔系数39.159〔X Na2O>+68,833〔X Al2O3>B=-92.54 SiO 2+283.186可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结铁［ 16］lnA=-0.242Al 2O3-0.61CaOAl O可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结ln η=lnA+B/T -2 3-165.635 CaO-可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结η〔poise>T=温度〔K>0.121MgO+0.063CaF2-0.19Na2O-4.816成分=Mole %413.646 CaF 2-455.103Li 2O+29,012.564可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结RIST［ 13］log η=logA+B/T η〔Pa.s>T=温度〔K>X=Mole %logA=-2.307- 0.046〔X SiO2>-0.07〔X C2O>-0.041〔X MgO>-0.185〔X Al2O3>+0.035〔X CaF2>-B=6,807.2+70.68〔Y SO2>+32.58〔X CaO>+312.65〔X Al2O3>-34.77〔X Na2O>- 176.1〔X CaF2>-可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结0.095〔X B2O3> 167.4〔X H2O>+59.7〔X B2O3>可见， η1 300 ℃ V=1～3.5 时，液渣膜厚度、结晶器热流、结晶器温度波动最小。

Wolf ［6 ］提出 η1 300 ℃ V2=5 时，液渣流入最稳固、热流变化、结晶器摩擦力最小另外，钢水碳含量对 η1 300 ℃ 的选取也有影响，如 Fujwara ［ 7］ 等人认为， w〔C>＜0.08 % 时， η1 300 ℃ =2.1 泊， w〔C>=0.08 %～ 0.14 % 时， η1 300 ℃ =5.0 泊是较合理的取值尽管上述观点基本得到了普遍认可，但由于粘度作用的复杂性及各工艺因素的差异，对粘度值的选定各厂存在肯定分歧，但都能基本满意可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结要求2.2.2 稳固性原就爱护渣粘度的稳固性对于结晶器内的凝固行为是特别重要的爱护 渣在结晶器内温度及成分都会随浇铸时间发生变化 ［ 8］［ 9］［ 10］为了充分发挥爱护渣的功能，要求爱护渣的粘度不会因温度和成分的变化而发生 较大波动，具有较高的稳固性3 基于熔体结构的粘度特性机理分析3.1 连铸爱护渣网络结构［ 11］同其它冶金熔渣一样，连铸爱护渣的性能也是通过化学成分转变其结构状态而表现出来的即是说，性能是现象，问题的本质在于物质的 结构，其中粘度特性对熔渣结构的依靠性更强 。

因此，争论连铸爱护渣的粘度变化及影响因素的作用机理，必需明白液体爱护渣结构特点 及变化规律通常连铸爱护渣由 CaO、SiO2、Al 2O3、Na2O、Li 2O、K2 O、F 构成，从组成上看类似于玻璃等硅酸盐产品，表 2 列出了连铸爱护渣、玻璃的化学成分实例表 2 连铸爱护渣、玻璃化学成分实例 〔w> %-成 分 SiO 2 CaO Al 2O3 MgO F Na2O+K2O玻 璃 73.20 6.40 2.00 4.50 13.50爱护渣 35.20 36.83 4.02 2.75 4.00 4.08连铸爱护渣同玻璃相类似属于硅酸盐熔体结构具有多组元硅酸盐体系的连铸爱护渣熔化成液体后，形成以硅氧四周体为主的网络结构， 其它氧化物如 CaO、Na2O、K2O等分布于网络的间隙和结合处，并视其含量及种类影响着网络结构的大小及存在形式，进而影响着熔体的表现性能，如粘度特性，结晶特性等同玻璃类似，爱护渣熔体倾向于形成相当大的，外形不规章的短程4+有序的离子集合体这是由于 Si 离子电荷高，半径小，使它具有被尽可能多的氧离子包围的才能，而且硅氧键的键性含有 50 %左右的共价键性能，使硅氧键带有很强的方向性。

在特别条件下爱护渣中铝离子、 硼离子参加 SiO 网络的聚合，或单独与氧结合形成各自的网络，促进熔体中网络结构的扩大和增强4依据配位多面体的几何分析，硅离子要和四个氧离子配位，后者使 硅氧键形成的健角和四周体的夹角 〔 约 109°>相符，因此造成硅氧离子具有剧烈的形成硅氧四周体的本能因此，熔体氧硅比在 4：1 时，就形成独立的硅氧四周体［ SiO4 ］ ，而这个比例减小时，要达到硅氧四周体的形成，只有通过氧被两个硅离子共有的途径，即只有通过四周体 的聚合，才能满意其要求而当通过外界氧化物引入氧离子时，如渣中 的 Na2O、K2O、Li 2O的加入会使氧硅离子比增大，就会使原有的具有三 度空间网络的“大分子”发生解聚作用以 K2O为例，渣中含有肯定的2-K2O，供应了余外的 O ，破坏了液渣中每个氧都为两个硅原子所共有的可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结状态，这种氧称为桥氧，开头显现与一个硅原子键合的氧 〔 非桥氧>，使硅氧网络断裂，图 1 为 K2O破坏硅氧四周体原理图图 1 K2O与硅氧四周体间作用示意图 硅离子 ○桥氧离子 - ○- 非桥氧离子非桥氧的显现，使硅氧四周体失去原有的完整性和对称性，结果使爱护渣结构减弱，导致一系列物理性能产生变化，如粘度变小，玻璃化化倾向变小。

3.2 爱护渣中各组分的网络性质及对网络结构的影响熔渣中各种氧化物组分通过转变和影响网络结构的大小和形式来调整熔渣的物理性质，依据不规章网络学说 ［12］ ，可将连铸爱护渣中对网络结构发生作用的各种氧化物依据其结合键的性质和强度分为网络形成体、网外外体和中间体，分类见表 3表 3 爱护渣中各氧化物的网络性质分类及单键强度可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结元素 原子价每个 MOx-1.的解离能/kJ molMO-1.配位 单键强度数 /kJ mol对网络的作用可编辑资料 -- -- -- 欢迎下载精品名师归纳总结B314903498网络Si417714444形成体Al31683～13274423～331〔F>Ti424618308中间Al31324～16836221～280体〔I>Mg29296155Li16034151网络Ba210888176外体Ca210768135〔M>Na1502684K1481953从表 3 看出， SiO2、B2O3 具有在液体爱护渣中构成各自特有的网络 体系的才能，这类氧化物的单键强度均大于 331 kJ/mol ，其中 Si 配位数为 4，B配位数为 3，分别构成［ SiO4］四周体和［ BO3］三角体的基本结构单元。

MgO、Li 2O、B2O3 。