CaO-Al2O3基高铝高锰钢保护渣理化性能研究.DOC

1、 CaO-Al2O3 基高铝高锰钢保护渣理化性能研究 杨帆 1,2， 曾义君 3，毕延雪 4， 韩毅华 1,2，许进忠 1,2，朱立光 1,2 (1.华北理工大学 冶金与能源学院， 河北 唐山 063210； 2.河北省高品质钢连铸工程技术研究中心， 河北 唐山 063000 3.华北理工大学 管理学院， 河北 唐山 063210； 4.华北理工大学以升创新教育基地， 河北 唐山 063210) 摘要： 以 L25(65)正交 试验 为基础配置 CaO-Al2O3 基保护渣，研究了不同组分对高铝高锰钢保护渣理化性能的影响。结果表明，不同组分对 CaO-Al2O3 基连铸保护渣熔化温度的影响均是

2、随其含量的增加，熔化温度降低，对熔化温度影响的主次顺序为 Li2ONa2OB2O3BaOCaF2MgO；各不同组分在一定含量范围内，对 CaO-Al2O3基连铸保护渣黏度整体上均有降低的作用；结晶难易程度由难到易的顺序依次为 3#、 4#、 23#、 19#、 20#及 5#保护渣；利用热力学软件计算得到冷却析出物质中，大部分都含 Ca3 B2O6，而该物质熔点比较低，且玻璃形态好，不易结晶，可以满足部分高铝高锰钢连铸使用要求。 关键词： 保护渣；高铝高锰钢；熔化温度；结晶 中图分类号： TF777.1 文献标志码： A 文章编号： 1007-7545（ 2018） 09-0000-00 St

3、udy on Physicochemical Properties of CaO-Al2O3 Basis Slag for High Aluminum and Manganese Steel Mold Powder YANG Fan1,2, ZENG Yi-jun3, BI Yan-xue4, HAN Yi-hua1,2, XU Jin-zhong1,2, ZHU Li-guang1,2 (1. College of Metallurgy and Energy, North China University of Science and Technology, Tangshan 063210,

4、 Hebei, China; 2. Hebei Engineering Research Center of High Quality Steel Continuous Casting, Tangshan 063000, Hebei, China; 3. College of Management, North China University of Science and Technology, Tangshan 063210, Hebei, China; 4. Yisheng College, North China University of Science and Technology

5、, Tangshan 063210, Hebei, China) Abstract： CaO-Al2O3 based protective slag was prepared based on L25(65) orthogonal experiment. Influence of different components on physical and chemical properties of casting powder of high aluminum and manganese steel was studied and analyzed. The results show that

6、 melting temperature of molten slag of CaO-Al2O3-based castings powder drops with increase of different components. The sequence of influence on melting temperature is Li2ONa2OB2O3BaOCaF2MgO. Content of each component within a certain range weakens viscosity of CaO-Al2O3-based continuous casting pow

7、der. Order of crystallinity of protective slag from difficulty to easiness is No.3, No.4, No.23, No.19, No.20, and No.5. Ca3B2O6, with low melting point, good glass formation and difficulty to crystallize, exists in most cooling precipitates calculated by thermodynamic software and meets the require

8、ment of high aluminum and manganese steel continuous casting. Key words： mold powder; high aluminum and high manganese steel; melting temperature; crystallization 作为 制造汽车底板首选材料 1的 高铝高锰钢 具有 优良的性能 2， 对 生产 的 工艺条件 要求也 非常苛刻。 在高铝高锰钢生产过程中， 传统 CaO-SiO2 基保护渣 在 渣 与 钢之间会发生 渣中的二氧化硅与钢液中的铝反应 ，恶化 了 保护渣 的 性能， 导致 保护

9、 渣 成分波动，不易控制 3，影响连铸生产。因此， “非反应性 ”CaO-Al2O3 基保护渣的研究成为热点，但与传统的 CaO-SiO2 基保护渣相比， CaO-Al2O3 基保护渣能够避免界面渣金反应 ， 但 依然会带来一系列问题 ， 如结晶性能较强 ， 在结晶器弯月面处析晶产生渣圈 ， 影响连铸顺行 。 保护渣 的 理化性能 与保护渣的成分及含量有密切关系，前人关于熔剂对传统 CaO-SiO2 基保护渣熔化温度的影响 研究 较多 4-7，但系统而专门研究熔剂对 CaO-Al2O3-B2O3 渣系熔化温度影响 的 报道 8-9很少 。因此，本文系统研究了各因素对 CaO-Al2O3 基保护

10、 渣 理化性能的影响。 收稿日期： 2018-03-30 基金项目 ：国家自然科学基金资助 项目 (51604119， 51774141)； 华北理工大学大学生创新训练计划项目（ X2017333） 作者简介 ：杨帆（ 1992-），男，陕西咸阳人，硕士研究生 ； 通信作者 ： 韩毅华（ 1982-），男，河北辛集人，副教授 . doi： 10.3969/j.issn.1007-7545.2018.09.016 1 试验 材料 采用 分析纯（ 99.5%）化学试剂 配置 CaO-Al2O3 基高铝高锰钢连铸保护渣，其中 Na2O 由 Na2CO3 代替。试验 前，所有试剂在马弗炉内锻烧 5 h

11、，去除水分和杂质，温度为 800 。 2 试验 方案及内容 根据 L25(65)正交 试验 方案，主要测试内容为黏度、热流密度、熔化温度、熔化速度、结晶温度。试验设备分别为 HF-201 型结晶器渣膜热流和 黏度 测试仪 、 LZ- 炉渣熔化特性测试仪（高温全自动熔点测试仪）、 SHTT-型熔化结晶温度测定仪 。 3 结果 与分析 3.1 熔化特性 3.1.1 试验结果 L25(65)正交试验 安排及 保护渣 的熔 点 测试结果如表 1 所示。 表 1 L25(65)正交试验 安排及结果 Table 1 Arrangement and result of L25(65) orthogonal

12、experiment 序号 试验因子 /% 含量 /% 试验结果 B2O3 Na2O CaF2 MgO Li2O BaO Al2O3 CaO 熔点 / 黏度 /(Pas) 1# 4.0 8.0 4.0 2.0 3.0 0.0 39.9 41.1 1 256 1.32 2# 4.0 9.5 5.0 3.0 4.0 1.0 37.2 38.3 1 155 0.92 3# 4.0 11.0 6.0 4.0 5.0 2.0 34.5 35.5 1 134 0.37 4# 4.0 12.5 7.0 5.0 6.0 3.0 31.8 32.7 1 111 0.21 5# 4.0 14.0 8.0 6.0

13、7.0 4.0 29.1 29.9 1 090 0.19 6# 4.5 8.0 5.0 4.0 6.0 4.0 34.7 35.8 1 125 0.78 7# 4.5 9.5 6.0 5.0 7.0 0.0 34.5 35.5 1 120 0.40 8# 4.5 11.0 7.0 6.0 3.0 1.0 34.2 35.3 1 161 0.28 9# 4.5 12.5 8.0 2.0 4.0 2.0 34.0 35.0 1 118 0.23 10# 4.5 14.0 4.0 3.0 5.0 3.0 33.7 34.8 1 106 0.47 11# 5.0 8.0 6.0 6.0 4.0 3.0

14、 34.5 35.5 1 160 0.48 12# 5.0 9.5 7.0 2.0 5.0 4.0 34.2 35.3 1 126 0.35 13# 5.0 11.0 8.0 3.0 6.0 0.0 34.0 35.0 1 114 0.24 14# 5.0 12.5 4.0 4.0 7.0 1.0 33.7 34.8 1 090 0.56 15# 5.0 14.0 5.0 5.0 3.0 2.0 33.5 34.5 1 130 0.32 16# 5.5 8.0 7.0 3.0 7.0 2.0 34.2 35.3 1 107 0.39 17# 5.5 9.5 8.0 4.0 3.0 3.0 34

15、.0 35.0 1 157 0.26 18# 5.5 11.0 4.0 5.0 4.0 4.0 33.7 34.8 1 135 0.62 19# 5.5 12.5 5.0 6.0 5.0 0.0 33.5 34.5 1 117 0.32 20# 5.5 14.0 6.0 2.0 6.0 2.0 32.8 33.7 1 084 0.25 21# 6.0 8.0 8.0 5.0 5.0 1.0 34.0 35.0 1 133 0.30 22# 6.0 9.5 4.0 6.0 6.0 2.0 33.7 34.8 1 120 0.71 23# 6.0 11.0 5.0 2.0 7.0 3.0 33.5

16、 34.5 1 083 0.49 24# 6.0 12.5 6.0 3.0 3.0 4.0 33.3 34.2 1 127 0.29 25# 6.0 14.0 7.0 4.0 4.0 0.0 33.0 34.0 1 117 0.23 3.1.2 熔化温度的讨论及分析 3.1.2.1 正交 试验 分析 保护渣的熔化温度正交 试验 极差分析 结果 如表 2 所示。由表 2 可知，对熔 化温度影响的主次顺序为Li2ONa2OB2O3BaOCaF2MgO，其中 Li2O 对降低保护渣熔化温度的作用最大。 表 2 正交 试验 熔化温度极差分析 Table 2 Range analysis of orth

17、ogonal experiment for melting temperature 水平 B2O3 Na2O CaF2 MgO Li2O BaO I 1 149.2 1 156.2 1 141.4 1 133.4 1 166.2 1 144.8 II 1 126.0 1 135.0 1 123.0 1 121.8 1 137.0 1 135.0 III 1 124.0 1 125.4 1 125.0 1 124.6 1 123.2 1 130.1 IV 1 120.0 1 112.6 1 124.4 1 125.8 1 110.8 1 123.4 V 1 116.0 1 105.4 1 122

18、.4 1 129.6 1 098.0 1 120.6 极差 33.2 50.8 19.0 11.6 68.2 24.2 主次因素 Li2ONa2OB2O3BaOCaF2MgO 3.1.2.2 熔化温度分 析 从 表 1 可以看出 ， 熔化温度在 1 0831 256 之间。其中只有 1#渣超过 1 200 ； 2#、 8#、 11#和 17#四组在1 1501 200 ；而大部分温度值处于 1 120 附近；其中 5#、 14#、 20#和 23#四组低于 1 100 。 3.1.2.3 各因素对熔化温度的影响及分析 B2O3 对常规保护渣的影响前人已经研究过，即 B2O3 具有降低保护渣熔化

19、温度的功效 。 由表 2 可以看出，B2O3 同样具有降低 高铝高锰钢 保护渣熔化温度的作用。主要是由于 B2O3 自身熔点比较低（只有 450 ），加入到渣中后与其它高熔点物质反应结合，降低了连铸保护渣的熔化温度。 Na2O 属碱金属，是很典型的助溶剂，对保护渣有降低熔化温度的作用 。 结合表 1 和表 2 可以看出， Na2O含量在 8%14%的 范围内，保护渣的熔化温度随其含量增加而降低， Na2O 含量在 8%的基础上每增加 1%，熔点平均降低 8.5 。 CaF2 可以 降低 常规保护渣 的 熔化温度，但对于高铝高锰钢保护渣，整体看基本也具有降低熔点的作用。由表 2 并 结合表 1

20、可以得出，当 CaF2 含量由 4%升高至 8%的过程中，熔化温度在 1 141.41 122.4 范 围 内变化，CaF2 中的 F-在熔体中破坏网络形成体，使大聚集团分散成更小的粒子，降低了体系的熔化温度。 在 MgO 对保护渣熔化温度的研究中，不少学者普遍认为其有提高熔化温度的作用；而在高铝高锰钢连铸结晶器保护渣熔化温度的影响中， MgO 的贡献不大，基本对保护渣熔化温度无影响，如表 2 中，在五个水平内，最高和最低温度 仅 差约 11 。 Li2 O 对熔化温度的影响与 Na2 O 相似，对 常规 保护渣熔化温度都有不同程度的降低作用。结合表 1 和表 2可得， Li2 O 对高铝高锰

21、钢保护渣熔化温度的影响也是起降低熔化温度的作用，但 Li2O 对降低 高铝高锰钢保护渣熔化温度的作用十分显著，在 Li2O 含量由 3%提高到 7%的过程中，熔化温度由 1 166.2 降低至 1 098 ；Li2O 含量每增加 1%，熔化温度平均降低约 17 。 Li2O 属于网络修饰子， Li2O 进入到炉渣中破坏了炉渣的网络结构，使其转变为结构更加简单的结构单元， 从而 降低 熔化温度。 同样，从表 2 中也可看出 ， BaO 也具有降低保护渣熔化温度的作用。 BaO 自身熔点约 1 926 ，属较高熔点物质， BaO 属于离子晶体的结构，熔点高低直接受晶格能大小影响；在熔体中， BaO

22、 与其他物质形成新的物质，破坏 了 BaO 自身的晶格能，导致熔渣整体熔点降低。 综上所述，添加的 6 种熔剂，在设计含量范围内，对熔化温度的影响是随其含量的增加，熔化温度降低，只是降低程度 有一定差异 ； 试验 发现，在 6 种熔剂中， Li2O 对降低熔点的贡献最大，而 MgO 贡献最小。 3.1.3 熔化速度的讨论及分析 对于现场用保护渣来说，熔化速度过快，保护渣保温效果不好，过慢则会影响润滑和完整渣膜的形成，所以必须要控制保护渣的熔化速度 10。 本文 选用的碳质材料是石墨和炭黑。 3.1.3.1 石墨对熔化速度的影响 当 石墨加入量 分别为 2%、 5%、 8%、 11%、 14%、

23、 17%、 20%时， 熔化速度 （本文以熔化时间表示）分别为 26.5、 29.5、 36、 39.5、 45、 65、 88 s。 可知， 保护渣的熔化速度 随着石墨加入量的增大逐渐呈现减缓趋势。当石墨含量为 2%，熔化速度仅是 26.5 s，而当石墨含量增至 20%时，熔化速度是 88 s。由于 石墨的控温能力比炭黑强，石墨的加入量一定要慎重， 以便 稳定液渣层 的 厚度。 3.1.3.2 炭黑对熔化速度的影响 当 炭黑 加入量 分别为 1%、 2%、 3%、 4%、 5%、 6%、 7%时， 熔化速度 分别为 14、 16.5、 18、 19、 19.8、 21、24 s。 可以看出

24、， 炭黑 的控温能力要比石墨弱一些，原因在于石墨的着火点要比炭黑高，炭黑的着火点大约在590 左右，而化学纯石墨在纯氧中的燃点 是 750 左右，但单 就 对熔化速度的影响 而言 ，炭黑的贡献要比石墨大得多。 3.1.3.3 复合配碳对熔化速度的影响 用同样的测试 方法 ，对配碳方案中最后一种保护渣做了保护渣熔化速度的测试， 固定 石墨 加入量为 8%，当再添加 0.4%、 1%、 1.5%和 2%的炭黑时， 熔化速度 分别为 32.5、 32、 33、 35 s。 结果表明， 复合配碳渣样的熔化速度 比较稳定， 都在 33 s 左右，说明在有效控 制保护渣的熔融特性方面复合配碳方法是最佳选择

25、。 综上所述，随着石墨或炭黑加入含量的增加，熔化速度逐渐减慢，熔化区间越来越大；另外，复合配碳的效果要比单一配碳的效果明显，对保护渣的熔化速度起到了有效的控制。 3.2 黏度特性 3.2.1 试验 结果 对 1#25#保护渣进行测黏度测试，结果如表 1 中黏度所示。 在黏度的测试 过程 中，挑选了几组熔 化 特性和黏度比较稳定的保护渣，取了保护渣渣膜，以备后续保护渣热流密度的 试验 分析。其中，黏度测试在 1 300 进行，渣膜的提取在 1 400 进行，停留时间为 45 s。 3.2.2 黏度的讨论及分析 3.2.2.1 极差分析 保护渣黏度极差分析结果如表 3 所示。 根据 表 3 结果

26、， 影响 黏度的 助熔剂 主次顺序 从大到小依次 为 CaF2、Na2O、 MgO、 B2O3、 BaO、 Li2O，其中 CaF2 对降低保护渣黏度的作用显著。 表 3 正交 试验 黏度极差分析 Table 3 Range analysis of orthogonal experiment for viscosity 水平 B2O3 Na2O CaF2 MgO Li2O BaO I 0.602 0.654 0.736 0.528 0.496 0.519 II 0.432 0.528 0.566 0.462 0.494 0.515 III 0.389 0.401 0.358 0.44 0.44

27、9 0.408 IV 0.368 0.322 0.292 0.37 0.438 0.382 V 0.404 0.292 0.244 0.396 0.406 0.446 极差 0.234 0.366 0.492 0.342 0.090 0.137 主次因素 CaF2Na2OMgOB2O3BaOLi2O 3.2.2.2 黏度分 析 从表 1 可以看出， 保护渣 的 黏度在 1.320.19 Pas 之间，黏度可选择范围比较宽，说明正交试验的设计比较合理。其中黏度超过 1 Pas 的只有一组（即 1#），在 0.41 Pas 之间的也只有 8 组，在 0.4 Pas 以下包括 0.4Pas的有 16

28、 组。这些配方的黏度范围比较大，基本能够满足高铝高锰钢对保护渣黏度的要求。 3.2.2.3 各因素对黏度的影响 由表 3 结合表 1 可以看出，当 B2O3 含量由 4%增加至 6%时，保护渣的黏度由 0.656 Pas 降至 0.408 Pas。从微观角度来看， B2O3 和 SiO2 一样， 均属于网络形成体，增加 B2O3 含量应该会增加黏度；而本次研究结果与其正好相反，原因可能是 B2O3 在一定程度上降低了熔体的熔化温度，致使熔体过热度提高，复合阴离子键受热振而解体，从而降低了熔体黏度。 Na2O 可以使常规保护渣的黏度降低，原因是 Na2O 中的 Na+属于网络破坏体，使熔体中的大

29、型网络形成物变为更小的基团形成体；而对于高铝高锰钢保护渣而言，其对黏度的影响也是随着 Na2O 含量的增加，熔体中非桥氧原子增加，黏度降低，在 Na2O 含量由 8%达到 14%时，黏度由原来的 0.654 Pas 降至 0.292 Pas。 CaF2 对高铝高锰钢连铸结晶器保护渣黏度的影响与 Na2O 类似，根据表 3 结合表 1 可知，当 CaF2 含量由 4%增至 8%时，黏度由原来的 0.736 Pas 降低至 0.244 Pas， CaF2 含量增加 1%，黏度平均降低 0.123 Pas。原因是F-的静电势 (Z/r=0.74)比 O2-静电势 (Z/r=1.52)弱，且二者离子半

30、径接近，可以使与氧结合的大聚团解体，它的加入会使大聚集体解聚为比较小的粒子体，进而降低了熔体的黏度。 同样，保护渣的黏度随 MgO 含量的增加呈现出先降低而后出现上升趋势。其原因 是， MgO 可以 分解出 O2-和 Mg2+促使聚合体解体 11，黏度下降；而当 MgO 含量达到一定时，会与熔渣中的 Al2O3 形成少量尖晶石(MgAl2O4)，导致熔渣黏度上升。 由表 3 和表 1 可以看出，随着 Li2O 含量的增加，保护渣的黏度呈现降低的趋势，只是 Li2O 对降低黏度的贡献比较小。分析其原因， Li2O 属碱金属氧化物，网络外体，其阳离子电荷少，半径大，与 O2-作用力小， Li2O分

31、解为 Li+和 O2-，而 Li+在熔渣中充当网络修饰子， O2-促使聚合体解体，导致黏度下降。 关于 BaO 对黏度的影响，经过拟合，整体来看是随 BaO 含量 的增加，熔化温度降低。分析其原因， BaO和 CaO 类似，属同一族元素， Ba2+离子半径 为 0.143 nm，而 Ca2+的离子半径为 0.106 nm，小于 Ba2+离子半径，向熔体中提供 O2-的能力不如 BaO 强，所以 BaO 破坏聚合体能力大，因此熔体黏度降低 3。 综上所述，在本设计所选的 6 种添加剂及含量范围内，对保护渣黏度整体上均有降低的作用。 3.2.3 热流密度的讨论及分析 衡量保护渣流动性好坏看保护渣的

32、黏度，而衡量结晶器内渣膜传热能力的大小看热流。现如今，保护渣的热流已经成为重要 物理性质 ，在保护渣的设计及测 试方面，已经成为一种可靠的评价方法。铸坯主要靠结晶器内的冷却水带走热量，进而形成一定厚度的坯壳，通过结晶器冷却水带走的热量除了铸机条件、钢种、拉速和振动参数外，还受控于结晶器内液态和固态渣膜的热特性和物理特性、铜板和渣 之间 的界面热阻。因此，渣膜的传热能力是研究结晶器内传热的关键 ， 性能合格的保护渣必须考虑其热流的大小。 为 使 保护渣能有一个更优良的冶金性能，基于保护渣的熔化温度和黏度尽量低的原则，根据上两节的 试验结果，从 25 组正交试验中选出了 6 组配方 （ 3#、 4

33、#、 5#、 19#、 20#和 23#） ，这 6 组配渣方案的 熔化温度均在 1 130 以下，黏度均在 0.4 Pas 以下， 采用 图 1 所示 的 热流密度测试装置 进行后面的 试验 和检测。 渣膜包裹部分传感器示意图 见图 2， 热流传感器尺寸 35 mm20 mm20 mm，冷却水流量 0.2 m3/h。 图 1 热流模拟测试装置示意图 Fig.1 Schematic diagram of heat flow simulation test device 黏度测试完成后，在取渣膜过程中，通过采集热流传感器进出口的水温， 不同时刻通过渣膜的热流密度 5由 (1)式 12计算。 =W

34、CT/(F1000) （ 1） 式中 ， 为 单位面积的热量 (MW/m2)； W为 冷却水流量 (kg/s)； T 为 进出口水温差 ( )； F 为 热流传感器有效 传热 面积 (m2)； C 为 水比热容 (kJkg-1 -1)。 图 2 渣膜包裹部分传感器示意图 Fig.2 Diagram of sensor for partial inclusion of slag film 6 组配方保护渣的热流情况如表 4 所示。由表 4 可以看出， 4#渣最大热流密度和平均热流密度最高， 5#渣最大热流 密度和平均热流密度最小。此外，对 45 s 内每一个时刻的热流密度进行了实时监测和记录，结

35、果 见 图 3。 表 4 热流密度情况 Table 4 Situation of heat flux density 试验号 热流密度 /(MW m-2) 特征 时间 /s 特征时间热流 密度 /(MW m-2) 最大 平均 3# 1.194 0.855 45 0.675 4# 1.332 0.979 45 0.768 5# 0.935 0.662 45 0.546 19# 1.064 0.832 45 0.685 20# 1.194 0.805 45 0.657 23# 1.323 0.964 45 0.786 0 10 20 30 40 500. 20. 40. 60. 81. 01. 2

36、1. 4热流密度/(MWm-2)浸入时间/ s3#4#5#19#20#23#T1图 3 各组渣膜热流密度随时间变化 Fig.3 Comparison of heat flux of slag film with time in each group 由式（ 1）可以看出，进出口水温差 T 与热流密度 成正相关，其进出口水温差 T 与浸入时间关系的变化趋势与图 3 趋势一致；而渣传热能力的大小，用图 3 中 T145 s 之间的平均值来表示。 3.3 结晶性能 3.3.1 结晶温度的讨论及分析 根据上述熔化温度和黏度的测试结果，选取了几组均满足上述两个性能的几组保护渣进行结晶性能的测试。为了保护

37、渣能有一个更优良的冶金性能，基于保护渣的熔化温度和黏度尽量低的原则，根据上两节的测试结果，从 25 组正交试验中选出了 6 组配方，这 6 组配渣方案的熔化温度均在 1 130 以下，黏度均在 0.4 Pas 以下，这 6 组配方分别为 3#、 4#、 5#、 19#、 20#和 23#。将上述 6 组保护渣研磨至 -0.074 mm 后进行 试验 ，为了减小误差，每组保护渣至少进行 3 次 试验 ，最后求 取平均值。 6 组 试验 的最后测试结果如表 5 所示。 表 5 结晶性能测试结果 Table 5 Test results of crystalline properties 试验号 结

38、晶 温度 / 孕育 时间 /s 临界冷却 速度 /s 开始熔化 温度 / 流动 温度 / 3# 951 21 53 867 1 189 4# 989 15 67 951 1 173 5# 1 193 127 31 991 1 205 19# 1 130 32 47 861 1 176 20# 1 173 54 61 869 1 186 23# 998 28 43 910 1 181 高铝高锰钢连铸结晶器保护渣在使用过程中，存在最大的问题之一就是在结晶器弯月面处出现粗大渣圈，严重影响保护渣对 弯月面 及以下的填充，致使渣膜形成薄厚不均，在坯壳和结晶器壁之间的缝隙内，有时甚至无法形成完整渣膜，阻碍

39、了保护渣对铸坯的润滑，弱化了均匀传热，轻则出现铸坯质量问题，重则出现粘结漏钢等生产事故。所以在选择高铝高锰钢保护渣时，尽量要选择不易结晶、玻璃化性能好的配方。 根据前人的研究 以及 结晶温度的定义可知，保护渣的结晶温度越低，该保护渣越不容易结晶。 由表 5 的测试结果可以知道，其结晶难易程度由难到易的顺序依次为 3#、 4#、 23#、 19#、 20#和 5#。 3.3.2 结晶矿相分析 运用热力学软件 Factsage 对 上述 4 种配方的保护渣的矿物析出 进行 分析计算，计算结果如图 4 所示。由图4 可以看出， 3#渣在冷却析晶过程中，偶尔会有少量 BaO 析出和溶解；其析出产物还有

40、少量 NaF，其主要析出产物为 Ca3B2O6； 4#渣 中析出物质与 3#渣类似 ， 主要析出物质为 Ca3B2O6， 也有少量 NaF， 不同的是未见到 BaO析出和溶解 。 成分不同，同种物质析出温度不同，由两图可以看出， 3#中 Ca3 B2O6 的析出温度约在 860 ，而在 4#渣中析出温度约在 820 。 19#渣在冷却过程中，主要析出产物为 Ca3 B2O6， 还有少量氟化物（ NaF），其中 Ca3 B2O6 的析出温度大概在 800 ，未见 BaO 析出和溶解。 23#渣在冷却析晶过程中，偶尔会有少量 BaO 析出和溶解，主要析出产物为 Ca3B2O6，还有少量 NaF 析

41、出 ，析出 量 只有不到 1 g。其中 BaO 的析出温度大概在 1 160 ， Ca3B2O6 的析出温度大概在 820 。 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 130005101520Ca3B2O6Ca3B2O6B a OCa3B2O6T /Ca3B2O6gram( a )N a FB a O400 600 800 1000 120005101520N a FN a FN a FgramT /( b )500 600 700 800 900 1000 1100 120005101520gramT /( c )500 600 700 800 900 1000

42、 1100 1200 13000510152025gramT /( d )图 4 3# (a)、 4# (b)、 19# (c)、 23# (d)渣矿物析出图 Fig.4 Mineral precipitation diagram of slag of No.3 (a), No.4 (b), No.19 (c), and No.23 (d) 综上所述，运用热力学软件计算得到冷却析出物质中，大部分都含 Ca3 B2O6，而该物质熔点比较低，且玻璃形态好，不易结晶，满足部分高铝高锰钢连铸使用要求。 4 结论 1）在所设计的成分范围内，保护渣助熔剂对 熔 化温度影响的主次顺序 从大到小 依次 为 L

43、i2O、 Na2O、 B2O3、BaO、 CaF2、 MgO。 2）随着石墨或炭黑加入量的增加，熔化速度逐渐减慢，熔化区间越来越大，但石墨的控温能力比炭黑强；复合配碳的效果比单一配碳明显，对保护渣的熔化速度起到了有效控制。 3）熔剂对黏度影响的主次顺序 从大到小依次 为 CaF2、 Na2O、 MgO、 B2O3、 BaO、 Li2O。 4） 综合 熔化 温度 和黏度的测试结果，选出 3#、 4#、 19#和 23#这 4 组玻璃化性能好、不易结晶的保护渣，结晶温度均在 1 130 以下 ， 满足高铝高锰钢使用要求 。 5） 4 组保护渣 XRD 检测和热 力学 Factsage 计算结果显示

44、 ， 主要析出产物为 Ca3B2O6，析出温度 740850 ，偶尔有 BaO 的析出和溶解，还有少量 NaF。 参考文献 1 冯浩 . 汽车用 Fe-Mn-Al 系高强轻质钢的显微组织和力学性能研究 D. 辽宁鞍山 ： 辽宁科技大学 ， 2016. 2 杨恩娜 . 高锰高铝钢的组织及力学性能研究 D. 沈阳： 东北大学 ， 2011. 3 于雄 . 高铝钢连铸结晶器保护渣的基础研究 D. 重庆 ： 重庆 大学 ， 2011. 4 艾国强 ,金山同 . 助熔剂对保护渣熔化温度的影响 J. 炼钢 ， 1999， 15(6)： 49-52. 5 WANG H M， LI G R， ZHU H， e

45、t al. Effect of B2O3 on melting temperature viscosity and desulfurization capacity of CaO-based refining fluxJ. ISIJ International， 2011， 51(5)： 702-706. 6 张芳 ， 王艺慈 ， 董方 ，等 . CaF2 和 B2O3 对中碳钢连铸结晶器保护渣物理性能的影响 J. 特殊钢 ， 2010，31(4)： 28-30. 7 WANG H M， YANG L I， LI G R， et al. Effects of B2O3 and CaF2 on

46、melting temperatures of CaO-SiO2-Fe2O3 system fluxesJ. Journal of Iron and Steel Research (International)， 2013， 20(6)： 21-24. 8 李治阳 ， 于雄 ， 陈一虹 ，等 . 高 Al 含量钢种连铸保护渣研究综述 J. 价值工程 ， 2015， 34(8)： 85-87. 9 王强 ， 仇圣桃 ， 赵沛 ，等 . 高铝钢连铸保护渣的研究现状 J. 炼钢 ， 2012， 28(1)： 74-78. 10 赵艳红 . 结晶器保护渣渣膜结构对传热影响规律研究 D. 重庆 ： 重庆 大学 ， 2008. 11 MILLS K C， FOX A B. The Role of mould fluxes in continuous casting-so simple yet so complexJ. ISIJ International， 2003， 43(10)： 1479-1486. 12 闫威 . 特殊高合金钢连铸保护渣应用基础研究 D. 北京： 北京科技大学 ， 2016.