摘 要

保护渣是提高连铸效率和铸坯质量的关键功能材料，起着控制传热、润滑、同化夹杂、防止钢液二次氧化、绝热保温等作用。提高保护渣的润滑性、降低传热性可直接提升连铸生产的效率。普通保护渣的晶相主要为枪晶石、硅灰石、黄长石，个别含有霞石、萤石、橄榄石。云母是一种具有层状解理性的物质，具有良好的润滑性和绝热性，本论文以CaO-Al₂O₃-SiO₂系统保护渣为研究对象，对保护渣原料中的CaO与SiO₂含量（碱度）进行调整，尝试制备具有云母晶相的保护渣，研究其显微结构和性能，分析制备云母晶相保护渣的可行性。

经过实验和测试，得到在CaO/SiO₂为34/31至32/33时，保护渣中层状结构比较明显，其中当CaO/SiO₂为34/31，烧结温度为1150 ℃~1200 ℃时，出现云母晶相，呈不规则六边形，层状结构相互交错，解理性好。同时保护渣的硬度随着碱度的减小而减小，保护渣的密度随着烧结温度的增大而增大，但变化幅度不大，这保证了制备出的保护渣的部分物化性能的实用性。本论文证明具有云母层状结构的保护渣是可以制备的。

关键词：CaO-Al₂O₃-SiO₂系统保护渣；云母结构；碱度

Abstract

Mold flux is a key material to enhance continuous casting efficiency and improve slab quality. Its main functions were controlling heat transfer, lubrication slab, absorbing inclusion of molten steel, avoiding second oxidization of molten steel and heat preservation etc. Improve powder lubrication, reduce the heat transfer resistance can directly enhance the efficiency of the casting process. Ordinary flux crystal phase is mainly cuspidate, wollastonite or yellow feldspar, nepheline containing individual, fluorite and forsterite. Mica is a rational substance having a layered solution. It has good lubricity and thermal insulation. The object of this project is CaO-Al2O3-SiO2 mold flux. Adjusting the CaO and SiO₂ content (alkalinity) of raw materials to try making a mica crystal phase mold flux.

Through experiments and tests, the mica crystal phase of mold flux is obvious when CaO/SiO₂ is 34/31 to 32/33, especially at 43/31 it is the most complete. It shows irregular hexagon, layered structure is intertwined. Meanwhile mold flux’s density and hardness did not change significantly at different alkalinity. The alkalinity has little effect on the hardness and densit. It ensures that the usefulness of the mold flux’s portion of the physical and chemical propertie. It is portable to produce applied mold flux with mica crystal phase.

Key words: CaO-Al₂O₃-SiO₂ system mold flux; mica; alkalinity

目录

摘要

Abstract

一、绪论

1.1 连铸保护渣概述

1.1.1 连铸保护渣的发展与现状

1.1.2连铸保护渣的组成

1.1.3 连铸保护渣的作用

1.1.4 连铸保护渣的物化性能

1.2 本课题研究目的以及研究内容

二、实验与制备

2.1实验原料

2.2实验仪器

2.2.1实验设备

2.2.2分析测试设备

2.3成分设计

2.3.1原料中各成分的作用

2.3.2设计配料

2.3.3基础玻璃的制备

2.3.4保护渣样的制备

2.4 显微结构与性能测试

2.4.1 差热分析（DSC）

2.4.2 X射线衍射分析（XRD）

2.4.3扫描电子显微镜（SEM）

2.4.4显微硬度的测定

2.4.5密度的测定

三、保护渣的微观结构与物化性能的研究

3.1保护渣热处理制度的确定

3.2 保护渣的微观结构与物相分析

3.3 保护渣的性能研究

3.4 保护渣的显微硬度

3.5保护渣的密度

3.6本章小结

四、结论

参考文献

致 谢

一、绪论

1.1 连铸保护渣概述

1.1.1 连铸保护渣的发展与现状

连铸技术是优化现代钢铁产业结构的关键性技术，而保护渣作为连铸技术的重要辅料，具有对结晶器钢液面绝热保温避免钢液结壳、保护钢液不受空气二次氧化、吸收钢液中上浮夹杂物、润滑铸坯及均匀和调节凝固坯壳向结晶器传热等五大功能^[1]，对保证连铸工艺顺行和提高铸坯表面质量具有很重要的作用，其相关技术已成为现代连铸技术的重要组成部分^[2]。

连续铸钢采用保护渣浇注对改善连铸坯表面质量具有明显的效果。在欧洲自1962年开始，法国“东方优质钢公司”1963 年采用了浸入式水口保护渣浇注技术，1965年日本在连铸机上应用了粉末保护渣技术，国外的实践证明，连续铸钢采用浸入式水口保护渣浇注后，无论从扩大连铸钢种和提高铸坯质量都是一项极为有效的措施。连铸保护渣自问世以来，多重重保护渣配制的实用性研究，但此类研究远不能满足连铸技术的飞速发展。70年代是连铸保护渣的研究和应用比较活跃的时期。1973年日本的左藤良吉系统地论述了保护渣在结晶器内的行为。70年代后期，P. V. Riboud等人论述了保护渣对钢液弯月面的保护作用。80年代开始，由于高速连铸、高温连铸坯要实现热送直轧，以及特殊钢连铸等技术的发展，对保护渣提出了更高的要求。因此，近30年来连铸保护渣的研究和应用又有了进一步的发展^[3]。

我国于1972年开始应用浸入式水口保护渣浇注，70年代中期以后得到了迅速的发展，并从1981年起自己研发并生产连铸结晶器保护渣。目前国内所有连铸机都采用了保护渣浇注。保护渣的生产，在吉林梨树县，河南西峡以及四川渠县等地已建立了连铸保护渣的专业生产基地。此外，不少从事连铸生产的钢铁公司也已建立相应的连铸保护渣生产线。对保护渣的研究，不少单位已建成了连铸保护渣物化性质的测试手段，为设计保护渣的化学成分和合理选择配渣原料提供了有参考价值的依据。但是，国内的保护渣研究水平和保护渣品种及质量，与国外相比还存在一定的差距，因此我们必须连铸保护渣研制和生产建立在科学的基础上，开发出国内连铸保护渣系列，以满足我国连铸技术发展的需要。

1.1.2连铸保护渣的组成

连铸保护渣是以CaO-SiO₂-Al₂O₃为基料，Na₂O、CaF₂等为熔剂，碳质组分作为骨架材料的一种硅酸盐材料。要很好地实现保护渣的良好作用，关键是配制成分合适的保护渣。现用的保护渣一般由三部分组成：基料、助熔剂和熔速调节剂。基料以CaO-SiO₂-Al₂O₃系的物质为基础，一般要求最终CaO为30~50 %，SiO₂为30~60 %，A1₂O₃ lt;20%，另外加入适量的Na₂O、CaF₂、K₂O等化合物作助熔剂，来调节熔点和粘度。这种渣料熔化后呈弱酸性或中性液渣，对钢水润湿性好，熔渣的粘度随温度变化平缓。根据各钢种及操作工艺加入4~7%碳素材料作为熔速调节剂，要求加入时铺展性好。保护渣的物性指标主要包括成分、熔点、熔速、粘度 等，这些指标主要取决于CaO，SiO₂，A1₂O₃的百分含量、组成助熔剂和熔速调节剂的成分及加入量^[4]。

1.1.3 连铸保护渣的作用

连铸保护渣是以 CaO-SiO₂-Al₂O₃为基料的硅酸盐材料，其不仅对改善连铸坯表面质量和内部质量有很大影响，而且还能提高连铸机的生产能力。结晶器保护渣在实际生产中主要从以下五个方面来发挥其功效：