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第３ ６卷 第４期河北联合大学学报 （ 自然科学版）Ｖ ｏ ｌ ． ３ ６ Ｎ ｏ ． ４ ２ ０ １ ４年１ ０月 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ） Ｏ ｃ ｔ ． ２ ０ １ ４ 收稿日期２ ０ １ ４－０ ２－０ ８ 文章编号２ ０ ９ ５－２ ７ １ ６（ ２ ０ １ ４）０ ４－０ ０ ２ ０－０ ５ 保护渣矿物组分对其熔点和粘度的影响规律 韩秀丽１， ２， 潘苗苗１， 张韩１， 刘磊１ （１． 河北联合大学 矿业工程学院， 河北 唐山，０ ６ ３ ０ ０ ９；２．河北省矿业开发与安全技术实验室， 河北 唐山０ ６ ３ ０ ０ ９） 关键词 保护渣； 矿物组成； 粘度； 熔点 摘 要 连续铸钢过程中结晶器保护渣的粘度和熔点会对铸坯质量产生较大的影响， 采用 Ｒ Ｄ Ｓ－０ ４全自动炉渣熔点熔速测定仪和 ＨＦ－２ ０ １型结晶器渣膜热流粘度测试仪， 分别测定 了保护渣的粘度和熔点。结果表明， 在一定矿物组成范围内， 保护渣的熔化温度随萤石含量、 纯碱含量的增加而降低； 随石英砂含量的增加而增加； 熔化温度随硅灰石含量先增加后降低。 而保护渣粘度随石英砂、 硅灰石含量的增加而增加， 随萤石、 纯碱含量的增加而降低。 中图分类号Ｔ Ｆ １ １ １． １ ７ 文献标志码 Ａ 近几年来， 国内外钢铁企业为节约能源、 降低成本， 普遍采用高拉速连铸技术。保护渣在保证连铸工艺 顺行和获得表面质量优良的铸坯方面的作用愈显突出， 同时高拉速连铸技术的实现给连铸工艺也带来了许 多新的难题， 其中保护渣润滑和传热功能的正常发挥直接影响着铸坯表面质量［ １］。保护渣功能的正常发挥 与其组成成分关系重大， 保护渣成分又分为化学成分和矿物成分。为提高铸坯表面质量， 必须全面深入研究 连铸保护渣的熔化性能、 粘性特征等， 以满足在高拉速连铸条件下的结晶器内的充分润滑与均匀传热［ ２］。鉴 于原材料对保护渣的性能和稳定性以及加工性能有着较大影响， 实验室内由化学纯试剂配制而成保护渣， 均 有一定的局限性， 其研究成果不能直接用于现场指导配渣生产。因此在实验室内配比不同矿物成分的保护 渣， 并研究矿物成分对保护渣熔点和粘度的影响对于连铸工业保护渣应用具有重要指导意义。 １ 实验 １． １ 渣料配制 本实验选用水泥熟料为主， 少量硅灰石为辅作为实验保护渣的基料成分， 并添加适量石英砂来调整基料 的碱度； 选 用 萤 石 （Ｃ ａ Ｆ ２） 和 纯 碱 （Ｎ ａ Ｃ Ｏ３） 作 为 实 验 渣 的 主 要 熔 剂， 并 配 加 固 定 量 的 熔 剂 无 水 硼 砂 （Ｎ ａ ２Ｂ４Ｏ７） ， 以合理调节保护渣的黏度和熔点， 避免熔化过程中出现分熔现象 ［３－４］。工业矿物原料的化学成 分见表１。 表１ 配渣原料的化学成分 原料／成分％ Ｃ ａ Ｏ Ｓ ｉ Ｏ２ Ａ ｌ２Ｏ３Ｍ ｇ Ｏ Ｆ ｅ２Ｏ３Ｋ２Ｏ Ｎ ａ２Ｏ Ｂ２Ｏ３Ｃ ａ Ｆ２Ｎ ａ２Ｃ Ｏ３ 水泥熟料 ６ ４． ０ ９ ２ １． ７ ２ ４． ８ ８ １． ９ ７ ３． ４ ７ １． ６ ５ ０． １ １ 硅灰石 ４ ５． ７ ２ ５ ０． ８ １ 石英砂 ＞９ ９ 萤石１ １． ２ ３ ８ ４． ９ ９ 纯碱 ＞９ ９ 硼砂 ２ ７． ６ ２ ６ ２． ３ ８ 为了系统研究保护渣的矿物组成及含量变化对其熔点、 粘度以及热流的影响规律， 参考保护渣实际生产 中各原料的应用范围， 以及已知的硅酸盐相平衡状态图， 建立实验渣系如表２所示。 表２ 实验研究渣系的配比方案 渣号 渣基成分（％） 水泥熟料硼砂石英砂 矿物成分（％） 硅灰石萤石纯碱 １ ３ ９ ８ １ ６ １ ５ １ ０ １ ２ ２ ３ ７ ８ １ ８ １ ５ １ ０ １ ２ ３ ３ ５ ８ ２ ０ １ ５ １ ０ １ ２ ４ ３ ３ ８ ２ ２ １ ５ １ ０ １ ２ ５ ３ １ ８ ２ ４ １ ５ １ ０ １ ２ ６ ３ ９ ８ ２ ０ １ １ １ ０ １ ２ ７ ３ ７ ８ ２ ０ １ ３ １ ０ １ ２ ８ ３ ５ ８ ２ ０ １ ５ １ ０ １ ２ ９ ３ ３ ８ ２ ０ １ ７ １ ０ １ ２ １ ０ ３ １ ８ ２ ０ １ ９ １ ０ １ ２ １ １ ３ ７ ８ ２ ０ １ ５ ８ １ ２ １ ２ ３ ５ ８ ２ ０ １ ５ １ ０ １ ２ １ ３ ３ ３ ８ ２ ０ １ ５ １ ２ １ ２ １ ４ ３ １ ８ ２ ０ １ ５ １ ４ １ ２ １ ５ ２ ９ ８ ２ ０ １ ５ １ ６ １ ２ １ ６ ３ ７ ８ ２ ０ １ 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为了保证保护渣在浇铸过程的良好性能， 必须重视其粘度特性的研究和优化， 而保护渣的成分 对粘度具有重要的影响意义。 １２ 第４期 韩秀丽， 等 保护渣矿物组分对其熔点和粘度的影响规律 实验采用 ＨＦ－２ ０ １型结晶器渣膜热流模拟和黏度测试仪测定保护渣的粘度， 炉膛温度恒定１ ３ ０ ０℃， 分 多次将预烧结好的渣料加入石墨坩埚送入炉内， 待全部熔化后用钼杆将熔渣搅拌均匀。用已知粘度的蓖麻 油来确定旋转粘度计的仪器常数Ｋ。测试保护渣粘度时， 将石墨测头下降至距离石墨坩埚底部２ ０ｍｍ 处后 旋转石墨测头， 同时数据采集系统开始记录实验数据。 （ａ） 保护渣熔点石英砂变化曲线 （ｂ） 保护渣熔点硅灰石变化曲线 （ｃ） 保护渣熔点萤石变化曲线 （ｄ） 保护渣熔点纯碱变化曲线 图１ 熔点与保护渣组分的关系 根据硅酸盐熔渣的结构理论， 连铸保护渣的粘性特征主要决定于硅氧四面体网络的连接程度， 当熔渣的 氧硅比增大时， 硅氧四面体网络的连接方式由骨架式、 层状、 链状向岛状过渡， 粘度相应减小。在实验条件 下， 保护渣粘度随石英砂、 硅灰石含量的增加而增加； 相反， 保护渣粘度随萤石、 纯碱含量的增加而降低。 通过对图２中（ａ） 曲线分析可知保护渣粘度随石英砂含量的增加而增加这是因为熔渣中Ｓ ｉ Ｏ２含量增 加， 保护渣碱度降低， 保护渣粘度随碱度的降低而增加； 由图２中（ ｂ） 曲线可知保护渣粘度随硅灰石含量增大 而增大， 在含量小于１ ５％时， 硅灰石对粘度的增大作用较小， 含量大于１ ５％时硅灰石对年度的增大趋势变 大； 由图２中（ｃ） 曲线可知保护渣粘度随萤石含量的增加而降低， 这是因为萤石的主要成分为Ｃ ａ Ｆ ２， 能引入 静电势较小而数量较多使硅氧阴离子团解体的Ｆ－离子， 另一方面，Ｃ ａ Ｆ ２又能与高熔点氧化物Ｃ ａ Ｏ、Ｍ ｇ Ｏ、 Ａ ｌ２Ｏ３形成低熔点共晶体。提高熔渣的过热度及均匀性， 也使熔渣的粘度大幅降低。而纯碱的主要成分为 Ｎ ａ２Ｃ Ｏ３， 高温下分解为 Ｎ ａ２Ｏ和Ｃ Ｏ２，Ｎ ａ２Ｏ对粘度的影响可以从两个方面进行考虑， 一方面 Ｏ ２－可以增大 连铸保护渣的氧硅比， 另一方面，Ｎ ａ ＋可以和硅氧四面体的一角成键， 阻止硅氧四面体形成网络链或使网络 链断开。 ２２ 河北联合大学学报（ 自然科学版） 第３ ６卷 （ａ） 保护渣熔点石英砂变化曲线 （ｂ） 保护渣熔点硅灰石变化曲线 （ｃ） 保护渣熔点萤石变化曲线 （ｄ） 保护渣熔点纯碱变化曲线 图２ 粘度与保护渣组分的关系 ３ 结 论 （ １） 在本实验条件下， 在一定的范围内， 保护渣的熔化温度随萤石含量、 纯碱含量的增加而降低； 相反， 熔 化温度随石英砂含量的增加而增加； 在硅灰石含量小于１ ５％时， 熔化温度随硅灰石含量增加而增加， 硅灰石 含量大于１ ５％时， 熔化温度随硅灰石含量增加而降低。 （ ２） 在相同条件下条件下， 一定范围内保护渣粘度随石英砂、 硅灰石含量的增加而增加； 相反， 保护渣粘 度随萤石、 纯碱含量的增加而降低。 参考文献 ［１］ 李殿明，邵明天，杨宪礼， 等．连铸结晶器保护渣应用技术［Ｍ］．北京 冶金工业出版社，２ ０ ０ ８． ［２］ 杜恒科．宽板坯连铸结晶器保护渣理化性能研究及应用［Ｄ］．重庆 重庆大学，２ ０ ０ ６． ［３］ ＷＡＮＧ Ｈ ｏ ｎ ｇ Ｍ ｉ ｎ ｇ，Ｌ Ｉ Ｇ ｕ ｉ Ｒ ｏ ｎ ｇ，Ｌ Ｉ Ｂ ｏ，ｅ ｔ ａ ｌ ． Ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ Ｂ ２ Ｏ ３ｏ ｎ Ｍ ｅ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ Ｃ ａ Ｏ－ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｌ ａ ｄ ｌ ｅ ｒ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｓ ｌ ａ ｇ［Ｊ］． Ｉ Ｓ Ｕ Ｉ ｎ－ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ，２ ０ １ ０，１ ７（１ ９） １ ８－２ ２． ［４］ Ｌ Ｉ Ｇ ｕ ｉ Ｒ ｏ ｎ ｇ，ＷＡＮＧ Ｈ ｏ ｎ ｇ Ｍ ｉ ｎ ｇ，Ｄ Ａ Ｉ Ｑ ｉ Ｘ ｕ ｎ，ｅ ｔ ａ ｌ ． Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｏ ｆ ｆ ｌ ｕ ｏ ｒ ｉ ｄ ｅ－ｆ ｒ ｅ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｒ ｍ ｌ ｅ ｓ ｓ Ｂ ２ Ｏ ３－ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｍ ｏ ｕ ｌ ｄ ｆ ｌ ｕ ｘ． ［Ｊ］． Ｉ Ｓ Ｕ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ，２ ０ ０ ７，１ ４（１） ２ ５－２ ８． ［５］ 朱立光， 万爱珍， 王硕明， 等． 高速连铸保护渣熔化特性的实验研究［Ｊ］． 河北理工学院学报，２ ０ ０ ０，２ ２（１） １ ３－１ ８． ［６］ 潘志胜， 王谦， 何生平， 等．连铸保护渣组分对粘度的影响［Ｊ］．特钢技术，２ ０ １ ０，１ ６（２） １ ８－２ ２． ３２ 第４期 韩秀丽， 等 保护渣矿物组分对其熔点和粘度的影响规律 Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｍ ｅ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ Ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ ａ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｍ ｏ ｌ ｄ Ｐ ｏ ｗ ｄ ｅ ｒ ａ ｔ Ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ＨＡＮ Ｘ ｉ ｕ－ｌ ｉ １，２， Ｐ ＡＮ Ｍ ｉ ａ ｏ－ｍ ｉ ａ ｏ １， Ｚ ＨＡＮＧ Ｈ ａ ｎ １， Ｌ Ｉ Ｕ Ｌ ｅ ｉ １ （１． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，Ｔ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ｎ Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ ０ ６ ３ ０ ０ ９，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ； ２．Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ Ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｆ Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ，Ｔ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ｎ Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ ０ ６ ３ ０ ０ ９，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓＭ ｏ ｕ ｌ ｄ ｐ ｏ ｗ ｄ ｅ ｒ；ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｓ ｉ ｔ ｙ；ｍ ｅ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔＴ ｈ ｅ ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｓ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｍ ｅ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｏ ｆ ｍ ｏ ｌ ｄ ｆ ｌ ｕ ｘ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ａ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｉ ｍ ｐ ａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｓ ｌ ａ ｂ ｆ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ－ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｃ ａ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ． Ｓ ｏ 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