连铸保护渣中碳成分对熔化速度的影响机制

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1、总第127期山西冶金Total1272010年第5期SHANXIMETALLURGYNo.5，2010文章编号：1672-1152（2010）05-0010-03连铸保护渣中碳成分对熔化速度的影响机制杨春梅1颜慧成2王新月2（1.太原师范学院，山西太原030001；2.钢铁研究总院国家连铸技术工程研究中心，北京100081）摘要：在传统的保护渣熔融结构的基础上，提出了保护渣熔化速度的主要控制因素———积碳层的氧化机制，着重分析了其中自由碳与结合碳的烧损机理，然后对熔渣池的形成以及圆、板坯保护渣熔化速度的差异进行了探讨。关键词：连铸保护渣熔化速度积碳层中图分类号：TG249.7文献

2、标识码：A收稿日期：2010-07-29连铸保护渣是硅酸盐基料、熔剂、碳质材料的均匀混合物，加入连铸结晶器中具有钢水保温、防氧化、吸粉渣层收夹杂物、传热与润滑五大冶金功能，成为连铸工艺三烧结层半烧结层大关键技术之一。保护渣中碳质材料（包括自由碳、结渣圈积炭层合碳）是保护渣的主要组成部分，因而冶金工作者对液渣层玻璃层碳的影响机理进行过很多研究，如渣的熔融模型［1］，自液钢由碳、结合碳的燃烧机制及其配碳与熔化速度的关系析晶层［2，3］等等。然而由于生产中采集数据困难，实验室准确凝壳模拟实际过程又不易实现，因此其作用机制还不是很清楚。保护渣的配碳一直处于摸索阶段，缺乏指导性。图1保护渣

3、的熔融模型1熔融模型和熔化速度1.1保护渣的熔融模型从保护渣的熔融模型知道，保护渣基料熔化后一般认为，连铸结晶器中保护渣熔融结构分4聚集要穿过碳质层才能进入液渣层，熔融结构中发层（如图1），从上到下依次为粉渣层、烧结层、积碳现了位于液渣层上沿的积碳层［4］。以往的熔融模型层和液渣层。保护渣在粉渣层除了温度升高外，无状都只指出了熔化过程中基料的行为。事实上，保护渣态上的明显变化。当温度升高至一定值后，基料开始熔化速度的关键制约环节是积碳层，积碳层的形成软化并黏结起来，此时形成烧结层；之后基料开始熔是保护渣基料熔化与碳质氧化共同作用的结果；如化并形成细小液珠，细小液珠穿过碳骨架慢慢聚

4、集，果碳氧化太快，即不存在积碳层，那么，熔化速度由成为大液滴，此时形成半烧结层；液滴最后透过碳骨渣基料的熔点决定。一般来说，渣中加碳的目的是为架层，形成液渣层。了控制熔化速度，因此熔融结构中会产生积碳层，并1.2熔化速度且相对基料熔点而言，积碳层是熔速的主要影响环熔化速度是指保护渣熔化成为液渣的速度，通节。通常认为熔化速度受渣熔化温度与配碳控制，而常用保护渣形成液渣层的速度来衡量，单位为mm/s，M.Kawamoto［3］实验证实熔速与渣熔点无关，实际是实验室用几种装置来模拟结晶器测量熔速，其结果更突出了配碳的作用。都很近似。熔化速度是保护渣的一个重要特性，生产1.3积碳层对熔化

5、速度的影响机理中应维持适量值，因为熔化过快，粉渣层不易保持，积碳层对熔化速度的控制主要通过自由碳的氧绝热效果差；而熔化过慢时，渣形成不良，容易卷渣，化燃烧和结合碳的分解来实现。关于保护渣自由碳同时由于液渣层太薄，吸杂能力差，表面质量恶化。的氧化燃烧机理有些报导，其中较深入的是KlausSchwerdtfeger［2］在坩锅中静态燃烧保护渣的研究。结第一作者简介：杨春梅（1964-），女，于太原师范学院化学系从事化工教学工作，讲师。Tel:13934228221，E-mail:果表明，当温度低于400℃时，碳燃烧是化学反应控ycm92@163.com制；当温度高于800℃时，反应受

6、扩散控制。虽然坩2010年第5期杨春梅，等：连铸保护渣中碳成分对熔化速度的影响机制·11·锅内静态燃烧保护渣实验不能准确模拟连铸结晶器表1高温下碳氧化平衡气氛%中碳的氧化行为，但高温下由于主要生成物CO不温度/℃φ（O2）φ（CO）φ（CO2）能及时排放，反应动力学条件即扩散控制是氧化的8000.0120.40.59主要控制环节，下面的理论计算可以证实。10000.3720.60.031.3.1自由碳的氧化过程11000.19120.80.009自由碳的氧化可用两个独立反应表示：C（s）+O2（g）=CO2（g）（1）表2部分碳酸盐分解温度K平衡时xy碳酸盐式（3）式（4）yNa

7、2CO315962421平衡常数k1=xLi2CO312451772反应标准自由焓ΔG0=-RTlgk11MgCO37795760=-94200-0.20Tcal（25~2000℃）ΔG1BaCO3126215800得lgk1=ΔG1CaCO10641162-RT3CO2（g）+C（s）=2CO（g）（2）按照上述理论分析，保护渣中碳对熔化速度的平衡时yz作用机制可认为是：积碳层中碳主要氧化为CO，其2z平衡常数k2=y氧化速度显著影响保护渣熔速，而CO的扩散速度反应标准自由焓Δ