CN100380110C

CN100380110C - 保护渣熔化速度的检测方法

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Publication number: CN100380110C
Application number: CNB2004100180640A
Authority: CN
Inventors: 张晨; 蔡得祥
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2004-04-29
Filing date: 2004-04-29
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2024-04-29
Also published as: CN1690688A

Abstract

本发明涉及对钢水铸造过程中使用的保护渣熔化速度进行测定的一种方法。保护渣熔化速度的检测方法是通过检测保护渣在一定温度下的失重曲线，并以渣中自由碳含量完全烧损的时刻为衡量其熔化速度的指标。以渣中自由碳含量为1%时为保护渣的开始熔化时刻，来推算不同时刻保护渣的熔化度。本发明适于在温度高于保护渣完全熔化温度的条件下进行检测，通常情况下可定在1300℃。由于保护渣中自由碳含量均大于1%，因此可用来对所有保护渣进行测定。本发明的检测方法简单易行，重现性好，精度高。

Description

保护渣熔化速度的检测方法

(一)技术领域

本发明涉及对钢水铸造过程中使用的保护渣熔化速度进行测定的一种方法。

(二)背景技术

保护渣是钢水铸造过程中必不可少的一种辅助材料，其性能的好坏直接影响到铸坯的表面质量，乃至生产过程的顺行。熔化速度作为保护渣的一个重要性能指标，是控制熔渣层厚度、渣膜均匀性和熔渣消耗量的主要手段。合适的熔化速度，可使保护渣在钢液面上保持一定厚度的熔渣层和粉渣层，从而发挥保护渣的绝热保温、防止氧化、形成均匀渣膜和良好润滑的作用。目前对保护渣熔化速度测定的常见方法有塞格锥或渣柱法、坩埚测试法和熔滴法三种。第一种方法是将保护渣加工成一定形状，在高温下通过形状的变化来判断其熔化过程。由于压力成型破坏了保护渣的原有形貌，并不能真实准确地反映保护渣的真实熔化特性，且形状判断的主观因素较大，重现性较差；第二种方法是将保护渣在坩埚中加入一定厚度的量，在高温下保持一定时间后，取出并解剖，通过测量粉渣层、烧结层、熔融层厚度来判断熔化速度。由于坩埚的密封性，保护渣中的碳不能很好地烧掉，因此很难形成理想的分层状态，减少加入量又无法区别各层厚度。该方法也受主观因素的影响较大；第三种方法是将保护渣加在石墨制的漏斗容器中，通过称量流出的液渣滴来表征保护渣的熔化速度。相比之下，该方法能较好地模拟保护渣的受热、熔化和消耗行为，但最大问题是供氧严重不足，使得保护渣长时间不能熔化，且熔滴流出的连续性极差。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种保护渣熔化速度的检测方法，该检测方法解决了目前保护渣尚无定量且简单可靠的检测方法。该检测方法利用保护渣的熔化机理，通过检测保护渣中自由碳的烧损情况来反映保护渣的熔化速度。该检测方法简单易行，重现性好，精度高。

本发明的保护渣熔化速度的检测方法是按下列步骤实现的：

(1)将高温炉升至保护渣完全熔化温度以上的温度，并恒温；

(2)将盛有一定量保护渣的坩埚放在伸入炉膛内的天平支架上；

(3)由计算机对天平数据进行采样；

(4)整理数据，并绘制保护渣失重的重量-时间关系图；

(5)失重曲线第二个拐点对应的时刻t₂为衡量保护渣熔化速度的指标。

上述的保护渣熔化速度的检测方法，所述将高温炉升至1300℃作为测试温度。

上述的保护渣熔化速度的检测方法，所述从保护渣失重的重量-时间关系图上确定任一时刻t对应的保护渣的熔化度D，即液相占总渣量的比率，计算式为：

D = \{\begin{matrix} 0 & t < t_{i} \\ \frac{W - W_{i}}{W_{2} - W_{i}} & t_{i} \leq t {\leq t}_{2} \\ 1 & t > t_{2} \end{matrix}

式中：t_i为保护渣开始熔化时刻，即保护渣中碳含量为1％的时刻，W_i为t_i时刻对应重量，t₂为碳素材料烧尽时刻，W₂为t₂时刻对应重量，W为t时刻对应重量。

本发明的工作原理是研究了碳素材料在保护渣内的作用，提出了在高于保护渣熔化温度的条件下，采用失重法测得的保护渣失重曲线即可反映其熔化速度。因为碳素材料(碳黑、石墨等)作为保护渣的一个重要组成部分，其功能是在渣中充当骨架作用，阻止液渣滴的聚集，从而起到控制保护渣熔化的作用。因为碳素材料熔点极高、且与熔渣有着良好的不浸润性，只有当碳素材料逐步氧化后，液渣滴才能相互聚集，进而形成液渣层。因此，渣中碳的烧损速率直接反映了保护渣的熔化进程。

从图1所示的保护渣失重示意图中分析，图中标号①、②、③分别代表失重的三个阶段，W₀为初始重量，t₁为第一阶段结束的时刻，对应重量为W₁；t₂为第二阶段结束的时刻，对应重量为W₂；t_i为渣中碳含量为1％的时刻，对应重量为W_i；W_f为第二阶段失重延长线与纵坐标的交点；W_s为第三阶段失重延长线与纵坐标的交点。第一阶段主要为渣中水分、粘结剂及碳酸盐的分解烧损过程；第二阶段主要为渣中碳素材料的氧化烧损过程；第三阶段为保护渣基料的挥发反应过程。同时碳素材料在第一阶段、保护渣在第一、第二阶段也伴有相应的失重过程，因此由第二、第三阶段延长线与纵坐标的交点可得各个阶段的失重量。如图1中，W₀-W_f为渣中水分、粘结剂及碳酸盐等的烧损重量，W_f-W_s为碳素材料的烧损重量，t₂为碳素材料烧尽时刻，此时保护渣完全熔化，因此可以用t₂来衡量保护渣的熔化速度。

保护渣在t₂时刻完全熔化，其开始熔化时刻为渣中自由碳含量在1％时对应的时刻，因为当渣中碳含量少于1％时，碳已无法阻止液渣滴的聚集。在t_i时刻对应W_i，考虑到W_i中含有保护渣基料的挥发量，实际应取W_n点，使W_nG_i平行于W_sG₂。若满足(W_n-W_s)/W₀＝1％，可以认为t_i即为保护渣开始熔化的时刻。当时间少于t_i时，保护渣保持粉态或烧结态，当时间超过t_i时，保护渣开始熔化。在t_i～t₂内的某一时刻t对应的保护渣的熔化度D的计算式可表示为：

D = \frac{W_{n} - W}{W_{n} - W_{s}} - - - (1)

式中W为t时刻对应的重量值。

保护渣熔化度D的物理意义即液相占总渣量的比率。

按几何相似原理，可得以下等式：

\frac{W_{f} - W_{n}}{W_{f} - W_{s}} = \frac{W_{f} - W_{i}}{W_{f} - W_{2}}

(2)

将(1)、(2)结合消去W_n，可得

D = \frac{(W_{f} - W_{2}) (W - W_{f}) + (W_{f} - W_{i}) (W_{f} - W_{s})}{(W_{i} - W_{2}) (W_{s} - W_{f})} - - - (3)

如果保护渣基料的挥发量很少，可近似认为W_s＝W₂，(3)式可进一步简化为

D = \frac{W - W_{i}}{W_{2} - W_{i}} - - - (4)

由此可以确定任一时刻t对应的保护渣的熔化度D的计算式为：

D = \{\begin{matrix} 0 & t < t_{i} \\ \frac{W - W_{i}}{W_{2} - W_{i}} & t_{i} \leq t \leq t_{2} \\ 1 & t > t_{2} \end{matrix} - - - (5)

本发明的保护渣熔化速度的检测方法是通过检测保护渣的失重曲线来确定熔化速度的，其特点是：

(1)以碳烧损终了时刻t₂来反映保护渣的熔化速度。t₂越大，保护渣的熔化速度越慢。

(2)保护渣中碳含量烧损至1％时为其开始熔化时刻。

(3)如果保护渣基料的挥发量可以忽略不计时，其熔化度可用式(5)进行计算。否则在t_i～t₂范围内需用式(3)进行计算。

(4)本发明适用于自由碳含量大于1％的保护渣。

(5)本发明适用温度范围需高于保护渣的完全熔化温度，完全熔化温度通常低于1100℃。

(6)为方便不同保护渣之间的比较，测试温度可固定为1300℃，此温度通常认为是结晶器弯月面附近的温度。

一般情况下，采取1300℃测试温度条件，以到达t₂点的时刻即可衡量不同保护渣之间的熔化速度。

保护渣熔化速度的检测方法是利用保护渣的熔化机理，通过检测保护渣中自由碳的烧损情况来反映保护渣的熔化速度。在适用的测试温度范围内，通过肉眼观测到的保护渣熔化情况与本方法的分析检测结果完全吻合，经对数十例成品保护渣进行对比测试，误差始终在控制范围内。该检测方法简单易行，重现性好，精度高。

(四)附图说明

下面结合附图对本发明进行详细说明。

图1为保护渣失重示意图；

图2为实施例1的保护渣失重示意图；

图3为实施例2的保护渣失重示意图。

图中：①、②、③分别代表失重的三个阶段，

W₀为初始重量，

t₁为第一阶段结束的时刻，对应重量为W₁；

t₂为第二阶段结束的时刻，对应重量为W₂；

t_i为渣中碳含量为1％的时刻，对应重量为W_i；

W_f为第二阶段失重延长线与纵坐标的交点；

W_s为第三阶段失重延长线与纵坐标的交点。

(五)具体实施方式

实施例1：

参见图2，它是5.000g自由碳含量为3.2％的一种保护渣在1300℃下的失重曲线。由图2可知，曲线第二阶段与第三阶段交点G₂即为保护渣完全熔化时刻，t₂＝256s。其它各点W₂＝4.584g，W_f＝4.761g，W_s＝4.595g，由此计算得自由碳含量为

\frac{4.761 - 4.595}{5.000} \times 100 % = 3.32 %

与化学分析值3.2％误差为3.75％。W₂与W_s之间的误差相对碳含量为6.9％。进一步推算渣中自由碳含量为1％时的G_i点对应W_i＝4.645g，t_i＝151s。由图可见，超过G_i点以后，曲线曲率逐渐有所变化，这也证明了保护渣在自由碳含量低于1％时，液渣滴已开始逐渐聚集并产生液相。当时间小于151s时，由于自由碳的骨架作用，保护渣呈固态或烧结态，当时间超过256s后，保护渣完全熔化，在151～256s之间，可用(3)式或(4)式来计算其熔化度。如在200s时保护渣的重量为4.620g，代入(3)式得

D = \frac{(4.761 - 4.584) (4.620 - 4.761) + (4.761 - 4.645) (4.761 - 4.595)}{(4.645 - 4.584) (4.595 - 4.761)} = 56.3 %

用(4)式简化计算得

D = \frac{4.620 - 4.645}{4.584 - 4.645} = 41.0 %

实施例2：

图3是5.000g自由碳含量为12.9％的一种保护渣在1300℃下的失重曲线。由图得该保护渣的完全熔化时间t₂＝1031s。熔化速度远远低于实施例1中的保护渣。其它相应各点的值为：W_f＝4.716g，W_s＝4.124g，W₂＝4.088g。由此计算得的渣中自由碳含量为11.84％，与分析值偏差-8.2％。从失重曲线的第二阶段可知，前期失重斜率略高于延长线的斜率，因此按延长线得的W_f值必然比真实值偏低。但这并不影响t₂点的准确度，也不会对W_i点的推算带来误差。

W_i＝W_s+W₀×1％＝4.124+5.000×1％＝4.174

由于t₂点距原点较远，因此W₂点必然偏离W_s点，此时不宜采用简化算法。

Claims

1.一种保护渣熔化速度的检测方法，其特征是按下列操作步骤进行：

(1)将高温炉升至保护渣完全熔化温度以上温度，并恒温；

(3)由计算机对天平数据进行采样；

(4)整理数据，并绘制保护渣失重的重量-时间关系图；

(5)失重曲线第二个拐点对应的时刻t₂为衡量保护渣熔化速度的指标；

从保护渣失重的重量-时间关系图上确定任一时刻t对应的保护渣的熔化度D，即液相占总渣量的比率，计算式为：

D = \{\begin{matrix} 0 & t < t_{i} \\ \frac{W - W_{i}}{W_{2} - W_{i}} & t_{i} \leq t \leq t_{2} \\ 1 & t > t_{2} \end{matrix}

2.根据权利要求1所述的保护渣熔化速度的检测方法，其特征是将高温炉升至1300℃作为测试温度。