CN101406935A - 一种连铸保护渣烧结温度测试方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连铸保护渣烧结温度测试方法和装置，包括取适量待测连铸保护渣装入直通的试样管中，由压环从两端将所述连铸保护渣固定于试样管的中部，并形成试样料柱；所述试样管的两端分别连接密封套及管路，一端通过三通管连接U型管压力计的一端并与大气相通的管路相连，试样管的另一端通过三通管与装有惰性气体的气瓶接口和U型管压力计的另一端相连；再将惰性气体通过所述试样管的试样料柱，同时对试样料柱逐渐加热，并记录U型管压力计两端的压差；由于试样料柱致密度变化使压差明显突变时的温度，即为连铸保护渣表观开始烧结温度。能快速、准确的测试出保护渣的表观开始烧结温度，并且测试装置所采用的设备投入少，成本较低。

Description

一种连铸保护渣烧结温度测试方法和装置

技术领域

本发明涉及钢水连续铸钢用结晶器保护渣性能测试方法及装置，尤其是连铸用结晶器保护渣的烧结温度测试方法及装置，属于炼钢及连铸技术领域。

背景技术

连续铸钢是目前钢水凝固成型的主要方法和途径。保护渣作为连铸过程中的一种关键辅料，具有的绝热保温、防止钢液二次氧化、吸收夹杂、润滑铸坯和控制传热等几大功能。这几大功能发挥的好坏直接影响铸坯的质量。

保护渣加入结晶器到熔化的过程中，不可避免的要经过烧结，容易发生烧结的保护渣会在结晶器内形成的较厚的烧结层和发达的渣圈或渣条，这会给连铸生产带来以下几个方面的问题。首先，保护渣的烧结性能与结晶器渣圈的形成有密切关系，发达的渣圈会阻塞液渣的流入通道，导致润滑不良，使铸坯与结晶器壁粘结，增大拉坯阻力，进而引起铸坯表面裂纹，甚至诱发漏钢，同时还可能增加铸坯振痕深度；其次形成的渣条和渣块会浮在液渣上面，当铸机拉速增大时，这些渣条和渣块可能会被卷入钢液引起夹渣等质量缺陷；再次烧结温度低而烧结温度区间比较长的保护渣会在熔化过程中形成厚的烧结层，使得液渣层比较薄，当拉速突然发生变化时保护渣的熔化量与消耗量不能匹配，使得短时间内出现润滑不良的现象，进而诱发铸坯表面质量问题。因此，提高保护渣自身的烧结温度和缩短烧结区间长度是保证有足够的液渣的有效手段。但是目前的问题是：由于保护渣烧结过程比较复杂，要准确的检测保护渣开始烧结温度并不容易。

所以，建立一种能准确的检测到表征保护渣烧结温度的方法，并用此方法对影响保护渣烧结性能的因素进行分析，为有效的控制结晶器中保护渣烧结的发展提供理论基础，保证连铸工艺顺行、提高钢种质量有着重大意义。

目前，连铸保护渣烧结温度的测试方法见诸报道的不多，有研究指出可以利用保护渣烧结过程中体积密度和比表面积的变化来检测保护渣的烧结特性，但是要检测体积密度需要采用液体静力称量法测试，而检测比较面积的变化则需要气相色谱仪器；这些方法和手段对设备的要求都比较高，而且操作过程比较复杂。在这种情况下，建立一种操作相对简单而又能准确反应保护渣烧结性能的测试方法就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是建立一种能够较方便地检测连铸保护渣烧结温度(表观开始烧结温度)的方法和装置，为研究保护渣的烧结性提供一种行之有效的评价手段。

本发明的目的通过以下方式来实现：一种连铸保护渣烧结温度测试方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)取适量待测连铸保护渣装入直通的试样管中，由压环从两端将所述连铸保护渣固定于试样管的中部，并形成试样料柱；压环的外圈与试样管内壁紧密接触，保证试样料柱与试样管中部的加热段重合；

2)所述试样管的两端分别连接密封套及管路，一端通过三通管连接U型管压力计的一端并与大气相通的管路相连，试样管的另一端通过三通管与装有惰性气体的气瓶接口和U型管压力计的另一端相连；

3)再将惰性气体通过所述试样管的试样料柱，同时对试样料柱逐渐加热，并记录U型管压力计两端的压差；当试样料柱两端的压差小于初始压差时停止升温；由于试样料柱致密度变化使压差明显突变时的温度，即为连铸保护渣表观开始烧结温度。

所述压环为120-140目的网状钼丝环。

所述惰性气体为氮气或氩气，其流量控制在0.2-0.5升/分钟。

所述步骤3)对试样料柱逐渐加热的方法为：所述试样料柱水平置于电阻炉内，对试样料柱部位进行加热，电阻炉加热的升温速度为5-8℃/分钟；试样管的外壁处紧贴有热电偶探头，热电偶探头与电阻炉外的温度采集器相连。步骤3)记录U型管压力计两端的压差时，每隔50℃记录一次U型压力计的压差，当压差变化明显时，适当缩小检测的温度间隔。步骤3)记录U型管压力计两端的压差后，根据实测数据，做出U型管压差随温度变化的曲线，即可记录压差明显突变时的温度，即为连铸保护渣表观开始烧结温度。

与已有的测试连铸保护渣烧结性能的方法和装置相比，本发明具有以下优点：

(I)本发明利用保护渣在烧结过程致密度的变化，能较准确的反映出保护渣烧结过程的特征。本发明基于保护渣在烧结过程中体积先受热膨胀，而后随着温度继续升高又发生致密化变化的特征，提出通过测试惰性气体通过装有保护渣试样的管道时的压力变化，来间接反应保护渣的烧结情况的方法，即气体压差法。

(II)本发明所述的连铸钢用结晶器保护渣性能测试方法及装置，能快速、准确的测试出保护渣的表观开始烧结温度，并且测试装置所采用的设备投入少，成本较低。

(III)保护渣的表观开始烧结温度是保护渣烧结特性的一个重要指标，经实验研究发现，在保护渣的烧结进程中具有重要的意义，本发明模拟保护渣烧结的环境，能够快速准确测试出保护渣的表观开始烧结温度。

(IV)本发明所用测试设备对设备要求低，采用的设备简单，成本低，操作方便快速，分析简单，便于在工业生产中应用和推广。

附图说明

图1是本发明连铸保护渣烧结温度测试方法装置的示意图；

图2是保护渣典型压差曲线图；

图3是不同含碳量保护渣的压差-温度曲线。

图1中，1-气瓶；2-阀门；3-压力表；4-U型压力计；5-接大气；6-第一密封橡皮套；7-直通试样管；8-试样管中心线；9-试样料柱；10-热电偶；12-第二密封橡皮套；13-温度采集器；14-导线；15-电阻箱；16-接电源线；17-电阻炉；18-气体流量计。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明涉及一种连铸保护渣烧结温度测试方法，是基于保护渣烧结过程的特点，采用测试惰性气体通过装有保护渣试样的管道时的压力变化，来间接测试保护渣的烧结情况，由此建立了连铸保护渣烧结温度的测试方法一气体压差法。本发明创造性地提出了表征保护渣烧结性能的重要物理参数——表观开始烧结温度。具体的测试方法包括以下步骤：

1)取适量待测连铸保护渣装入直通的试样管中，由压环从两端将所述连铸保护渣固定于试样管的中部，并形成4-6厘米的试样料柱；压环的外圈与试样管内壁紧密接触，保证试样料柱与试样管中部的加热段重合；压环为120-140目的网状钼丝环。

2)所述试样管的两端分别连接密封套及管路，一端通过三通管连接U型管压力计的一端并与大气相通的管路相连，试样管的另一端通过三通管与装有惰性气体的气瓶接口和U型管压力计的另一端相连；然后进行气密性检测；

3)再将氮气或氩气以一定流量(0.2-0.5升/分钟)通过所述试样管的试样料柱，记录U型压力计显示的压差和试样料柱的初始温度；同时对试样料柱逐渐加热，对试样料柱部位进行加热，升温速度为5-8℃/分钟，每隔一段时间记录一次压力计的压差，观测压力计的压差变化情况，当试样料柱两端的压差小于初始压差时停止升温。由于试样料柱致密度变化使压差明显突变时的温度，即为连铸保护渣表观开始烧结温度。

所述步骤3)对试样料柱逐渐加热的方法为：试样料柱水平置于电阻炉内，采用镍铬丝加热元件对试样料柱部位进行加热，电阻炉加热的升温速度为5-8℃/分钟；试样管的外壁处紧贴有热电偶探头，热电偶探头与电阻炉外的温度采集器相连。

所述步骤3)记录U型管压力计两端的压差时，每隔50℃记录一次U型压力计的压差，当压差变化明显时，适当缩小检测的温度间隔。

所述步骤3)记录U型管压力计两端的压差后，根据实测数据，做出U型管压差随温度变化的曲线，即可记录压差明显突变时的温度，即为连铸保护渣表观开始烧结温度。

如图1所示，一种连铸保护渣烧结温度测试装置，主要由直通试样管7、电阻炉17和U型压力计4组成；电阻炉17上设置用于水平安放直通试样管7的通孔；直通试样管7的一端设有第一密封橡皮套6，第一密封橡皮套6通过三通管管路与U形压力计的一端和大气5相通；直通试样管7的另一端设有第二密封橡皮套12，第二密封橡皮套12通过管路与U型压力计4的另一端和惰性气体瓶输出端相连；直通试样管7内设有用于对连铸保护渣进行定位的压环；通过U型压力计4两端水柱高度随温度的变化来反映压差。

所述电阻炉17内直通试样管7的外壁处紧贴有热电偶10的探头，热电偶10与电阻炉17外的温度采集器13相连。所述惰性气体由气瓶1通过阀门2输出，阀门2的输出端还依次设有压力表3和气体流量计18来测量输出惰性气体的压力和流速。所述电阻炉17通过导线14与电阻箱15相连，电源16与电阻箱15相连。采用镍铬丝加热元件对试样料柱部位进行加热。

为保证测试结果的准确可靠，对装置中部分仪器仪表提出如下要求：

U型压力计：采用现有成熟产品，测试范围不小于5000Pa，密封性良好；

试样管：耐火度应不低于1400℃，不与保护渣发生反应，管内径25～30mm，管壁厚度3～5mm；

电阻炉：最高使用温度应可达1400℃，电阻连续可调；

通气管路：管路畅通，气密性良好。

本发明连铸保护渣烧结温度测试装置的运行原理是：

当测试准备工作完成后，打开气瓶1的阀门2，始终保持气体流量计18为0.2-0.5升/分钟的值恒定，记录热电偶10的初始温度值；然后接通电源利用电阻箱15对电阻炉17供电，电阻炉17对直通试样管7内的试样料柱9加热，加热升温速度为5-8℃/分钟，时时观察U型压力计4两端液体高度的变化，每隔50℃记录一次U型压力计4的压差，当压差变化明显时应适当缩小检测的温度间隔。压差变化形式为：U型压力计4两端最初始的压差为0；打开阀门2时，由于试样料柱9对气体流动的阻力，U型压力计4两端存在一定压差；当打开电阻炉开始加热升温时，试样料柱9内的保护渣试样开始随着温度升高而逐渐膨胀，此时试样料柱9内的空隙度也逐渐变小，因而从第二密封橡皮套12端通过试样料柱和第一密封橡皮套6的气体所受阻力增大，从而U型压力计4两端的压差逐渐升高。具体的表现是：连接第一密封橡皮套6的U型压力计4的一端的压力减少，液体平面上升，与惰性气体瓶连接的U型压力计4的另一端压力增加，液体平面下降；在U型压力计4的压差随温度升高而变化的过程中，当压差上升到某一高度，由于保护渣试样本身的致密度变化使料柱体积减小，而其外圈与试样管内壁的缝隙增大，至使U型压力计的压差骤然变小时，此时试样料柱9的保护渣试样也经过从膨胀到最大到烧结的转变，记录下此时的温度值，该温度值就称为保护渣的表观烧结温度。

本发明的测试原理为：

参见图1，在试样管7的两端分别取截面A-A和截面B-B，则由伯努利方程：

$g{Z}_1+\frac{p_1}{\mathrm{\ρ}}+\frac{u_1^2}{2}=g{Z}_2+\frac{p_2}{\mathrm{\ρ}}+\frac{u_2^2}{2}+h---\left(1\right)$

式中，Z₁、Z₂，u₁、u₂、P₁、P₂分别表示截面A和截面B的高度、气体流速和压力，h则为两截面间的能量损失，g为重力加速度，ρ为气体的密度。

在试验中，如果保持试样管7水平放置且实验用气体的流速保持恒定，即

Z₁＝Z₂，u₁＝u₂，则U型管两端的差值为：

ΔP＝P₁-P₂＝ρh    (2)

由式2可知，U型管两端的压差值主要是由两截面间的阻力损失造成的。又因为在保持保护气体流速一定的情况下，管壁造成的阻力损失是恒定的，则能量损失h的变化主要受图1中的烧结试样料柱9透气性的影响。

保护渣测试过程的压差随时间变化的关系典型曲线如图2所示。定义曲线上压差的最大的点所对应的温度为相应试样的表观开始烧结温度。实验研究证明保护渣的表观开始烧结温度是保护渣烧结过程中一个重要的物性参数(记为T_as)，可以用此参数来表征保护渣的烧结性能。

用本发明的方法对成分如表1所示的3个保护渣试样进行检测，绘出其压差-温度曲线，如图3所示，并将测得的表观开始烧结温度Tas分别列入表1中。

表1连铸保护渣的化学成分(％)及表观烧结温度

序号	CaO	SiO2	Al2O3	F-	Fe2O3	MnO	Na2O	C	Tas，℃
										C-1	41.18	36.48	1.5	4.5	0.54	5.62	8.80	5	1000
C-2	41.18	36.48	1.5	4.5	0.54	5.62	8.80	3.5	850
										C-3	41.18	36.48	1.5	4.5	0.54	5.62	8.80	2.5	780

在生产现场，直接观察保护渣在使用过程中结团情况及渣圈的厚薄是判断保护渣烧结性能优劣的重要方式。将上述的3种渣样分别在如表2所示的钢种浇铸中使用。实验条件为：板坯连铸，铸坯断面：200×1250mm，240×1400mm，拉速：0.7-1.30m/min，浇注温度：1525-1545℃。

表2对应钢的化学成分

生产实验结果为，表1所示的C-1号渣样在浇铸过程无结团现象，渣圈很薄，铸坯表面质量良好；而C-2号渣有少量烧结团块，渣圈较发达；C-3号渣样在使用过程中烧结情况非常明显，渣圈发达，且铸坯表面有明显的夹渣和振痕过深的现象。由生产实验结果说明：当保护渣的表观开始烧结温度较低时，结晶器内烧结现象越明显，当保护渣的表观烧结温度较高时，结晶器内烧结现象越少。因而采用本测试方法测试的保护渣的表观开始烧结温度可以准确表征连铸保护渣在结晶器内烧结性能的相对强弱。从而本发明为测试保护渣的表观开始烧结温度提供了简便、快速的方法。

Claims (7)

1、一种连铸保护渣烧结温度测试方法，其特征在于，具体步骤包括：

1)取适量待测连铸保护渣装入直通的试样管中，由压环从两端将所述连铸保护渣固定于试样管的中部，并形成试样料柱；压环的外圈与试样管内壁紧密接触，保证试样料柱与试样管中部的加热段重合；

2)所述试样管的两端分别连接密封套及管路，一端通过三通管连接U型管压力计的一端并与大气相通的管路相连，试样管的另一端通过三通管与装有惰性气体的气瓶接口和U型管压力计的另一端相连；

3)再将惰性气体通过所述试样管的试样料柱，同时对试样料柱逐渐加热，并记录U型管压力计两端的压差；当试样料柱两端的压差小于初始压差时停止升温；由于试样料柱致密度变化使压差明显突变时的温度，即为连铸保护渣表观开始烧结温度。

2、根据权利要求1所述的连铸保护渣烧结温度测试方法，其特征在于，所述压环为120-140目的网状钼丝环。

3、根据权利要求1所述的连铸保护渣烧结温度测试方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气或氩气，其流量控制在0.2-0.5升/分钟。

4、根据权利要求1所述的连铸保护渣烧结温度测试方法，其特征在于，所述步骤3)对试样料柱逐渐加热的方法为：试样料柱水平置于电阻炉内，对试样料柱部位进行加热，电阻炉加热的升温速度为5-8℃/分钟；试样管的外壁处紧贴有热电偶探头，热电偶探头与电阻炉外的温度采集器相连。

5、根据权利要求1所述的连铸保护渣烧结温度测试方法，其特征在于，所述步骤3)记录U型管压力计两端的压差时，每隔50℃记录一次U型压力计的压差，当压差变化明显时，适当缩小检测的温度间隔。

6、根据权利要求1所述的连铸保护渣烧结温度测试方法，其特征在于，所述步骤3)记录U型管压力计两端的压差后，根据实测数据，做出U型管压差随温度变化的曲线，即可记录压差明显突变时的温度，即为连铸保护渣表观开始烧结温度。

7、实现权利要求1所述连铸保护渣烧结温度测试方法的装置，其特征在于，主要由直通试样管(7)、电阻炉(17)和U型压力计(4)组成；电阻炉(17)上设置用于水平安放直通试样管(7)的通孔；直通试样管(7)的一端设有第一密封橡皮套(6)，第一密封橡皮套(6)通过三通管管路与U形压力计的一端和大气(5)相通；直通试样管(7)的另一端设有第二密封橡皮套(12)，第二密封橡皮套(12)通过管路与U型压力计(4)的另一端和惰性气体瓶输出端相连；直通试样管(7)内设有用于对连铸保护渣进行定位的压环；通过U型压力计(4)两端水柱高度随温度的变化来反映压差。

Images