CN111812143A - 一种测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法及其装置。是在压应力恒定或者有规律的变化的条件下，实时检测固态连铸保护渣升温状态下的体积应变数据，通过分析温度‑体积应变曲线，获得固态连铸保护渣升温烧结特性。包括有真空室，真空室经真空管连接有真空系统；真空室内的底部设有底座，底座上设有桶型石墨容器，桶型石墨容器外设有加热器，桶型石墨容器内设有硬质隔板，硬质隔板上方连接有硬质压头，硬质压头的上端伸出真空室后连接有带压力和位移检测的伸缩缸；所述桶型石墨容器的底部设有测温热电偶，测温热电偶与所述真空系统和伸缩缸连接在计算机上。本发明具有检测结果较准确，误差较小的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试固态连铸保护渣特性的方法及其装置，特别是一种测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法及其装置。
背景技术
固态连铸保护渣是钢铁冶金连续铸造中的重要辅料，一般由各类氧化物和氟化物组成。在钢铁连续铸造的过程中，保护渣起到控制坯壳向结晶器的传热、隔绝空气防止钢液氧化、钢液面保温、润滑坯壳、和吸收钢液上浮夹杂的重要作用。
连铸过程中，将保护渣均匀加入到结晶器钢液表面，固态保护渣受热后经过烧结、熔化形成具有一定深度的液渣池，液渣池向结晶器壁与坯壳间的缝隙提供液渣，形成固、液渣膜，发挥保护渣的冶金作用。因此，液渣池的深度及稳定性直接影响渣膜特性，也是评价保护渣性能稳定性的重要指标。
液渣池的深度及稳定性除受保护渣成分影响外，也直接受保护渣烧结特性的影响，保护渣烧结性过强，会导致保护渣液渣供给不足，渣池深度减小，固渣层透气性变差。同时，保护渣烧结倾向过大，容易造成弯月面处渣圈过度发达，直接阻碍液渣流入结晶器壁与坯壳间的缝隙，或造成未熔固态颗粒流入该缝隙，引起坯壳润滑不良甚至漏钢等严重事故。因此，烧结倾向是评价保护渣的基础性指标之一。
由于结晶器内环境复杂，受影响因素众多，要模拟结晶器内保护渣烧结气氛和过程，并在实验室有效评价不同保护渣的烧结倾向目前较为困难。目前一般检测保护渣透气特性，通过评价保护渣升温后的透气特性，反映保护渣致密度变化，进而定性评价保护渣开始烧结温度，由于该方法全程需通入外部气体检测渣柱两侧实时压差，渣样温度受通入的外部气体影响较大，渣样温度偏差较大，且容易不均匀，难以全面准确反映保护渣烧结过程，误差较大。也有使用加热冷却后渣样的密度变化评价不同保护渣烧结倾向的方法，但是无法检测到烧结开始温度、烧结速率等重要数据。因此，本发明专利描述了一种新型的评价保护渣烧结特性的方法和途径。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法及其装置。本发明具有检测结果较准确，误差较小的特点。
本发明的技术方案：一种测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法，是在压应力恒定或者有规律的变化的条件下，实时检测固态连铸保护渣升温状态下的体积应变数据，通过分析温度-体积应变曲线，获得固态连铸保护渣升温烧结特性。
前述的测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法，所述实时检测是在100-1200℃的温度范围内进行检测。
前述的测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法，所述实时检测时，压应力大小范围为0.1-2MPa。
前述的测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法，所述实时检测时，固态连铸保护渣处于真空或者惰性气体环境中。
前述的测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法，所述实时检测时，升温速率范围为3-100℃/min。
一种测试固态连铸保护渣升温烧结特性的装置，包括有真空室，真空室经真空管连接有真空系统；真空室内的底部设有底座，底座上设有桶型石墨容器，桶型石墨容器外设有加热器，桶型石墨容器内设有硬质隔板，硬质隔板上方连接有硬质压头，硬质压头的上端伸出真空室后连接有带压力和位移检测的伸缩缸；所述桶型石墨容器的底部设有测温热电偶，测温热电偶与所述真空系统和伸缩缸连接在计算机上。
本发明的有益效果
本发明通过实时检测恒定压应力或者规律变化的压应力的条件下，升温状态下保护渣的体积应变数据，通过利用温度变化和体积应变的相互关系形成温度-应变曲线，并以该曲线为分析对象，从而获得固态连铸保护渣升温烧结特性。与传统的方法相比，本发明的温度不受环境影响，压应力可均匀施加，且可随着温度的变化实时检测保护渣应变数据，测试结果相对准确，误差更小。
本发明通过保护渣样应变测试其烧结特性的机理及特点为：
1)保护渣为不同矿物组成的非均相混合物，加热过程中部分低熔点化合物首先熔化形成液相，或者部分化合物反应生成液相。低熔点液相大量生成、聚集容易导致剩余熔点较高物质无法在规定时间内有效熔化，导致分熔，烧结倾向增强。因此液相的生成量及生成(偏聚)速率直接反映了保护渣的烧结倾向。
2)液相在微区生成后，保护渣微结构软化，在外加压力作用下会产生应变，而在同等条件(压应力大小、温度等)下，应变越大，表明液相生成和聚集作用越明显。
3)保护渣一般通过加入各类炭质材料微粒隔离保护渣颗粒，延迟液相大量聚集，控制烧结。在实际连铸过程中，烧结层内亦为还原性气氛，为避免实验中保护渣中炭质材料被氧化失效，导致实验条件于生产现场不符，本发明所述方法需在真空或惰性气氛中实现。
4)与传统气体压差法比较，本发明所述应变-温度法能更准确地控制保护渣温度及升温速率，而且可以动态实时测试渣样应变等直观数据，测试数据更准确，结果更可靠(温度-应变曲线上某点切线斜率反映了液相生成速率)。
5)本实验所述方法可评价不同配炭工艺参数对同种保护渣烧结性能的影响，也可以对比研究不同种类保护渣的烧结倾向。
附图说明
附图1为本发明的装置的结构示意图；
附图标记说明：1-真空室，2-真空管，3-真空系统，4-底座，5-桶型石墨容器，6-加热器，7-硬质隔板，8-硬质压头，9-伸缩缸，10-测温热电偶，11-计算机。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1：一种测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法，是在压应力恒定或者有规律的变化的条件下，实时检测固态连铸保护渣升温状态下的体积应变数据，通过分析温度-体积应变曲线，获得固态连铸保护渣升温烧结特性。
所述实时检测是在100-1200℃的温度范围内进行检测。
所述实时检测时，压应力大小范围为0.2MPa。
所述实时检测时，固态连铸保护渣处于真空环境中。
所述实时检测时，升温速率范围为25℃/min。
表1列出了同种成分保护渣不同配炭量数据，其余为杂质，三种配方中，配入的炭质材料均为80％片状石墨，20％槽法炭黑。原料矿物预熔后冷却破碎，预熔料加水、分散剂、炭质材料后球磨制浆，喷雾造粒干燥后备用，三种配方保护渣制备工艺参数相同。使用本发明所述实验方法和装置，对不同配炭量保护渣烧结倾向作了评价(压力0.2Mpa，升温速率每分钟25摄氏度)，结果表明烧结开始温度从低到高分别为1#，2#和3#，保护渣烧结倾向从大到小同样为1#，2#和3#。
同时，在典型高碳钢板坯连铸时分别使用了下述3种不同配炭量的保护渣，现场应用结果表明，使用1#渣浇铸时，渣圈发达，液渣层厚度较薄，固渣层透气性较差，结晶器热流曲线波动较大；3#渣连铸过程性能较稳定，烧结倾向得到有效控制，液渣层厚度合理、稳定；2#渣性能介于1#与3#渣之间。保护渣现场试用结果与本专利所述实验评价方法得到的结论一致。
表1本发明所述连铸保护渣的典型化学成份(重量百分比，wt％)
| 配方 | SiO<sub>2</sub> | CaO | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+MgO | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | F<sup>-</sup> | R<sub>2</sub>O | C |
| 1# | 37 | 30 | 9.5 | 0.25 | 7 | 6.5 | 1.5 |
| 2# | 37 | 30 | 9.5 | 0.25 | 7 | 6.5 | 3.5 |
| 3# | 37 | 30 | 9.5 | 0.25 | 7 | 6.5 | 5.5 |
注：R2O为碱金属氧化物
实施例2：一种测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法，是在压应力恒定或者有规律的变化的条件下，实时检测固态连铸保护渣升温状态下的体积应变数据，通过分析温度-体积应变曲线，获得固态连铸保护渣升温烧结特性。
所述实时检测是在100-1200℃的温度范围内进行检测。
所述实时检测时，压应力大小范围为0.1MPa。
所述实时检测时，固态连铸保护渣处于真空或者惰性气体环境中。
所述实时检测时，升温速率范围为3℃/min。
实施例3：一种测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法，是在压应力恒定或者有规律的变化的条件下，实时检测固态连铸保护渣升温状态下的体积应变数据，通过分析温度-体积应变曲线，获得固态连铸保护渣升温烧结特性。
所述实时检测是在100-1200℃的温度范围内进行检测。
所述实时检测时，压应力大小范围为2MPa。
所述实时检测时，固态连铸保护渣处于真空或者惰性气体环境中。
所述实时检测时，升温速率范围为100℃/min。
实施例4：一种测试固态连铸保护渣升温烧结特性的装置，如附图1所示，包括有真空室1，真空室1经真空管2连接有真空系统3；真空室1内的底部设有底座4，底座4上设有桶型石墨容器5，桶型石墨容器5外设有加热器6，桶型石墨容器5内设有硬质隔板7，硬质隔板7上方连接有硬质压头8，硬质压头8的上端伸出真空室1后连接有带压力和位移检测的伸缩缸9；所述桶型石墨容器5的底部设有测温热电偶10，测温热电偶10与所述真空系统3和伸缩缸9连接在计算机11上。
检测时，将硬质压头8和硬质隔板7取出，将保护渣装入桶型石墨容器5内，然后装入硬质压头8和硬质隔板7，将真空室1密封，通过真空系统3将真空室1内抽至真空或者在密封真空室1前直接向真空室1内充入惰性气体，然后打开加热器6和伸缩缸9，加热的温度通过测温热电偶10进行检测，而施加的压应力则通过伸缩缸9上自带的压力测量仪进行测量，加热过程中，保护渣融化后体积缩小，此时伸缩缸9为了保证施加的压应力相同，必须向下压缩保护渣，下压的位移量通过伸缩缸9上自带的位移测量计进行测量，而所有的真空度、温度、压力大小和位移数据通过数据传输线传输给计算机11进行储存、处理和显示，保护渣体积应变可以通过已知的真空室1的截面积和测量的到的位移量的乘积来获得。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造揭露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法，其特征在于：是在压应力恒定或者有规律的变化的条件下，实时检测固态连铸保护渣升温状态下的体积应变数据，通过分析温度-体积应变曲线，获得固态连铸保护渣升温烧结特性。
2.根据权利要求1所述的测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法，其特征在于：所述实时检测是在100-1200℃的温度范围内进行检测。
3.根据权利要求1所述的测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法，其特征在于：所述实时检测时，压应力大小范围为0.1-2MPa。
4.根据权利要求1所述的测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法，其特征在于：所述实时检测时，固态连铸保护渣处于真空或者惰性气体环境中。
5.根据权利要求1所述的测试固态连铸保护渣升温烧结特性的方法，其特征在于：所述实时检测时，升温速率范围为3-100℃/min。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述方法测试固态连铸保护渣升温烧结特性的装置，其特征在于：包括有真空室(1)，真空室(1)经真空管(2)连接有真空系统(3)；真空室(1)内的底部设有底座(4)，底座(4)上设有桶型石墨容器(5)，桶型石墨容器(5)外设有加热器(6)，桶型石墨容器(5)内设有硬质隔板(7)，硬质隔板(7)上方连接有硬质压头(8)，硬质压头(8)的上端伸出真空室(1)后连接有带压力和位移检测的伸缩缸(9)；所述桶型石墨容器(5)的底部设有测温热电偶(10)，测温热电偶(10)与所述真空系统(3)和伸缩缸(9)连接在计算机(11)上。
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