稀土氧化物對連鑄保護渣結晶溫度的影響
【中鎢在線新聞網-鎢新聞】
隨著稀土研究的不斷深入，稀土在鋼中的應用得到了充分發揮。稀土鋼連鑄時，稀土金屬氧化燒損產物及鋼液中的稀土脫氧產物進入熔融保護渣中，會對保護渣冶金性能產生負面影響。使用普通保護渣澆注稀土鋼時，鑄坯表面缺陷增加，鋼液溫降大，拉坯速度降低，漏鋼幾率增加，造成稀土鋼產品質量不穩定以及生產效率低。大量研究結果表明，除連鑄工藝和澆注鋼種的原因外，保護渣與稀土鋼的連鑄工藝參數不匹配是限制稀土鋼澆注的主要問題。
結晶溫度是保護渣的主要性能指標之一。結晶器氣隙內液渣在凝固過程中的結晶行為會對結晶器內鑄坯的潤滑和傳熱產生重要影響。HKyoden等“發現，保護渣結晶溫度升高易導致鑄坯一結晶器之間的熱傳遞速度降低。熱傳遞速度慢雖然可以減少鑄坯表面縱向裂紋，但由此而造成的粘結將使拉漏率增大。保護渣結晶溫度升高會導致結晶器一鑄坯之間的摩擦力增大。至今，國內外的研究主要集中在保護渣組成對其結晶特性的影響方面，認為保護渣組成與保護渣結晶溫度有密切的關系。HKyoden[3等的研究結果表明，保護渣堿度高時其結晶溫度也高。文獻[8～103的研究結果表明，添加BaO可防止保護渣結晶；在結晶開始時添加一定量的氧化鋁，保護渣將轉變成全玻璃態。
研究方法
實驗采用預熔型連鑄保護渣，其粒度小于0.074mm。渣料由化學純試劑配制而成，經過充分混勻后在1400℃熔化10min，然后急冷、破碎、研磨、篩分和干燥，制成11種不同組分的預熔基渣。然后，將預熔基渣分別與不同含量的稀土氧化物粉末充分混合。實驗用稀土氧化物為現場用稀土絲在空氣中燃燒后的產物，其化學成分為：cLaO3+ce0>80，OJ(pr2+Nd2<15，其它成分小于5。取30mg配制好的渣料放入差熱微機天平專用的剛玉坩堝內，以30℃/min的升溫速度快速加熱至1300℃，恒溫10rain后以10℃/min的冷卻速度降溫至800℃。實驗中用氮氣作為天平和爐膛的保護氣氛。采用SDTATGA型微機熱重一差熱分析儀測量保護渣的結晶溫度。本實驗根據差熱計算機曲線將保護渣析晶開始溫度定為保護渣的結晶溫度。
實驗結果及分析
稀土氧化物從零增加到5時，保護渣結晶溫度顯著升高。對于R-0.9和1.2的兩種保護渣，結晶溫度升高了大約100℃。若稀土氧化物含量繼續增加，保護渣結晶溫度升高速度減慢。堿度較低的保護渣(R-0.6)因其粘度較大(硅酸鹽復合離子聚合長大使熔渣流動性變差)不利于產生初生晶核，冷卻過程中易形成過冷的玻璃相，因此稀土氧化物對其結晶溫度的影響遠比前兩種高堿度保護渣小。結合X射線分析可知，稀土氧化物進入保護渣后會與保護渣組分發生化學反應，生成高熔點相(如鈰鈣硅石、稀土氟化物等)，導致冷卻過程中液態保護渣過早出現初生晶核。隨稀土氧化物含量的繼續增加，稀土氧化物在保護渣中的溶解趨于飽和，過剩稀土氧化物以固相形式存在，不會影響保護渣的結晶溫度。
BaO可明顯降低保護渣的結晶溫度。保持不變、在渣中添加5的BaO代替CaO，可以使保護渣的結晶溫度從1012℃降至956℃。另外，隨著稀土氧化物含量的增加，添加和未添加BaO的兩種保護渣結晶溫度的升高趨勢大致相同，結晶溫度明顯升高。而在稀土氧化物含量從5增加到15的過程，保護渣結晶溫度上升緩慢。
由此得知，BaO雖然可以降低初始組分保護渣的結晶溫度，但對含有稀土氧化物的保護渣的結晶溫度的影響不明顯。分析認為，BaO會與保護渣生成低熔點穩定相，在本實驗條件下兩者之間的反應可能不具備熱力學條件。美國陶瓷協會公布的二元相圖表明引，BaO與稀土氧化物La。O。發生二元共晶反應的最低溫度約為1580℃。因此，加入BaO并不能徹底解決因稀土氧化物增加而造成的保護渣結晶溫度升高的問題，但是加入BaO后保護渣的熔點和粘度都有所降低，這有利于稀土氧化物在保護渣中的溶解和擴散。
結論
(1)稀土氧化物對保護渣結晶溫度的影響明顯，特別是稀土氧化物從零增加到5時，對保護渣結晶溫度的影響最顯著。
(2)保護渣中加入BaO并不能徹底解決稀土氧化物造成的保護渣結晶溫度升高的問題，但加入BaO后降低了保護渣的熔點和粘度，有利于稀土氧化物在保護渣中的溶解和擴散。
(3)加入Li。O部分阻止了SiOl與其它陽離子(包括稀土離子)形成離子對，從而抑制了高熔點結晶相的析出，宏觀表現為稀土氧化物保護渣的結晶溫度有所降低。
(4)保護渣中加入B。o。后，基本上可以消除稀土氧化物造成的保護渣結晶溫度升高的現象。
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