·698· 北京科技大学学报 第31卷 滑.具体方案是采用高L20和高碱度，保证在高碱 液渣膜 液渣膜 度下能在弯月面处快速析晶 弯月面区域 1.3实验结果与讨论 (结品速率慢) 表1和表2分别给出了原渣和改进渣的化学成 (结品速率快) 分及物理性能（化学成分为宝钢按其检测标准分析 结品器 结 凝固坏 所得).表1中的碱度R=CaO/SiO2,其中Ca0包 器 固坯壳 含了CaF2中的钙.表2中10s渣膜厚度为传感器 厚（结晶温度高） 浸入10s时制取的渣膜厚度，代表结晶器弯月面处 渣膜厚度 薄（结晶温度低）一 从表2可以看出，改进渣的性能均达到了方案 闲态渣膜 周态清膜 设计要求，最大热流密度和平均热流密度分别较原 渣降低了6.4%和8.4%；同时，结晶温度降低了 图3传统渣(a)和本次实验优化目标渣膜(b)结构示意图 95℃，孕育时间缩短了9s,理论上很好地解决了传 Fig.3 Schematic of conventional (a)and improved mold fluxes (b) 表1原渣和改进渣的成分 Table 1 Components of original and improved mold fluxes 质量分数/% 渣型 R Cao SiO2 Al20: Na20+K2O LiO 其他 原渣 39.0 26.8 2.9 5.0 7.5 2.0 1.46 改进渣 42.9 25.5 4.4 1.9 3.5 5.3 3.2 1.68 表2原渣和改进渣物理性能 Table 2 Physical properties of original and improved mold fluxes 熔点/ 黏度/ 最大热流密度/ 平均热流密度/ 结品温度/ 孕育时间/ 10s渣膜 渣型 6 (Pas) (MW m2) (MW m2) C 厚度/mm 原渣 1143 0.060 0.999 0.656 1215 32 1.82 改进渣 1090 0.067 0.935 0.601 1120 23 2.25 热与润滑之间的矛盾.改进渣10s处的渣膜厚度大 枪晶石和氟化钙；改进渣析出的晶体有三种，分别为 于原渣0.43mm,从另一方面验证了弯月面处改进 枪晶石、Ca2(SiO4)以及低熔点物相Ca2SiO2F2.从 渣的结晶速率快，有效地控制了结晶器弯月面处的 晶体形貌并配合X射线衍射分析结果可知，图4中 传热，可期望减少裂纹的产生.另外，结晶温度低， 1为板条状的枪晶石，2为圆点状的氟化钙，3为细 可使液渣均匀流入，避免液渣中高熔点晶体的出现， 条状的硅酸二钙，4为粒状的Ca2SiO2F2微晶.改进 从而保证润滑.图4为原渣和改进渣靠结晶器壁侧 渣相对原渣晶粒更为细小：原渣最大晶体长度大约 渣膜背散射照片.经X射线衍射分析，原渣析出了 为20μm左右，而改进渣则为12μm左右.使用高 10 um 1板条状的枪品石；2圆点状的氟化钙：3细条状的硅酸二钙；4粒状的C2Si1O2F2微品 图4原渣(a)和改进渣(b)的SEM照片 Fig.4 SEM photographs of original (a)and improved mold fluxes (b)图 3 传统渣(a) 和本次实验优化目标渣膜(b) 结构示意图 Fig. 3 Schematic of conventional (a) and improved mold fluxes (b) 滑. 具体方案是采用高 Li2O 和高碱度 ,保证在高碱 度下能在弯月面处快速析晶. 113 实验结果与讨论 表 1 和表 2 分别给出了原渣和改进渣的化学成 分及物理性能(化学成分为宝钢按其检测标准分析 所得) . 表 1 中的碱度 R = CaO/ SiO2 ,其中 CaO 包 含了 CaF2 中的钙. 表 2 中 10 s 渣膜厚度为传感器 浸入 10 s 时制取的渣膜厚度 ,代表结晶器弯月面处 渣膜厚度. 从表 2 可以看出 ,改进渣的性能均达到了方案 设计要求 ,最大热流密度和平均热流密度分别较原 渣降低了 614 %和 814 % ; 同时 ,结晶温度降低了 95 ℃,孕育时间缩短了 9 s ,理论上很好地解决了传 表 1 原渣和改进渣的成分 Table 1 Components of original and improved mold fluxes 渣型 质量分数/ % CaO SiO2 Al2O3 Na2O + K2O Li2O F 其他 R 原渣 3910 2618 219 510 — 715 210 1146 改进渣 4219 2515 414 119 315 513 312 1168 表 2 原渣和改进渣物理性能 Table 2 Physical properties of original and improved mold fluxes 渣型 熔点/ ℃ 黏度/ ( Pa·s) 最大热流密度/ (MW·m - 2 ) 平均热流密度/ (MW·m - 2 ) 结晶温度/ ℃ 孕育时间/ s 10 s 渣膜 厚度/ mm 原渣 1 143 01060 01999 01656 1 215 32 1182 改进渣 1 090 01067 01935 01601 1 120 23 2125 热与润滑之间的矛盾. 改进渣 10 s 处的渣膜厚度大 于原渣 0143 mm ,从另一方面验证了弯月面处改进 渣的结晶速率快 ,有效地控制了结晶器弯月面处的 传热 ,可期望减少裂纹的产生. 另外 ,结晶温度低 , 可使液渣均匀流入 ,避免液渣中高熔点晶体的出现 , 从而保证润滑. 图 4 为原渣和改进渣靠结晶器壁侧 渣膜背散射照片. 经 X 射线衍射分析 ,原渣析出了 枪晶石和氟化钙 ;改进渣析出的晶体有三种 ,分别为 枪晶石、Ca2 (SiO4 ) 以及低熔点物相 Ca2SiO2F2 . 从 晶体形貌并配合 X 射线衍射分析结果可知 ,图 4 中 1 为板条状的枪晶石 ,2 为圆点状的氟化钙 ,3 为细 条状的硅酸二钙 ,4 为粒状的 Ca2SiO2F2 微晶. 改进 渣相对原渣晶粒更为细小 :原渣最大晶体长度大约 为2 0μm左右 ,而改进渣则为1 2μm左右 . 使用高 1 —板条状的枪晶石 ;2 —圆点状的氟化钙 ;3 —细条状的硅酸二钙 ;4 —粒状的 Ca2SiO2F2 微晶 图 4 原渣(a) 和改进渣(b) 的 SEM 照片 Fig. 4 SEM photographs of original (a) and improved mold fluxes (b) ·698 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷