788 工程科学学报，第43卷，第6期 表2结品器保护渣成分 Table 2 Composition of the mold flux Composition CaO SiO, Al203 Fe2O; Mgo K,O+Na,O CaF, Mass fraction 28.49 37.11 3.34 0.97 3.31 10.09 16.69 能力不足，得不到准确的F元素含量，因此按照 的夹杂物中均含有少量MO.这些变化表明结晶 CaF2/CaO比值不变的原则转换CaF2和CaO. 器保护渣卷人钢液后，其成分并不是恒定不变，而 缺陷处不同点处夹杂物的化学成分如图1所 是会随着浇铸的进行，卷渣类夹杂物不断和钢液 示，夹杂物中Ca0含量普遍较高，且随位置波动较 进行反应，成分随着在钢中的停留时间而变化.结 大：CaO含量高的位置Al2O3含量较低：SiO2和MnO 合表3给出的钢液成分，推测出在浇铸过程卷渣 含量较为稳定.总体而言，缺陷处夹杂物MnO含量 类夹杂物与钢液主要发生如下反应，其中主要以 最低，其次为MgO,CaO含量最高，SiO2次之.缺陷 钢液中的溶解铝还原夹杂物中的SO2为主 处夹杂物成分主要为Ca0-Al,O,-SiO2-Na2O-CaF2, 4[AI+3(SiO2)=3[S1+2(Al2O3) (1) 此外还含有少量的MgO和MnO,其中CaO的质量 2[Mn]+(SiO2)=[Si]+2(MnO) (2) 分数为19%~40%；A1203的质量分数均小于20%， 最低为2.4%：Si02的质量分数较为稳定，为24% 2[Mg]+(SiO,)=[Sil+2(MgO) (3) 左右；Mg0的质量分数低于10%；MnO的质量分 2[Ca]+(Si02)=[Si]+2(Cao) (4) 数为3%左右 40 SiO: 35 40 3 SiO2 30 CaO A 30 CaF2 o Na,O 20 Al2O; 15 CaF2 ●MgO Na,O A05 15 MnO MgO 10 J MnO 0 Mold flux Inclusions at defects 0 3 .4 6 图2结品器保护渣成分和缺陷处化学成分的对比 Points Fig.2 Comparison of compositions of mold flux and inclusions at 困1镀锡板缺陷处不同位置的化学成分 defects Fig.I Composition of inclusions at defects on the tinplate 2 卷渣类夹杂物-钢液之间反应的动力学 虽然缺陷处的夹杂物来自结晶器保护渣，但 模型 其成分与结晶器保护渣有明显的差别，两者的成 2.1模型基本理论 分对比如图2所示.与结晶器保护渣对比，缺陷 结晶器保护渣卷入钢液后与钢液发生反应使 处夹杂物的$O2的质量分数显著下降，由37%降 卷渣类夹杂物的成分发生改变.为了对成分变化 低到24%；A1203的质量分数明显升高，由3.3%升 进行定量描述，本节建立了耦合热力学平衡和动 高到12.0%；Ca0和CaF2的质量分数略有下降， 力学扩散的卷渣类夹杂物和钢液的反应动力学 NazO,MgO的质量分数略有升高.值得注意的是， 模型 结晶器保护渣中没有MnO,而在缺陷处不同位置 结晶器保护渣由于钢渣界面波动而卷入钢液 表3钢液化学成分 Table 3 Chemical composition of the molten steel Composition C Si Mn P T.Al A T.N T.0 Mass fraction 0.03 0.01 0.22 0.007 0.006 0.047 0.044 0.0029 0.0016 Note:T.Al is total mass fraction of aluminium;T.N is total mass fraction of nitrogen;T.O is total mass fraction of oxygen能力不足，得不到准确的 F 元素含量，因此按照 CaF2 /CaO 比值不变的原则转换 CaF2 和 CaO. 缺陷处不同点处夹杂物的化学成分如图 1 所 示，夹杂物中 CaO 含量普遍较高，且随位置波动较 大；CaO 含量高的位置 Al2O3 含量较低；SiO2 和 MnO 含量较为稳定. 总体而言，缺陷处夹杂物 MnO 含量 最低，其次为 MgO，CaO 含量最高，SiO2 次之. 缺陷 处夹杂物成分主要为 CaO–Al2O3–SiO2–Na2O–CaF2， 此外还含有少量的 MgO 和 MnO，其中 CaO 的质量 分数为 19%～40%；Al2O3 的质量分数均小于 20%， 最低为 2.4%；SiO2 的质量分数较为稳定，为 24% 左右；MgO 的质量分数低于 10%；MnO 的质量分 数为 3% 左右. 虽然缺陷处的夹杂物来自结晶器保护渣，但 其成分与结晶器保护渣有明显的差别，两者的成 分对比如图 2 所示. 与结晶器保护渣对比，缺陷 处夹杂物的 SiO2 的质量分数显著下降，由 37% 降 低到 24%；Al2O3 的质量分数明显升高，由 3.3% 升 高到 12.0%；CaO 和 CaF2 的质量分数略有下降 ， Na2O，MgO 的质量分数略有升高. 值得注意的是， 结晶器保护渣中没有 MnO，而在缺陷处不同位置 的夹杂物中均含有少量 MnO. 这些变化表明结晶 器保护渣卷入钢液后，其成分并不是恒定不变，而 是会随着浇铸的进行，卷渣类夹杂物不断和钢液 进行反应，成分随着在钢中的停留时间而变化. 结 合表 3 给出的钢液成分，推测出在浇铸过程卷渣 类夹杂物与钢液主要发生如下反应，其中主要以 钢液中的溶解铝还原夹杂物中的 SiO2 为主. 4[Al]+3(SiO2) = 3[Si]+2(Al2O3) （1） 2[Mn]+(SiO2) = [Si]+2(MnO) （2） 2[Mg]+(SiO2) = [Si]+2(MgO) （3） 2[Ca]+(SiO2) = [Si]+2(CaO) （4） 2    卷渣类夹杂物–钢液之间反应的动力学 模型 2.1    模型基本理论 结晶器保护渣卷入钢液后与钢液发生反应使 卷渣类夹杂物的成分发生改变. 为了对成分变化 进行定量描述，本节建立了耦合热力学平衡和动 力学扩散的卷渣类夹杂物和钢液的反应动力学 模型. 结晶器保护渣由于钢渣界面波动而卷入钢液 表 2 结晶器保护渣成分 Table 2  Composition of the mold flux % Composition CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO K2O+Na2O CaF2 Mass fraction 28.49 37.11 3.34 0.97 3.31 10.09 16.69 表 3 钢液化学成分 Table 3  Chemical composition of the molten steel % Composition C Si Mn P S T.Al [Al] T.N T.O Mass fraction 0.03 0.01 0.22 0.007 0.006 0.047 0.044 0.0029 0.0016 Note：T.Al is total mass fraction of aluminium; T.N is total mass fraction of nitrogen; T.O is total mass fraction of oxygen. 0 1 2 3 4 5 6 5 10 15 20 25 30 35 40 Mass fractions of inclusions at defects/ % CaO SiO2 CaF2 Na2O Al2O3 MgO MnO Points 图 1    镀锡板缺陷处不同位置的化学成分 Fig.1    Composition of inclusions at defects on the tinplate Na2O SiO2 CaO Mold flux Inclusions at defects 0 5 10 15 20 25 30 35 40 CaF2 Mass fraction/ % Al2O3 MgO MnO 图 2    结晶器保护渣成分和缺陷处化学成分的对比 Fig.2     Comparison  of  compositions  of  mold  flux  and  inclusions  at defects · 788 · 工程科学学报，第 43 卷，第 6 期