第5期 王谦等：低碳钢板坯连铸用无氟保护渣生成区域的研究 ·489 30 域即为无氟保护渣组成区域.按照此方法，对上述 五个组元组成的多维空间网格，逐步固定某些组分 -A2 的含量，由此多维空间网格退化为三个组元组成的 A3 15 -A4 二维平面网格，这样，可将实验研究的113个渣样 10 分布在9组二维平面网格中，选取其中一组网格举 例分析无氟保护渣组成的确定方法， 在Ca0Si02-Al203Fe203Mg0Li20—Ti02- 1040108011201160120012401280 温度/℃ Na20一Mn0一B203渣系中，固定Ti026%, 图1低碳钢板坯连铸用高氟保护渣黏度一温度关系曲线 Li202%,其余成分见表4，保留Na20、Mn0和 Fig.1 Viscositytemperature curves of high fluorine containing mold B203三个变量(Na204%~12%,Mn00~8%, fluxes for slab continuous casting of low carbon steel B20308%),由此构成如图2(a)一(c)的组成网 格，分别测试各节点组成的渣样，可得到熔点、 2低碳钢板坯连铸用无氟保护渣生成区域 1300℃黏度及黏度一温度曲线转折点温度，再利用 2.1实验用渣样的准备 Surfer软件处理数据，得到各项性能与组成的等值 在已有的研究工作基础上，考虑保护渣常规组 线图 分和Fˉ的一些替代组分，采用单纯形格子混料设计 首先，对图2中的所有渣样测试，其析晶比例都 方法2]来设计实验用渣样，其中部分组分在每个渣 为零，即保护渣在整个区域内都为玻璃体，因此，此 样中含量固定不变（见表4），其余组分及其含量变 渣系具备了作为低碳钢保护渣的基本条件， 化范围见表5.在Ca0/Si02为0.85，Mg0、Fe203、 其次，在从图2(a)看出，升高渣中B203,保护渣 Al203含量不变的条件下，在TiO2、Li20、Na20、 熔点降低幅度最大，在渣中B203含量小于3%的区 MnO、B2O3五个组元组成的多维空间中，取各组元 域，熔点在1020~1040℃之间，可满足板坯低碳钢 变化步长为2%，并保证五个组元含量（质量分数） 保护渣的对熔点的要求；在B203含量超过4%后， w(Ti02十Li20十Na20十Mn0十B203)=26%,设计 保护渣熔点低于1010℃，对部分连铸工艺可能出现 出多维网格节点，选取各分量满足表5的节点与表 保护渣熔点太低而引起铸坯凹陷等缺陷 4中的组分一起组成113个实验用渣样 在图2(b)中1300℃时所有黏度值在2.1~ 表4实验用渣样中含量固定的组分 3.2dPas之间，符合常规板坯连铸浇俦低碳钢时一 Table 4 Components with constant contents in slag samples 些常用保护渣的黏度范围，因此从1300℃时的黏度 组成 Ca0 Si02 Al203 Mgo Fe203 值来讲，该渣系具备了低碳钢板坯连铸保护渣的黏 质量分数/%31.2 36.8 3.0 2.0 1.0 度条件 在图2(c)中，所有渣样转折温度1120~ 表5实验用渣样中含量变化的组分及其含量范围 1165℃之间，在转折点温度时的黏度在5~ Table 5 Content ranges of variable components in slag samples 6.3dPas之间，这些数据均符合表3中低碳钢板坯 组成 TiO2 Li20 Mno Na20 B203 质量分数0~8%0~4%0~8%4%~12%0~8% 连铸保护渣的性能要求 因此，在图2表示的Ca0Si02一Al203Fe203一 根据设计的实验用渣样成分，用化学纯试剂配 Mg0一Liz0一Ti0z一Na20一Mn0B203渣系中，低碳 制保护渣渣样，其中用CaC03、MnCO3、Na2CO3和 钢板坯连铸用无氟保护渣的生成区域可表示为： Li2CO3分别提供Ca0、MnO、Naz0和Liz0.各渣样 Ca031.2%,Si0236.8%,Al2033%,Fe2031%, 预熔后，按测试传统高氟保护渣的内容及方法测试 Mg02%,Liz02%,Ti026%,Na207%~12%, 各渣样. Mn03%~8%,B2030~3%. 2.2实验渣样组成与物理性能的等值线关系 2.3低碳钢板坯连铸用无氟保护渣生成区域 要获得无氟保护渣生成区域，最直观的方法就 采用上述比较无氟渣和高氟渣性能的方法，对 是通过单纯形网格，利用测得的各节点保护渣样性 每一组网格渣样测试分析，发现有三组渣系可得到 能在网格上作等值线图，只要各等值线表示的物理 性能满足低碳钢板坯连俦用的无氟保护渣，其基本 性能与传统高氟保护渣相近，则等值线所包纳的区 组成区域：Ca031.2%,Si0236.8%,Al2033%,图1 低碳钢板坯连铸用高氟保护渣黏度－温度关系曲线 Fig．1 Viscosity-temperature curves of high fluorine containing mold fluxes for slab continuous casting of low carbon steel 2 低碳钢板坯连铸用无氟保护渣生成区域 2∙1 实验用渣样的准备 在已有的研究工作基础上‚考虑保护渣常规组 分和F －的一些替代组分‚采用单纯形格子混料设计 方法［12］来设计实验用渣样‚其中部分组分在每个渣 样中含量固定不变（见表4）‚其余组分及其含量变 化范围见表5．在 CaO／SiO2 为0∙85‚MgO、Fe2O3、 Al2O3 含量不变的条件下‚在 TiO2、Li2O、Na2O、 MnO、B2O3 五个组元组成的多维空间中‚取各组元 变化步长为2％‚并保证五个组元含量（质量分数） w（TiO2＋Li2O＋Na2O＋MnO＋B2O3）＝26％‚设计 出多维网格节点‚选取各分量满足表5的节点与表 4中的组分一起组成113个实验用渣样． 表4 实验用渣样中含量固定的组分 Table4 Components with constant contents in slag samples 组成 CaO SiO2 Al2O3 MgO Fe2O3 质量分数／％ 31∙2 36∙8 3∙0 2∙0 1∙0 表5 实验用渣样中含量变化的组分及其含量范围 Table5 Content ranges of variable components in slag samples 组成 TiO2 Li2O MnO Na2O B2O3 质量分数 0～8％ 0～4％ 0～8％ 4％～12％ 0～8％ 根据设计的实验用渣样成分‚用化学纯试剂配 制保护渣渣样‚其中用 CaCO3、MnCO3、Na2CO3 和 Li2CO3 分别提供 CaO、MnO、Na2O 和 Li2O．各渣样 预熔后‚按测试传统高氟保护渣的内容及方法测试 各渣样． 2∙2 实验渣样组成与物理性能的等值线关系 要获得无氟保护渣生成区域‚最直观的方法就 是通过单纯形网格‚利用测得的各节点保护渣样性 能在网格上作等值线图‚只要各等值线表示的物理 性能与传统高氟保护渣相近‚则等值线所包纳的区 域即为无氟保护渣组成区域．按照此方法‚对上述 五个组元组成的多维空间网格‚逐步固定某些组分 的含量‚由此多维空间网格退化为三个组元组成的 二维平面网格．这样‚可将实验研究的113个渣样 分布在9组二维平面网格中．选取其中一组网格举 例分析无氟保护渣组成的确定方法． 在 CaO－SiO2－Al2O3－Fe2O3－MgO－Li2O－TiO2－ Na2O－ MnO －B2O3 渣 系 中‚固 定 TiO2 6％‚ Li2O2％‚其余成 分 见 表 4‚保 留 Na2O、MnO 和 B2O3 三个变量（Na2O 4％～12 ％‚MnO 0～8％‚ B2O30～8％）‚由此构成如图2（a）～（c）的组成网 格‚分别测试各节点组成的渣样‚可得到熔点、 1300℃黏度及黏度－温度曲线转折点温度‚再利用 Surfer 软件处理数据‚得到各项性能与组成的等值 线图． 首先‚对图2中的所有渣样测试‚其析晶比例都 为零‚即保护渣在整个区域内都为玻璃体‚因此‚此 渣系具备了作为低碳钢保护渣的基本条件． 其次‚在从图2（a）看出‚升高渣中 B2O3‚保护渣 熔点降低幅度最大‚在渣中 B2O3 含量小于3％的区 域‚熔点在1020～1040℃之间‚可满足板坯低碳钢 保护渣的对熔点的要求；在 B2O3 含量超过4％后‚ 保护渣熔点低于1010℃‚对部分连铸工艺可能出现 保护渣熔点太低而引起铸坯凹陷等缺陷． 在图2（b）中1300℃时所有黏度值在2∙1～ 3∙2dPa·s之间‚符合常规板坯连铸浇铸低碳钢时一 些常用保护渣的黏度范围‚因此从1300℃时的黏度 值来讲‚该渣系具备了低碳钢板坯连铸保护渣的黏 度条件． 在图 2（c） 中‚所 有 渣 样 转 折 温 度 1120～ 1165℃之 间‚在 转 折 点 温 度 时 的 黏 度 在 5～ 6∙3dPa·s之间‚这些数据均符合表3中低碳钢板坯 连铸保护渣的性能要求． 因此‚在图2表示的 CaO－SiO2－Al2O3－Fe2O3－ MgO－Li2O－TiO2－Na2O－MnO－B2O3 渣系中‚低碳 钢板坯连铸用无氟保护渣的生成区域可表示为： CaO 31∙2％‚SiO236∙8％‚Al2O33％‚Fe2O31％‚ MgO 2％‚Li2O 2％‚TiO26％‚Na2O 7％ ～12％‚ MnO3％～8％‚B2O30～3％． 2∙3 低碳钢板坯连铸用无氟保护渣生成区域 采用上述比较无氟渣和高氟渣性能的方法‚对 每一组网格渣样测试分析‚发现有三组渣系可得到 性能满足低碳钢板坯连铸用的无氟保护渣‚其基本 组成区域：CaO 31∙2％‚SiO236∙8％‚Al2O33％‚ 第5期 王 谦等： 低碳钢板坯连铸用无氟保护渣生成区域的研究 ·489·