液态保护渣流动性检测装置和检测方法与流程

本发明涉及一种炼钢工艺连铸技术，尤其涉及一种液态保护渣流动性检测装置和检测方法。
背景技术：
：连铸保护渣是一种覆盖在炼钢工序连铸机结晶器内钢水表面的炼钢辅助用功能材料，它具有绝热保温、防止钢水氧化、吸收钢水中上浮的夹杂、润滑结晶器铜板与铸坯间相对运动以及控制传热等多种功能，是炼钢过程控制铸坯表面质量的最后一道工艺要素。通常，保护渣以CaO、SiO2二元系为主，外配CaF2、Na2O、Li2O等助熔剂，以及少量的Al2O3、MgO等组元和其它一些不可避免的杂质(如Fe2O3、MnO)组成，是一种混合型无机硅酸盐材料。由于保护渣的熔点比钢水温度低400～500℃，为控制相对低熔点的保护渣在钢水表面能缓慢熔化，还必须配入一定量的炭质材料，如碳黑和石墨。炭质材料具有很高的熔点，能有效阻止保护渣液滴的聚集，从而能有效控制保护渣的熔化速度；且炭质材料又能完全燃烧变为气体，对保护渣不造成污染，因此是一种既廉价又实用的骨架材料。当保护渣覆盖在钢水表面时，由上而下形成了粉渣层、烧结层和液渣层三层结构，粉渣层主要起着绝热保温的作用，液渣层主要用来防止钢水氧化和吸收上浮的夹杂，并为铸坯与结晶器铜板缝隙之间提供充足的液态熔渣。这些液态熔渣在结晶器的周期性振动作用下，连续流入铸坯与铜板缝隙，并形成固渣膜和液渣膜双层结构，液渣膜起着润滑作用，防止铸坯拉裂，固渣膜按形态结构分主要呈玻璃态或晶态结构，其中晶态结构又呈多孔形貌，二者具有完全不同的导热能力，因此固渣膜对控制结晶器的传热能力又起着关键的作用。一旦保护渣性能不良，不能保证液渣层的足够厚度和充分的消耗量，就会引起铸坯产生夹渣、裂纹等表面缺陷，严重的使拉坯阻力过大而造成漏钢事故。保护渣上述五大功能中，又以润滑功能最为基本，而决定润滑效果的性能指标主要就是液态保护渣的流动性。但至今为止，检测保护渣性能的标准方法只有熔化温度和粘度，流动性并没有统一的方法。由于流动性是凝固温度和粘度的综合表现形式，中国专利CN104458497A提出了一种通过测定粘度－温度曲线来表征保护渣高温流动性的方法。其实质就是通过粘度－温度曲线测出保护渣的开始凝固温度（这是一种早已公开的技术），并认为该温度小于1150℃就是流动性好，反之为差。这种方法虽在一定程度上能表征熔渣的流动性，但仍存在其局限性：1）以1150℃作为保护渣好坏的评价标准未免太过武断，难以适合所有钢种；2）未明确开始凝固温度的定义标准，使得该方法严谨性不够；3）该方法侧重于粘度，对开始凝固温度和完全凝固温度之间的区间大小未考虑；4）测定周期长，且结果受人为判断影响。保护渣熔化后的流动性是反映其对连铸过程中铸坯的润滑能力，是开发保护渣非常重要的性能设计因素，但流动性至今没有评价方法，仅靠熔化温度和粘度很难表征。液态保护渣在铸坯和结晶器铜板缝隙间的流动非常复杂，期间温场差异很大。如靠近结晶器铜板一侧，温度仅在300～500℃左右，而铸坯一侧温度高达1400℃以上。另外，结晶器上部与下部温度也不一样，相差在400℃左右。为了尽可能模拟液态保护渣在如此复杂的温度条件下的流动性，很有必要设计一种简单实用、能很好再现熔渣流动性的检测方法和检测装置，这对于开发保护渣非常有必要，可大大减少保护渣的现场试用次数，降低试验成本。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种液态保护渣流动性检测装置和检测方法，该检测方法用以模拟保护渣在铸坯与结晶器铜板缝隙里的流动性，能快速预测熔渣在连铸过程中的润滑和消耗情况。为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种液态保护渣流动性检测装置，包括一根流槽，流槽一端用底座支架支撑，在流槽该端部设置有堵头封堵，流槽另一端放置于地面上。所述流槽采用V型钢，V型钢的材质为不锈钢，夹角90±30°。所述流槽倾角为5～30°。进一步，所述流槽倾角为10°，流槽长不低于105cm。一种液态保护渣流动性检测方法，其步骤是：第一步，将成品保护渣在600～800℃烘烤2小时以上，确保完全灼烧掉渣中的炭质材料；第二步，称取一定量G的灼烧完全的渣样，用高纯石墨坩埚盛装，在事先设定好温度T的高温炉中保温10～30min；第三步，将完全熔化的渣样快速取出高温炉，并一次性倾倒在室温下的流槽有堵头的一端；第四步，液态保护渣沿着流槽向下流动并逐渐凝固，测量形成的渣条长度；第五步，测量液态保护渣在具有一定倾角的流槽上的长度来表征其流动性。所述流槽倾角为10°，流槽横截面为V型，V型夹角为90°，流槽长不低于105cm，渣样重量G取50g；高温流动性判断方法：该方法用以判断结晶器钢水弯月面附近熔渣流入铸坯和结晶器铜板缝隙的能力大小；取T＝1350℃，该值代表所述位置的平均温度；钢种以普碳钢为例，按碳含量分类，各钢种所用保护渣的高温流动性判断为：超低碳钢，碳含量<0.005%，所测渣条长度40±5cm；低碳钢，碳含量0.01～0.08%，所测渣条长度60±5cm；中碳钢，碳含量0.08～0.20%，所测渣条长度85±5cm；高碳钢，碳含量>0.20%，所测渣条长度100±5cm；当高温流动性低于对应范围的下限时，可判定该液态保护渣高温流动性差，不适用对应钢种的连铸需求；当高温流动性高于对应范围的上限时，说明该保护渣熔点、粘度偏低，同样不利于铸坯质量和工艺控制；低温流动性判断方法：该方法用以判断熔渣在结晶器出口处的物相状态，取T＝Tll-330，单位℃，式中Tll为浇注钢种的液相线温度，测定此温度下熔渣的流动长度，并以10cm为衡量标准，低于此长度的保护渣低温流动性差。本发明提出一种模拟保护渣在铸坯与结晶器铜板缝隙里流动性的检测装置和方法，通过将保护渣在所需温度熔化后，倒到具有一定倾角的V型流槽上，以液渣的流动长度来评价保护渣的流动特性，并提出了高温流动性和低温流动性两种判断方法，前者用于判断液渣在钢水弯月面的流入情况，根据钢种类型，不同保护渣均有适宜的长度范围；后者用于判断液渣的消耗情况，在流槽倾角为10°的条件下，测定温度比钢种液相线温度低330℃，以10cm为判断低温流动性好坏的依据。本发明的检测方法用以模拟保护渣在铸坯与结晶器铜板缝隙里的流动性，能快速预测熔渣在连铸过程中的润滑和消耗情况，与传统检测熔化温度、粘度的方法相比，该方法不但检测速度快，而且更方便、更准确。附图说明图1为本发明的液态保护渣流动性检测装置结构示意图；图2为图1中的A-A截面示意图。图中：1流槽堵头，2流槽，3底座支架。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。参见图1和图2，一种液态保护渣流动性检测装置，包括一根流槽2，流槽2一端用底座支架3支撑，在流槽2该端部设置有堵头1封堵，流槽2另一端放置于地面上，堵头1的功能是防止液态保护渣从此处溢出流槽。所述流槽2采用V型角钢，V型角钢材质为不锈钢，夹角为90±30°，一般取V型夹角为90°。所述流槽倾角为5～30°，本发明以流槽倾角为10°作为检测基准，相应流槽长105cm、底座支架高18.5cm。取流槽倾角为10°，流槽长不低于105cm，流槽横截面为V型，V型夹角为90°，作为液态保护渣流动性检测装置检测基准。一种液态保护渣流动性检测方法，其步骤是：第一步，将成品保护渣在600～800℃烘烤2小时以上，确保完全灼烧掉渣中的炭质材料；第二步，称取一定量G的灼烧完全的渣样，用高纯石墨坩埚盛装，在事先设定好温度T的高温炉中保温10～30min；第三步，将完全熔化的渣样快速取出高温炉，并一次性倾倒在室温下的流槽有堵头的一端；第四步，液态保护渣沿着流槽向下流动并逐渐凝固，测量形成的渣条长度；第五步，测量液态保护渣在具有一定倾角的流槽上的长度来表征其流动性。所述流槽倾角为10°，流槽横截面为V型，V型夹角为90°，流槽长不低于105cm，渣样重量G取50g。高温流动性判断方法：该方法用以判断结晶器钢水弯月面附近熔渣流入铸坯和结晶器铜板缝隙的能力大小，决定了保护渣的润滑能力是否满足连铸需求。取T＝1350℃，该值代表所述位置的平均温度。钢种以普碳钢为例，按碳含量分类，各钢种所用保护渣的高温流动性判断为：超低碳钢、低碳钢、中碳钢、高碳钢对应的液态保护渣适宜长度如表1所示；当高温流动性低于对应范围的下限时，可判定该保护渣高温流动性差，不适用对应钢种的连铸需求；若高温流动性高于对应范围的上限时，说明该保护渣熔点、粘度偏低，同样不利于铸坯质量和工艺控制。表1钢种超低碳钢低碳钢中碳钢高碳钢碳含量，wt%<0.0050.01～0.080.08～0.20>0.20适宜长度，cm40±560±585±5100±5低温流动性判断方法：该方法用以判断熔渣在结晶器出口处的物相状态，由于此处温度的降低，铸坯与结晶器铜板缝隙里的固渣膜和液渣膜的比例也发生了很大变化，主要表现为固渣膜越来越厚，液渣膜越来越薄。如果保护渣性能不合适，可能导致液渣膜在结晶器出口处完全消失，全部变为固渣膜，这样一来，保护渣的消耗量就明显降低，极易引发连铸事故。检测时，取T＝Tll-330，单位℃，式中Tll为浇注钢种的液相线温度，测定此温度下熔渣的流动长度，并以10cm为衡量标准，低于此长度的保护渣低温流动性差，不适合该钢种的连铸生产，只有超过此长度的保护渣才能保证正常的消耗量。本发明通过测量液态保护渣在具有一定倾角的流槽上的长度来表征其流动性，具有与保护渣使用环境更接近的特点，当熔融的液渣与室温下的流槽接触后也会瞬间激冷出固渣膜，后续的液态保护渣沿着固渣向下流动并继续产生固渣膜，随着流动的持续，液态保护渣的温度会快速降低，直到完全凝固而停止流动。粘度不同、凝固温度不同，液态保护渣的流动长度均不同，因此是粘度和凝固温度的综合体现，更能真实反映保护渣在实际使用过程中的效果。此外，本发明的检测装置的流槽倾角也会影响液态保护渣的流动长度。倾角越大，长度越长。为便于描述，本发明以倾角10°为例（但不限于此数值），相应流槽长105cm、底座支架高18.5cm，流槽横截面为V型，V型夹角为90°，对应渣样重量G取50g，经实践检验基本上可满足所有类型液渣的流动性测定。利用此尺寸规格的检测装置可进行高温、低温条件下熔渣的流动性检测，用以判断保护渣的适用性。实施例1：检测一种超低碳钢（液相线温度Tll=1532℃）用保护渣A的流动性。所用流槽长不低于105cm，倾角10°，流槽横截面为V型，V型夹角为90°；高温流动性测试具体步骤为：（1）将150g成品保护渣用SiC质大口容器在700℃恒温烘烤2小时；（2）称取50g完全灼烧后的渣样，用高纯石墨坩埚盛装，在1350℃的高温炉中保温15min；（3）用火钳将石墨坩埚快速取出高温炉，并一次性将熔渣倾倒在流槽有堵头的一端；（4）液渣沿着流槽向下流动并逐渐凝固，测量形成的渣条长度为42cm。低温流动性测试具体步骤为：（5）再称取50g完全灼烧后的渣样，用高纯石墨坩埚盛装，在1202℃的高温炉中保温25min；（6）用火钳将石墨坩埚快速取出高温炉，并一次性将熔渣倾倒在流槽有堵头的一端；（7）液渣沿着流槽向下流动并逐渐凝固，测量形成的渣条长度为15cm。根据测量结果，高温流动长度为42cm，位于表1中40±5cm的范围内，低温流动长度为15cm，大于10cm，说明该渣用于超低碳钢连铸生产时，产生的润滑效果和消耗量能满足要求。实施例2：检测一种中碳钢（液相线温度Tll=1520℃）用保护渣B的流动性。所用流槽长不低于105cm，倾角10°，流槽横截面为V型，V型夹角为90°；高温流动性测试具体步骤为：（1）将150g成品保护渣用SiC质大口容器在700℃恒温烘烤2.5小时；（2）称取50g完全灼烧后的渣样，用高纯石墨坩埚盛装，在1350℃的高温炉中保温15min；（3）用火钳将石墨坩埚快速取出高温炉，并一次性将熔渣倾倒在流槽有堵头的一端；（4）液渣沿着流槽向下流动并逐渐凝固，测量形成的渣条长度为84cm。低温流动性测试具体步骤为：（5）再称取50g完全灼烧后的渣样，用高纯石墨坩埚盛装，在1190℃的高温炉中保温25min；（6）用火钳将石墨坩埚快速取出高温炉，并一次性将熔渣倾倒在流槽有堵头的一端；（7）液渣沿着流槽向下流动并逐渐凝固，测量形成的渣条长度为11cm。根据测量结果，高温流动长度为84cm，位于表1中85±5cm的范围内，低温流动长度为11cm，大于10cm，说明该渣用于中碳钢连铸生产时，产生的润滑效果和消耗量能满足要求。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3