結(jié)晶器保護(hù)渣熔點測定

一文獻(xiàn)綜述

保護(hù)渣是七十年代發(fā)展起來的一門學(xué)科，是不可或缺的冶金材料，對鑄坯質(zhì)量及連鑄工藝順行發(fā)揮著不可替代的作用。與此同時其特性檢測技術(shù)亦應(yīng)運而生，其中保護(hù)渣熔點的準(zhǔn)確檢測是保護(hù)渣研究及應(yīng)用中不可缺少的手段。

連鑄保護(hù)渣的熔化速度是衡量其供給能力的重要參數(shù)之一，對于高速連鑄，則要求保護(hù)渣具有較快的熔化速度以滿足液渣的快速消耗和潤滑要求。因此保護(hù)渣熔化速度的影響因素及控制技術(shù)的研究成為冶金界關(guān)注的重要課題。很多冶金工作者就保護(hù)渣熔點做了大量研究工作，并取得了一定研究成果。

1999年8月,朱立光、萬愛珍在河北理工學(xué)院學(xué)報發(fā)表了《碳酸鹽對連鑄保護(hù)渣熔化速度的影響》，保護(hù)渣中的碳酸鹽受熱而發(fā)生劇烈分解反應(yīng)，放出CO2。大量氣體的釋放勢必對保護(hù)渣熔化速度產(chǎn)生一定程度的影響。設(shè)計了一系列實驗定量地研究這種影響，得出結(jié)論，碳酸鹽有助于保護(hù)渣熔化速度的提高，同樣濃度的碳酸鹽加快保護(hù)渣熔化的能力順序為Li2CO3>K2CO3>CaCO3>Na2CO3。

武漢科技大學(xué)的碩士生陳清泉通過在《連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣組成與性能的研究》中得出了保護(hù)渣組成與熔化溫度的關(guān)系。保護(hù)渣熔化溫度與加入的助熔劑種類和數(shù)量有著密切的關(guān)系，為滿足高速連鑄保護(hù)渣低熔點的要求，B2O3、Li2O、BaO等成分對熔化溫度的影響受到了重視。

二爐渣熔化溫度的測定實驗方案

1實驗原理

按照熱力學(xué)理論，熔點通常是指標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下固—液二相平衡共存時的平衡溫度。爐渣是復(fù)雜多元系，其平衡溫度隨固—液二相成分的改變而改變，實際上多元渣的熔化溫度是一個溫度范圍，因此無確定的熔點。在降溫過程中液相剛剛析出固相時的溫度叫開始凝固溫度(升溫時稱之為完全熔化溫度)，即相圖中液相線(或液相面上)的溫度；液相完全變成固相時的溫度叫完全凝固溫度(或開始熔化溫度)，此即相圖4-中固相線(或固相面)上的溫度；這兩個溫度稱為爐渣的熔化區(qū)間。由于實際渣系的復(fù)雜性，一般沒有適合的相圖供查閱，生產(chǎn)中為了粗略地比較爐渣的熔化性質(zhì)，采用一種半經(jīng)驗的簡單方法，即試樣變形法來測定爐渣的熔化溫度區(qū)間。常用的方法有差熱分析法、熱絲法和半球法（試樣變形法）等。

多元渣試樣在升溫過程中，超過開始熔化溫度以后，隨著液相量增加，試樣形狀會逐漸改變，試樣變形法就是根據(jù)這一原理而制定的。如圖1所示

(a)h(b)5/6h(c)1/2h(d)1/3h

圖1保護(hù)渣樣品熔化過程形狀變化

(a)準(zhǔn)備試樣；(b)開始熔化溫度；(c)高度降低1/2；(d)接近全部熔化

隨著溫度升高，圓柱形試樣由(a)經(jīng)過燒結(jié)收縮，然后逐步熔化，試樣高度不斷降低，如(b)、(c)所示，最后接近全部熔化時，試樣完全塌下鋪展在墊片上(d)。由此可見，只要規(guī)定一個高度標(biāo)記，對應(yīng)的溫度就可以用于相對比較不同渣系熔化溫度的高低，同時也可比較不同渣熔化的快慢，析出液相的流動性等。習(xí)慣上取試樣高度降到1／2時的溫度為熔化溫度。用此法測得的熔化溫度，既不是恒溫的，又無平衡可言，絕不是熱力學(xué)所指的熔點或熔化溫度，而只是一種實用的相對比較的標(biāo)準(zhǔn)。

2設(shè)備與操作

實驗裝置如圖2所示，它可分為高溫加熱系統(tǒng)，測溫系統(tǒng)和試樣高度光路放大觀測系統(tǒng)。試樣加熱用SiC管狀爐、鉑絲爐或鉬絲爐。爐溫用程序溫度控制儀控制。樣品溫度用電位差計或數(shù)字高溫表測定。試樣放在墊片上，墊片材料是剛玉質(zhì)，高純氧化鎂或貴金屬，要求不與試樣起反應(yīng)。熱電偶工作端須緊貼于試樣墊片之下。運用多功能物性儀將試樣同時投影到照相機(jī)的底片和攝像機(jī)的硅片上，然后經(jīng)過圖2輸入到計算機(jī)中，同時儲存顯示試樣的形狀、溫度及實驗的時間，測定樣品的熔化溫度及其熔化速度。

4一熱電偶；5一支撐管；6一電爐；7一試樣；8一墊片；9一投光燈

圖2熔化溫度測定裝置示意圖

實驗步驟：

(1)渣樣制備

1)將渣料配好(最好經(jīng)過預(yù)熔或至少經(jīng)預(yù)燒結(jié))在不銹鋼研缽中研碎（粒度小于0.075mm）混勻成為渣粉待用；

2)將渣粉置于蒸發(fā)皿內(nèi)，加入少許糊精液，均勻研混，以便成型；

3)將上述濕粉放在制樣器中制成Ф3×3(mm)的圓柱形試樣。在制樣過程中，用具有一定壓力的彈簧壓棒搗實，然后推出渣樣；

4)制好的渣樣自然陰干，或放在烘箱內(nèi)烘干。

(2)熔化溫度測定

1)將墊片放在支撐管的一端，并且保持水平。再將試樣放在墊片上，其位置正好處于熱電偶工作端的上方。然后移動爐體（有些儀器移動支撐管架），置試樣于爐體高溫區(qū)中部；

2)調(diào)整物鏡、目鏡位置，使試樣在屏幕上呈清晰放大象，然后調(diào)整屏幕左右上下位置，使試樣象位于屏幕的六條水平刻度線之間、便于判斷熔化溫度；

3)用程序溫控儀給電爐供電升溫。接近熔化溫度時，升溫速度應(yīng)控制在5～10℃／min間的某一固定值。升溫速度將影響所測的溫度值及數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性；

4)不斷觀察屏幕上試樣高度的變化，同時不斷記錄溫度數(shù)值，尤其是試樣頂端開始變圓時的溫度（開始熔化溫度）、高度降低到1/2時的溫度及試樣中液相完全鋪展時的溫度（完全熔化溫度）。取高度降到1/2時的溫度為熔化溫度；

5)取試樣頂端開始變圓時的溫度（開始熔化溫度）和試樣中液相完全鋪展時的溫度（完全熔化溫度）為熔化溫度區(qū)間。一個試樣測完后，降低爐溫，移開爐體，取出墊片，再置一新墊片和新試樣，進(jìn)行重復(fù)實驗，可重復(fù)3—5次，取其平均值。

6）一種成分試樣測完后，調(diào)整保護(hù)渣的堿度，即改變渣中SiO2、CaO含量，重新制樣，重復(fù)上述步驟進(jìn)行實驗。

三實驗數(shù)據(jù)處理

本實驗中，每種試樣分別進(jìn)行4組測試，并根據(jù)記錄數(shù)據(jù)計算出每組溫度平均值，所得的半球點溫度如下表1所示。

表1結(jié)晶器保護(hù)渣各試樣的半球點溫度（℃）

編號

第一次

第二次

第三次

平均溫度

第一組

1059

1076

1047

1061

第二組

1075

1067

1086

1076

第三組

1108

1107

1180

1132

第四組

1125

1130

1115

1123

每組試樣保護(hù)渣的成分不同，SiO2、CaO含量變化，MgO、Al2O3、Na2O、CaF2等成分保持不變。

表2保護(hù)渣試樣成分變化

編號

SiO2

CaO

MgO

Al2O3

Na2O

CaF2

堿度R（CaO/SiO2）

第一組

40%

40%

5%

5%

3%

7%

1.00

第二組

41%

39%

5%

5%

3%

7%

0.95