重量法測定連鑄結晶器保護渣中碳的動力學曲線

李 哲，周春艷，關姜鑫，馬 麗

（石鋼京誠裝備技術有限公司質量管理部，遼寧 營口 115004）

隨著工業發展水平的逐步提高，一個國家的鋼鐵行業技術水平的高低，取決于連鑄技術的水平。連鑄發展到今天這個水平，可以說保護渣技術起到極為關鍵的作用。

目前我國從事保護渣基礎研究的單位不多，保護渣生產廠基礎研究缺少技術人員和資金支持，特別是合金鋼連鑄保護渣的研制生產難度大，需求量少，開發研究工作明顯不足。目前國內保護渣生產廠普遍缺乏必備的檢測手段，有些生產廠連最基本的熔點（粘度和化學成分等都不能檢測；全靠經驗生產。造成保護渣的穩定性差，給連鑄生產帶來很多困難。

最直觀評價保護渣的方法，就是保護渣的消耗量和液渣層厚度。隨著我國連續鑄鋼的迅速發展，連鑄品種不斷擴大以及新連鑄機的投產 "經常會遇到如何選擇保護渣和評價保護渣的問題。因為連鑄保護渣的通用性很差，又沒有一個統一的標準 "即使選擇澆注鋼種和斷面相同的保護渣。但由于拉速，鋼水質量和設備參數的不同，同樣不能生產出表面質量好的鑄坯。如果保護渣選擇不當，不僅造成鑄坯表面缺陷多，修磨量大；而且使連鑄工藝難以順行，事故頻繁，嚴重時連鑄無法進行。所以對連鑄保護渣的選擇應給予充分重視。文章提出利用重量法測定碳的動力學曲線：可研究連鑄過程中結晶器保護渣中碳料在低于1100℃空氣中的高溫氧化行為。結果表明：碳在815℃的氧化動力學曲線符合拋物線規律；C的氧化符合冶金多相反應的動力學的最基本模型。該法簡潔，可用于保護渣的評價。

1 實驗原理

文獻認為固體碳的燃燒是沿著整體表面均勻地進行，反應為一級高溫下，碳主要是與氧反應。

2 實驗材料與方法

2.1 主要儀器和試劑

碳分析儀，天平，馬弗爐。

2.2 實驗方法

（1）將試樣混合均勻，用試驗機壓制成Ф36 mm×50mm的圓柱體。

（2）將試樣放入烘箱內，在110℃下烘干24 h。（3）稱重。

（4）將試樣放入試驗爐內，爐溫：815℃，恒溫5、10、15、20、25、30 min，取出后至室溫，稱量。

（5）將試樣再次放入試驗爐內，保溫4 h，稱重，再保溫，至恒重。

（6）對部分燒結試樣進行XRF分析。

3 結果與討論

選用國外引進的低、高碳保護渣及國內某廠家提供的一種適用于中碳鋼的預熔型保護渣。所有廠家均以商家秘密為由不提供其化學成分。采用X-ray熒光（XRF）光譜其提供的理化指標見表1。

表1 化學成分的XRF分析結果

等溫曲線結果顯示其形態具有指數函數的形態，文章試驗保護渣在15min內碳的揮發速度較快，約有60%的［C］揮發，隨后碳的揮發速度較為緩慢。表明該保護渣中的碳的由表層至內的揮發隨著時間的延長愈來愈受碳的氧化反應的擴散步驟控制。同時也觀察揮發后殘留物沒有產生400～600℃燒結。這都說明該保護渣在未熔化的粉渣層（slag power）中的碳起到了控制熔化速率的作用。利用該曲線可鑒別其它來源保護渣的差別，也可起到控制保護渣質量的作用。

由其等溫曲線可見，當t≤35 min，C低≥C高≥C中，當t≥35 min，則有如下關系成立：C高≥C低≥C中。表明在此時間區間內，中碳保護渣的抗氧化能力最強，高碳次之，低碳最弱。

圖1 保護渣國體碳的等溫動力學曲線

保護渣成分中含有混合配碳。保護渣的炭質材料種類（中超炭黑、半補強炭黑、鱗片石墨、土狀石墨和焦炭）及含量對燒結性能有很大的影響。保護渣中的碳對煉鋼過程中有絕熱保溫作用，主要靠粉渣層厚度和物理性來實現，由于碳開始氧化溫度較低，氧化速度較快，所以碳在渣層中溫度較低的區域內有很強的控制效率；而對于（石墨）碳則在高溫區有很強的控制能力。

動力學實驗表明，C在低、中、高碳保護渣中的氧化速度與C在渣中含量，及其它保護渣組分相關性很大，即動力學曲線的測定可近似了解保護渣在低、中溫區固渣層控制渣熔化速度的狀況，以便判斷或調整保護渣的性能。