一種連鑄結(jié)晶器保護渣固態(tài)渣膜結(jié)晶比的判定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種連鑄結(jié)晶器保護渣固態(tài)渣膜結(jié)晶比的判定方法，連鑄結(jié)晶器保護渣在石墨坩堝內(nèi)被硅鉬爐加熱至完全熔化并形成均勻的熔池；利用HF-200渣膜熱流模擬儀獲得保護渣的固態(tài)渣膜；將石墨坩堝內(nèi)的熔渣迅速水淬得到相應的水淬渣樣；按照同一個升溫程序分別對固態(tài)渣膜及水淬渣進行熱分析測試，由差式掃描量熱儀記錄下樣品在升溫過程中的DSC曲線，通過分析渣膜及水淬渣的DSC曲線可得到固態(tài)渣膜的結(jié)晶比；本發(fā)明提供了一種將保護渣固態(tài)渣膜中晶體所占比例定量化的方法，其結(jié)果可用于表征保護渣固態(tài)渣膜的傳熱特性，對連鑄結(jié)晶器保護渣的設計具有指導意義。
【專利說明】一種連鑄結(jié)晶器保護渣固態(tài)渣膜結(jié)晶比的判定方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種對連鑄結(jié)晶器保護渣固態(tài)渣膜的物理性質(zhì)的判定方法，尤其是將 保護渣固態(tài)渣膜中晶體所占比例定量化方法。

【背景技術】
[0002] 結(jié)晶器保護渣是連鑄過程中使用的重要冶金功能材料，對保證澆注的順行及良好 的鑄坯質(zhì)量起著極為關鍵的作用。加入到結(jié)晶器鋼液面上的粉渣依靠鋼液提供的熱量被逐 漸加熱，最終在鋼液面上形成液渣層。液渣流入到坯殼與結(jié)晶器之間后，靠近鑄坯一側(cè)溫度 較高形成液渣膜，越靠近結(jié)晶器，溫度越低，隨著溫度的降低，液渣凝固形成固態(tài)渣膜，在靠 近結(jié)晶器一側(cè)，液渣快速冷卻形成玻璃層（如圖1)。因此，坯殼與結(jié)晶器之間的固態(tài)渣膜實 際上含有晶體和玻璃兩相（如圖2)。一方面，固態(tài)渣膜中的晶體可以有效的阻礙熱量從坯 殼向結(jié)晶器的橫向傳遞，這有助于實現(xiàn)坯殼的緩慢冷卻，從而有利于避免鑄坯表面縱裂紋 的產(chǎn)生；另一方面，增加固態(tài)渣膜中晶體所占比例，通過渣膜的熱流密度將會減小，初生坯 殼的厚度也隨之變薄，太薄的坯殼難以承受其與結(jié)晶器壁之間的摩擦力便有可能出現(xiàn)漏鋼 的情況。因此，只有將固態(tài)渣膜中晶體所占比例，即結(jié)晶比控制在合理的范圍內(nèi)，才能協(xié)調(diào) 好澆注過程中潤滑與傳熱之間的矛盾，最終實現(xiàn)澆注順行并獲得好的鑄坯質(zhì)量。
[0003] 固態(tài)渣膜結(jié)晶比可用于表征渣膜傳熱特性，是研究人員在設計保護渣時極為關注 的一個物理參數(shù)。但是對于如何將保護渣固態(tài)渣膜中晶體所占比例定量化，現(xiàn)有的研究方 法仍然存在兩方面的不足。第一是沒有得到適合于判定渣膜結(jié)晶比的固態(tài)渣膜。大量研究 結(jié)果表明，液渣的冷卻條件對固態(tài)渣膜的結(jié)晶比有較大的影響，也就是說不同冷卻條件下 獲得的固態(tài)渣膜，結(jié)晶比的結(jié)果是不相同的。目前，保護渣在連鑄結(jié)晶器內(nèi)形成的固態(tài)渣膜 可在工業(yè)現(xiàn)場直接獲取，但由于現(xiàn)場條件不固定（如拉速、鋼水溫度、取樣位置和時間等）， 使得獲取的渣膜樣品沒有代表性和重現(xiàn)性。第二是對獲取到的固態(tài)渣膜，目前大多通過宏 觀或微觀直接觀察的方法定性判斷渣膜結(jié)晶比。即使在光學顯微鏡或掃描電鏡下可以觀察 到渣膜中晶體的形貌，但是由于觀察到的區(qū)域有限，并且晶體和玻璃的交界線難以確定，因 此直接觀察渣膜結(jié)構難以得到較準確的渣膜結(jié)晶比結(jié)果。X射線衍射技術也可用于研究渣 膜中的晶體，但是需要對衍射數(shù)據(jù)進行大量的校正并經(jīng)過復雜的運算之后才能得到結(jié)果， 并且選擇不同的參數(shù)進行計算得到的結(jié)果差別較大。
[0004] 因此，要想較準確的得到固態(tài)渣膜中晶體所占的比例，需要獲得合適的固態(tài)渣膜， 本專利所采用的渣膜獲取方法是利用HF-200渣膜熱流模擬儀（如圖1)在實驗室獲取渣 膜，通入冷卻水的銅探頭浸入到熔渣內(nèi)使液態(tài)保護渣冷卻凝固，液渣形成固態(tài)渣膜后附著 在銅探頭壁上，一段時間后探頭被提升至原來高度，附著在探頭壁上的固態(tài)渣膜（如圖2) 可作為結(jié)晶比測試的渣膜樣品。由于固態(tài)渣膜中有非晶體存在，因此渣膜在加熱過程中會 放出熱量，而且放出的熱量與渣膜中非晶體的質(zhì)量成比例，用熔渣水淬渣代替渣膜中的非 晶體，利用差式掃描量熱法分別測量渣膜和水淬渣（非晶體）加熱過程中放出的熱量，將渣 膜加熱過程中的放熱量與單位質(zhì)量水淬渣加熱過程的放熱量進行比較，就能得到渣膜定量 的結(jié)晶比結(jié)果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提出了一種保護渣固態(tài)渣膜結(jié)晶比的 判定方法，在實驗室模擬工業(yè)現(xiàn)場渣膜的形成過程，在特定條件下獲得適合于結(jié)晶比判定 的固態(tài)渣膜，并且在對對渣膜的物理性能進行檢測過后能得到判定固態(tài)渣膜結(jié)晶比的具體 方法。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案是一種連鑄結(jié)晶器保護渣固態(tài) 渣膜結(jié)晶比的判定方法，其特征在于包括用差式掃描量熱儀檢測渣及水淬渣升溫過程中的 熱焓值以及對檢測結(jié)果分析處理；
[0007] 用差式掃描量熱儀檢測渣膜物理性能包括如下步驟：
[0008] 1)用電子天平稱取渣膜粉末樣品IOmg至15mg，放置于剛玉坩堝內(nèi)；
[0009] 2)利用差式掃描量熱儀，以10 - 20°C /min的升溫速率將裝有樣品的坩堝從室溫 升溫至900- 1300°C，得到樣品在加熱過程中的DSC曲線，橫坐標為溫度T，單位為°C ;縱坐 標為熱流率，單位為mw. mg4 ;整個過程通入保護氣體，流量為50mL/min ;
[0010] 3)測試結(jié)束后，利用與熱分析設備配套的熱分析軟件將測試結(jié)果導出到文本文檔 中用于結(jié)晶比的計算；
[0011] 4)用同樣的方法得到水淬渣粉末樣品的熱分析檢測結(jié)果。
[0012] 對檢測結(jié)果分析處理包括如下步驟：
[0013] 1)根據(jù)導入到文本文檔中的固態(tài)渣膜的檢測數(shù)據(jù)做出DSC曲線（向上凸為放熱 峰），橫坐標為溫度T (°C )，縱坐標為熱流率y (mw. mg，，從DSC曲線上確定出放熱峰的起始 點（Tm, ym)和放熱峰的結(jié)束點（Tn，yn)，起始點與結(jié)束點之間用直線相連作為放熱峰的基 準線；
[0014] 2)根據(jù)放熱峰的起始點（Tm, ym)和結(jié)束點（Tn, yn)，由

【權利要求】
1. 一種連鑄結(jié)晶器保護渣固態(tài)渣膜結(jié)晶比的判定方法，其特征在于，用差式掃描量熱 儀檢測固態(tài)渣膜和高溫固態(tài)渣膜水淬后獲得的水淬渣膜，在升溫過程中的熱焓值以及對檢 測結(jié)果分析處理，獲得固態(tài)渣膜以及水淬渣樣中晶體所占的比例k; 所述用差式掃描量熱儀檢測渣膜和水淬渣在升溫過程中的熱焓值包括如下步驟： 1) 用電子天平稱取一定質(zhì)量固態(tài)渣膜粉末樣品，放置于剛玉坩堝內(nèi)； 2) 利用差式掃描量熱儀，以10 - 25°C/min的升溫速率將裝有樣品的坩堝從室溫升溫 至900- 1300°C，得到樣品在加熱過程中的DSC曲線，橫坐標為溫度T，單位為°C;縱坐標為 熱流率，單位為mw.mg4 ;在整個過程中，向坩堝中通入保護氣體； 3) 測試結(jié)束后，利用與熱分析設備配套的熱分析軟件將測試結(jié)果導出到文本文檔中用 于結(jié)晶比的計算； 4) 用同樣的方法得到水淬渣膜樣品粉末的熱分析檢測結(jié)果； 所述結(jié)晶比的計算包括如下步驟： 1) 根據(jù)導入到文本文檔中的固態(tài)渣膜的檢測數(shù)據(jù)做出DSC曲線，向上凸為放熱峰， 橫坐標為溫度T(°C)，縱坐標為熱流率y(mw. 〇，從DSC曲線上確定出放熱峰的起始點 (Tm,ym)和放熱峰的結(jié)束點（Tn，yn)，起始點與結(jié)束點之間用直線相連作為放熱峰的基準 線. V-V 2) 根據(jù)放熱峰的起始點（Tm,ym)和結(jié)束點（Tn,yn)，由+(乙一-忑計算 Tm與Tn之間任意溫度Tx(Tm〈Tx〈Tn)所對應的基準線的y值bx; 3. Im與Tn之間的溫度Im,Tlrt, . . .，Tx，. . .，Tn所對應的熱流率為yni，yni+1，...， yx，. . .，yn，每個溫度所對應的基準線y值為bm，bm+1，. . .，bx，. . .，bn，據(jù)此由 An=Σ(^~Μ+^-^).(7；+ι -7；)計算放熱峰的面積Am ; x-m ^ 4) 用同樣的方法做出水淬渣樣的DSC曲線并計算出放熱峰的面積An; 5) 由-f計算出固態(tài)渣膜中晶體所占的比例k。 An
2. 根據(jù)權利要求1所述連鑄結(jié)晶器保護渣固態(tài)渣膜結(jié)晶比的判定方法，其特征在于， 稱取的固態(tài)渣膜粉末樣品或水淬渣膜樣品粉末的質(zhì)量為IOmg至15mg。
3. 根據(jù)權利要求1所述連鑄結(jié)晶器保護渣固態(tài)渣膜結(jié)晶比的判定方法，其特征在于， 固態(tài)渣膜先預處理，預處理包括如下步驟： 1) 取一定數(shù)量的連鑄結(jié)晶器保護渣，分批加入到石墨坩堝中并放置于硅鑰爐內(nèi)；將爐 膛溫度升至1350- 1400°C并恒溫一段時間，使熔渣的成分及溫度均勻； 2) 按下HF-200渣膜熱流模擬儀控制面板上的"定位"按鈕，定位系統(tǒng)被開啟，兩支定位 桿開始下降，當定位桿的下端面剛接觸到熔渣液面時定位桿停止下降，隨即定位桿上升至 原來高度，定位完畢；定位桿下降的距離即為銅探頭浸入熔渣中應當下降的高度； 3) 打開冷卻水，調(diào)整流量計使冷卻水流量穩(wěn)定，打開熱水器調(diào)整冷卻水水溫直到水溫 穩(wěn)定在35°C±3. 5°C，按下HF-200渣膜熱流模擬儀控制面板上的"測試"按鈕，銅探頭開始 下降，當銅探頭上表面與熔渣液面平齊時，探頭停止下降同時測試開始；測試結(jié)束后，銅探 頭升高至原來高度，取下附著在銅探頭壁上的固態(tài)渣膜，得到固態(tài)渣膜樣品；取石墨坩堝內(nèi) 的部分熔渣經(jīng)過水淬后，獲得相應的水淬渣膜樣品； 4)將固態(tài)渣膜及水淬渣樣烘干后研磨成粉末，粉末經(jīng)過200目細篩篩分過后得到用于 熱分析測試的固態(tài)渣膜的粉末樣品及水淬渣膜的粉末樣品。
【文檔編號】G01N1/28GK104236977SQ201410519934
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權日:2014年9月29日
【發(fā)明者】文光華, 唐萍, 楊昌霖, 高金星 申請人:重慶大學