氧化钇对低合金钢连铸保护渣特性影响研究

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低合金钢是目前应用范围较广、种类较多的一类高性能钢种。在低合金钢生产过程中向钢中添加稀土可以有效改善钢的性能。连铸工艺是决定钢材质量的重要阶段,实际生产中发现稀土钢保护渣会出现结条结块现象,说明保护渣中溶解了部分稀土氧化物使其性能发生了改变。通过对比现场未添加至结晶器的原渣和已经完整参加过铸坯冷却过程的终渣,发现氧化钇(Y2O3)对保护渣的理化性能产生了较大影响。本研究以低合金钢E36为试验钢种,通过向钢中现用连铸保护渣中添加一定比例的Y2O3,采用半球点法、旋转内柱体法、同步热分析法等手段,探究了Y2O3含量对低合金钢连铸保护渣的熔化温度、黏度、结晶温度等理化性能、物相组成和元素迁移的影响。研究成果将为低合金钢连铸保护渣的优化设计和研制提供了理论基础。研究发现,随着保护渣中Y2O3含量的增多,其熔化温度逐渐升高,保护渣黏度-温度曲线中的转折温度也明显升高。相同温度下,6%Y2O3含量的保护渣黏度最高,4%Y2O3含量的保护渣在含有Y2O3的保护渣中黏度最低。在5°C/min的降温条件下,保护渣的结晶温度会随着渣中Y2O3含量的增多而升高。其中Y2O3含量为6%时最高为1209°C,Y2O3含量为8%时为1198°C略低于前者。通过使用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM-EDS)对黏度测试后的保护渣进行分析发现,结晶相中均存在枪晶石(Ca4Si2O7F)和钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)。在Y2O3含量为2%时,保护渣中还会析出Al2Y4O9,在Y2O3含量为4%时,保护渣的X射线衍射图谱出现少量CaYAl3O7晶体特征峰,而Y2O3含量为6%和8%时的保护渣中会同时出现Al2Y4O9和Y2O3的特征峰。通过扫描电子显微镜对物相形貌进行观察,发现随着Y2O3含量的增加,保护渣中不规则类矩形结晶相逐渐增大。通过能谱分析,发现Ca、F、Y元素聚集背散射较亮区域,Na、Al、O元素聚集在背散射较暗区域,还发现保护渣中Y和Al元素在保护渣中的分布具有较强的互补性。对高温预熔水淬保护渣进行傅里叶变换红外光谱分析、拉曼光谱分析发现,Si-O键数量上的规律可以解释不同组分保护渣黏度的变化。Q0、Q1、Q2、Q3分别代表硅酸盐结构中不同的结构单元类型,其中Q0代表该结构单元中没有桥氧,Q1代表该结构单元中桥氧数量为1,依次类推。通过对各组分拉曼光谱进行分峰拟合分析,得出各组分保护渣中Q0、Q1、Q2、Q3的占比,进而推断各组分保护渣中不同硅氧四面体的种类和数量,发现各组分保护渣Q0、Q1、Q2、Q3占比规律与黏度、转折温度、结晶温度规律一致,可以从结构角度解释上述理化性能变化。通过上述研究发现Y2O3对保护渣理化性能的影响规律,从熔体结构角度找到了理论支撑,为下一步优化设计低合金钢连铸保护渣提供理论依据。
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