结晶器保护渣熔点测定
一 文献综述
保护渣是七十年代发展起来的一门学科，是不可或缺的冶金材料，对铸坯质量及连铸工艺顺行发挥着不可替代的作用。与此同时其特性检测技术亦应运而生，其中保护渣熔点的准确检测是保护渣研究及应用中不可缺少的手段。
连铸保护渣的熔化速度是衡量其供给能力的重要参数之一，对于高速连铸，则要求保护渣具有较快的熔化速度以满足液渣的快速消耗和润滑要求。因此保护渣熔化速度的影响因素及控制技术的研究成为冶金界关注的重要课题。很多冶金工作者就保护渣熔点做了大量研究工作，并取得了一定研究成果。
1999年8月,朱立光、万爱珍在河北理工学院学报发表了《碳酸盐对连铸保护渣熔化速度的影响》，保护渣中的碳酸盐受热而发生剧烈分解反应，放出CO2。大量气体的释放势必对保护渣熔化速度产生一定程度的影响。设计了一系列实验定量地研究这种影响，得出结论，碳酸盐有助于保护渣熔化速度的提高，同样浓度的碳酸盐加快保护渣熔化的能力顺序为Li2CO3>K2CO3>CaCO3> Na2CO3。
武汉科技大学的硕士生陈清泉通过在《连铸结晶器保护渣组成与性能的研究》中得出了保护渣组成与熔化温度的关系。保护渣熔化温度与加入的助熔剂种类和数量有着密切的关系，为满足高速连铸保护渣低熔点的要求，B2O3、Li2O、BaO等成分对熔化温度的影响受到了重视。
二 炉渣熔化温度的测定实验方案
1 实验原理
按照热力学理论，熔点通常是指标准大气压下固—液二相平衡共存时的平衡温度。炉渣是复杂多元系，其平衡温度随固—液二相成分的改变而改变，实际上多元渣的熔化温度是一个温度范围，因此无确定的熔点。 在降温过程中液相刚刚析出固相时的温度叫开始凝固温度(升温时称之为完全熔化温度)，即相图中液相线(或液相面上)的温度；液相完全变成固相时的温度叫
完全凝固温度(或开始熔化温度)，此即相图4-中固相线(或固相面)上的温度；这两个温度称为炉渣的熔化区间。由于实际渣系的复杂性，一般没有适合的相图供查阅，生产中为了粗略地比较炉渣的熔化性质，采用一种半经验的简单方法，即试样变形法来测定炉渣的熔化温度区间。常用的方法有差热分析法、热丝法和半球法（试样变形法）等。
多元渣试样在升温过程中，超过开始熔化温度以后，随着液相量增加，试样形状会逐渐改变，试样变形法就是根据这一原理而制定的。如图1所示
(a)h (b) 5/6h (c) 1/2h (d)1/3h
图1保护渣样品熔化过程形状变化
(a)准备试样；(b)开始熔化温度； (c)高度降低1/2； (d)接近全部熔化 随着温度升高，圆柱形试样由(a)经过烧结收缩，然后逐步熔化，试样高度不断降低，如(b)、(c)所示，最后接近全部熔化时，试样完全塌下铺展在垫片上(d)。由此可见，只要规定一个高度标记，对应的温度就可以用于相对比较不同渣系熔化温度的高低，同时也可比较不同渣熔化的快慢，析出液相的流动性等。习惯上取试样高度降到1／2时的温度为熔化温度。用此法测得的熔化温度，既不是恒温的，又无平衡可言，绝不是热力学所指的熔点或熔化温度，而只是一种实用的相对比较的标准。
2设备与操作
实验装置如图2所示，它可分为高温加热系统，测温系统和试样高度光路放大观测系统。试样加热用SiC管状炉、铂丝炉或钼丝炉。炉温用程序温度控制仪控制。样品温度用电位差计或数字高温表测定。试样放在垫片上，垫片材料是刚玉质，高纯氧化镁或贵金属，要求不与试样起反应。 热电偶工作端须紧贴于试样垫片之下。运用多功能物性仪将试样同时投影到照相机的底片和摄像机的硅片上，然后经过图2输入到计算机中，同时储存显示试样的形状、温度及实验的时间，测定样品的熔化温度及其熔化速度。
4一热电偶；5一支撑管；6一电炉； 7一试样；8一垫片；9一投光灯
图2 熔化温度测定装置示意图
实验步骤： (1) 渣样制备
1) 将渣料配好(最好经过预熔或至少经预烧结)在不锈钢研钵中研碎（粒度小于0.075mm）混匀成为渣粉待用；
2) 将渣粉置于蒸发皿内，加入少许糊精液，均匀研混，以便成型； 3) 将上述湿粉放在制样器中制成Ф3×3(mm)的圆柱形试样。在制样过程中，用具有一定压力的弹簧压棒捣实，然后推出渣样；
4) 制好的渣样自然阴干，或放在烘箱内烘干。 (2) 熔化温度测定
1) 将垫片放在支撑管的一端，并且保持水平。再将试样放在垫片上，其位置正好处于热电偶工作端的上方。然后移动炉体（有些仪器移动支撑管架），置试样于炉体高温区中部；
2) 调整物镜、目镜位置，使试样在屏幕上呈清晰放大象，然后调整屏幕左右上下位置，使试样象位于屏幕的六条水平刻度线之间、便于判断熔化温度；
3) 用程序温控仪给电炉供电升温。接近熔化温度时，升温速度应控制在5～10℃／min间的某一固定值。升温速度将影响所测的温度值及数据的重现性；
4) 不断观察屏幕上试样高度的变化，同时不断记录温度数值，尤其是试样顶端开始变圆时的温度（开始熔化温度）、高度降低到1/2时的温度及试样中液相完全铺展时的温度（完全熔化温度）。取高度降到1/2时的温度为熔化温度；
5) 取试样顶端开始变圆时的温度（开始熔化温度）和试样中液相完全铺展时的温度（完全熔化温度）为熔化温度区间。一个试样测完后，降低炉温，移开炉体，取出垫片，再置一新垫片和新试样，进行重复实验，可重复3—5次，取其平均值。
6）一种成分试样测完后，调整保护渣的碱度，即改变渣中SiO2、CaO含量，重新制样，重复上述步骤进行实验。
三 实验数据处理
本实验中，每种试样分别进行4组测试，并根据记录数据计算出每组温度平均值，所得的半球点温度如下表1所示。
表1 结晶器保护渣各试样的半球点温度（℃）
编号 第一组 第二组 第三组 第四组
第一次 1059 1075 1108 1125
第二次 1076 1067 1107 1130
第三次 1047 1086 1180 1115
平均温度
1061 1076 1132 1123
每组试样保护渣的成分不同，SiO2、CaO含量变化，MgO、Al2O3、Na2O 、CaF2 等成分保持不变。
表2保护渣试样成分变化
编号 第一组 第二组 第三组 第四组
SiO2
40% 41% 42% 43%
CaO
40% 39% 38% 37%
MgO
5% 5% 5% 5%
Al2O3
5% 5% 5% 5%
Na2O
3% 3% 3% 3%
CaF2
7% 7% 7% 7%
碱度R（CaO/ SiO2）
1.00 0.95 0.90 0.86
根据记录计算数据作图
图3保护渣熔点随碱度变化图
四 实验小结
由图3可看出，结晶器保护渣熔点受其碱度的影响，当碱度小于1时，随着碱度的增大，熔点先升高后降低。