连铸保护渣对板坯表面质量的影响

1 连铸保护渣 对板坯表面质量的影响 连铸保护渣 对板坯表面质量的影响 重庆大学连铸技术研究所 王 谦 重庆大学连铸技术研究所 王 谦 2 报告内容 1 板坯连铸工艺特征及常见铸坯表面缺陷 2 连铸保护渣的组成及性能 3保护渣对铸坯表面质量的影响及控制 4保护渣传热与润滑特性的协调控制 5连铸保护渣的使用与评价 3 1.绝热保温 2.防氧化 3.吸收夹杂 4.润滑铸坯 5.控制传热 1.绝热保温 2.防氧化 3.吸收夹杂 4.润滑铸坯 5.控制传热 连铸保护渣功能的正确发挥是连铸生产顺行的关键环节连铸保护渣功能的正确发挥是连铸生产顺行的关键环节 4 1 板坯连铸工艺特征及常见铸坯表面缺陷1 板坯连铸工艺特征及常见铸坯表面缺陷 5 1.1 板坯连铸工艺特征 （1) 钢水注入方式导致结晶器内钢液流场的特殊性 保护渣均匀覆盖钢液面难度大，不利于润滑铸坯 1.1 板坯连铸工艺特征 （1) 钢水注入方式导致结晶器内钢液流场的特殊性 保护渣均匀覆盖钢液面难度大，不利于润滑铸坯 双侧孔水口引起的向上回流区，使得保护渣难以均匀覆盖钢液面，导致液渣膜 厚度不均匀。随铸坯变薄、宽度增大、拉速提高，不均匀性会进一步放大； 6 为防止水口结瘤堵塞或对于宽板坯为加强钢液向两窄面的分散，水 口吹氩量较大，大量氩气排除干扰液渣层的稳定，甚至形成气渣乳 浊体，改变了保护渣性能； 由于流场导致的弯月面区域温度场不均匀性更强，宽板坯两侧面容易 出现冷钢等； 7 （2)铸坯宽面中间部位与结晶器壁接触缝隙更小 不利于液渣的渗入和润滑 （2)铸坯宽面中间部位与结晶器壁接触缝隙更小 不利于液渣的渗入和润滑 在钢水静压力和坯壳凝固收缩的作用下，角部刚性较大，板坯宽面中 部刚性小，与结晶器壁接触更紧，这样中部铸坯与结晶器壁间隙更 小，保护渣流入少，摩擦阻力更大； 铸坯与结晶器壁接触紧密导致坯壳收到的摩擦阻力大，对于高温塑性 较低的钢种，容易诱发应力微裂纹。 8 (3) 宽面中部传热不均匀性更强 铸坯表面容易产生纵裂纹 (3) 宽面中部传热不均匀性更强 铸坯表面容易产生纵裂纹 由于铸坯中部弯月面与结晶器接触更紧密，传热的热流密度高，而水 口温度 低，导致中部弯月面坯壳传热不均匀性更大，容易出现铸坯表面纵裂纹。 板坯连铸上述三个方面缺点，在拉速提高、铸坯宽度增加 条件下会得到进一步放大，将危害生产顺行和铸坯质量。 板坯连铸上述三个方面缺点，在拉速提高、铸坯宽度增加 条件下会得到进一步放大，将危害生产顺行和铸坯质量。 9 图铸坯表面缺陷 1横向角部裂纹 ，3横向裂纹，4宽面纵向裂纹，5星形裂纹， 6深振痕，7针孔，8宏观夹杂 10 1.2 连铸板坯主要表面缺陷连铸板坯主要表面缺陷 纵裂 (longitudinal crack) 角部纵裂 (longitudinal corner crack) 星裂/网状裂纹 (star/spongy crack ) 深振痕 (deep oscillation mark) 横裂纹 (transverse crack ) 角裂 (corner crack) 夹渣 (slag entrapment) 针孔及气泡(pinhole, pencil pipe) 夹杂黑线(slivers) 横向、纵向、角部凹陷（depression） 增碳(carbon pick-up) 粘结/漏钢（sticking/breakout） 水口浸蚀(SEN erosion) 11 2 连铸保护渣的组成及性能2 连铸保护渣的组成及性能 12 2.1 连铸保护渣基本组成连铸保护渣基本组成 0.525C010MnO010TiO2 015F-05SrO015Fe2O3 05K2O010BaO019B2O3 05Li2O010MgO013Al2O3 025Na2O2245CaO1756SiO2 含量%化学成分含量%化学成分含量%化学成分 Chemical composition of mould fluxes 成分设计成分设计 理化性能理化性能使用性能使用性能铸坯质量铸坯质量 13 2.2 连铸保护渣主要理化性能连铸保护渣主要理化性能 碱度 熔化温度 粘度 结晶性能 吸收夹杂性能 热物理特性 熔融模型和熔化速度 表面/界面张力 密度 粒度 14 连铸保护渣工艺性能铺展性 2.3 连铸保护渣的使用性能 2.3.1 铺展性 连铸保护渣工艺性能铺展性 2.3 连铸保护渣的使用性能 2.3.1 铺展性 铺展性表征了保护渣加入结晶器后覆盖钢液面的能力； 铺展性好保护渣更容易分散到整个结晶器表面获得厚度均匀的 固渣层，也有利于实行自动加渣；反之，则可能出现保护渣的局部 堆积，结晶器钢液面上各处固渣层厚度差别较大。 增大保护渣颗粒度和比重可提高铺展性。 15 对于结晶器液面翻卷严 重的浇铸工艺，为避免 颗粒渣滚动性太好造成 液面局部裸露，可采用 在加热过程中能膨胀为 粉状或片状的颗粒渣。 16 提高保护渣透气性的必要性 吹入的Ar气和保护渣分解释放的气体需要排除 当保护渣铺展性、透气性好时，结晶器钢液面各处的液渣层厚 度比较稳定，反之，液渣层厚度随时间变化较大，使得流入弯 月面缝隙的液渣不稳定，由此带来许多生产和质量事故。 连铸保护渣工艺性能透气性 2.3.2 透气性 连铸保护渣工艺性能透气性 2.3.2 透气性 17 影响透气性的因素 保护渣颗粒度 保护渣未熔层的透气性与颗 粒平均直径的平方成反比。 保护渣烧结层厚度 连铸保护渣工艺性能透气性连铸保护渣工艺性能透气性 18 提高保温性的意义 * 防止搭桥和结冷钢，并维持弯月 面区域较高的温度； * 提高保温性有利于减轻振痕、保 证熔渣流入通道的畅通和减少针 孔等皮下陷； * 保证保护渣及时均匀熔化。 2.3.3 保温性 连铸保护渣工艺性能保温性 保温性 连铸保护渣工艺性能保温性 19 影响保温性的因素 颗粒粒级分布及堆积状态，容重 ?有气体对流时保温性降低 ?闭孔较多的空心颗粒保护渣保温性较好 ? 影响保温性的其它因素 * 整个浇铸过程中维持黑渣面。 * 保护渣中碳质材料含量、种类、粒径分布通过影响烧结和熔化特性对保温性也有影响。 * 在伸入式水口周围应维持较厚的未熔层 。 连铸保护渣工艺性能保温性连铸保护渣工艺性能保温性 20 ? 烧结不可避免：烧结是保护渣熔化过程中的必经环节 ? 过度烧结的危害：过度烧结会导致结晶器钢液面上出现渣团、渣 块，烧结层过厚，在结晶器周边弯月面处出现大而厚的渣条。由 于高拉速下钢液面流速高，容易将这些大的团块卷入钢水和弯月 面初生坯壳，增大了漏钢和夹渣的危险性。 2.3.4 烧结及渣团渣条烧结及渣团渣条 21 减轻烧结的途径减轻烧结的途径提高烧结温度和降低烧结强度提高烧结温度和降低烧结强度 增加保护渣中炭质材料的有效浓度； 优化原材料成份、物相、物理状态等因素。 3004005006007008009001000 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 渣条较多 有少量渣条 渣条较少 基本无渣条 体积密度变化值，g/cm 3 温度， 22 2.3.5 保护渣对铸坯的润滑保护渣对铸坯的润滑 熔渣层厚度、消耗量、渣膜厚度、铸坯摩擦力 连铸保护渣工艺性能润滑铸坯连铸保护渣工艺性能润滑铸坯 23 （1）熔渣层厚度）熔渣层厚度 维持合适熔渣层厚度的意义： 存储足够熔渣，便于熔渣均匀稳定地流入铸坯与结晶器壁间 隙，以保障对铸坯的润滑； 将钢液面与空气隔开，防止钢水被氧化； 吸收上浮夹杂，以减少弯月面处夹杂聚集造成的铸坯表面或皮 下夹杂； 对于超低碳钢，熔渣层将富碳层与钢液面隔开，减少保护渣对 铸坯增碳。 24 连铸结晶器内熔渣层厚度分布 25 连铸工艺所需最小熔渣厚度与工艺参数的关系 ： 连铸保护渣工艺性能润滑铸坯连铸保护渣工艺性能润滑铸坯 ()+=fNVNSinSy Cp 5002 式中， S：结晶器行程，mm； f：结晶器振动频率，cycle/min； ：液面波动值，mm； Vc：拉速，m/min； N：负滑脱率。 通常熔渣层厚度为振幅的1.52倍，约815mm，特殊情况达 到20mm。 26 保护渣中炭质材料、保护渣熔点、液面状况（水口和流场）、浇铸速 度、消耗量。 Vc、Tm、Rm、Q d 影响熔渣层厚度的主要因素 27 连铸保护渣工艺性能润滑铸坯连铸保护渣工艺性能润滑铸坯 28 平均熔渣层厚度与熔化速度、结晶器尺寸、拉速及保护渣消耗量之间 的经验关系： 连铸保护渣工艺性能润滑铸坯连铸保护渣工艺性能润滑铸坯 )(02. 0 abVQ S d R = 式中 d熔渣层厚度（mm） SR熔化率（） a,b结晶器断面尺寸（m） V拉速（m/min） Q保护渣消耗量（Kg/T） 29 （2） 熔渣的流入及渣膜的形成） 熔渣的流入及渣膜的形成 * 通过铸坯/结晶器间隙的熔渣流入是连铸的关键环节。 * 通过结晶器壁的向下运动和渣圈的泵吸作用，熔渣流入铸坯与结晶器壁 间隙，保护渣的流入与负滑脱tN和正滑脱时间Tp都有关系，K.C.Mills 指出消耗量与（tN0.5Tp）相关。 *在开始时，流入的熔渣在结晶器壁面冷却凝固，由此形成的渣膜包括 固态层和液态层，典型厚度分别为12mm和0.10.2mm。 连铸保护渣工艺性能润滑铸坯连铸保护渣工艺性能润滑铸坯 30 *摩擦力使得固态层紧贴结晶器壁并随结晶器一起运动，液态层随铸坯 运动，在结晶器下半部，坯壳热收缩导致在结晶器和固态渣膜之间形 成空气隙。 * 由于结晶器内温度梯度的作用和保护渣自身成份特点，形成从铸坯到 结晶器壁的“液渣膜固渣膜（结晶器玻璃体/结晶体）气隙”的渣 膜结构。 31 连铸保护渣工艺性能润滑铸坯连铸保护渣工艺性能润滑铸坯 32 d1=0.25 Vc-0.29 , （拉速0.8-1.8m/min） d1=5.03104Vc-0.797（Tm）-1.803 S 0.329tf -1.057t p 0.730 ,（拉速1.2-5.0m/min） d1=0.143-0.003（f/60） d1=79.1512Vc-0.628（Tm）-0.866 S 0.341 tf -0.076 t p 0.116 d=0.9464Vc-0.4895 渣膜厚度计算公式 d渣膜总厚度，dl液渣膜厚度，Tm保护渣熔点 Vc拉速，S振动行程，tf振动周期，tp正滑脱时间，f振频 33 （3） 保护渣的消耗量） 保护渣的消耗量 * 保护渣的消耗量对铸坯的润滑非常重要，消 耗量不当，可能引起铸坯纵裂纹、粘结漏钢、振 痕过深、横角裂、角部纵裂及铸坯凹坑。 * 保护渣消耗量小，液渣膜薄，初生坯壳受到 的摩擦力增大。 * 高拉速下初生坯壳厚度减薄，在过多摩擦力 下易破裂，产生漏钢。 连铸保护渣工艺性能润滑铸坯连铸保护渣工艺性能润滑铸坯 34 影响消耗量的因素：拉速、振幅、振频、振动周期、正滑脱 时间、保护渣粘度、凝固温度等。 连铸保护渣工艺性能润滑铸坯连铸保护渣工艺性能润滑铸坯 35 36 37 38 39 40 41 42 Statistical relationships between powder consumption and specific area of strands 连铸保护渣工艺性能润滑铸坯连铸保护渣工艺性能润滑铸坯 43 （4） 结晶器摩擦力（4） 结晶器摩擦力 铸坯受到的摩擦力F由液体摩擦Fl和固体摩擦力Fs组成： sl FFF+= l l d AVcVm F )( = HF ss = 连铸保护渣工艺性能润滑铸坯连铸保护渣工艺性能润滑铸坯 44 45 1.260.941.271.111.38(CaO+MgO)/SiO2 0005.54.1B2O3 6.10.7Fe2O3 9.512.68.11012.6R2O 3.264.622.8Al2O3 31.633.327.43128SiO2 39.831.434.934.538.6CaO+MgO FECBA 46 连铸保护渣工艺性能润滑铸坯连铸保护渣工艺性能润滑铸坯 60 80 100 120 140 160 9009501000105011001150 melting point() friction force(N/cm2) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 950100010501100115012001250 Solidification temperature() Friction coefficient 47 连铸保护渣工艺性能润滑铸坯连铸保护渣工艺性能润滑铸坯 48 2.3.6 保护渣对传热的影响2.3.6 保护渣对传热的影响 控制结晶器水平方向传热的意义 * 结晶器内水平方向上的传热是连铸过程中发生的一种重要现象，通过 结晶器的合理传热可获得表面质量良好的铸坯并避免漏钢。 * 若传热速度过大或不均匀，坯壳上会产生纵裂纹 。 * 传热量不足易使较薄的坯壳鼓肚或漏钢。 * 对于传热的控制，人们过去了解的较少，特别是高速连铸下如何协调 传热与润滑的矛盾，更是目前研究的热门课题。 连铸保护渣工艺性能铸坯传热连铸保护渣工艺性能铸坯传热 49 结晶器内水平方向上的传热行为 从钢的液固界面向结晶器传热有以下几个步骤： （1） 熔池内的对流传热； （2） 通过坯壳的传导传热； （3） 通过填充于铸坯/结晶器间隙中渣膜的传热； （4） 通过任何存在于铸坯和结晶器间的气隙传热； （5） 通过结晶器壁的传导传热； （6) 在结晶器与冷却水界面处的对流传热。 连铸保护渣工艺性能铸坯传热连铸保护渣工艺性能铸坯传热 50 影响铸坯向结晶器传热的因素影响铸坯向结晶器传热的因素 矿相 渣热膨胀系数 结晶器/固渣膜 间的气隙热阻 渣粘度 凝固温度 渣膜厚度 渣中的炭粒 吸收系数 渣膜中 玻璃体/晶体比例 渣膜辐射传热系数渣膜导热系数 铸坯向结晶器传热 浇铸条件 过热度 结晶器液位控制 浇铸速度 钢水C、H含量 及其它成分 结晶器水流量 结晶器材质 和结构参数 水口参数及插入深度 51 通过渣膜的传热构成通过渣膜的传热构成 * 通过保护渣渣膜的传热：辐射传导 * 铸坯与结晶器壁间的总热阻： liquidcryglassslagCutotal kdkdkdRR)/()/()/( / += * 控制传热则重点是考虑固态渣膜自身的结构、厚 度及固渣膜与结晶器壁的接触状态，通过这三项 来增大热阻。 结晶器铸坯 图76 渣膜传热示意图 连铸保护渣工艺性能铸坯传热连铸保护渣工艺性能铸坯传热 52 拉速对传热的影响 连铸保护渣工艺性能铸坯传热连铸保护渣工艺性能铸坯传热 53 54 55 连铸保护渣工艺性能铸坯传热连铸保护渣工艺性能铸坯传热 结晶器内温度波动与.Vc的关系结晶器弯月面区域最大局部热流密度 与保护渣固相线和液相线温度的关系 56 连铸保护渣工艺性能铸坯传热连铸保护渣工艺性能铸坯传热 1500 1600 1700 1800 1900 2000 1120114011601180120012201240 保护渣析晶温度， 结晶器内弧平均热流密度，kw/m2 57 3.与保护渣相关的板坯表面缺陷3.与保护渣相关的板坯表面缺陷 表面纵裂纹 角部纵裂 星状裂纹 振痕/横裂纹/角裂纹 凹陷 表面夹杂 /夹渣/针孔 铸坯表面增碳 粘结漏钢 水口浸蚀 58 各种缺陷出现的比率 59 3.1 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹 60 3.1 铸坯表面纵裂纹 与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂 铸坯表面纵裂纹 与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂 成因：成因： A 亚包晶钢纵裂纹：C=0.070.15（ 0.090.16 ）的钢种，在凝固过 程中发生L的包晶反应，坯壳体积收缩大，产生体积应力，若坯 壳处冷却强度过大，该应力来不及释放，则导致坯壳裂纹，在拉坯过程中 该裂纹进一步发展则成为铸坯表面纵裂纹。 61 与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂 62 B 钢中Cu、P、S等降低钢材高温强度的元素增加，铸坯容易出现表面纵 裂纹。 C 熔渣过量不均匀流入使铸坯局部凹陷也引起渣沟或纵裂纹。 D 钢液成分及夹杂含量 Mn/S Al、Nb、V、Ti、B都会形成沉淀质点,在微细的裂纹源上析出, 促进裂纹的扩展。 E 钢水过热度 一般中碳钢的液相线温度为15151525,最佳的中包钢液温度应 为15301540,温度过高即便降低拉速仍会有裂纹发生。 63 F 浸入式水口设计与插入深度 浸入式水口设计与插入深度将直接影响结晶器内钢流分布, 因而影 响板坯坯壳生长均匀性。 水口插入太深，由于从长水口两个侧孔出来的钢流带到钢液面上 的热量不足, 保护渣不能均匀熔化, 影响初生坯壳的均匀性; 水口插入太浅，钢流可以将液渣裹人凝固前沿。 分段水口密封不好吸气，造成结晶器内流场不稳定。 与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂 64 G 结晶器导热均匀性 结晶器导热均匀性影响初生坯壳厚度的均匀性,因而对纵裂纹产生直接 影响。生产实践表明, T=2040,容易出现纵裂纹;T5mm, 波动速度1mm/s的情况下,产生纵裂纹的几率便很大。 与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂 65 减少铸坯表面纵裂纹的途径 ? 降低拉坯速度； ? 降低结晶器冷却强度； ? 采用非正弦振动可比正弦振动降低10%热流； ? 采用电磁搅拌加强传热均匀性，采用电磁滞动减小液面的波动； ? 使用发热型保护渣； ? 通过保护渣降低弯月面区域热流密度； ? 减小SEN对液面的扰动。 66 67 68 69 70 71 72 与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂 73 与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 No.1No.2No.3No.4 保护渣渣号 铸 坯 表 面 纵 裂 纹 指 数 结晶器内衬未镀FeNi 结晶器内衬镀FeNi 0045.695Rc /% 1090114011871258Tbr / 0.2850.3040.2040.1451300/Pa.S 1128116411151133Tm/ 0.910.941.111.13CaO/SiO2 8.438.438.43/C 6.054.409.908.80Na2O+K2O 4.052.255.404.50F 3.484.355.625.62MgO 00.000.540.54Fe2O3 01.50Al2O3 34.0431.8238.2436.48SiO2 30.9730.0442.4741.18CaO No. 4No. 3No. 2No. 1 74 通过保护渣控制过强的传热减少铸坯表面纵裂纹 通过保护渣削弱弯月面区域热流密度的机理 （1）固渣膜厚度增加，可增大热阻； （2）渣膜中析出晶体对辐射的散射和渣膜对辐射的吸收可降低辐射传热； （3）结晶体内的微孔和界面极大地削弱晶格振动，从而减弱传导传热； （4）当与结晶器壁接触的渣膜为晶体时，由于晶体密度大于玻璃体密度，因 此 晶体的收缩导致渣膜与结晶器壁间产生气隙，增大了渣膜与结晶器壁的接 触热阻； （5）当与结晶器壁接触的渣膜为晶体时，由于晶体表面粗糙度比玻璃体高，减 少了结晶器壁与渣膜的接触面积，也增大了渣膜与结晶器壁的接触热阻。 与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂 75 保护渣控制传热的主要技术途径保护渣控制传热的主要技术途径 （1）提高保护渣转折温度Tbr，由此增大固渣层厚度； （2）采用高碱度（CaO/SiO2）和高F含量以提高一次析晶温 度和析晶晶粒度，提高晶体渣膜表面粗糙度； （3）适当降低一次析晶温度而通过较低温度下的二次或多次 析晶增大渣膜的收缩量。 与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂 76 保护渣控制主要技术途径实施办法保护渣控制主要技术途径实施办法 提高保护渣转折温度Tbr CP=%C+0.02%Mn+0.04%Ni 0.1%Si 0.1%Mo 0.04%Cr CP=0.060.18% Tbr115760.0ln CP0.4% Tbr110368.5 ln 其它CP值Tbr105176.4 ln 式中：为保护渣1300时的粘度，单位poise。 与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂 77 保护渣控制主要技术途径实施办法保护渣控制主要技术途径实施办法 提高保护渣转折温度Tbr 与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂 78 保护渣控制主要技术途径实施办法保护渣控制主要技术途径实施办法 生成枪晶石矿相 提高碱度（CaO/SiO21.21.4，1.4）和渣中F，生成，保护 渣凝固过程中析出枪晶石（3CaO.2SiO2.CaF2）为主的矿相，晶粒 粗大，提高了渣膜与结晶器壁接触的粗糙度，由此增大热阻而减 小热流密度。 注意低氟或无氟渣生成其它矿相，也可降低热流减少纵裂，但 析晶温度过高或结晶器中下部析晶能力过强，可能导致粘结漏钢 加剧。 与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂与保护渣相关的铸坯缺陷表面纵裂 79 3.2 角部纵裂角部纵裂 成因： （1）与形成表面纵裂的原因相同； （2）钢流对角部冲击过强。 控制措施： （1）减小弯月面区域局部热流密度； （2）优化水口结构和流场，降低凝固前沿过热度。 与保护渣相关的铸坯缺陷星裂与保护渣相关的铸坯缺陷星裂 80 3.3 星状裂纹星状裂纹 81 3.3 星状裂纹星状裂纹 成因： （1）在结晶器下部铸坯渗铜； （2）结晶器下热流密度的波动大； （3）铸坯受到的摩擦阻力大； （4）高强度低合金钢等高温塑性低的钢种。 与保护渣相关的铸坯缺陷星裂与保护渣相关的铸坯缺陷星裂 82 与保护渣相关的铸坯缺陷星裂与保护渣相关的铸坯缺陷星裂 0 5 10 15 20 25 30 No.1No.2No.3No.4 保护渣渣号 钢板微裂纹报废率/% 结晶器内衬未镀FeNi 结晶器内衬镀FeNi 保护渣对16Mn钢板微裂纹报废率的影响 83 与保护渣相关的铸坯缺陷星裂与保护渣相关的铸坯缺陷星裂 84 减少或避免星裂的措施 （1）使用Ni、Cr或采用复合镀层结晶器； （2）处于液体润滑的结晶器相对长度接近1； （3）使用低粘度开浇渣在铸坯与结晶器间隙中形成稳定的渣膜 （4）调整结晶器锥度和避免结晶器变形，稳定下部热流。 与保护渣相关的铸坯缺陷星裂与保护渣相关的铸坯缺陷星裂 85 3.4 振痕及其引起的横裂纹和角裂纹振痕及其引起的横裂纹和角裂纹 振痕的形成主要是保护渣与运动的结晶器相互作用的结果。 当量Ni/Cr比在0.55附件的不锈钢（如AISI304）和C含量在0.1% （如10#钢），由于初生铁素体坯壳强度高，在钢水静压力下不易变 形，在向奥氏体转化的过程中发生体积收缩，振痕深。振痕谷部传 热缓慢，晶粒粗大。 当结晶器内摩擦阻力高可能引起热撕裂，在振痕谷部产生横裂纹或 角部裂纹，不均匀的二次冷却使得铸坯表面温度进入低韧性区，铸 坯在弯曲或矫直的塑性变形过程中沿晶界扩展。 86 87 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 Tc1100Tc1130Tc1150Tc1150 结晶温度， 角裂指数 88 减轻振痕和较少横、角裂的措施 （1）优化结晶器振动参数：采用小振幅、高振频，减少负滑脱时间； （2）提高保护渣保温性降低钢液表面散热：使用发热型保护渣，使用粉 渣代替颗粒渣，增加固渣层厚度； （3）提高保护渣粘度和避免过高的消耗量； （4）调整水口结构参数提高弯月面区域温度； （5）采用特殊结晶器实现无弯月面浇铸； （6）采用超声振动结晶器减小振痕深度； （7）减小二冷水强度使铸坯矫直避开低韧性区。 89 3.5 凹陷凹陷 /凹坑：凹坑：角部凹陷、 纵向凹陷、 横向凹陷、点状凹坑 铸坯表面凹陷主要与凝固初期坯壳的不均匀生长和保护渣渣条 的卷入密切相关，保护渣对凹陷有明显影响。 3.5.1 角部纵向凹陷角部纵向凹陷 成因：在铸坯宽面角部因保护渣流 入不够造成局部坯壳温度更高，厚 度 变薄，该坯壳由于铸坯鼓肚周期 性弯曲，引起宽面上离 角部一定距 离的纵向凹陷或沟槽。对于小方坯 1015mm处 出现裂纹。 90 防止和减少角部纵向凹陷的措施： 优化水口避免钢流冲击角部； 避免结晶器窄面锥度过大； 降低保护渣粘度提高消耗量； 降低钢水过热度； 使二冷喷淋更均匀； 减少铸坯宽面和窄面的鼓肚。 91 3.5.2 铸坯表面中间纵向凹陷 成因 钢水凝固特性造成初生坯壳收缩大，若弯月面区域冷却过强，使得坯 壳不均匀生长（与纵裂纹形成原因相似）； 结晶器液面波动大，渣圈将保护渣流入的局部通道封死，造成保护渣 不均匀流入或渣圈沿拉坯方向被逐渐带入； 深入式水口插入过深，弯月面温度过低造成保护渣熔化不稳定； 保护渣熔点、粘度太低造成弯月面局部位置熔渣过量流入。 对策 稳定结晶器液位，减少保护渣渣圈； 对于凝固收缩较大的钢种，采用弱冷型保护渣； 对于凝固收缩不大的钢种，提高保护渣熔点和粘度，控制消耗量。 92 成因 以AISI304和10#钢为主的钢种，初生坯壳凝固收缩大（与振痕深的原 因相同）；严重的凹陷使得振痕谷部开裂和漏钢； 渣圈多且液位上升幅度大，造成渣圈整体被钢液覆盖而进入铸坯与结 晶器间隙； 结晶器足辊粘渣造成铸坯被挤压，或由此引起的液位跳动。 措施 减轻振痕的所有措施； 减弱保护渣传热能力的措施； 减少渣圈，冷却足辊避免结渣。 3.5.3 铸坯横向凹陷 93 3.5.4 点状凹陷/凹坑 成因：圆坯最容易出现点状凹坑，与圆坯在结晶器内特殊凝固条件相关。 对策：避免液面波动及电磁搅拌对液面的干扰，提高保护渣熔点和粘度。 94 95 96 3.6 表面夹杂表面夹杂/夹渣夹渣/针孔针孔 成因 结晶器液面翻动，钢、渣、气体混卷； 保护渣吸收夹杂后性能恶化； 中间包钢水带入的耐材或大型夹杂； 吹入的Ar气泡（周围富集夹杂）被凝固前沿捕集。 对策 稳定结晶器钢液面； 提高保护渣吸收夹杂性能； 提高保护渣保温性或减弱结晶器冷却强度，以减小钩状初生坯壳； 减少吹气量； 使用高粘度保护渣或高表面张力的保护渣。 97结晶器内冷皮及夹渣产生过程 98 钢水流股造成保护渣的抽吸而卷渣 99 水口插入太浅时发生卷渣 100 水口插入较深时发生的卷渣 101 气体在铸坯中的卷入及其在轧材中的缺陷 102 使用发热渣减少针孔缺陷 103 3.7 铸坯表面增碳铸坯表面增碳 保护渣对铸坯增碳的途径 富碳层引起铸坯增碳 开浇时保护渣与钢水接触增碳 保护渣粘结于铸坯上导致增碳 结晶器液面波动引起增碳 104 方 法原理或目标效果及问题可行性 控制渣中最高含炭量不超过1% 可减少增碳, 但保护渣熔化,? 不稳定 采用不易增碳的炭质材料 中超炭黑有效果, 但配量仍然受限,? 加入碳酸盐作助熔剂分解吸热实际效果与理论分析相反 延缓熔化 用氮化物代替炭质材料BN等材料实验室可行, 生产中渣层起泡 不稳定, BN价格太高 用碳化物代替炭质材料SiC等材料实验室有一定效果, ,? 需进一步验证 105 3.8 粘结漏钢粘结漏钢 漏钢：即钢水从结晶器下部流出，是连铸生产中最严重的事故 。随着 连铸工艺的成熟，导致漏钢的主要原因已从传热转向结晶器粘结 。 粘结漏钢占漏钢总数的79%，裂纹漏钢占17，夹渣漏钢占4% 。 基本原因：根据坯壳与结晶器壁之间的摩擦力分析最初的粘结发现， 由于摩擦力很大，使弯月面附近的坯壳撕裂，被撕裂的坯壳就粘结在 结晶器壁上。 与保护渣相关的铸坯缺陷粘结漏钢与保护渣相关的铸坯缺陷粘结漏钢 106 与保护渣相关的铸坯缺陷粘结漏钢 粘结漏钢的常见起因： 与保护渣相关的铸坯缺陷粘结漏钢 粘结漏钢的常见起因： （1）保护渣结晶温度或结晶比 率过高，特别是结晶温度 高； （2）保护渣消耗量过低； （3）拉坯速度变化过大； （4）结晶器液面波动大或翻卷； （5）流场不合理造成保护渣熔化不均匀，局部区域液渣层过薄，液渣流 入不够； （6）结晶器结构不合理，造成铜板内壁局部区域温度高而粘结。 107 3.9 浸蚀水口浸蚀水口 原因：渣线部位保护渣与水口耐材反应生成低熔点物或低粘度熔渣 对水口的机械冲刷 。 对策：(1) 使用抗冲刷材料（如ZrO2）,但要注意这些材料对保护渣的 危害； (2)改善流场，减弱冲刷； (3)降低保护渣F含量有效果，现正在研究中。 保护渣传热与润滑特性的协调控制保护渣传热与润滑特性的协调控制 108 4 保护渣传热与润滑特性的协调控 制 4 保护渣传热与润滑特性的协调控 制 （1）连铸保护渣析晶温度的调查 （2）稳定凝固温度降低析晶温度 （3）降低碱度提高析晶比例 （4）降低辐射传热 （5）采用热顶结晶器等实施无弯月面浇铸 109 4.1 连铸保护渣析晶温度的调查连铸保护渣析晶温度的调查 * 调查对象基本数据和调查方法 8种连铸工艺下20个保护渣的使用情况。 * 测试内容：Tm、1300、Tc、E1、E、Tp和生产现 场的粘结、漏钢、裂纹、结晶器热流等数据。 高速连铸保护渣技术特征高速连铸保护渣技术特征 3.4 保护渣对传热的影响保护渣对传热的影响 110 111 连铸保护渣析晶温度的调查结果连铸保护渣析晶温度的调查结果 保护渣物理指标及使用情况 高速连高速连铸保护渣技术特征 3.4.4 润滑与传热功能的协调铸保护渣技术特征 3.4.4 润滑与传热功能的协调 112 连铸保护渣析晶温度的调查结果连铸保护渣析晶温度的调查结果 调查结论 结晶器内的粘结是调查中发现的最突出的生产事故，当 保护渣析晶温度超过1200，发生粘结的机会大幅度增 多； 析晶温度与粘度温度曲线的转折温度没有必然的联系， 保护渣原材料对析晶温度有较大影响，不能用转折温度代 替析晶温度； 可使用粘流活化能变化最大值E对保护渣析晶性能进行 初步评价，最终通过差热分析确定析晶温度。 高速连高速连铸保护渣技术特征 3.4.4 润滑与传热功能的协调铸保护渣技术特征 3.4.4 润滑与传热功能的协调 113 4.2 稳定凝固温度降低析晶温度4.2 稳定凝固温度降低析晶温度 114 保护渣传热与润滑特性的协调控制保护渣传热与润滑特性的协调控制 115 4.3 降低碱度提高析晶比例4.3 降低碱度提高析晶比例 措施：采用一种人工合成的复合熔剂A，在保护渣碱度CaO/SiO20.95 时可实现降低转折温度度、提高析晶比例 1140 1160 1180 1200 0246 熔剂A，wt 转折温度， 0 20 40 60 80 0246 熔剂A，wt 保护渣结晶率，wt 保护渣CaO/SiO2凝固前E，凝固后E，MaxE，结晶率， 高碱度渣1.170.5932.9032.3190100 低碱度渣0.950.635.825.198595 保护渣的粘流活化能E（105J/mol） 保护渣传热与润滑特性的协调控制保护渣传热与润滑特性的协调控制 116 MnO含量对保护渣热扩散系数的影响 0 2 4 6 8 10 250 350 450 550 650 750 850 950 1050 1150 T， 107a/m2s-1 1 2 3 4 5 1-MnO=0 2-MnO=3.5%wt 3-MnO=5.5%wt 4-MnO=7.5%wt 5-MnO=10.0%wt 1 2 4.4 降低辐射传热降低辐射传热 117 过渡族金属氧化物对全玻璃体试样红外射线透过率的影响 14.49642.6280.9 CaF2Na2OAl2O3SiO2CaO碱度 0 20 40 60 123456 波长， m 透光度， 基础渣 加入MnO后 0 20 40 60 123456 波长， m 透光度， 基础渣 加入FeO后 基础渣系的化学成分 118 计算得到的通过各个渣样的辐射传热热流密度 -32.23%256.5加入3FeO后 -9.73%341.7加入8MnO后 -18.93%306.8结晶态基础渣 378.5基础渣 相对基础渣辐射热流变化热流密度（w/c） 119 5.连铸保护渣的使用与评价5.连铸保护渣的使用与评价 120 5.1 正确使