结晶器保护渣概要

1、2021/3/26 1 结晶器保护渣 2021/3/26 2 目录 3.保护渣的类型 1.保护渣的冶金功能 4.保护渣和连铸浇注条件之间的关系 2.保护渣的基本特性 7.保护渣的性能评价 6.保护渣的选择和使用 5.保护渣对铸坯质量的影响 2021/3/26 3 保护渣作用机理 2021/3/26 4 保护渣作用机理 加入保护渣 保护渣在结晶器中的行为: 钢水提供热量 形成三层结构 保护渣的铺展性 液渣层均匀覆盖在钢液面 流到结晶器壁 温度急剧降低 玻璃质渣膜的覆盖 温度降低 晶体质渣膜的覆盖 流动性 消耗 过渡层熔化补充液渣层 消除气隙 钢渣界面夹杂 吸收、溶解 2021/3/26 5 1.

2、保护渣的冶金功能 冶金功能作用机理影响因素 绝热保温,防止刚液 面结壳（结冷钢） 三层结构的形成保护渣的类型、三 层结构的成形 隔绝空气,防止钢液 面二次氧化 液渣层覆盖于钢液 表面 FeO的含量（降低 氧势）、熔化速度 吸收钢液中的夹杂 物 溶解吸收钢液夹杂保护渣中Al2O3、 SiO2、Na2O、 CaF2含量 润滑作用液渣流入结晶器-铸 坯间隙,形成渣膜 保护渣黏度（Li2O、 MgO等） 改善传热渣膜结构改善结晶 器上下部的传热,使 均匀 保护渣碱度R （CaO/SiO2） 另外,根据连铸工艺条件,可要求侧重保护渣的某种功能 2021/3/26 6 a.保护渣的渣层结构: 2.保护渣的

3、基本特性 保护渣多属三层结构,即粉渣层、烧结层和液渣层。 （1）粉渣层 粉体粒度小 利于提高保护渣的绝热保温性 能和熔化速度、降低熔化温度 不利于铺展性,粉尘对环境污染 连铸保护渣的粒度较细,粉状渣一般小于100目 （0.147mm）,大多数小于200目,颗粒渣粒度一 般也在0.51.0mm左右。 生产中,加入一定量的保护渣后,粉渣层应保持一 段时间,即粉渣层需要一定的厚度,一般来说是 25mm。 2021/3/26 7 （2）烧结层 2.保护渣的基本特性 配碳方式炭黑石墨复合配碳 对烧结层影响 基本上没有烧 结层,只有一 层不发达的半 熔层,总体上 可以看做是双 层结构 三层结构 低温度时容

4、易 发生烧结 多层结构 烧结层很薄, 但是有很发达 的半熔层,更 能保证液渣层 的稳定 （3）液渣层 液渣层一般厚度在615mm,宝钢规定610mm,而且厚度 超过 20mm要更进行换渣操作。液渣层厚度的稳定性要好,过高或过低 会 在板坯表面产生裂纹或夹渣等缺陷。 2021/3/26 8 2.保护渣的基本特性 保护渣特性 最宜控制不当 熔化特性 熔化温度一般在 10501100 表面夹渣 熔化速度流渣量=熔化速度 液渣层过薄; 热损失增大 熔化均匀性均匀铺展覆盖不均匀,传 热不均 黏度小于0.1PaS （1300） 润滑不良、坯壳 裂纹 结晶特性 析晶温度坯壳纵裂 析晶率 界面特性 表面张力不

5、大于350 x10- 3N/m 弯月面曲率半 径 吸收夹杂物能 力 吸收夹杂后性能稳 定 夹渣 2021/3/26 9 保护渣种类 优点 缺点 应用 粉状保护渣 铺展性差、污 染环境、易吸 水 颗粒保护渣 流动性强、成 分均匀,耗量少 最常用 预熔型保护渣成渣均匀性好 成本高 发热型保护渣形成液渣快成渣速度不易 控制、成本高 开浇渣 高速连铸保护 渣 满足高速连铸高速连铸保护 渣 表面无缺陷铸 坯保护渣 能减少铸坯表 面缺陷 成本高 特殊钢连铸保 护渣 减少钢液增碳 无氟保护渣减少水污染、 降低铸坯夹杂 3.保护渣的类型 2021/3/26 10 4.保护渣和连铸浇注条件之间的关系 结晶器断面

6、形状和尺寸结晶器断面形状和尺寸 单位比表面积传热是结晶器断面形状和尺寸 对连铸保护渣的要求的重要参数。大断面的结晶 器单位比表面积传热小,铸坯凝固速度慢,为了保 证铸坯出结晶器时能够有足够的坯壳厚度,相应 的延长铸坯在结晶器内的时间,要求拉速相对较 低,另外,应适当增加碳含量,降低熔速,保证熔渣 的供给和消耗平衡。 2021/3/26 11 4.保护渣和连铸浇注条件之间的关系 钢种钢种 主要是对不同的钢种钢液脱氧后产生的 氧化物夹杂不同,被保护渣吸收后对保护 渣的影响也不同。 目前部分厂商给我们提供的保护渣参考 种类有三种,即200系、300系、400系 各一种。 2021/3/26 12 4

7、.保护渣和连铸浇注条件之间的关系 拉速拉速 v与铸坯表面裂纹有一定的关系,目前有很 多v的研究值,Ogibagashi认为 v=0.10.35Ps（m/min）范围最合适 （结晶导热量及渣膜厚度的变化达到最低 值）;Wolf认为v2=0.30.7Ps（m/min） 2（认为其润滑性能最好）。拉速越高,保护渣 消耗越少。 2021/3/26 13 4.保护渣和连铸浇注条件之间的关系 结晶器的振动条件结晶器的振动条件 非正弦振动相比正弦振动,负滑动时间 短,保护渣消耗量大,导致铸坯振痕深度增 加,因此应该使用较高黏度的保护渣,减小 渣的消耗量。而振动频率对保护渣的影响 为振动频率增加,振痕深度减小

8、,保护渣的 消耗量也减少,要获得足够的润滑,必须降 低保护渣的黏度、凝固温度和结晶温度。 所以,最终得出保护渣成分范围: 2021/3/26 14 对表面夹对表面夹渣渣的影响的影响 a.渣的剥离性不良:渣-钢界面张力太 小,使钢渣不易分离。 b.卷渣:结晶器液面波动、钢流冲击力太 强和水口插入深度过深,引起液面的翻 卷、滚动严重,由此导致卷渣。 保护渣的熔点过高,黏度过高而流动性差,与钢 水的浸润性差,这些因素导致渣子残留铸坯表面 形成夹渣。 5.保护渣对铸坯质量的影响 304、150mm1600mm、 0.60.8m/min 2021/3/26 15 粘结性漏钢粘结性漏钢 生产实践表明,由于

9、保护渣不良引起的粘结是板 坯连铸漏钢的主要原因,由于保护渣的熔化温度偏 高或熔化速度偏低,致使液渣层过薄或厚薄不均造 成的。 5.保护渣对铸坯质量的影响 2021/3/26 16 表面纵向裂纹表面纵向裂纹 该缺陷发生在结晶器内,是由于在结晶器内生成 的坯壳厚度不均匀,张应力集中在某一薄弱部位的 情况下发生的。在设备条件和操作因素不变的条件 下,保护渣熔化特性选用不当,液渣层厚薄不一,造成 渣膜厚度不均,使局部坯壳变薄产生纵裂。纵裂产 生与熔渣粘度（）和拉坯速度（v）有关,对连铸 板坯,v值应控制在0.200.35Pm/min。 5.保护渣对铸坯质量的影响 纵裂纹长度与液渣层厚度关系 2021/

10、3/26 17 表面横向裂纹表面横向裂纹 横裂纹大多沿着振痕的波谷处发生的。保护渣 的物性影响振痕的深浅,浅而圆滑的振痕可获得光 滑的铸坯表面,改善渣子的性能可使振痕深度变浅, 减轻横裂纹的发生。 5.保护渣对铸坯质量的影响 2021/3/26 18 表面增碳表面增碳 它是由于浇注过程中,保护渣熔化性能不良,液 渣层过薄,造成钢液与含碳保护渣或富碳层相接触 而渗碳。 5.保护渣对铸坯质量的影响 2021/3/26 19 保护渣的选择: 1.按浇注的钢种选择保护渣 2.按拉坯速度选择保护渣 保护渣必须与拉坯速度相适应,否则,难以获得 高质量铸坯,工艺难以顺行,事故频繁,即使浇注相 同钢种和相同断

11、面,由于拉速差别较大,使用的保 护渣有很大差异,如板坯拉速1m/min和拉速 1.6m/min,其保护渣性能差别较大。因为保护 渣在结晶器内有一个最佳的液渣流入范围,它是 以液渣黏度（）和浇注速度（v）等参数为基 础确定的。当参数v2=0.30.7Pa （m/min）2或v=0.10.35Pm/min时,其摩 擦力和热流最小,铸坯润滑良好和传热均匀,从而 保证获得良好的铸坯和工艺的顺行。 6.保护渣的选择和使用 2021/3/26 20 含氟量的选择: 连铸结晶器保护渣中一般是依赖氟化物来调节 熔点、黏度。 a、浇注过程中保护渣中的氟化物大约有 20%30%溶 入二冷水中,造成水污染,如果循环

12、使用会腐 蚀铸机,降低铸机寿命。 b、污染环境,对人体有害; c、F-是侵蚀浸入式水口的主要成分。 6.保护渣的选择和使用 一般来说F-含量要控制在10%以下,不得 大于15%,如果是采用低氟或者无氟保护渣, 二冷水的成本可节约90%,而且由于减轻了铸 机的腐蚀,使得设备维修成本降低,喷嘴寿命延 长。 2021/3/26 21 Cr、Ti的影响 6.保护渣的选择和使用 不锈钢中含有Cr、Ti等元素,因此,保护渣必须具备 净化结晶器内钢渣界面上的Cr2O3、TiO2等夹杂物的能 力,并且吸收夹杂物后其性能稳定。 Cr2O3不仅使熔渣的粘度显著升高,还会使析晶温度 升高,破坏渣的玻璃态,析出硅灰石

13、（CaOSiO2）和铬酸 钙（CaCrO4）等高熔点结晶。为消除Cr2O3的不利影响, 可往保护渣中配入适量的B2O3从而使溶渣的粘度降低, 并使凝渣恢复玻璃态,不再析晶。 含Ti 不锈钢产生的（TiN）和（TiCTiN）夹杂物,现 行保护渣对它们是无能为力的,当前只有降低钢中N含量 和采用有效的保护浇注办法来减轻TiN 的生成。 2021/3/26 22 保护渣的使用: 1.正确使用保护渣的工艺条件 （1）保持结晶器内液面稳定。结晶器壁与坯壳之间 渣膜均匀,以保证其均匀传热。结晶器内液面 波动大时,不仅铸坯表面和皮下产生大量缺 陷,而且可能造成漏钢事故。采用液面自动控 制是保证结晶液面稳定最

14、有效措施。 （2）中间包水口要对中。 （3）选择合理的水口尺寸及插入深度。插入深度不 到位,造成结晶器液面翻卷,液渣层厚度不均 匀,使铸坯产生大量缺陷。 （4）稳定拉坯速度。 （5）振动参数应与保护渣相适合。 （6）控制好塞棒吹氩。 6.保护渣的选择和使用 2021/3/26 23 保护渣在实际操作中应注意的问题: 除了工艺条件的保证和匹配外,实际连铸操作中 还应注意保护渣的加入方式和方法。 （1）保护渣在结晶器内应保持一定的厚度,通常控制 在3050mm范围内,而且要保持有一定厚度的 粉渣层,这是为了保证保护渣在结晶器内的均匀熔 化,使液渣层保持稳定,同时使保护渣在结晶器内 起到绝热保温作用

15、。 （2）保护渣应均匀地加到结晶器内液面上,对板坯尤 其重要,而且每次加渣间隔时间不应过长,做到勤 加,每次加入量要少。有条件最好采用自动加渣方 法。 （3）在正常浇注的情况下,禁止用钢条经常去搅动结 晶器液面,这会破坏保护渣在结晶器内正常熔化。 6.保护渣的选择和使用 2021/3/26 24 1.在給定的正常連鑄條件下,不能因保護渣性能不 佳而發生漏鋼。 2.在澆鑄過程中,保護渣不能產生過多的渣圈（渣 環）在結晶器壁上。 3.保護渣正常操作中,不能發生保護渣結塊或鋼液 面結冷鋼的狀況。 4.保護渣不能含有毒害人體或環境的成份,且不能 腐蝕結晶器壁。 5.保護渣與開澆渣在未拆封的情況下,須至

16、少可存 放6個月以上不受潮和變質。 6.保护渣的选择和使用 我们对保护渣的要求: 2021/3/26 25 1.測結晶器中總熱流值 2.結晶器銅板溫度變化與其位置和時間的關係 3.保護渣消耗量與澆鑄拉速的關係 4.保護渣在彎月面區的積聚（渣圈問題） 5.檢測鑄胚在彎月面的振痕 6.結晶器和鑄胚間的摩擦力和拉速的關係 7.鑄胚表面溫度在長度和寬度的變化 8.裂紋的類型,頻率和嚴重性 9.可見氧化物缺陷的頻率 6.保护渣的选择和使用 保护渣使用过程中需要测定的参数: 2021/3/26 26 保护渣的消耗量保护渣的消耗量 在不断均衡地向结晶器加入保护渣的情况下, 消耗量应大于0.3kg/t钢,而且

17、耗渣量应稳定在较 小范围,一般为0.30.6kg/t钢。当消耗量低于 0.25kg/t时,应当进行换渣操作。 7.保护渣的性能评价 2021/3/26 27 7.保护渣的性能评价 2021/3/26 28 7.保护渣的性能评价 液渣层厚度液渣层厚度 可定期用探测法测定液渣层厚度,合适 的液渣层厚度大致在615mm左右,而 且厚度的波动范围较小。粉渣层厚度一般 希望不大于25mm。粉渣过薄或熔速过 快,会使粉渣面发红,甚至使钢液面局部露 出。在浇注过程中要定期检查液渣层的厚 度。液渣层厚度为振幅的1.32.5倍。 探测法: 镍铬丝-铜丝偶或铁-铝丝插入结晶器 内钢液下,约2s后很快取出,测量熔去后的 两丝长度之差,即为液渣层厚度。 2021/3/26 29 7.保护渣的性能评价 渣圈渣圈 在结晶器壁四周钢液面上形成渣圈,渣 圈发达,说明保护渣的熔化性