连铸保护渣概述.doc

连铸保护渣概述1 连铸保护渣的组成12 连铸保护渣的作用23 连铸保护渣进入结晶器的行为34 保护渣的主要理化性能指标5二战后，战后恢复及经济发展的需求成为钢铁冶金工业发展的主要驱动力。自50年代始，连铸技术的出现促进了钢铁冶金工业的蓬勃发展。自60年代连铸结晶器保护渣技术的出现取代菜籽油以来，使连铸钢品种、连铸断面种类、连铸坯的质量、连铸生产率得以大幅度提高。近年来，以高拉速、高连浇率、高作业率、及高质量为特征的高效连铸得到迅速的发展，成为钢铁企业降低成本、降低能耗、减少投资成、开拓市场、在激烈的世界钢铁市场竞争中利于不败之地的重要技术创新和钢铁企业结构优化的必然需要。从70年代开始，连铸技术在装备先进的钢铁企业的板坯连铸浇铸速度逐渐提高，从1.0m/min左右上升到2.0/min左右，目前最大铸速可达3.0/min，日本住友正在开发5.0m/min的大板坯连铸技术，意大利在小方坯连铸上拉速已经达到5.0/min。因此，以高拉速为主要特征的高效连铸技术的开发、应用、推广是优化我国连铸技术，提高连铸水平的重要发展方向。由于高效连铸中的高拉速使结晶器中的热流及摩擦力增大、结晶器中钢液面波动加剧、出结晶器的铸坯坯壳变薄、渣耗急剧下降造成润滑不良和传热不均等，使得从常速连铸到高速连铸遇到了粘结漏钢和铸坯表面质量差两大难题，目前，为解决这些问题，就必须研究和开发具有相应物理和化学性能的结晶器保护渣，保证连铸过程中结晶器内的物理化学反应处于良好的状态。以连铸连轧为基础的紧凑型生产流程是降低冶金产品生产成本、提高企业经济效益的一个重要途径，无缺陷铸坯生产技术是实现连铸连轧的关键，这对铸坯表面质量提出了更高要求，连铸保护渣对高表面质量铸坯的生产起着重要的保障作用，为此，国内外各炼钢厂都在寻求适合本厂连铸工艺特点的无缺陷铸坯生产用结晶器保护渣。近十年来，国内外连铸保护渣的开发，以满足连铸生产的需要、充分发挥保护渣的作用为主要目的，同时在保护渣原料、制作工艺、保护渣的基础理论研究方面进行了大量的工作。连铸结晶器保护渣已经成为连铸工艺过程必须的关键性材料，对铸坯质量及连铸工艺顺行发挥着不可替代的作用。1 连铸保护渣的组成现用的保护渣一般由三部分组成：基料、助熔剂和熔速调节剂。基料一般为CaO-SiO2-A12O3系的物质为基础，通过CaO、SiO2、A12O3加入量的合适搭配来确定其主要的性能。同时加入适量的Na2O，CaF2，K2O，MgO，BaO，Li2O，B2O3，MnO等化合物作助熔剂，根据加入的物质的特性的差别来调节熔点和粘度，并且稳定保护渣的组成。接着根据各钢种及操作工艺加入不同量、不同种类的碳素材料作为熔速调节剂，保证保护渣的铺展性和性能的稳定性。2 连铸保护渣的作用加入结晶器钢液面的保护渣，在钢水释放的热量作用下，逐渐升温并发生烧结、熔化，在结晶器钢液面上形成双层、三层或多层的渣层结构。流入铸坯与结晶器壁间隙的保护渣，在结晶器壁的冷却下，靠结晶器壁侧凝固形成玻璃体和结晶体组成的固态渣膜，靠坯壳一侧维持液渣的状态。随着结晶器振动和拉坯的进行，液渣和部分固渣膜被带出结晶器下口，在二冷水作用下与铸坯分离，由此完成保护渣的消耗过程。保护渣从加入到离开结晶器这一过程中所发挥的作用可归结为：（1）防止钢液特别是钢液弯月面的二次氧化。保护渣加入到结晶器内的钢液面上，熔化后形成一定厚度的液渣层，并均匀覆盖钢液面，该液渣层起到了隔绝钢液与空气接触的作用，进而可防止钢液的二次氧化。（2）对裸露的钢液绝热保温。钢液表面的凝固和弯月面初生坯壳的提前凝固对铸坯表面将产生不良影响。因为钢液中的上浮夹杂物有可能被凝固的铁的结晶器捕集，形成一个有金属和氧化物组成的硬壳结构，被卷入坯后可能造成严重的缺陷。渣的保温作用可以通过覆盖在钢液面上具有温度低，体积密度小的粉渣层来实现。（3）吸收和溶解非金属夹杂物。进入结晶器的钢液不可避免地带入非金属夹杂物，此外结晶器内铸坯液相穴内上浮到钢液弯月面的夹杂物有可能被卷入坯壳形成表面和皮下夹杂缺陷。从热力学的观点来看，硅酸盐渣系能吸收和溶解此类非金属夹杂物，但其溶解速度受到许多因素的影响。研究表明，低粘度、高碱度、低Al2O3 和高CaF2 及Na2O含量的渣对吸收夹杂有利。（4）控制传热的速度和均匀性。由于结晶器和铸坯之间形成的渣膜，坯壳向水冷结晶器铜壁和敞开浇注比较有很大的变化，传热的均匀性得到了改善。（5）在结晶器和坯壳之间起到润滑作用，使铸坯顺利拉出。熔融的保护渣随铸坯的拉出而进入铸坯与结晶器的间隙，形成0.11.5mm厚的渣膜。在结晶器的一侧，由于温度较低而呈固态，在坯壳的一侧，由于温度高于渣的结晶温度而呈液态，因此能够减小铸坯和结晶器间的摩擦3 连铸保护渣进入结晶器的行为连铸保护进入结晶器中会发生如图1所示的行为。由图可知保护渣进入结晶器会出现如下关键现象： (1)保护渣融化； (2)形成渣熔池； (3)熔渣流入结晶器和铸坯之间； ( 4)形成固态渣和液态渣膜。化学成分和矿物组成的质量控制保护渣融化形成熔渣池熔渣流入结晶器和铸坯之间影响铸坯形成粘结漏钢形成固态渣膜和液态渣膜控制铸坯和结晶器之间的传热提供铸坯的液态润滑影响铸坯表面质量 图1保护渣在结晶器内行为示意图当保护渣加入到结晶器内钢液上，就覆盖在钢液面上，分为粉渣层、烧结层及熔渣层（如图2），当结晶器有规律地上下振动时，熔渣渗入到结晶器壁与坯壳之间的缝隙中，形成一层极薄的渣膜，这层渣膜贴在结晶器的一面为固态渣膜玻璃态，而贴在铸坯的一面为液态渣膜流动的液体（如图2），两层之间的温度及状态是逐渐过渡的，对润滑和传热方面起着重要作用，液态渣膜能够润滑凝固坯壳与结晶器之间的界面，防止二者发生粘结，结晶器与铸坯间摩擦力的大小是保护渣润滑效果的直观体现，摩擦力减小，有利于铸坯润滑，改善铸坯的表面质量，保证连铸工艺顺行，避免粘结漏钢发生，具有良好润滑作用的保护渣，应能使坯壳与结晶器间的摩擦力降至最小；由于结晶器冷却水作用形成的固态渣膜层对于控制传热具有重要作用，从高温钢水到结晶器冷却水的传热机理是非常复杂的，该传热过程包括以下几个环节（如图3）：（1）凝固坯壳的传热； （2）保护渣渣膜的传热；（3）固态渣膜与铜结晶器壁间界面传热；（4）结晶器的传热。因为凝固坯壳和结晶器壁的导热系数比较大，液渣层传热能力较强，所以量从高温钢水传输到结晶器冷却水的限制性环节是固态渣膜与铜结晶器壁之间的界面传热。根据Shibata.H 的研究结果，由于固相接触，存在于结晶器与固态渣膜之间的界面热阻的大小与表面粗糙度有关，又因为结晶器壁是光滑的，所以影响结晶器与固态渣膜之间界面热阻大小的关键因素是固态渣膜表面粗糙度。液渣层越厚，润滑越好，而液渣层厚度增加将导致固渣层减薄，不利于传热，这就要求固态渣膜有良好的传热性能。图2结保护渣分布示意图图3保护渣固态渣膜和液态渣膜温度分布示意图4 保护渣的主要理化性能指标连铸过程对保护渣的物理及化学性质有着一定的要求，因此在保护渣的研制和试用过程中要对熔化温度、粘度等基本性质要进行测定。化学成分及碱度。常用的碱度为渣中的CaO与SiO2的比值，即CaO/ SiO2，一般CaO/ SiO2在0.71.5之间，碱度主要影响保住渣的粘度温度曲线、吸收夹杂的能力、结晶性能并进而影响传热特性。碱度取值主要由浇注的钢种决定，通常，高碳钢、含易氧化元素较多的合金钢保护渣碱度较低其值约为0.71.0；裂纹敏感性较强的中碳钢保护渣粘度较高，约为1.01.5；而普通碳素钢中的低碳钢、中碳钢及低合金钢保护渣碱度取值居中，约为0.91.0。熔化温度（熔点）。保护渣是由多种氧化物和氟化物组成的多元体系，因此没有固定的熔化温度，因此定义熔化温度为，保护渣在升温过程中由固态转变为液态的温度。对于多组分硅酸盐熔渣，熔化温度是一个区间。熔化温度对熔渣层厚度和保护渣消耗等有重要影响。熔化温度主要测试方法有热分析法、淬火法、差热分析法以及半球点法和三角锥法。各种分析法有时差别很大，比较精确地方法有热分析法、差热分析法、和淬火法，但是操作和分析复杂。目前，保护渣采用半球点法作为保护渣熔化温度分析的行业标准。通常人们把当以一定升温速度加热到使试样由圆柱形变成半球形的温度称为熔化温度，简称为熔点。一般认为应低于结晶器内钢液弯月面的温度，也有人主张应比结晶器下段的坯壳温度低50。这样控制保护渣的熔化温度的目的在于，使粉渣在弯月面处保持熔融状态，并使结晶器上部铸坯凝固壳表面的渣膜处于粘滞的流动状态，起到充分润滑铸坯的作用。保护渣的熔点过高，熔渣层厚度减小，影响保护渣的润滑能力，可能导致纵向裂纹的出现，甚至可能发生漏钢事故；熔点过低，会影响保护渣的绝热保温性能，导致铸坯表面产生冷皮，横向裂纹等缺陷。国内外保护渣的研究表明，大多数板坯保护渣的熔化温度控制在10501200。流动性能。粘度是表示熔渣中结构微元体移动能力大小的一项物理指标，即在一定温度下河一定剪切力作用下熔渣流入坯壳与结晶器间隙能力的大小。它是衡量保护渣润滑性能的重要指标。现在大多测其在1300条件下的值，常用保护渣的粘度（1300下测定）为0.050.15PaS。粘度直接影响到熔渣吸收氧化物夹杂的速度和润滑铸坯的效果。它受化学成分和温度的控制，生产中主要靠助熔剂来调节。保护渣粘度过低，液渣大量流入缝隙，造成渣膜不均匀，局部凝固变缓，导致凝固坯壳变形，引起纵裂和拉漏事故；粘度过大，会使铸坯表面粗糙。粘度的测试方法有斜舟法、振动法、圆柱体旋转法。凝固温度是指熔渣从液态向固态转变的温度，理论上应对应熔渣的液相线温度，但为便于测试，国内外目前习惯将粘度温度曲线的转折点温度Tbr定义为凝固温度。连铸保护渣的凝固温度对连铸坯的润滑与传热有重要影响，对裂纹敏感性钢种的浇注有重要意义。结晶性能。保护渣的结晶性能主要包括结晶温度和以一定冷却条件下的结晶率、结晶速度以及结晶析出物相组织等内容。结晶性能影响着铸坯受到的摩擦力以及铸坯向结