连铸连轧-结晶器保护渣

1、2020/7/7,1,第五章 结晶器保护渣,连 铸 连 轧,主讲教师：闵 义 2008.092008.10,Tel024-83687720 Email：,2020/7/7,2,1 保护渣在连铸过程中的作用,覆盖钢水绝热保温； 隔绝空气，防止钢水二次氧化； 吸收上浮到钢渣界面上的非金属夹杂物； 降低拉坯阻力，润滑铸坯和结晶器作用； 流入坯壳和结晶器间隙内的液态渣形成渣膜，以控制铸坯向结晶器传热速度，保持坯壳均匀生长。,为了提高连续浇注钢坯的质量，强化保护浇注工艺，使用一种固态粉渣覆盖在结晶器钢液面上形成一层保护渣。 结晶器保护渣的作用：,2020/7/7,3,2 保护渣

2、在结晶器内的行为,2020/7/7,4,1）连铸过程中弯月面形成,随着结晶器的上下振动，钢液注入结晶器内，且保持一定的液面高度，由于钢液是金属键，强度大，表面张力大，因而在结晶器铜壁处钢液形成了向内壁突出的弯月面。 弯月面是凝固坯壳生长的起始点，它的性质在很大程度上决定了铸坯表面质量。 连铸结晶器弯月面区域的定义为:从弯月面根部以下45mm到根部以上45mm从结晶器内壁到离壁20mm处的区域。,2020/7/7,5,2）钢液弯月面的作用,受结晶器的强烈冷却作用。突出的弯月面开始凝固，形成了极薄的坯壳，在向下运动的过程中受钢水静压力的作用变形，形成了铸坯的凝固壳。 如果弯月面表面干净，具有较大的

3、曲率半径，变形能力大，就容易恢复变平，则铸坯的某些表面缺陷就难以产生。,2020/7/7,6,3）连铸保护渣的熔融结构,连铸过程中，由于热量传递、化学反应、机械振动和物质迁移，结晶器内的保护渣构成了一个非稳态体系因此，凝固过程的影响变得复杂和难于控制。 最典型的保护渣熔融结构为三层结构：即由上至下依次为粉渣层、烧结层和熔融层。,2020/7/7,7,4）保护渣中碳的分布,基料熔化形成熔渣后，配入保护渣种的碳有四个去向，即：1）在浮力作用下浮出熔渣；2）溶解在渣中；3）扩散到钢液中；4）燃烧。 文献报道了渣个碳分布的研究结果，认为碳在各渣层中分布严重不均，过渡层碳含量高出平均碳含量610倍左右，

4、如左图所示。,2020/7/7,8,5）液渣的流入与消耗,铸坏润滑一直是连铸技术的重要内容，铸坯振痕深度、表面凹陷、裂纹及漏钢都与铸坯和结晶器的润滑有关。实现结晶器与铸坯之间润滑是保护渣最重要的功能之一； 现在普遍支持的观点是：在结晶器负滑脱之外的时间内是保护渣流入的主要时期，通过减少负滑脱时间，可以增加保护渣的消耗量，减少连铸坯结晶器之间的摩擦力。 保护渣消耗量可以采用下列回归方程估算：,0.08%C0.16%,C0.08%,A振幅，mm；f-振动频率Hz；V拉坯速度； 1300 保护渣粘度。,满足中、低碳钢润滑要求的最小渣耗量为0.3kg/m2，中碳钢临界渣耗的试验结果为2.6kg/m2。

5、,2020/7/7,9,3 连铸保护渣的成分设计,成分设计是连铸保护渣研制、应用的基础环节，成分设计的优劣决定着保护渣的性能，并最终影响连铸坯质量。 连铸保护渣成分设计原则： 保护渣具有合理的熔化温度、熔化速度和熔融结构； 保护渣具有稳定适宜的粘度； 保护渣具有合理的结晶温度和矿物组成； 保护渣具有足够的吸收夹杂物容量； 使保护渣的加工、使用符合环保要求。,成分设计及质量控制,保护渣的熔化,熔渣池的形成,熔渣向气隙的流入,对坯壳形成的影响,铸坯结晶器传热,铸坯液渣润滑,连铸坯表面质量,2020/7/7,10,4 连铸保护渣成分设计基础,基于连铸保护渣在结晶器内的工作条件和设计原则的要求，国内外

6、均采内硅酸盐为基础的玻璃渣体系作为保护渣的基料成分。 资料表明，已有的连铸保护渣，按其基料组成可分为三个渣系， 即SiO2-Al2O3-CaO系、SiO2-Al2O3-FeO系、SiO2-Al2O3-Na2O系，其中SiO2-Al2O3-CaO 系应用最为普遍。 在基料基础上辅加少量的添加剂(如碱金属或碱土金属氧化物、氯化物)和控制熔化速度的碳质材料(如碳黑、石墨等)。,2020/7/7,11,结晶器保护渣成分选择依据,该三元系有两个低熔化温度区，即A、B两点。对于A点(1170)，尽管液相线温度比B点(1265)低，但从相图分忻，其实际应用的意义不大因为在浇注过程中，随Al2O3夹杂的吸收将

7、导致液相线温度激增，同时，A点的SiO2含量高，渣碱度低，粘度大。 所以一般用B点作为保护渣基料成分，其范围为： SiO2为28%38%，CaO为2535， Al2O3 10. 这是一个以硅灰石(CaO. SiO2)形态存在的低熔化温度区，其CaO/SiO2 1，恰与保护渣碱度要求相近。同时，该区域的粘度也较低，1400时粘度仅为0.6Pas。,：,：,A,B,2020/7/7,12,保护渣原料选择,连铸保护渣化学成分因需要不同而改变。就保护渣原料选择而言，化学成分决定了保护渣使用性能。用于连铸保护渣的原料种类繁多，分为： 天然矿物 石灰（CaO)、萤石(CaF2)、铝钒土（bauxite）

8、、硅灰石(CaOSiO2)、 石英砂(SiO2)，白云石，长石，珍珠岩，蛭石等； 人造矿物 工业废渣（高炉渣、转炉渣等）、水泥熟料、玻璃屑、人造硅灰石。,2020/7/7,13,几种保护渣成分范例：,2020/7/7,14,5 熔渣离子结构,熔渣可以导电，并有一定的电阻。电渣重熔及电弧炉炼钢及LF精炼均是通过熔渣导电而获得高温的； 熔渣可以电解，当电解熔渣时，在阳极析出金属，在阴极析出氧气，说明熔渣中至少存在金属正离子和氧负离子； 熔渣可以作为高温原电池的电解质，说明熔渣是由离子组成； 当向金属熔渣界面通入电荷时，可以改变金属熔渣的界面张力，称为电毛细现象，说明金属熔渣间的反应是离子反应，熔渣

9、中存在离子。,2020/7/7,15,熔渣中离子种类及相互作用力,根据X射线分析及其他试验证明，熔渣中存在以下离子： （1）正离子 均为简单的离子，如Ca2+，Fe2+，Mn2+，Mg2+。它们都 是由金属氧化物离解生成的。 （2）负离子 简单的负离子有O2-,S2-,F-等。它们是由氧化物、硫化物和氟化物离解生成的。 复杂的负离子有：SiO44-,PO43-,Fe2-.，其中SiO44-还能聚合成更复杂的硅氧复合离子，如:Si2O76-,Si3O96-,Si4O126-,Si6O1812-。,2020/7/7,16,熔渣中含量最高的酸性氧化物是SiO2，因此复杂的负离子以SiO44-为主。当

10、SiO2含量不断增加时，会造成熔渣中的O2-不足，使SiO2变成SiO44-的反应困难，这时SiO44-会发生聚合反应，释放出O2-以使SiO2变成SiO44-反应得以进行。硅氧复合离子的聚合反应有： SiO44-+ SiO44-=Si2O76-+O2- Si2O76- + SiO44-=Si3O96-+2O2- Si3O96- + SiO44-=Si4O128-+O2- .,2020/7/7,17,2020/7/7,18,6 结晶器与铸坯间渣膜的状态,液渣进入坯壳和结晶器缝隙后，受坯壳和结晶器温度的影响，靠近结晶器一侧受结晶器的强冷作用形成固态渣膜，而靠近铸坯一侧受铸坯的加热作用重熔变成液态

11、，在铸坯向下运动的过程中，起到润滑作用。 随着渣膜向下运动，液态渣膜量逐渐减少，固态渣膜量增多，直至完全形成固态，出结晶器后脱落。,2020/7/7,19,凝固后渣膜的矿物组成,正硅酸钙（ 2CaOSiO2）；硅灰石（CaOSiO2）；钙铝黄长（2CaOAl2O3SiO2）；枪晶石（3CaO2SiO2CaF2）；霞石(Na2OAl2O32SiO2)；玻璃相、萤石和氧化硅等。 研究指出，各种矿物具有不同的导热系数，从而影响铸坯的凝固。导热系数按顺序排列为：硅灰石(CA)钙黄长石 (C2AS)尖晶石(MA）霞石(NAS2)。增大渣的碱度使硅灰石区域缩小，而尖晶石和霞石相区扩大了，因此降低了热传导系

12、数，使结晶器热流减小，从而减少裂纹倾向。,2020/7/7,20,7 保护渣理化性质7.1保护渣的熔化特征,保护渣熔点/熔化温度 保护渣是由各种氧化物和氟化物组成，没有固定的熔点，一般用半球点温度定义保护渣的熔化温度。大多数结晶器保护渣的熔化温度在10001200。 为了保证保护渣消耗量和吸收夹杂物，一般情况下熔渣层厚度控制在10mm左右。 连铸保护渣熔化温度的高低一般取决于助熔剂加入种类和数量，对保护渣熔化温度起决定作用的熔剂种类： 苏打粉（Na2CO3）冰晶石（Na5Al3F14） 硼砂（NaB4O7) 萤石（CaF2、NaF） 常用助熔剂对降低熔化温度的次序为： NaF Na5Al3F1

13、4 Na2CO3 NaCl CaF2,2020/7/7,21,熔化温度对连铸工艺参数的影响,熔化温度越低，熔渣层厚度越大，保护渣消耗量越大； 平均渣膜厚度随保护渣熔化温度的降低而增大； 保护渣熔化温度越低，铸坯和结晶器之间摩擦力越小，裂纹指数下降； 熔化温度低，不利于发挥绝热保温作用，一般情况下，现场不允许出现“红渣”操作。,几种主要助熔剂对保护渣熔化温度的影响规律,2020/7/7,23,保护渣熔化速度,保护渣熔化速度是表征保护渣熔化快慢的标志，熔化速度的快慢一般是由保护渣中添加的碳质材料或碳酸盐种类和数量来控制的。 1300 ，由固态保护渣转变呈液态所需要的时间来定义熔化速度。 配入保护渣

14、中的炭质材料种类包括： 焦炭、木炭、石墨、碳黑、无定性碳等,2020/7/7,24,对保护渣熔化速度的要求,1、必须满足生成液态渣的需要,熔化速度,C含量 C质材料粒度比率 熔化温度&粘度 矿物材料&C材料粒度 f（C质材料种类） 灯黑 焦炭 木炭 石墨 无定性碳,2020/7/7,25,2、必须避免钢液与富含碳质材料的粉渣层接触而导致钢液增碳,连铸过程中保护渣各层结构与碳质材料的化学反应示意图,2020/7/7,26,保护渣熔化速度的影响因素,分解出的气体搅拌熔融层和粉末层来控制保护渣的熔化。,2020/7/7,27,熔化温度和熔化速度的测定方法,将保护渣加工成如左图的锥形或者圆柱形试样，推

15、入高温炉内的恒温区，以10/min的升温速度升温，观察渣料的熔化情况，进而定义保护渣的熔化温度。 将炉温升至1300或1350恒温，然后迅速将左图渣料推入恒温区，观察渣料完全熔化后所需时间。,2020/7/7,28,7.2 保护渣粘度,连铸保护渣的粘度，对结晶器内发生的冶金行为包括液渣的流入和消耗、润滑、夹杂物吸收等产生重要影响。所以，为了确保保护渣在浇铸中的良好性能，就必须高度重视保护渣的粘度特性的研究和优化。 粘度大小取决于熔渣的化学成分和温度，在一定温度范围内，粘度和温度的关系符合阿累尼乌斯公式：,A常数项 E黏性活化能 R气体常数 T绝对温度,2020/7/7,29,保护渣粘度,实际应

16、用中，通常以ln-1/T曲线描述粘度与温度的关系，如右图所示。 曲线包括三部分：高温时以E/R为斜率的线性部分、范围窄的非线性部分、低温时的垂直部分。线性部分与垂直部分的交点被成为拐点通常拐点处的温度被称为凝固温度或结晶温度。,2020/7/7,30,实际应用时保护渣粘度范围,就一般碳素结构钢用保护渣，1300时的粘度多在0.10.5Pa.s（1Pa.s10泊）。国内渣和日本渣一般粘度较低，而德国的保护渣粘度一般设计较高。 对保护渣粘度的要求一般是为了实现合理的保护渣消耗量，以实现良好的润滑和传热功能。 应根据拉速确定保护渣粘度，参数1300V是一个简便和有效的指标。一般情况下， 1300V0

17、.10.35范围之间比较适宜。 由于粘度作用的复杂性及各工艺因素的差异，对粘度值的选定各厂存在一定分歧，但都能基本满足要求。,2020/7/7,31,保护渣粘度稳定性,保护渣粘度稳定性包括化学稳定性和热稳定性。 化学稳定性：允许熔渣化学成分在一定范围内波动，而不应使熔渣粘度发生太大变化。 增加粘度化学稳定性的成分有MnO、MgO等。,2020/7/7,32,保护渣热稳定性：温度变化对熔渣粘度影响较小，通常是指在-t曲线转折点附近，粘度随温度变化的大小。 一般而言，“长渣”的热稳定性要好于“短渣”。 保护渣碱度增大，保护渣具有从“长渣”向“短渣”转变的倾向。,2020/7/7,33,保护渣化学成

18、分对粘度的影响,决定熔渣（硅酸盐体系）粘度大小的主要因素是熔渣内的复杂网状的硅氧四面体的数量和复杂程度。复杂的硅氧离子链形成的机理为：,凡是能向炉渣中提供多余氧离子和取代氧离子的物质，均可以使炉渣粘度降低。 这些物质包括几乎所有的碱金属氧化物和碱土金属氧化物。,2020/7/7,34,成分对保护渣粘度的影响,增大粘度的组元： SiO2 、Al2O3、B2O3等 降低粘度的组元： CaF2、CaO、MgO、Li2O、Na2O、 FeO、Fe2O3、BaO、B2O3等 当然，以上任何一种物质，其在熔渣中达到饱和后，不仅不会降低粘度，一定程度增加熔渣粘度。这是由于未溶解的质点状物质改变了熔渣组成，使

19、熔渣从牛顿流体（遵循阿累尼乌斯公式）变成非牛顿流体。,2020/7/7,36,保护渣粘度测定方法,将配制好的保护渣粉末混匀。 将炉温恒定在1350，称取140g渣料加入坩埚，10min后渣料均匀熔化； 将Mo转头下降到熔渣表面充分预热； Mo转头下端距离石墨坩埚底部10mm，搅拌一段时间，使炉渣尽可能均匀； 以5min-1的速度降低炉温，将测得频率与零点频率值比较得到保护渣粘度数值； 系统连续采集数据即可得到粘度温度曲线。,旋转粘度计,2020/7/7,37,7.3 吸收非金属夹杂物能力,连铸时要求结晶器内的熔渣对聚集在钢渣界面上的高熔点非金属夹杂物能迅速溶解，以避免此类夹杂物被钢流卷入坯壳，

20、产生皮下夹杂等缺陷，此现象在浇注铝镇静钢、含钛不锈钢、稀土处理钢等其他一些高合金钢时更为突出，对保护渣性能要求也更严格。,2020/7/7,38,连铸过程保护渣熔池内Al2O3质量平衡可以表示为：,熔渣吸收Al2O3的量主要取决于 。本图表示的是根据上式计算得到的不同（或 ）的保护渣， Al2O3随时间的变化。其中和具有相同的意义， 的量纲为g/(cm2.s)。 和表征保护渣吸收Al2O3能力的大小，其值主要受化学成分的影响。,2020/7/7,40,影响熔渣吸收Al2O3夹杂的因素,（1）碱度 随炉渣碱度的增大，熔渣吸收氧化铝的速度是先增大后减小的过程，当CaO/SiO2=1.01.1时，吸

21、收速度最大。 主要原因： 随炉渣碱度增大，粘度降低，有利于扩散的进行，当碱度过高时，由于氧化铝的作用，可以形成钙铝黄长石初晶，使表观粘度增大，吸收速度降低。,2020/7/7,41,（2）保护渣中F-和Na+的影响,2020/7/7,42,熔渣吸收其他类型夹杂物情况,在连铸其他类型合金钢时，比如含Ti的不锈钢， Ti的含量约0.5时就可能在渣金界面上富集大量夹杂物(TiN和TiCN)，要求浇注此类钢种所需的保护渣具有较强的吸附能力。 相关研究指出，浇注不锈钢时，对夹杂缺陷进行分析，认为缺陷产生的主要原因时CaTiO3或者TiN的析出导致的。 同样，在浇注稀土钢过程中，由于稀土的氧化或者烧损，造

22、成一部分高熔点的稀土氧化物聚集在钢渣界面，也要求保护渣很快吸收这些夹杂物，降低其对钢质量的影响。,2020/7/7,44,7.4 保护渣的结晶性能,结晶温度是保护渣主要性能指标之一，液态渣膜结晶度高、结晶率高，使得结晶器内热阻增大，铸坯与结晶器内摩擦力增加，易发生漏钢和表面缺陷。 保护渣结晶温度升高，容易导致铸坯-结晶器之间热传递速度降低，传热速度慢固然可以减少纵向裂纹，但由此而造成的粘结使得拉漏率增大，见右图所示。,2020/7/7,45,保护渣结晶动力学,从动力学观点来看，由于冷却时熔体粘度增加很快，析晶阻力大，故可能不析晶而形成过冷的液体，即玻璃体.一般析晶在相应于粘度为103-105P

23、a.s的温度范围内进行； 析晶过程包括晶体成核和晶体长大两个阶段，成核速度和晶体生长速度都是过冷度和粘度的函数，对大多数硅酸盐熔体来说，晶粒形成的最大速度是在较低温度区，而晶体生长的最大速度在较高温度区。当液渣从高温冷却时，熔体尚无晶核，故不致析晶，当温度继续降低至某一区间，液相中既能形成晶核，晶体又能生长，因此具备了析晶条件，但晶核生成和晶体生长的速度都不大，析晶缓慢，因此只要冷却速度足够大，就能迅速使温度降低至形核区，而不析晶或很少析晶。,2020/7/7,46,保护渣结晶温度测量方法比较,2020/7/7,47,DTA测量保护渣结晶温度,将经过充分混匀后粉渣磨细至粒度小于0.074mm，

24、在1300预熔后备用。 取渣料30mg左右，放入差热天平专用刚玉坩埚内并压实； 以30min-1升温速度快速加热至1300，恒温10min； 然后以10min-1的冷却速度降温至800； 实验过程采用N2作为天平和炉膛的保护气氛，实验结束后分析热重-差热曲线，定义析晶开始温度为保护渣的结晶温度。,2020/7/7,48,标准DTA热峰示意图,其中AB为反应的基线，曲线ACB为热峰，A 为峰的开始，B为峰的终了，C为峰的极值点。AB与弧形曲线所引出的最大曲线斜率切线的交点温度TOE为热效应的起点，在本研究中则代表了保护渣中矿物初始结晶温度点。另外，热峰的极值点表明此时析出的晶体最多，TB点表明在

25、TA-TB冷却过程中析晶反应的结束。,2020/7/7,49,保护渣结晶温度与保护渣组成有密切关系。Kyodenatal等人认为高碱度的保护渣有更高的结晶温度。Nakato等人还发现，添加BaO可以防止保护渣出现结晶，在结晶开始时，添加一定氧化铝后保护渣可变成完全玻璃态。 国内研究表明，F-可以增大结晶比；B2O3和MgO可以减少结晶比，另外Na2O含量增加可导致保护渣有更大的结晶倾向。,成分对保护渣结晶的影响,2020/7/7,50,成分对析晶的影响,2020/7/7,51,2020/7/7,52,保护渣结晶矿物组成,理论研究认为，提高保护渣结晶温度可以降低通过结晶器的热流量，从而在一定程度

26、上避免铸坯表面纵裂纹的产生，这对于浇注中碳钢（C约为0.080.16%）至关重要。但是即使使用相同结晶温度的保护渣，结晶器热流量却不一定相同，因此单一考虑结晶温度作为控制传热的手段是不够的。保护渣在冷却后，形成的结晶物相直接影响结晶器和铸坯之间的润滑和传热功能。,2020/7/7,53,矿物特征对铸坯纵裂纹以及粘结漏钢都有不同程度的影响，传热受矿物特征的影响，结晶相导热系数大于玻璃相导热系数。 连铸保护渣结晶矿相主要由枪晶石、霞石、硅灰石和黄长石组成。 不同矿物具有不同的导热系数，按照导热系数大小排列，硅灰石（CS）黄长石（2CAS）枪晶石（2CaOSiO22CaF2）霞石(NA2S)。提高碱

27、度，硅灰石区域缩小，枪晶石和霞石区域扩大，降低了导热系数。 保护渣在高温时，主晶相为枪晶石（C3S2F）、霞石（NCS3），另外有少量假硅灰石（CS）和三斜霞石（NAS2），当添加一定含量Al2O3，会形成黄长石（C2AS）和三斜霞石（NAS2）。,2020/7/7,54,在保护渣组成范围内，结晶相组成主要受Na2O、Al2O3含量决定，CaSiO3在Na2O、Al2O3含量小于6%时形成，硅钙钠石在低Al2O3含量和Na2O含量大于6%时形成，铝黄长石（2CAS）在Al2O3含量大于6%和Na2O含量小于6%时形成，霞石（N2AS2）在Na2O含量大于8%和Al2O3大于6%时形成。,202

28、0/7/7,55,保护渣结晶矿物组成实例,2020/7/7,56,8 连铸保护渣与连铸坯质量,2020/7/7,57,1）保护渣与铸坯表面纵裂纹,从根本上讲，表面纵裂是坏壳在结晶器内冷却不均导致应力集中而发生的。研究表明，引起表面纵裂的具体原因有以下两个方向： (1) 在连铸含碳量为0.080.14的钢种时，最容易产生表面纵裂纹，这主要是由于相变造成热收缩差异所致，是产生纵裂的内因。 (2) 熔渣层过厚或不稳定，引起液渣流入波动，结晶器热流紊乱，加之结晶器液面波动和钢水过热度较大，共同构成了铸坯产生裂纹的外因，加剧了易裂钢种产生裂纹的危险性。 因此，对于给定钢种，为了消除表面纵裂，正确选择保护

29、渣，改善结晶器传热与润滑是至关重要的。,2020/7/7,58,保护渣传热性能对表面纵裂的影响,碳含量0.09%0.17%的钢种在凝固时发生L+的包晶相变。、的晶格原子致密度分别为0.68和0.74, 这样伴随包晶相变,凝固坯壳产生较大的线性收缩, 使得结晶器弯月面处的凝固初生坯壳厚度不均匀, 随拉坯进行，沿拉速方向的板坯表面易产生纵裂纹。 保护渣作为凝固坯壳与结晶器之间的传热介质，其性质最终控制传热速率，对碳含量在0.090.17钢种在凝固过程的行为将产生显著的影响。,2020/7/7,59,保护渣的润滑性能对铸坯纵裂的影响,铸坯表面裂纹量依赖于结晶器保护渣的润滑能力。研究表明，1300V2

30、0.30.7或1300V0.10.35时，结晶器摩擦力最小，且液渣消耗波动最小，结晶器热流波动也最小，从而使表而纵裂倾向最小。 渣膜对坯壳润滑的好坏，还与温度造成的粘度变化有关。即保护渣粘度的热稳定性。热稳定性好，不仅可以使结晶器内钢液面上整个熔渣层的粘度波动幅度小，而且在结晶器和弯月面之间的熔渣具有可流动的范围大，增强了熔渣润滑作用的连续性。,2020/7/7,60,保护渣熔化温度对铸坯纵裂的影响,过高的保护渣熔化温度使得润滑渣膜的厚度减小，从而导致铸坯和结晶器之间摩擦力增加，纵裂指数提高； 在拉速提高的情况下，保护渣消耗量降低，此时应选择熔点相对低一些的结晶器保护渣。,2020/7/7,6

31、1,2）保护渣与铸坯横裂的关系,保护渣对表面横裂的影响体现在保护渣物性对振痕深度的影响，因为振痕是表面横裂的根源。 横向裂纹产生的原因： 横裂纹产生于结晶器初始坯壳形成振痕的波谷处，振痕越深，则横裂纹越严重。在波谷处，由于：奥氏体晶界析出沉淀物(AlN、Nb(CN)， 产生晶间断裂；沿振痕波谷S、P元素呈正偏析，降低了钢的高温强度。这样，振痕波谷处，奥氏体晶界脆性增大,为裂纹产生提供了条件。(2)铸坯运行过程中,受到外力(弯曲、矫直、鼓肚及辊子不对中等)作用时,刚好处于低温脆性区的铸坯表面处于受拉伸应力作用状态，如果坯壳所受的拉伸力1.3%，在振痕波谷处就会产生裂纹。,2020/7/7,62,

32、保护渣耗量增加,横裂纹产生倾向减小,见右图所示。保护渣耗量基本公式: 渣粘度和拉速V乘积增加，渣耗量Q减少, 坯壳易与铜板粘结。为防止粘结，又要降低振痕深度,渣耗量要合适。渣耗量通常要大于3kgm2，这是最低要求。,2020/7/7,63,9 保护渣应用范例,3.1大板坯连铸保护渣 3.2薄板坯连铸保护渣 3.3方坯连铸保护渣 3.4合金钢连铸保护渣 3.5超低碳钢连铸保护渣,2020/7/7,64,9.1大板坯连铸保护渣,由于大板坯和宽厚板坯产量大，金属收得率高和节约能源，在连铸产量中占有较大比例。 大断面的铸坯裂纹敏感性强，尤其是表面纵裂纹，是大板坯连铸的一个主要问题。其次是表面夹渣，这些

33、缺陷与保护渣性能密切相关，因此，对大板坯和厚板坯用结晶器保护渣进行系统研究十分必要。,2020/7/7,65,大板坯凝固特点,（1）凝固过程中，沿宽边水平方向有较大的拉伸应力，随铸坯宽度增大而增大，是造成板坯纵裂纹的主要原因； （2）凝固过程中，结晶器各部位温度场不均匀，凝固壳厚度不等，尤其是含碳量为0.100.15的钢种； （3）连铸过程中，结晶器壁与坯壳之间的缝隙不同，渣膜厚度相差很大，传热性能差异造成坯壳厚度不同，易引起纵裂纹产生； （4）拉速越大，摩擦力越大，促进了纵裂纹的产生。,2020/7/7,66,大板坯连铸保护渣性能选择,（1）熔化温度的选择 对宽板坯使用的保护渣来说，熔化温度

34、可以影响熔渣层厚度、渣膜厚度、保护渣消耗量及润滑等，这些性能是否适当对纵裂纹产生影响很大。 高速大板坯用结晶器保护渣，熔化温度一般控制在10001100 。 （2）保护渣消耗量 板坯拉坯速度在1.62.0m/min时，保护渣的消耗量应该大于0.3kg/m2，或者大于0.4kg/t钢。 上海宝山钢铁公司生产大板坯时使用的连铸保护渣的消耗量在0.4kg/t钢左右。,2020/7/7,67,（3）粘度的选择 保护渣的粘度应根据拉坯速度进行调整，主要要保证合适的消耗量，使之形成稳定的渣膜，一般情况下，高速浇注的保护渣应采用低粘度。 对大板坯连铸保护渣粘度的选择，可以采用经验公式： (1300 ) Vc

35、=0.10.35 （4）结晶性能的选择 从大板坯连铸生产角度出发，要求熔渣尽可能呈玻璃态，凝固后则为玻璃体，这样可以改善坯壳与结晶器之间的润滑，减少固相摩擦，有利于提高铸坯的表面质量和减少纵向裂纹的产生。,2020/7/7,68,大板坯连铸结晶器保护渣实例,例1 钢种：低碳钢和中碳钢（C：0.080.20） 拉坯速度：1.3m/min； 铸坯断面尺寸：(210250) (9001930)mm； 化学成分，： 熔化温度：1080； 粘度（1300）：0.12Pa.s； 熔化速度（1300）：24s。,2020/7/7,69,9.2 薄板坯连铸保护渣,薄板坯连铸以产量高，节约能源、节省投资费用、减

36、少加工成本、提高产品质量、经济效益好以及产品接近成品等优点，受到许多冶金企业的青睐，发展速度比较快。通常所说的薄板坯连铸，是指铸坯厚度在3070mm范围内，采用伸入式水口保护浇注的连铸工艺。目前，国内很多厂家已经投产薄板坯连铸生产线，如本钢、珠江钢厂、张家港钢厂、邯郸钢厂等。,2020/7/7,70,薄板坯连铸的特点,拉坯速度快，一般拉速为3.06.0m/min，表面振痕浅，表面质量好； 由于拉速快，单位时间注入结晶器内的钢液量大，且水口形状为扁状，结晶器内钢液搅拌剧烈，容易导致卷渣； 薄板坯结晶器处温度场不均匀和流股的强烈冲击，坯壳凝固不均匀，易产生裂纹； 钢液散热速度快，钢液凝固快，如拉坯

37、速度配合不当，铸坯易产生表面和皮下夹渣和皱皮等缺陷； 拉速变化范围宽，幅度大，铸坯易产生夹渣和漏钢。,2020/7/7,71,薄板坯连铸保护渣的要求,（1）保护渣成渣速度快 由于拉速快，幅度变化大，且薄板坯吨钢表面积大，渣耗量大，因此单位时间内成渣速度必须快，否则液渣层变薄造成表面缺陷。 （2）对性能的要求 薄板坯连铸由于结晶器散热快，液面温度低，因此要求熔化温度和粘度均应低一些，而熔化速度必须快。粘度和熔化温度低一些，也可以增大渣耗量，改善玻璃性能和润滑性能。,2020/7/7,72,薄板坯连铸保护渣实例,例1 钢种：普通碳素钢 拉坯速度：4.05.5m/min 铸坯断面：（5070）（90

38、01350）mm 化学成分（）： 熔化温度：1100； 粘度（1300）：0.05Pa.s； 熔化速度（1300）：20s。,2020/7/7,73,9.3 方坯连铸保护渣,在连铸生产中，方坯连铸占有很重要地位，我国方坯连铸机多为小断面，一般断面尺寸为：（130480） （130480），通常小于160 160为小方坯，大于200 200称大方坯。一般方坯连铸适合于转炉容量小的中小冶金企业，特点是产量低，生产品种为棒材和线材。,2020/7/7,74,方坯连铸特点,断面差别大，要求保护渣有较大差别； 方坯连铸拉速差别大，大断面方坯拉速为0.61.2m/min，小断面达2.5m/min； 小断面

39、方坯连铸时，结晶器液面波动大，不易稳定，如保护渣选择不当，易使铸坯产生夹渣等缺陷。 小断面方坯结晶器散热快，液面温度低，易发生结晶器壁粘渣现象以及熔渣易凝固，铸坯易产生皱皮、结疤等缺陷； 小断面方坯拉坯速度快，要求保护渣成渣速度快； 方坯连铸与板坯连铸比较，不易产生表面纵裂纹。,2020/7/7,75,方坯连铸保护渣特性,（1）方坯连铸品种多，断面尺寸和拉速大，要求有多种性能的保护渣，方能满足需要； （2）方坯连铸与板坯连铸相比，不易产生表面纵裂纹和凹坑等缺陷，保护渣的熔化温度和粘度等的控制范围可以比板坯宽一些； （3）方坯连铸保护渣一般采用低熔点、低粘度和高熔化速度的保护渣。主要原因是，随着

40、方坯断面的减小，铸坯散热快，液面温度低，同时由于液面不稳定，希望有较厚的熔渣层，所以采用熔化速度快的保护渣，渣耗量一般在0.70.9kg/t钢的范围。,2020/7/7,76,方坯连铸保护渣使用范例,例1 钢种：40Cr、60MnSi、1Cr13、4Cr13 拉坯速度：1.21.8m/min 铸坯断面：180 180，200 200mm 化学成分（）： 熔化温度：963 粘度（1300 ）：0.36Pa.s,2020/7/7,77,9.4 合金钢连铸保护渣,特点： （1）合金钢种类多，钢种之间差异大。 （2）合金钢夹杂物类型多，含量高，且钢液中易氧化元素含量高，要求保护渣具备较强的夹杂物吸收能

41、力； （3）合金钢铸坯表面易产生表面缺陷，对保护渣要求严格； （4）合金钢液相线温度低，保护渣熔化温度要求偏低； （5）合金钢连铸工艺复杂，如浇注温度、拉速、冷却制度等，要求保护渣与工艺相适应。,2020/7/7,78,合金钢连铸保护渣和铸坯表面缺陷,1、不锈钢连铸保护渣简介 由于不锈钢中含有钛元素，连铸过程中容易形成TiO2、TiN或者Ti(CN)系列高熔点夹杂物，因次降低钢水中的和非常重要，同时降低保护渣碱度和选择合理的水口形状也是关键所在。目前我国就不锈钢保护渣的开发工作还处在起始阶段，也是国内亟待解决的问题，已经成为制约不锈钢产品质量的主要因素。,2020/7/7,79,2、不锈钢铸坯

42、表面缺陷 （1）不锈钢铸坯振痕深，提高保护渣粘度可以减轻振痕的深度； （2）不锈钢表面易产生凹坑。浇注收缩敏感的不锈钢时，采用结晶器“弱冷”制度并使用性能良好的保护渣，可以减少铸坯表面凹坑。 （3）含钛不锈钢结晶器液面易结“冷皮”，主要是钢渣混合物。由于含钛不锈钢钢液粘稠，含有Ti和Al易氧化元素，可能生成CaTiO3、TiN或者Ti(CN)和Al2O3高熔点夹杂物，在钢液面上与保护渣混合在一起。,2020/7/7,80,4、不锈钢保护渣熔化温度和粘度控制 为了避免不锈钢由振痕和凹坑造成铸坯质量缺陷，控制好保护渣熔化温度和粘度是非常重要的。保护渣的熔化温度和粘度应满足下列公式： 不锈钢无缺陷铸坯保护渣在1300的粘度和熔化温度与铸坯表面缺陷关系见右图。,2020/7/7,81,不锈钢连铸保护渣实例,例1 钢种：1Cr18Ni9Ti 拉坯速度：0.81.2m/min 铸坯断面：250 10501800mm