1、連鑄保護渣基礎 Vitto 2014-6-16 連鑄和保護渣的發展 鑄造工藝發展：模鑄 連鑄 連鑄生產基本要求：1）工藝順行 內部質量 2）鑄坯質量 表面質量 發展過程：菜籽油 粉煤灰 專用保護渣 保護渣的種類 按形狀分： 粉渣 顆粒渣 按原材料處理情況分： 按使用特性分： 實心顆粒 空心顆粒 1、原始材料混合型 2、半預熔型 3、預熔型 開澆渣（發熱劑） 根據鋼水碳含量（低、中、高） 根據鑄坯形狀（方坯、圓坯、板坯、異形坯、薄板 坯等 空心顆粒渣的生產 保護渣的質量控制 保護渣的質量控制原材料檢測 保護渣的質量控制漿料檢測 保護渣的質量控制成品檢測 保護渣的主要化學成分及各自影響 增加增加(

2、+)粘度粘度結結晶（析晶）晶（析晶）溫溫度度熔點熔點 CaO+ SiO2+- CaO / SiO2 - Al2O3+- Na2O- F-+- Fe2O3- MnO- MgO- B2O3- BaO- Li2O- TiO2No Change+ K2O- 保護渣的功能與作用 保護渣的2大 功能： 1、穩定連鑄穩定連鑄 工藝，保證工藝，保證 其順行；其順行； 2、是提高鑄、是提高鑄 坯的表面和坯的表面和 皮下質量皮下質量 molten slag mushy slag melting zone mold powder solid slag film crystalized slag film coppe

3、r shell 保護渣的功能與作用 1、絕熱保溫絕熱保溫 保護渣在結晶器內對鋼液面的絕熱保溫作用，主要是 靠保護渣粉渣層厚度和粉渣層的物性來實現（粉渣層 厚度、容重及含碳量）。 主要防止結晶器內鋼液面結殼和彎月面處溫度過低， 造成鑄坯表面和皮下夾雜。 應根據鋼種的需要，選擇保護渣的保溫性能，如澆注 高鋁鋼、1Crl8NiTi等鋼種時，要選擇保溫性能好的渣 系，特別要注意彎月面處的保溫，否則，將造成鑄坯 表面和皮下大量夾雜。 保護渣的功能與作用 2、防止鋼液的二次氧化 保護渣在結晶器內防止鋼液二次氧化的作用，主要靠保護 渣液渣層來實現。 通常結晶器內液渣層厚度在1012mm范圍內，在液面穩 定，

4、水口插入深度合理的情況下，均能起到很好隔絕空氣 的作用。 保護渣的功能與作用 3、吸收鋼液中上浮夾雜物 保護渣應具有吸收鋼液中上浮夾雜物的能力，特別是結晶 器內彎月面處的夾雜物，應及時地被保護渣同化。否則， 將會造成鑄坯表面和皮下大量夾雜。 目前做到使保護渣具有吸收夾雜物的能力并不難，而難在 保護渣吸收大量夾雜物之后，還要保持其良好的性能，以 滿足連鑄工藝的要求，特別是潤滑性能和均勻傳熱性能。 通常夾雜物含量高的鋼種，如含鋁、鈦和稀土元素的鋼種， 這些元素的氧化物進入渣中，使保護渣的性能有較大的變 化，如保護渣的堿度、熔化溫度和粘度發生較大的變化。 解決這一類鋼種時，常選用高堿性高玻璃化的保護

5、渣，收 到良好效果。 保護渣的功能與作用 3、吸收鋼液中上浮夾雜物 （1）堿度）堿度 隨爐渣堿度的增大，熔渣吸收氧隨爐渣堿度的增大，熔渣吸收氧 化鋁的速度是先增大后減小的化鋁的速度是先增大后減小的 過程，當過程，當CaO/SiO2=1.01.1時，時， 吸收速度最大。吸收速度最大。 主要原因：主要原因： 隨爐渣堿度增大，粘度降低，有隨爐渣堿度增大，粘度降低，有 利于擴散的進行，當堿度過高利于擴散的進行，當堿度過高 時，由于氧化鋁的作用，可以時，由于氧化鋁的作用，可以 形成鈣鋁黃長石初晶，使表觀形成鈣鋁黃長石初晶，使表觀 粘度增大，吸收速度降低。粘度增大，吸收速度降低。 保護渣的功能與作用 4、

6、為鑄坯提供潤滑 這里所說的潤滑，是指結晶器內坯殼與結晶器壁之 間渣膜的液態潤滑。 保護渣的潤滑性能是保護渣最重要性能之一，特別 在高拉速的情況下，更為重要。 要改善結晶器內的潤滑狀況，只有擴大渣膜的液相 區和改善液相渣膜的性能來實現。 目前對保護渣潤滑性能研究有二個方面，一是研究 改善保護渣的性能使其具有良好的潤滑性；二是改 進結晶器振動形式，來改善其潤滑作用。 保護渣的功能與作用 5、改善結晶器傳熱 保護渣的功能與作用 5、改善結晶器傳熱 保護渣的基本物理化學特性 主要指標：主要指標： 堿度 粘度 熔化溫度 熔化速度 析晶溫度 粒度 水分 堆密度 保護渣的基本物理化學特性 堿度堿度 （Bas

7、icity） 保護渣中堿性氧化物和酸性氧 化物質量比稱為保護渣的堿度。 二元堿度 綜合堿度 堿度是反映保護渣吸收鋼水中 夾雜物能力的重要指標，同時 也能反映保護渣潤滑性能的優 劣。 通常，堿度高，吸收夾雜的能 力更強，但析晶溫度變高，不 利于潤滑和傳熱。 X射線熒光光譜儀 保護渣的基本物理化學特性 原子吸收光譜儀 碳硫分析儀 氟含量檢測儀 保護渣的基本物理化學特性 粘度（粘度（Viscocity） 粘度是表示熔渣中結構微原體 移動能力大小的物理指標，指 液體渣移動時各渣層分子間的 內在摩擦力的大小（1300 ） 保護渣的粘度如果過低，會導 致渣膜增厚且不均與，鑄坯容 易產生裂紋；粘度過高會導致

8、 渣膜變薄，流動性差，潤滑不 良 高溫粘度計 保護渣的基本物理化學特性 熔熔化溫度化溫度 保護渣是由各種氧化物和氟化物組成， 沒有固定的熔點，一般用半球點溫度定 義保護渣的熔化溫度。大多數結晶器保 護渣的熔化溫度在10001200。 為了保證保護渣消耗量和吸收夾雜物， 一般情況下熔渣層厚度控制在10mm左 右。 連鑄保護渣熔化溫度的高低一般取決于 助熔劑加入種類和數量，對保護渣熔化 溫度起決定作用的熔劑種類 常用助熔劑對降低熔化溫度的次序為： NaF Na5Al3F14 Na2CO3 NaCl CaF2 熱載臺顯微鏡 保護渣的基本物理化學特性 熔化溫度越低，熔渣層厚度越大，保護渣消耗量越大；熔

9、化溫度越低，熔渣層厚度越大，保護渣消耗量越大； 平均渣膜厚度隨保護渣熔化溫度的降低而增大；平均渣膜厚度隨保護渣熔化溫度的降低而增大； 保護渣熔化溫度越低，鑄坯和結晶器之間摩擦力越小，裂保護渣熔化溫度越低，鑄坯和結晶器之間摩擦力越小，裂 紋指數下降；紋指數下降； 熔化溫度低，不利于發揮絕熱保溫作用，一般情況下，現熔化溫度低，不利于發揮絕熱保溫作用，一般情況下，現 場不允許出現場不允許出現“紅渣紅渣”操作。操作。 保護渣的基本物理化學特性 熔化速度熔化速度 保護渣的熔化速度用來衡量保護渣熔化過程的快慢，通常是用標準試保護渣的熔化速度用來衡量保護渣熔化過程的快慢，通常是用標準試 樣在規定溫度（如樣在

10、規定溫度（如1300 ）下完全熔化所需的時間來表示。）下完全熔化所需的時間來表示。 熔化速度太慢，不能在鋼水上方形成足夠厚的液渣層，對熔渣的隔離熔化速度太慢，不能在鋼水上方形成足夠厚的液渣層，對熔渣的隔離 作用和吸收夾雜的能力有影響，同時因不能形成足夠的液態渣膜而影作用和吸收夾雜的能力有影響，同時因不能形成足夠的液態渣膜而影 響潤滑；響潤滑； 熔化速度太快，不能在鋼水上方保持穩定的原渣層，從而使熔渣暴露熔化速度太快，不能在鋼水上方保持穩定的原渣層，從而使熔渣暴露 在空氣中，增大熱損失，鋼水表面容易結殼；而且液態渣膜不均勻，在空氣中，增大熱損失，鋼水表面容易結殼；而且液態渣膜不均勻， 容易在鑄坯

11、表面形成裂紋和凹坑。容易在鑄坯表面形成裂紋和凹坑。 保護渣的基本物理化學特性 熔化速度熔化速度 保護渣的熔化速度的快慢一般是由保護渣中添加的碳質材料來控保護渣的熔化速度的快慢一般是由保護渣中添加的碳質材料來控 制的。制的。 配入保護渣中的炭質材料種類包括：配入保護渣中的炭質材料種類包括： 焦炭、木炭、石墨、碳黑、無定性碳等焦炭、木炭、石墨、碳黑、無定性碳等 保護渣的基本物理化學特性 熔化速度熔化速度 1、必須滿足生成液態渣的需、必須滿足生成液態渣的需要要 2、必須避免鋼液與富含碳質材料的粉渣層接觸而導致鋼液增碳、必須避免鋼液與富含碳質材料的粉渣層接觸而導致鋼液增碳 渣中碳的分布 保護渣的基本物

12、理化學特性 基料熔化形成熔渣后，配入保護基料熔化形成熔渣后，配入保護 渣種的碳有四個去向，即：渣種的碳有四個去向，即： 1）在浮力作用下浮出熔渣；）在浮力作用下浮出熔渣； 2）溶解在渣中；）溶解在渣中； 3）擴散到鋼液中；）擴散到鋼液中； 4）燃燒。）燃燒。 有文獻報道了渣個碳分布的研究結有文獻報道了渣個碳分布的研究結 果，認為碳在各渣層中分布嚴重不果，認為碳在各渣層中分布嚴重不 均，過渡層碳含量高出平均碳含量均，過渡層碳含量高出平均碳含量 610倍左右，如左倍左右，如左 圖圖 所示。所示。 保護渣的基本物理化學特性 析晶（結晶）溫度析晶（結晶）溫度 結晶溫度是保護渣主要性能指標之結晶溫度是保

13、護渣主要性能指標之 一，液態渣膜結晶度高、結晶率高，一，液態渣膜結晶度高、結晶率高， 使得結晶器內熱阻增大，鑄坯與結使得結晶器內熱阻增大，鑄坯與結 晶器內摩擦力增加，易發生漏鋼和晶器內摩擦力增加，易發生漏鋼和 表面缺陷。表面缺陷。 保護渣結晶溫度升高，容易導致鑄保護渣結晶溫度升高，容易導致鑄 坯坯-結晶器之間熱傳遞速度降低，傳結晶器之間熱傳遞速度降低，傳 熱速度慢固然可以減少縱向裂紋，熱速度慢固然可以減少縱向裂紋， 但由此而造成的粘結使得拉漏率增但由此而造成的粘結使得拉漏率增 大。大。 保護渣的基本物理化學特性 顆粒度顆粒度 粒度是保護渣重要性能指標之一，其對熔化速 度和鋼液的絕熱保溫有重要影

14、響。粒度越小， 越有利于絕熱保溫，但不利于保護渣均勻鋪展， 而且危害環保和操作工的健康。 保護渣粒度還影響其熔化過程，粒度控制不好 容易產生分熔，危害安全生產和鑄坯質量 保護渣的基本物理化學特性 水分 保護渣含水量通常要求小于0.5%（105 ） 保護渣基料中某些物質如蘇打、固體水玻璃等吸附水的能 力較強。保護渣一旦吸附水分，會使保護渣結團，影響其 熔化和使用特性，導致鑄坯皮下氣孔等質量問題。 保護渣的原料種類和粒度影響其吸水能力，粒度越細，吸 水率越大。 保護渣的基本物理化學特性 堆密度堆密度 單位體積物料的質量稱為物料的堆密度單位體積物料的質量稱為物料的堆密度 保護渣的堆密度直接影響其在結

15、晶器中的保溫性能和防止鋼水二次氧保護渣的堆密度直接影響其在結晶器中的保溫性能和防止鋼水二次氧 化的性能化的性能 保護渣的選用 根據上圖的程序，可將保護渣歸類為： 1、方坯保護渣、板坯保護渣、圓坯保護渣和異形坯保護渣、方坯保護渣、板坯保護渣、圓坯保護渣和異形坯保護渣 2、中或低拉速保護渣、高拉速保護渣、中或低拉速保護渣、高拉速保護渣 3、超低碳鋼保護渣、低碳鋼保護渣、中碳鋼保護渣、高碳鋼保護渣、超低碳鋼保護渣、低碳鋼保護渣、中碳鋼保護渣、高碳鋼保護渣 4、碳鋼保護渣、低合金鋼保護渣、合金鋼保護渣、碳鋼保護渣、低合金鋼保護渣、合金鋼保護渣 保護渣的選用 保護渣的選用 碳含量與裂紋率的關系 0 10

16、 20 30 40 50 00.050.10.150.20.250.3 C% 裂紋率，% 保護渣的評價方法 目前，評價保護渣的優劣，主要根據它的使用性和使用效果使用性和使用效果： 1）保護渣的理化性能（熔點、粘度、熔化速度、堿度等）； 2）保護渣的熔化特性（在結晶器內火苗、渣圈、結塊、均勻性、保溫性等）； 3）保護渣凝固過程的特性（析晶溫度及析晶率）； 4）保護渣渣膜傳熱狀況（結晶器進出水溫差）； 5）澆注后期（連澆幾爐之后）保護渣的穩定狀況； 6）保護渣潤滑和防粘結狀況（消耗量和粘結性漏鋼率） 7）正常情況下鑄坯表面和皮下質量的狀況。 保護渣與鑄坯表面質量 板坯澆注保護渣應用超低碳鋼 板坯澆

17、注保護渣應用超低碳鋼 典型問題：夾雜與增碳 解決辦法：高粘度+高表面張力 板坯澆注保護渣應用低碳鋼 典型問題：容易粘結，潤滑不良 解決方法：低粘度，潤滑性能好，低析晶溫度，提高傳熱 效率 板坯澆注保護渣應用包晶鋼 典型問題：典型問題：縱向裂紋 原因分析：原因分析：凝固時包 晶反應坯殼收縮過大， 傳熱不均勻導致坯殼 厚度不均勻，內部應 力作用產生裂紋，往 往在澆注過程中伴隨 著鋼液面波動較大， 鑄坯振痕較深 解決方法：解決方法：提高保護 渣粘度，提高析晶溫 度以降低傳熱速度 板坯澆注保護渣應用包晶鋼 板坯澆注保護渣應用中碳鋼 KGS 816/P-2 Steel gradeMC,-1.5m/min

18、 Basicity(CaO/SiO2)1.26 CaO29.1 SiO236.8 MgO0.7 Al2O33.3 Na2O6.5 MnO23.0 F8.6 C-total8.0 Melting Point1175 Viscosity (1,300C)0.60 Crystallization Temp1252 RemarksGranule 4Al + 3 (SiO2) = 2 (Al2O3) + 3 Si 4Al + 3 (MnO2) = 2 (Al2O3) + 3 Mn 板坯澆注保護渣應用高碳鋼 KGS 1015/H Steel gradeHC, -1.2m/min Basicity(CaO/SiO2)0.75 CaO32.3 SiO224.4 MgO5.2 Al2O36.1 Na2O10.9 F9.0 C-total7.0 Melting Point1010 Viscosity (1,300C)0.99 Crystallization Temp986 Surface Tension339 RemarksGranule 典型問題：典型問題： 收縮率低=液渣流入困難= 潤滑不足=摩擦力增大=粘 結漏鋼 解決方法：解決方法： 減少自由碳含量=提高熔化 速度 適當降低粘度和堿度=減少 粘結漏鋼 板坯澆注保護渣應