连铸结晶器保护渣渣膜结晶特性的研究进展
对连铸结晶器保护渣渣层的分析
１ ， 引言
Ｂ 的试样 最厚 ， 几乎 全部都 ： ￣２ ｍｍ以上 ， 有 的厚度 高达４ ． ５ ｍ ｍ。 Ｃ 型保 护 渣的厚 度分布范 围较宽 ， 大部分 的厚度范 围为１ －２ ｍ ｍ， 但也有相 当一部 分保护渣 的厚
度值超 过３ ｍｍ。 ４ 讨 论
固态 结晶器保 护渣 的结 晶 比对铸 坯与结 晶器 之间 的热 流量有 重要影响 。 某
渣结 晶层厚度 和保护渣 层总厚度 均 比低碳 钢保护渣 高。 这 一点是 与理论预计 相
一
致 的。 通过 试样 的光 学显微 照片可观 测到保 护渣结晶层 和玻离质 层的位置 以
及它 们 的相对 厚 度。 上述 试样 的取样 位置 均在 由结 晶器 顶部 开始 的三 分之 一
相 中分 布 并不一 致 ， 但 沿试样 厚 度上结 晶器 保护 渣 的整体 成分 却没 有 发生变
科 学 论 坛
Ｉ ■
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
对连 铸 结 晶器 保护 渣渣 层 的分 析
董福 胜
（ 河 北 联合 大学 研 究生学 院 唐 钢 第一 钢轧 厂 河北 唐山 ０ ６ ３ ０ ０ ０ ）
些特 定钢 种的保 护渣是 根据 该钢种 特有 的冷却条 件而 设计 的。 有 鉴于 此 ， 结 晶
器保 护渣 的组 织结构 和凝固特Ｊ 生具有重要 意义 。 ｝ 结晶器保 护渣 中的晶体成分 愈
多， 结晶器 保护渣结 构愈疏 松 ， 从 而降低保 护渣 内的辐射传 热。 中碳 钢结 晶器 保 护渣 具有 较高 的结 晶比 ， 保护渣 层 内的传热 较为均 匀 ， 有利于 降低 连铸坯 内的 纵 裂纹 的形成 。 结 晶器凝 固保护 渣 的取 样位 置位于 结 晶器以下 部位 。 通过 分析 渣 样横截 面 可 以看 出沿 渣膜 厚度方 向存 在着 不 同的结 晶形态 。
结晶器保护渣性能的研究
第２期孙丽枫等：连铸结晶器保护渣结晶性能的研究・３５・图１冷却速率０．１。
Ｃ／ｓ时保护渣的结晶过程，ｘ４０Ｆｉｇ．１Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｃｏｕｒｓｅｏｆｍｏｌｄｆｌｕｘａｔｃｏｏｈｎｇｒａｔｅ０．１％Ｉｓ．×４０随着冷却速率的增加，过冷度增大，连铸保护渣的结晶温度下降（图２ａ）。
连铸保护渣的结晶时间及结晶化率都是随着冷却速率的增加而减小（图２ｂ、ｃ）。
在冷却速率≤２。
Ｃ／ｓ时，连铸保护渣的结晶化率为１００％。
这是因为当冷却速率≤２。
Ｃ／ｓ时，相对的过冷度降低，使晶核能在高温下形成，并有充足的时间长大，因此，结晶化率达到了１００％。
当冷却速率超过２。
Ｃ／ｓ时，虽然达到了结晶温度，但不能达到晶体成核及生长所需的时间。
２．３连铸保护渣的结晶相组成图２冷却速率对保护渣结晶温度（ａ）、时阀（ｂ）、结晶化率（ｃ）的影响Ｆｉｇ．２Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｏｌｉｎｇｒａｔｅｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ａ），ｔｉｍｅ（ｂ）ａｎｄｒａｔｅ（ｃ）ｏｆｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｏｌｄｆｌｕｘ从ｘ射线衍射分析结果中得到，保护渣在１０００℃下析出晶体为枪晶石（ｃａ。
Ｓｉ：０，Ｆ：）、镁黄长石（Ｃａ２ＭｇＳｉ：０７）、硅灰石（ＣａＳｉＯ，）及镁铝尖晶石（Ａ１２ＭｇＯ。
），根据相图其熔点分别为１４００，１４５０，１５４０，２１３５℃。
在本实验条件下，Ｎａ２０和Ａ１：０３的含量都为５．２６％，故没有析出霞石，这一结果与文献［４］报道相符。
３结论（１）随着冷却速率的增加，结晶温度下降，同时结晶时间和结晶化率减小。
冷却速率≤２℃／ｓ时，连铸保护渣的结晶化率达到１００％。
（２）连铸保护渣的结晶相，主要包括枪晶石（Ｃａ。
Ｓｉ２０，Ｆ２）、镁黄长石（Ｃａ２ＭｇＳｉ２０，）、硅灰石（Ｃａ．ＳｉＯ。
）及镁铝尖晶石（Ａ１：ＭｇＯ。
），没有霞石析出。
国家自然科学基金资助项目（５０２０４００５）参考文献１迟景灏，甘记年．连铸保护渣．沈阳：东北大学出版社，１９９３２舒俊，金山同，张丽，等．冷却速率对连铸保护渣结晶性能的影响．北京科技大学学报，２００１，２３（５）：４２１３刘承军，朱英雄，姜茂发，等．连铸保护渣的熔化温度、凝固温度和结晶温度研究．炼钢，２００１，１７（１）：４３４ＧｆｉｅｖｅｓｏｎＰ，ＢａｇｈａＳ，ＭａｃｈｉｎｇａｗｕｔａＮ，ｅｔａ１．ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＣａｓｔｉｎｇＰｏｗｄｅｍ：Ｐａｒｔ２ＭｉｎｅｒａｌｏｇｉｃａｌＣｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆＳｌａｇＦｏｒｍｅｄｂｙＰｏｗｄｅｍ．ＩｒｏｎｍａｋｉｎｇａｎｄＳｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ，１９８８，１５（４）：１８１孙丽枫（１９７６，），女，博士研究生，２００４年东北大学钢铁冶金专业毕业，冶金辅助材料系列化开发。
板坯连铸结晶器保护渣卷渣及其影响因素的研究
板坯连铸结晶器保护渣卷渣及其影响因素的研究随着不断发展的钢铁行业，板坯连铸结晶器已经成为一种常用的设备，用于生产高品质的板坯。
然而，一些现象，如回转炉渣卷渣的破裂和渗漏，已经引起广泛的担忧。
因此，有必要研究这种现象的影响因素，以保护渣卷渣免受损害。
研究表明，连铸结晶器中出现渣卷渣破裂和渗漏的原因有很多。
首先，主要原因是结晶器内部压力太大，导致渣卷渣破裂。
其次，渣卷渣不足，以及渣卷渣中残存的气体，也会导致渣卷渣破裂。
此外，渣卷渣不能正确维护，也会导致渣卷渣破裂。
另外，也存在其他一些因素，会导致渣卷渣渗漏。
首先，结晶器周围的温度过高，导致渣卷渣失去弹性，从而导致渗漏。
其次，渣卷渣中残存的气体不能被及时排出，也会导致渗漏。
此外，表面污染也会导致渣卷渣渗漏。
要保护渣卷渣，最主要的是正确维护。
首先，应检查结晶器内部压力，以确保安全，并确保渣卷渣可以有效地均匀分布。
其次，渣卷渣必须按规定的时间、频率和数量添加和更换，以确保渣卷渣充足。
此外，必须确保渣卷渣处在适宜的温度下，以减少渗漏。
最后，要定期检查渣卷渣表面，确保表面无污染危害。
本文研究了板坯连铸结晶器保护渣卷渣的影响因素。
渣卷渣可能会破裂和渗漏，这种现象的原因有多种，其中主要原因是结晶器内部压力太大，以及渣卷渣不足、渣卷渣中残存的气体以及维护不当。
要保护渣卷渣，主要是正确维护，如检查结晶器内部压力，按时、按频率、按数量添加和更换渣卷渣，保持温度适宜，以及定期检查渣卷渣表面，以防止渣卷渣受损害。
以上就是关于《板坯连铸结晶器保护渣卷渣及其影响因素的研究》的3000字文章。
软接触电磁连铸结晶器保护渣流入行为的研究进展
内部产生电磁力（ Ｊ ）这样弯月面附近钢液在电磁力的作用下向中心收缩， Ｆ＝ × ， 与结晶器内壁的缝隙加大， 形 成了所谓的“ 软接触 ”从而减小结晶器振动对铸坯表面质量的影响， ， 增加铸坯与结 晶器问的润滑 ， 降低拉坯阻 力， 减弱初始凝固点的传热 ， 从而提高铸坯的表面质量 ， 同时可大幅度提高结晶器的寿命 ， 提高连铸机的作业率 和生产率 。Ｖｒ ｓ ｉ 将此 技术应用 于铝合金 的连铸 中获得 可与 Ｅ ｅ ＭＣ工艺相媲美 的优 质铝坯 。 Ｖｒｓ 一 开创性 的工作 ， ｉ 这 ｅ 为获 得高 质量 金属 铸坯 提供 了一 个 崭新 的 技术 思 路 ， 国际冶 金 界认 识 到 如 使 将这一技术应用到钢的连铸 ， 将会使钢的连铸技术发生革命性变化。为将此技术用 于钢连铸 ， 人们综合 了 Ｅ Ｃ、 Ｃ Ｅ Ｍ Ｒ Ｍ工艺 以及冷坩埚悬浮熔炼技术成果 ， 提出钢的软接触电磁连铸 （ｏ — ｏｔ ｔ ｏｔ ｕｕ Ｃ ｓ Ｓｆ Ｃ ｎ ｃ Ｃｎ ｎｏｓ ａ — ｔ ａ ｉ ｔ ｉ） ｎ 设想 ， ｇ 引发 了冶金界对该技术潜在价值 的巨大期望 ， 受到世界连铸技术工作者的极大关 注， 成为 目前材
关键 词 ： 接 触 ； 护 渣 ； 软 保 弯月 面 ； 态压 力 动
摘
要 ： 绍 了软接 触 电磁连 铸 的发展 过程 ， 介 工作 原理 和 普 通连 铸 下保 护渣 熔 融 结构 ， 弯月 从
面形 状和 保护 渣动 态压 力 两方 面综合 论述 了软 接 触 电磁 连铸 结 晶器保 护渣 流入行 为 的研 究进
作 用 。且有 ：
＝
Ｐａ＋ Ｐｂ＋ Ｐ，
保 护 渣 的静 压力 随着 其材质 的不 同而 变化 ， 熔融 液体 的表 面张力会 随着 凝 固过程 的加 深 而逐渐 消失 。
连铸结晶器保护渣渣层结构研究报告
连铸结晶器保护渣渣层结构研究1 引言连铸结晶器保护渣的主要功能包括：使结晶器壁与铸坯壳之间保持润滑；控制结晶器与铸坯之间的热交换；保持结晶器顶部处于绝热状态；防止钢水二次氧化；吸收钢水中上浮到液面的夹杂物。
其中两个最为重要的功能是保持结晶器壁与坯壳间的润滑和控制传热。
固态结晶器保护渣的结晶比对铸坯与结晶器之间的热流量有重要影响。
某些特定钢种的保护渣是根据该钢种特有的冷却条件而设计的。
有鉴于此，结晶器保护渣的组织结构和凝固特性具有重要意义。
结晶器保护渣中的晶体成分愈多，结晶器保护渣结构愈疏松，从而降低保护渣内的辐射传热。
中碳钢结晶器保护渣具有较高的结晶比，保护渣层内的传热较为均匀，有利于降低连铸坯内的纵裂纹的形成。
结晶器凝固保护渣的取样位置位于结晶器以下部位。
为了便于比较，分别采取了用于浇铸中碳钢、低碳钢以及超低碳钢的结晶器保护渣样。
对所有渣样所作的成分分析表明：结晶器上部的渣样与粉状结晶器保护渣的成分相差无几。
x射线衍射分析和显微分析表明：位于结晶器底部的用于浇铸中碳钢的结晶器保护渣其结晶体组织占80％～90％，而低碳钢和超低碳钢用结晶器保护渣晶体分别约为65％和45％。
x射线衍射相分析表明各种保护渣的结晶相几乎全部是由矿物相枪晶石(3CaO．2SiO2．CaF2>组成。
对保护渣所作的扫描式电子显微镜分析证实中碳钢用结晶器保护渣可能还含有一定数量的霞石成分。
通过分析渣样横截面可以看出沿渣膜厚度方向存在着不同的结晶形态。
在低碳钢和超低碳钢结晶器保护渣中存在着细晶区、枝晶区和非晶区；中碳钢的非晶区相对较小，晶状区占有较大优势。
对于非中碳钢结晶器保护渣而言，并不需要太高的保护渣结晶比。
实际上在铸坯壳出结晶器之前要达到足够的厚度常常需要较高的传热速率。
因为浇铸这些钢种时的拉坯速度较高(>1.3m／min>。
现已对结晶器保护渣的结晶情况即结晶倾向进行了实验室和工厂的实验研究。
实验室的大部分实验研究，均是在对保护渣控制加热或控制冷却的实验条件下进行，然后再对凝固的保护渣进行分析研究。
对连铸结晶器保护渣渣层分析
对连铸结晶器保护渣渣层的分析[摘要]连铸结晶器保护渣的主要功能包括：使结晶器壁与铸坯壳之间保持润滑；控制结晶器与铸坯之间的热交换；保持结晶器顶部处于绝热状态；防止钢水二次氧化；吸收钢水中上浮到液面的夹杂物。
其中两个最为重要的功能是保持结晶器壁与坯壳间的润滑和控制传热。
[关键词]连铸结晶器保护渣铸坯中图分类号：tf777.1 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）07-0256-011、引言固态结晶器保护渣的结晶比对铸坯与结晶器之间的热流量有重要影响。
某些特定钢种的保护渣是根据该钢种特有的冷却条件而设计的。
有鉴于此，结晶器保护渣的组织结构和凝固特性具有重要意义。
结晶器保护渣中的晶体成分愈多，结晶器保护渣结构愈疏松，从而降低保护渣内的辐射传热。
中碳钢结晶器保护渣具有较高的结晶比，保护渣层内的传热较为均匀，有利于降低连铸坯内的纵裂纹的形成。
结晶器凝固保护渣的取样位置位于结晶器以下部位。
通过分析渣样横截面可以看出沿渣膜厚度方向存在着不同的结晶形态。
对于非中碳钢结晶器保护渣而言，并不需要太高的保护渣结晶比。
实际上在铸坯壳出结晶器之前要达到足够的厚度常常需要较高的传热速率。
因为浇铸这些钢种时的拉坯速度较高（>1.3m／min）。
现已对结晶器保护渣的结晶情况即结晶倾向进行了实验室和工厂的实验研究。
试验室的大部分试验研究，均是在对保护渣控制加热或控制冷却的试验条件下进行，然后再对凝固的保护渣进行分析研究。
在对保护渣的结晶研究中广泛使用了差热分析方法（dta）。
在本研究中，为了确定液态结晶器保护渣在冷却时的结晶温度，在实验时将保护渣的温度变化与参照试样进行了对比。
采用差热分析的方法研究表明，结晶器保护渣的结晶趋势随cao／sio2的比值、li2o、tio2和zro2含量的增加而增强，随b2o3含量的减少而增强。
fonseca等人对自己所采取的保护渣样进行了研究，结果表明，中碳钢保护渣结晶层厚度和保护渣层总厚度均比低碳钢保护渣高。
包晶钢用连铸保护渣凝固结晶过程的研究
包晶钢用连铸保护渣凝固结晶过程的研究朱礼龙, 王谦, 龙潇, 吴婷, 徐建飞, 何生平（重庆大学材料科学与工程学院，重庆400044）摘要: 保护渣具有较强的结晶性能有利于减少或避免包晶钢连铸生产中的铸坯表面纵裂纹，但是却常常恶化了对铸坯的润滑。
为了揭示这种现象的内在机理，就有必要研究包晶钢保护渣整个结晶过程中物理性能的变化。
本文采用蘸渣法，分阶段蘸取渣样，测试各阶段的蘸取样和剩余样性能，然后再对比每个阶段性能的变化。
结果表明，现用包晶钢保护渣随凝固的进行，剩余渣样结晶性不断增强，削弱或丧失了对铸坯的润滑，是导致结晶器内温度分布不稳定和出现粘结的主要原因。
关键词: 保护渣；结晶；润滑；蘸取；剩余液渣Study on Solidification process of Mold Fluxfor Peritectic Steel Continuous CastingZHU Li-long, WANG Qian, LONG Xiao, WU Ting, XU Jian-fei, HE Sheng-ping (Chongqing Metallurgy Key Laboratories, Department of Metallurgy, College of Materials Science andEngineering, Chongqing University, Chongqing 400044)Abstract:Mold flux which has strong crystallization properties is helpful to reduce or avoid longitudinal crack in continuous casting of peritectic steel, but the lubrication for the casting shell often deteriorated. In order to reveal the inner mechanism, it is necessary to study the physical property change in the whole crystallizing process of peritectic steel mold fluxes. We dipped and took slag sample by dipping-slag method grading, then the properties of dip out matter and remainder slag of every stage can be detected and compared. The results show that the crystallization property of traditional peritectic steel mold fluxes increases as solidification, which weakens or loses lubrication for the casting shell. It is the main causes of the unstable temperature distribution and stick in the mold.Keywords: mold fluxes; crystallization; lubrication; dip out; remainder liquid slag1前言表面纵裂纹是连铸坯的主要缺陷，尤其是[C]=0.08~0.16%的包晶钢对裂纹最为敏感，因为这些钢种在凝固过程中发生包晶反应，结晶器弯月面以下50mm区域的初生坯壳收缩大，生长不均匀，易产生裂纹。
连铸保护渣性能研究进展
第18卷第12期 2008年12月 中国冶金China Metallurgy Vol.18,No.12December 2008连铸保护渣性能研究进展铁生年1, 张芬娟2, 陈 列3, 李昀珺1, 李 星1(1.青海大学先进材料与应用技术重点实验室,青海西宁810016;2.青海省产品质量监督检验所,青海西宁810008;3.西宁特殊钢股份公司,青海西宁810005)摘 要:连铸保护渣性能直接影响钢材表面质量。
本文综述了保护渣化学组成、保护渣矿物组成、保护渣熔化性能、保护渣熔渣池深度性能、保护渣熔渣的渗入和均匀性、高拉速连铸保护渣的研制、保护渣熔渣的黏度性能的研究技术成果及应用。
关键词:连铸保护渣;性能;研究技术中图分类号:TF777 文献标识码:A 文章编号:100629356(2008)1220001205R esearching Progress in Characters ofMould Powder of C astingTIE Sheng 2nian 1, ZHAN G Fen 2juan 2, C H EN Lie 3, L I Yun 2jun 1, L I Xing 1(1.Key Laboratory of Advanced Materials and Applied Technology ,Qinghai University ,Xining 810016,Qinghai ,China ;2.Institute of Test Product Quality Intendance of Qinghai Province ,Xining 810008,Qinghai ,China ;3.Stock Company of Special Steel in Xining ,Xining 810005,Qinghai ,China )Abstract :Characters of mould powder of casting influence steel surface.this paper mainly summarize studies on technology production of chemical composition of mould powder ,mineral composition of mould powder ,melt per 2formance of mould powder ,melt powder depth characters ,uniformity and leakage characters of mould powder 、pre 2pare of mould powder of high speed casting 、viscidity of mould powder.K ey w ords :casting mould powder ;characters ;researching作者简介:铁生年,(19652),男,教授; E 2m ail :tieshengnian @ ; 修订日期:2008207205 随着当今国外轧钢技术的发展,“全连铸”已成为钢铁厂发展潮流,节能降耗,缩短工艺流程,提高生产效率。
结晶器保护渣的性能和特性
结晶器保护渣的性能和特性1.简介在连铸生产中结晶器保护渣起着主要作用。
保护渣从结晶器顶部加入，向下移动逐步形成烧结层，熔融层和液渣层（见图1）。
液渣渗入结晶器铜板与坯壳之间，润滑坯壳。
但是，大部分的液渣进入铜板与坯壳之间后，遇水冷结晶器铜板凝结并形成玻璃状的固态渣膜（大约2毫米厚）。
薄液渣膜（大约0.1毫米厚）与坯壳一起移动并为其提供液态润滑。
同时，玻璃渣也可部分结晶。
一般认为固渣膜附在结晶器壁上，或者如果移动，一定比坯壳的速度慢得多。
结晶器振动防止坯壳粘结在结晶器上。
固渣膜的厚度和特性决定水平热传递。
总之，液渣膜控制润滑，固渣膜控制水平热传递。
图1：结晶器内形成的各种渣层应超过振幅，才能保证保护渣渗透良好（如坯壳的一般认为液渣层厚度dpool润滑），一般建议采用厚度>10毫米。
液渣层厚度影响渗入结晶器铜板与坯壳之间的液渣量和从钢水进到液渣中的夹杂物数量。
连铸生产中保护渣有下列功能：1）防止弯月面钢水被氧化2）保温，防止弯月面钢水表面凝结3）提供液渣润滑坯壳4）对浇铸钢种提供最佳水平热传递5）吸附钢水中的夹杂物所有上述功能都很重要，但在日常生产中最重要的润滑和水平热传递。
影响保护渣性能的基本因素如下：，振动特性）·浇铸条件（拉速，Vc·钢种和结晶器尺寸·结晶器液位控制（可导致振痕等）·钢流，其紊动可导致多种问题，如气泡和夹渣由此可见，要有效执行上述工作需要优化保护渣的物理性能。
结晶器保护渣的构成如下：70% (CaO+SiO)，0-6％MgO，2-6%2Al2O3，2-10％Na2O(+K2O), 0-10%F带有其他添加物，如 TiO2, ZrO2, B2O3, Li2O和MnO。
碱度（％CaO/%SiO2）范围为0.7-1.3。
碳以焦碳，碳黑和石墨方式加入（2-20%），1）可控制保护渣的熔化速度，2）可在结晶器上部形成CO（g），防止钢水氧化。
连铸结晶器保护渣渣圈的探讨
Abstract :This paper analyzes the cause of formation of the slag - ring in the crystallizer and discusses the influencing factor of forming the slag - ring and effects on the f unctional performance of the powder. Key wor ds :crystallizer for continuous casting;powder ;slag - ring
1 渣圈的形成及对使用性能的影响
连铸结晶器保护渣渣圈是在熔渣与结晶器壁之 间高梯度温度 场内形成的[1] 。保护渣在 浇注条件 下 ,结晶器的上下运动和熔渣的粘滞流动使熔渣由 弯月面流向结晶器和铸坯之间 ,粘附在结晶器的铜 壁上 ,起润滑作用 ,使铸坯顺利拉出铸机 。在熔渣的
流入过程中 ,高温状态下的液渣与水冷的结晶壁相 接触 ,在这个高梯度温度场内 ,如果保护渣的物理性 能不适当 ,必然在弯月面上方的结晶器边缘形成渣 圈 ,随着浇注的进行 ,渣圈越长越大 。如图 1 所示 。
Analysis of the Sla g Ring on Mould
WANG Ai - la n , LIU Ping , YUN Xia
( Technical Center of Baotou Steel ( Group) Corp. , Baotou 014010 , Nei Monggol , China)
图 1 结晶器内保护渣分布示意
Ξ 收稿日期 :2006 - 06 - 26 作者简介 :王爱兰 (1968 - ) ,女 ,内蒙古包头市人 ,炼钢工程师 ,现从事炼钢辅助材料研究工作 。
连铸结晶器保护渣物相性能研究
7 50
・N m ) 、
-憲R B B
| *A样品-■-B样品|
1230 1270 1310 1350 1390 1430 温度/°C
图2不同保护渣样的表面张力
1470
2.2 DSC差热分析
采用德国NETZSCH公司的DSC404F3型差 热分析仪，加热速度为20 °C/mm,A厂家和：厂 家保护渣的差热分析结果如图3所示&通过差热 分析曲线，可在一定程度上看出物相在温度升高 或降低过程中相成分的稳定性以及晶相转变温度 等信息&
图1保护渣缺陷能谱分析
收稿日期：2019-01-16 作者简介：赵显久(1981-)，男，硕士
第3期
赵显久，等：连铸结晶器保护渣物相性能研究
47
2保护渣物相分析
2.1表面张力
在结晶器内，保护渣的主要作用是防止钢水氧 化、防止液面温降过大、吸附夹杂物以及润滑结晶器 内初生坯壳等&在渣一金界面，由于结晶器熔池弯 月面不稳定性的存在，会有液态钢水的液滴进入渣 相或是渣相的小液滴进入钢水，渣相进入钢水如果 不能及时浮出就极有可能成为保护渣卷入的来源。 因此，提高液态渣的粘度和界面张力，就可以减少夹 渣的出现&保护渣成分一般为CaO-Al2O3-SiO2三 元体系，其中A1O#和SiO$是网络形成体，目的是 提高液态渣的表面张力囚，其他成分都是非网络形 成体&
在1230-1450 J渣样温度下，采用德国Dataphysics公司的表面张力和高温接触角测试仪器(型 号OCA2OLHT)测试了 A和：两个厂家的保护渣 的表面张力，结果如图2所示&从图2可见,A保护 渣样品在较低温度下表面张力为510 mN/m左右, 1230-1290 J之间表面张力急剧降低至350 mN/m 左右，保护渣卷入倾向增大；：保护渣样品在12301450 J范围表面张力均基本稳定在360-400 mN/ m,而且温度越高表面张力越大，整体卷渣倾向 较小&
高速连铸结晶器内的保护渣膜
％
表 １ 连铸 钢 水 成 分
保护渣主要指标如表 ２所示 ， 碱度 。 ｓ 分 ｉ ｏ 别为 １ ５和 １ ８ 凝 固 温 度 分 别 为 １４ ６ Ｋ ． ．， ９
（ ２ Ｉ）和 １ ０ Ｋ （ ２ ６ ℃ ） １ ７ Ｋ １ ３ｃ ２ ＝ ５ ９ １ ３ ， ５ ３
总冶金长度分别为 １５ ３ ５ １． ． 、 ． 、２ ８ｍ。结 晶器 的
宽为 １ ０ ｌ ， ０ｎｎ 厚为 ９ ｍ。 ０ ／ ０ｍ 连铸机浇铸 的钢水量为 ８ ， ０ｔ钢中各种合金 元 素含 量见 表 １钢种 为 亚 包 晶 钢 ， 中碳 含 量 为 ， 钢
０ ０ ％ ～０ １ ％ 。 ．９ ．２
连铸结 晶器弯月面上形成的保护渣膜在润滑 与传热方面起重要作用。本次研究讨论了渣膜厚 度及其传热行为 。
对 于结 晶器 内保 护 渣膜 的厚 度 ， 多 学 者 所 许
这样 ， 在研究连铸结晶器内的各种现象时 ， 渣
膜厚 度成 为 非 常 重要 的 因 素 ， 研究 报告 中 提到 但 的渣 膜厚 度 各不 相 同 ， 且 目前 对 此还 不 能完 全 而
解 释 清楚 。
介绍 的数据各有不 同。２ 纪 ８ ０世 Ｏ年代后 ， 数值 模 拟 开始 应 用 于 高 速 连 铸 中 的 （ 膜 ） 滑 和 渗 渣 润 透行为 ， 同时渣膜厚度被作为模拟计算所 必需的 参数 。根据连铸过程中结晶器内保护渣消耗量估 算渣膜厚度大约为 ０ ０ ～ ． ｉ。在渣膜厚度 ．５ ０ ２ｒｎ ａ
于液相的过程 有关 。因此 ， 传热功能被认为是渣 膜 的一 个新 功 能 。报 告 中认 为渣 膜 的厚 度大 约 为 ２ｍｍ， 中包 括 ０ ６ｍｍ厚 的 固态 层 。 虽然 液 渣 其 ．
结晶器保护渣的性能及研究进展
《连续铸钢》论文论文题目：结晶器保护渣的性能及研究进展作者：李昌齐专业：冶金工程指导教师：刘宇雁教授结晶器保护渣的性能及研究进展李昌齐（材料与冶金学院、08冶金一班、0861107143）摘要:连铸时保护渣对改善连铸坯表面质量具有明显的效果，在设计和选择保护渣时，首先必须了解保护渣的基本性能，来提高连铸效率和质量。
本文综述了保护渣的主要物理性能、化学性能及最新的研究技术成果及应用。
关键词:结晶器;保护渣;物理化学性能;研究进展引言结晶器保护渣是连铸操作过程中使用的多功能冶金辅料，是一项高技术含量的辅料，保护渣对连铸工序生产稳定顺行和铸坯质量的提高有着密切关系[1]。
在连铸过程中，结晶器内钢液面上的保护渣层可绝热保温、隔绝空气防止对钢液的二次氧化、吸收从钢液中到大钢液面的夹杂物。
结晶器与坯壳之间的渣膜具有润滑坯壳、控制坯壳与结晶器间的传热等作用。
保护渣最重要的性能有粘度、熔渣层厚度、熔化温度、熔化速度、、熔化均匀性、玻璃性、吸收和溶解非金属夹杂物等。
这些性能主要与化学成分有关，并且对结晶器内渣膜的传热性有很大的影响。
1 保护渣的物理性能1.1 粘度粘度是决定渣消耗量的均匀渗入的重要性能之一。
它直接关系到溶化后的渣在弯月面区域的行为，对铸坯的表面质量有明显的影响。
如铸坯表面振痕的形状，结晶器铜壁与铸坯坯壳间均匀渣膜的形状，熔渣层吸收和溶解非金属夹杂物以及对浸入式水口的腐蚀等，其中影响最为重要的是对渣膜厚度和均匀性的影响。
为了吸收钢液中上浮的夹杂物，要求保护渣的粘度尽可能低，但是低粘度的保护渣对水口的侵蚀不利，为防止卷渣，在允许的条件下使用高粘度渣。
但粘度不能太高，否则会使保护渣渣耗降低，熔渣流入量减少，渣膜变薄且不均匀，引起摩擦力增大，结果会使坯壳受力，造成纵裂缺陷甚至漏钢。
对于相同的拉速，铸坯的断面增大，渣的单耗量下降，因此，粘度应低一些。
保护渣的粘度，必须与浇注的钢种、连铸机的类型、连铸的工艺参数和保护渣的融化特性相匹配。
连铸保护渣析晶行为的研究现状及展望
ｍｏ ｌ ｄ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ａ ｎ ｄ ｋ ｉ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ｌ ａ ｇ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｏ ｍｅ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ ｆ ｏ ｒ ｅ ｉ ｇ ｎ ｓ ｃ ｈ ｏ ｌ ａ ｒ ｓ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓ ｆ ｏ ｒ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｌ ａ ｇ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ．Ｔｈ ｅ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｂ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ —
１ 连铸保护渣析 晶行 为对传热 的影 响机理
１ ． １ 保 护渣 的传 热机理
连铸保 护渣 在加入 结 晶器之 后 ， 经 高温 钢水 的热作 用 迅 速在 钢液 面上形 成液 渣层 ， 液渣 随着结 晶器 的振动 流入 坯 壳 与结 晶器壁 之 间的空 隙 内 ， 形成 一 个填 充气 隙 的渣膜 。渣 膜 总厚 度为 １ ～３ ｍ ｍ， 由 于其 处 于一 个 高 梯 度温 度 场 内 ， 渣 膜 沿水 平方 向又分 为液 渣膜 和 固渣膜 。液 渣膜 呈玻 璃 结 构 ， 原 子排 列呈 近程无 序状 态 。高 温状 态下 ， 形 成 玻璃 的硅 酸盐 聚 合体 移动 能力 较强 ， 导 热 系 数较 大 ， 热 阻 较 小 。受渣 的化 学 成分 和结 晶条件 的影 响 ， 固态渣 膜 又分 为玻 璃体 渣 和结 晶体 渣。玻璃体的分子排列无规律 ， 不 能形成 晶格， 各向相 同的 平均 自由程很小 ， 热 传 导率 小 而 波 的散 射 很 强 ， 故在 玻 璃 渣
连铸结晶器保护渣发展趋势
连铸结晶器保护渣发展趋势连铸技术以其高效、节能、优质、易于实现自动化和智能化等诸多优点,受到冶金界的高度重视。
与之相配套的连铸结晶器保护渣也得到了相应的发展，且成为不可或缺的冶金辅助材料。
冶金工作者从20世纪60年代开始就研究连铸结晶器保护渣，最早使用在德国迪林根钢厂的连铸机上。
早期的保护渣是用火力发电厂的烟灰掺入熔剂制成的，之后又试制成掺10%萤石、7.5%苏打和30%硅酸盐水泥等材料，其余仍是烟灰的混合体。
这是第一代粉状连铸用结晶器保护渣。
它存在因各组分的比重差异而造成成分偏析、易吸水返潮、铺展性差且性能不一致、使用时会产生气体、容易形成铸坯的皮下气孔、不便采用自动化加渣技术、影响生产和使用现场的环保等问题。
1976年，德国一公司用喷雾干燥法首先研制出空心颗粒结晶器保护渣，平均粒径0.5mm。
它具有无粉尘、堆比重小、流动性好、成分均匀、不吸水及有利于自动加料等优点。
同期，日、美等国开发了预熔型实心颗粒渣，采用挤压机或圆盘造粒机生产这类产品。
我国于1973年9月开始使用进口产品，并从1981年起自己研发并生产连铸结晶器保护渣。
连铸结晶器保护渣的品种繁多(1)按基料的化学成分可分为：SiO2 -Al23-CaO系、SiO2- Al2O3-FeO系、SiO2-Al2O3-Na2 O系，其中以前者的应用最为普遍。
在此基础上加入少量添加剂(碱金属或碱土金属氧化物、氟化物、硼化物等)和控制熔速的炭质材料(炭黑、石墨和焦炭等)。
(2)按保护渣的形状可分为粉状渣(机械混合成型)、颗粒渣(挤压成型的产品呈长条形，圆盘法成型的产品呈圆形，喷雾法成型的产品呈空心圆颗粒)。
(3)按使用的原材料可分为原始材料混合型、半预熔型和预熔型。
(4)按其使用特性，根据钢种特性、连铸设备特点和连铸工艺条件可分为各种规格的保护渣(低、中、高碳钢保护渣和特种钢专用渣)、发热型开浇渣等。
配制和生产连铸结晶器保护渣的原则、原料及其基本工艺流程配制和生产连铸结晶器保护渣应遵循具有合理的熔化温度、熔化速度和在结晶器中的熔融层结构；稳定且适宜的粘度；合理的结晶温度和矿物组成及矿相结构；足够吸收钢中夹杂物的能力；它的加工、使用应符合卫生及环保要求等。
连铸结晶器保护渣渣层结构研究
连铸结晶器保护渣渣层结构研究1 引言连铸结晶器保护渣的主要功能包括：使结晶器壁与铸坯壳之间保持润滑；控制结晶器与铸坯之间的热交换；保持结晶器顶部处于绝热状态；防止钢水二次氧化；吸收钢水中上浮到液面的夹杂物。
其中两个最为重要的功能是保持结晶器壁与坯壳间的润滑和控制传热。
固态结晶器保护渣的结晶比对铸坯与结晶器之间的热流量有重要影响。
某些特定钢种的保护渣是根据该钢种特有的冷却条件而设计的。
有鉴于此，结晶器保护渣的组织结构和凝固特性具有重要意义。
结晶器保护渣中的晶体成分愈多，结晶器保护渣结构愈疏松，从而降低保护渣内的辐射传热。
中碳钢结晶器保护渣具有较高的结晶比，保护渣层内的传热较为均匀，有利于降低连铸坯内的纵裂纹的形成。
结晶器凝固保护渣的取样位置位于结晶器以下部位。
为了便于比较，分别采取了用于浇铸中碳钢、低碳钢以及超低碳钢的结晶器保护渣样。
对所有渣样所作的成分分析表明：结晶器上部的渣样与粉状结晶器保护渣的成分相差无几。
x射线衍射分析和显微分析表明：位于结晶器底部的用于浇铸中碳钢的结晶器保护渣其结晶体组织占80％～90％，而低碳钢和超低碳钢用结晶器保护渣晶体分别约为65％和45％。
x射线衍射相分析表明各种保护渣的结晶相几乎全部是由矿物相枪晶石(3CaO．2SiO2．CaF2)组成。
对保护渣所作的扫描式电子显微镜分析证实中碳钢用结晶器保护渣可能还含有一定数量的霞石成分。
通过分析渣样横截面可以看出沿渣膜厚度方向存在着不同的结晶形态。
在低碳钢和超低碳钢结晶器保护渣中存在着细晶区、枝晶区和非晶区；中碳钢的非晶区相对较小，晶状区占有较大优势。
对于非中碳钢结晶器保护渣而言，并不需要太高的保护渣结晶比。
实际上在铸坯壳出结晶器之前要达到足够的厚度常常需要较高的传热速率。
因为浇铸这些钢种时的拉坯速度较高(>1.3m／min)。
现已对结晶器保护渣的结晶情况即结晶倾向进行了实验室和工厂的实验研究。
试验室的大部分试验研究，均是在对保护渣控制加热或控制冷却的试验条件下进行，然后再对凝固的保护渣进行分析研究。
高铝钢连铸结晶器保护渣研究概况
高铝钢连铸结晶器保护渣研究概况付孝锦;光华【摘要】高铝钢连铸保护渣开发主要有三种思路,即“反应性”的 CaO-SiO2渣系保护渣、“非反应性”的 CaO-Al2 O3渣系保护渣以及“弱反应性”的CaO-SiO2-Al2 O3渣系保护渣。
分别介绍了在这三种思路下进行的高铝钢保护渣的理论和应用研究以及不同渣系高铝钢保护渣的优缺点。
最后指出：从工艺顺行的角度,CaO-SiO2渣系保护渣仍是浇铸高铝钢的主要选择。
%There are mainly three slag systems to study mold fluxes for high aluminum steels,which are “reactive”CaO-SiO2 slag system,“non-reactive”CaO-Al2 O3 slag system and“weakly reactive”CaO-SiO2-Al2 O3 slag system.The theo-ry and application research on mold fluxes of different slag systems for high aluminum steels and the advantages and disadvan-tages were introduced respectively.Finally,it is pointed out that mold fluxes of CaO-SiO2 slag system is the predominant choices in casting high aluminum steels.【期刊名称】《内江师范学院学报》【年(卷),期】2016(031)004【总页数】6页(P19-24)【关键词】高铝钢;保护渣;CaO-SiO2渣系;CaO-Al2O3渣系;CaO-SiO2-Al2O3渣系【作者】付孝锦;光华【作者单位】内江师范学院化学化工学院，四川内江 641199;重庆大学材料科学与工程学院，重庆沙坪坝 400044【正文语种】中文【中图分类】TF7770 引言近年来，高铝含量的钢种成为开发的热点，典型的钢种有：1)铝含量为0.5%～2.0%的C-Mn-Al系相变诱发塑性钢(Transformation Induced Plasticity， TRIP)[1]；2)铝含量0.5%～1.5%的电工钢[2]；3)铝含量为0.7～1.1的38CrMoAl合结钢[3]；4)铝含量为2.0%～2.5%的20Mn23Al无磁钢[4-5]；5)铝含量高达5%的不锈钢20Cr5Al钢[6].由于此类钢中铝含量极高(为传统铝镇静钢的10～50倍)，钢中Al极易与渣中SiO2等氧化性物质发生反应使得渣中SiO2含量减少、Al2O3含量增加，加上钢中大量夹杂物的上浮，导致保护渣成分及性能发生较大变化，影响浇铸工艺顺行及铸坯表面质量.在这种情况下，如何确保连铸保护渣在发生渣-钢反应及吸收上浮夹杂物后性能的稳定，成为此类保护渣研究的焦点.通常，保护渣以CaO、SiO2二元系为主，配以CaF2、Na2O、Li2O、B2O3等助熔剂，以及少量的Al2O3、MnO、MgO等组元和一些其它不可避免的杂质(如Fe2O3)组成.在高铝钢连铸过程中，由于钢水中的Al具有很强的还原性，当其在钢渣界面与熔渣接触时，可发生类似下面的氧化还原反应[4]：这些反应导致保护渣中以SiO2为代表的部分组分被钢水中的Al还原，生成的Al2O3进入到保护渣中.SiO2的减少使得保护渣的碱度(CaO/SiO2)增加，恶化保护渣的玻璃化效果；MnO等助熔剂含量的降低会使保护渣熔化温度明显升高；Al2O3含量的增加会促使保护渣的粘度急剧上升.针对高铝钢浇铸过程中保护渣性能变化的特点，保护渣的设计主要有以下几种思路：A)“反应性”的CaO-SiO2渣系保护渣；B)“非反应性”的CaO-Al2O3渣系保护渣；C)“弱反应性”的CaO-SiO2-Al2O3渣系保护渣.其主要成分范围如图1[7]所示.2.1 保护渣成分及含量对理化性能的影响最初并没有针对高铝钢开发专门的连铸结晶器保护渣，而是使用常规保护渣.例如，U.S. Steel Gary Works在进行高铝TRIP钢的第一次试验生产时，使用的是SiO2含量35%、CaO含量20%、Al2O3含量5%的常规CaO-SiO2渣系保护渣[8].然而，由于发生严重的渣-钢反应,导致保护渣的成分及性能激变，使得浇铸的铸坯表面质量很差，出现了严重的纵裂纹和横裂纹，甚至出现了粘结[8].因此，必须开发专门的高铝钢保护渣来浇铸这类钢种.开发CaO-SiO2渣系保护渣，其关键在于浇铸过程中渣-钢反应达动态平衡后熔渣的性能可以满足高铝钢浇铸的需要.因此，研究主要集中在保护渣的组成(成分及含量)和工艺条件(钢种、拉速等)对渣-钢反应的影响及由此引起的保护渣性能(传热、润滑等)的改变并最终影响铸坯表面质量等方面.王家荫等[9]研究了20管线钢中加铝量的变化对保护渣中Al2O3含量、碱度、熔化温度及粘度的影响.保护渣成分：w(CaO)=30.78%，w(SiO2)=33.90%，w(Al2O3)=3.16%，w(CaF2)=7.44%，w(MgO)=2.26%，w(T. Fe)=1.81%，碱度(R)=0.91.结果表明：随着钢中Al含量的增加，熔渣中Al2O3含量明显增加；当w(Al) > 3%时，熔渣中Al2O3的增加变缓，并渐渐达到饱和.随着钢水中Al含量增加，保护渣碱度和熔点升高，当铝含量超过1.5% 时，碱度及熔点增加变缓；保护渣粘度随钢中Al含量的增加而增加.Itoh等[10]在研究了含铝量高达5%的20Cr-5Al钢种后指出，减少保护渣中SiO2含量，可以减轻SiO2与钢水中Al元素的反应，防止熔渣中Al2O3含量的急剧增加，有助于维持保护的渣粘度稳定. Kinoshita等[11]采用低碱度(R=0.8)的保护渣浇注631不锈钢(w(Al)=1.03%，w(C)=0.8%)，能够对铸坯进行良好的润滑并防止漏钢.在E2钢保护渣中加入含量为5%～8%的MnO，以稳定保护渣的碱度并降低粘度和熔点，改善保护渣的性能，稳定铸坯的表面质量[9,12].何生平等[13]通过热力学计算表明，当渣中w(MnO)>3%时，MnO能有效抑制熔渣中SiO2被钢水中的Al还原.然而，Blazek等[14]意图通过加入MnO以抑制渣中SiO2的反应时，效果并不明显.Kim 等[15]研究了高Al钢与CaO-SiO2渣系高铝钢结晶器保护渣的反应，发现初渣中的CaO/SiO2比、Al2O3含量以及温度都不是影响反应量的主要因素，对渣-钢反应影响最大的是钢中[Al]含量.当w(Al)<1.8%时，钢水中Al的传质是反应的限制性环节；当Al=4.8%时，在渣-钢反应界面发现明显的MgAl2O4析出，它延缓了进一步的反应，因此，对于Al>4.8%的高铝钢而言，限制性环节是渣中的传质.Becker等[8]研究了在A1-TRIP钢的浇铸过程中低碱度保护渣(w(CaO)=20%，w(SiO2)=35%， w(Al2O3)=5%， R=0.57) 中CaO、SiO2、Al2O3含量的变化.指出浇铸开始后10min内渣中CaO含量基本不变，SiO2含量急剧减少，Al2O3含量急剧增加.保护渣由原来的CaO-SiO2渣系变为CaO-Al2O3渣系.Zhang等[16]研究了w(Al2O3)/w(SiO2)对Al-TRIP钢保护渣粘度及粘流活化能的影响，模拟Al-TRIP钢保护渣浇铸过程中成分的改变，结果表明随着w(Al2O3)/w(SiO2)增加，保护渣粘度及粘流活化能单调上升，反应到达平衡后，粘流活化能为85 kJ·mol-1，粘度为1.437 Pa·s，超过常规板坯连铸保护渣的粘度，对连铸工艺的顺行不利.Yu等[17-18]研究了高铝TRIP钢的粘度和热流变化特征，Li2O、B2O3含量及w(Al2O3)/w(SiO2)对高铝TRIP钢保护渣粘度的影响，发现Li2O的含量对保护渣的碱性有较大的影响，Li2O含量高，熔渣碱性增强，在较低的w(Al2O3)/w(SiO2)时粘度发生转折.B2O3可以使熔渣的过热度较大，有利于稳定保护渣的粘度.保护渣中同时加入适量的B2O3和Li2O，可发挥多组分协同效应，稳定Al2O3的两性特征，使熔渣粘度维持在合理的范围.Wang等[1]研究了高Al含量TRIP钢连铸保护渣的凝固行为，研究渣系在凝固过程中易析出CaF2晶体，具有较强的结晶能力.由于容易析出CaF2晶体，使得浇铸过程中渣条严重，导致熔渣很难流进结晶器壁与铸坯坯壳之间，从而引发各种铸坯表面缺陷.杨波等[19]研究了高铝含量的TRIP钢在连铸过程中保护渣Al2O3含量的变化对于渣膜传热性能的影响.结果表明：当Al2O3含量从3%增加到20%时，保护渣的热流密度明显降低；当Al2O3含量从2%增加到30%时，热流密度先增加后减少；随w(Al2O3)/w(SiO2)比值的增大热流密度逐渐降低；在该实验条件下有CaF2晶体析出.周鉴等[20]研究了高铝钢保护渣的结晶矿相，发现保护渣中初始SiO2含量较高，保护渣玻璃性较好；随着浇铸进行，保护渣中SiO2含量减少、Al2O3含量增加，玻璃性变差；熔渣中的Li2O易与F-形成LiF晶体；CaF2的含量较高时，易产生CaF2晶体.王欢等[21]研究了含铝TRIP钢结晶器保护渣的粘度特性，结果表明：随着Al2O3质量分数由3%增加到17%，综合碱度R<1的保护渣粘度先增加再减小，而R≥1的保护渣粘度变化较小；随着Al2O3质量分数由17%增加到30%，保护渣粘度快速增大；随着w(Al2O3)/w(SiO2)的增大，保护渣的粘度呈先快速减小而后快速增大的趋势.2.2 典型高铝钢保护渣的现场应用Omoto[2]研究低碳电工钢(含铝量高达1%以上的低碳钢)保护渣，针对渣钢反应使熔渣结晶温度升高，在结晶器内壁形成粗大渣圈，使得熔渣流入不畅、润滑不足甚至引起漏钢等问题，采用低碱度(R=0.65)、低粘度(0.2 Pa·s)的保护渣，增加保护渣的消耗，并在保护渣中加入5.7%的Li2O以抑制其结晶性能，实现了多炉连浇.对于液相线温度比一般碳钢低80～100 ℃的高铝高锰型无磁钢，施威[22]比较了两种不同的高铝无磁钢连铸保护渣(A渣和B渣).A渣的熔点1 028℃，粘度为0.17 Pa·s；B渣熔点1 000 ℃，粘度为0.15 Pa·s,其中A渣易结块、变性，润滑性能不良，致使铸坯发生粘结漏钢；B渣粘度和熔点较低，在中包温度1 455 ℃，拉速0.78 m·min-1时能够满足连铸工艺需要.张宇斌等[5,23]使用5.0%B2O3，碱度0.5～0.6、熔化温度1010℃、粘度0.215 Pa·s的无磁钢20Mn23AlV保护渣在0.6～0.65 m·min-1拉速下能较好满足连铸要求.于雄[24]在保护渣中利用B2O3+Li2O熔剂以有效地降低保护渣的初始粘度和熔化温度，在0.5～0.65 m·min-1条件下，浇铸高铝高锰无磁钢20Mn23AlV，液渣层厚度稳定，渣耗正常，无明显渣条，铸坯表面无明显裂纹及凹陷等现象；而当拉速增大到0.7 m·min-1时，则形成粗大渣圈，保护渣消耗降低，铸坯表面存在纵裂纹，恶化了铸坯表面质量.拉速的增加，使得结晶器内钢液流性增强，加强了渣-钢反应的动力学条件，使反应量增加，导致熔渣中Al2O3的过多富集，提高了保护渣的熔点，恶化了结晶性能.针对裂纹敏感性强的高铝TRIP钢，Fu 等[25]通过控制反应后保护渣的结晶性能以抑制传热实现缓冷，采用初始碱度为0.84的保护渣在拉速0.8～0.9 m·min-1条件下浇铸铝含量0.8%～1.0%、碳含量0.08%～0.115%的高铝TRIP钢，开浇11 min渣-钢反应即达到动态平衡，除01坯前7.4 m有少量凹陷外，其余铸坯的表面没有凹陷及裂纹产生，铸坯的表面质量良好.另外，通过对反应前初渣和反应后终渣进行水浸实验，分析其中的F-浓度和pH，发现反应后高Al2O3含量的终渣能够通过自身的固氟作用和对废水中氟的吸收，降低废水中氟的含量，减轻对环境的污染[26].对高铝稀土钢而言，钢液中除了Al元素外，还原性较强的稀土元素如Ti、Re等也易于与渣中的SiO2等还原性物质发生反应，使得保护渣性能变化更加显著.张晨等[27]采用w(CaO)20%～40%、w(SiO2)30%～50%、w(Al2O3) <8%的保护渣，并在其中添加B2O3和MnO，使得在不可避免的渣-钢反应平衡后仍可以实现一定的冶金性能，避免引起铸坯产生夹渣、裂纹等表面缺陷或拉坯阻力过大而造成的漏钢事故，从而生产出高质量的铸坯.3.1 理论基础为从根本上解决问题，将保护渣在浇铸过程中因为反应引起的成分改变而导致的性能变化降到最低，维持保护渣使用过程中性能的稳定性，Street等[28]提出“非反应性”(non-reactive)高铝钢保护渣的思想，尽量减少甚至避免保护渣与钢水中的活泼元素发生反应.熔渣中与钢水中的Al发生反应的物质主要是SiO2，而大部分的工业原料中都或多或少含有SiO2.为了使渣-钢反应得到抑制，就要降低渣中的SiO2含量在较低的水平.然而，SiO2是熔渣中重要的网络形成物，对熔渣的粘度和结晶性能有着重要影响，进而影响保护渣的润滑和传热，因此，不能够一味降低SiO2的含量，应当将其控制在一个适当的范围内，且积极寻找具有与SiO2性质类似的替代物，该替代物应与Al反应轻微甚至不反应.Al2O3不会和Al反应，且Al2O3是两性物质，还具有与SiO2的Si-O网络结构类似的Al-O四面体网络结构，因此，在一定程度上可用Al2O3代替SiO2构建CaO-Al2O3渣系保护渣.3.2 非反应性渣系日本川崎关于高铝钢保护渣的专利[29]指出，当渣中w(SiO2)< 7%时，高铝钢钢水中Al与保护渣中SiO2不反应或反应轻微.王欢等[30]通过热力学分析及钢-渣界面反应试验证明，当保护渣中w(SiO2)< 6%时为非反应性保护渣.王强等[31]开发针对20Mn23AlV钢的高Al2O3、低SiO2(w(SiO2)=5.11%)含量保护渣，模拟研究了浇铸前后主要成分和性能变化，结果显示：反应前后新开发的高铝钢连铸保护渣SiO2减少了0.7%， Al2O3增加了6.46%，保护渣的熔化温度、黏度和结晶率分别增加了62℃、0.66 dPa·s和15%；保护渣反应前后主要成分及性能变化相对现用保护渣小，可用于高铝钢的连铸生产.朱祖民等[32]在专利中提出了w(SiO2)< 2%的高铝钢保护渣，且w(Al2O3+CaO) > 50%，用SrO、BaO、MgO吸收Al2O3等夹杂物以维持熔渣的粘度稳定性.但因CaO-Al2O3渣系保护渣本身熔点高、低SiO2含量导致玻璃性不足影响润滑，在实际应用中存在保护渣易结渣圈，渣耗偏低，影响连浇炉数的问题.为了解决低SiO2含量的CaO-Al2O3渣系保护渣熔点高、结晶性强的问题，人们进行了一系列理论研究.于雄等[33]通过添加适量的酸性氧化物B2O3协调熔渣的性能，结果显示，当w(B2O3)为4%～10%时，随着B2O3的含量增加，保护渣熔点、粘度、粘流活化能均降低，渣膜热流密度增加；保护渣的等温转变曲线(TTT曲线)向孕育时间增加方向移动，晶体生长速率降低，在实验条件下，增加B2O3的含量可抑制保护渣中CaF2的析出.F-对非反应性高铝钢保护渣的理化性能有重要影响[34]，研究表明，w(F-)为5.8%～8.8%时，F-含量每增加 1%熔点降低4.5℃，粘度降低0.004 Pa·s；渣膜热流密度随F-含量的增加而增加，特征时间降低；结晶动力学分析说明析晶按照1维方式生长.王欢等[35]研究了非反应性高铝钢保护渣中Li2O的含量对结晶行为及传热的影响，结果表明：当w(Li2O) < 2%时，增加 Li2O 的含量可减弱保护渣的结晶能力；而在w(Li2O)为2%～5%时，增加 Li2O 含量会缩短析晶孕育时间、升高结晶温度、增大临界冷却速度和结晶速率常数，也就是促进了保护渣的结晶.同时发现，在w( Li2O)为2%～5% 范围内增加 Li2O 的质量分数，非反应性保护渣的最大热流密度、平均热流密度及特征时间均减小.MgO对高铝钢非反性保护渣理化性能也有重要影响，王欢等[36]研究显示：试验渣系熔点1 060～1 180℃，在w(MgO)为2%～8%之间，每增加 1%的(MgO)熔点约升高20℃；在 w(MgO)为2%～8%之间，保护渣粘度和粘流活化能都是先下降后增大，最低点对应的MgO 的含量为 6%.增加 MgO 的含量，保护渣的析晶孕育时间延长，有助于减弱浇铸过程中渣条的发展.渣膜厚度和结晶率随着 MgO 含量的增加而降低，渣膜传热特征时间、最大热流密度和平均热流密度都增大. Fu等[37]研究了CaO/Al2O3值对非反应性高铝钢保护渣w(SiO2)=6%结晶性能的影响，发现随着CaO/Al2O3比的增加，渣膜厚度先减小后增加；保护渣在CaO/Al2O3=1.5时结晶能力最弱，当CaO/Al2O3比大于或小于1.5时，保护渣结晶能力逐渐增加；随着CaO/Al2O3比的增加，析出晶体类型由CaF2、LiAlO2逐渐发展到铝酸钙系列晶体及CaO；为减少渣条产生及提高渣耗，保护渣CaO/Al2O3为0.9～2.0时比较合适.3.3 现场应用于雄等[24]使用SiO2含量为4.37%的非反应性CaO-Al2O3渣系高铝钢保护渣进行了20Mn23AlV无磁钢(w(Al)为1.5%～2.5%)的连铸试验，铸坯表面有少量裂纹、无明显凹陷；但钢液面的保护渣有少量的结团现象，液渣层厚度较薄，渣耗偏低，安全起见，仅浇铸了35min便换用CaO-SiO2渣系保护渣进行浇铸.Liu等[38-39]采用非反应性高铝钢保护渣(w(CaO+Al2O3)=56.3%，w(SiO2)=3.5%，w(B2O3)=10.3%，CaO/Al2O3=1.0)浇铸裂纹敏感性强的高铝的高铝TRIP钢(铝含量为0.9%，碳含量为0.1%)，虽然在改善铸坯质量方面效果明显，但存在渣圈粗大、润滑不足、渣耗偏低、不能进行连续浇铸的问题.由于CaO-SiO2渣系保护渣反应强烈，成分及性能变化剧烈，而CaO-Al2O3渣系保护渣结晶性太强，导致不能进行连浇，因此，设计一种介于反应性CaO-SiO2渣系和非反应性CaO-Al2O3渣系渣之间的CaO-SiO2-Al2O3渣系保护渣(即弱反应性保护渣，less-reactive)，使其在发生相对较弱的反应后，其性能仍然能够满足铸坯润滑和渣耗的需要，并能够最终改善铸坯表面质量，是高铝钢保护渣研究的另一思路.刘奇等[40]基于CaO-SiO2-Al2O3三元系相图设计了SiO2含量为 20%的CaO-SiO2-Al2O3连铸保护渣，采用热丝法模拟了CaO/Al2O3比对该渣系保护渣结晶行为的影响.结果显示，随着CaO/Al2O3比的增加，保护渣的结晶性增强；CaO/Al2O3为0.7～1.3时，凝固固相分数较小，具有与现用工业渣相似的润滑作用.综合考虑其传热与润滑作用，高铝钢保护渣中CaO/Al2O3比的适合范围应为0.7～1.3.何生平等[13]研究的双高(高碱性、高玻璃化)保护渣，即在CaO-SiO2-Al2O3渣系保护渣(其主要成分CaO为26.02%，SiO2为15.53%，Al2O3为18.04%)的基础上，采取多组分且各组分的含量相当的配渣原则，增加保护渣中B2O3、BaO 及SrO等物质的含量，特别是用MnO抑制SiO2与钢水中Al的反应.使用该渣在0.4～0.5 m·min-1的条件下浇铸碳含量0.3%～0.4%，铝含量0.7%～1.2%的高铝钢，渣条少，渣面活跃，铸坯表面及皮下质量正常.王谦等[41-42]发明了分别针对Al含量为0.5%～3.5%和1.0%～3.5%的高铝钢连铸保护渣，其主要成分含量分别是CaO 15%～40%，SiO2 3%～15%，Al2O3 10%～20%和CaO 15%～35%，SiO2 10%～25%，Al2O3 12%～15%.将上述保护渣在国内某钢厂分别用于实际生产，在浇铸过程中结晶器液面状况良好，保护渣性能稳定，生产的铸坯表面及皮下质量良好，铸坯原始合格率达99%以上.高铝钢保护渣最令人困扰的问题就是在浇铸过程中会发生严重的渣-钢反应，导致成份及性能的显著改变.尽管如此，从工艺顺行的角度，目前使用的高铝钢保护渣仍以反应性的CaO-SiO2渣系保护渣为主.在设计此类保护渣时，应重点考虑钢中铝含量及拉坯速度对反应量的影响.非反应性的CaO-Al2O3渣系保护渣在高铝钢浇铸中有很好的应用前景，但仍需进一步研究以解决该渣系本身结晶过强，消耗偏低，连浇炉数低的问题.【相关文献】[1] Wang W, Kenneth B , Alan C. 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有 效提 高包晶钢 铸坯表面质量 。保护渣 的结晶特性 主要 包括保护 渣 的结晶温度 、 结晶率 、 晶矿 相 以及 渣膜表 面粗 结
糙 度 等 。 主要 综 述 了影 响 保 护 渣 结 晶特 性 的 主要 因 素 及 结 晶 过 程 的研 究 方 法 并 就 保 护 渣 结 晶特 性 的研 究 方 向提 出 了几 点 建 议 。
关 键 词 保护渣 结 晶温度 结 晶率 结 晶矿相
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓｉ ｙ ｔ ｌｉｉ ｇ Ｐｒ ｐ ｒ ｉｓｏ ｏ ｄ Ｆｌ ｘ ｆ ｒＣｏ ｔｎｕ ｕ ｓｉ ｇ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｎ Ｃｒ ｓ ａｌｚｎ ｏ ｅ ｔｅ ｆＭ ｌ ｕ ｏ ｎ ｉ ｏ ｓＣａ ｔｎ
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０ 引 言
钢 液在 连铸过 程 中采用 结 晶 器 保 护 渣 进 行 保 护 浇 注是 改善钢铁 铸坯 质量 的有效 措施 之一 ｌ 。保护 渣在 结 晶器 与 １ ］ 铸 坯之 间形成 一层 均匀 的渣膜 ， 有效 地 控制 铸坯 向结 晶 器 的
之 间的热 阻 ， 减少 热流 密度 。
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（） ２保护 渣 的结 晶 化 使 辐射 传 热 受 阻 ， 效 导热 系数 降 有
低， 渣膜 热阻 增加 ， 流 密度 减少 。 热
（） ３ 结晶率的 间的 界面热 阻显 著增 加 。 很 多学 者［ ９ 过研究 认为 保护 渣结 晶特性 对传 热 的影 ６］ －通 响是 以上几 种机 理综 合作 用的结 果 。
热 量传递 并使 传 热均 匀 。实践 表 明 ， 热 过 快 或 不 均 匀 ， 传 易 导 致铸坯 坯壳 热应 力 集 中并形 成 裂 纹 ； 热 不 充 分 ， 固坯 传 凝 壳 过薄 ， 易导致铸 坯鼓 肚 ， 重的甚 至会 导致 拉漏 事故 。 容 严
连铸 结 晶 器保 护 渣渣膜 结 晶特 性 的研 究进展 ／ 于
雄 等
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连 铸 结 晶器 保 护渣 渣 膜 结 晶特性 的研 究 进展
于 雄， 文光华 ， 唐 萍， 杨 波
（ 重庆大学材料科学 与工 程学院 ， 重庆 ４ ０４ ） ０ ０ ４
摘 要 连 铸 结 晶器 保 护 渣 的 结 晶特 性 对铸 坯 与 结 晶 器 之 间的 传 热 有 重要 影 响 ， 理 控 制 保 护 渣 的 结 晶 行 为 能 合