保护渣和精炼渣资料(东北大学)
结晶器保护渣
目录
1.保护渣的冶金功能 5.保护渣对铸坯质量的影响
2.保护渣的基本特性
6.保护渣的选择和使用
3.保护渣的类型
7.保护渣的性能评价
4.保护渣和连铸浇注条件之间的关系
保 护 渣 作 用 机 理
保护渣在结晶器中的行为：
加入保护渣
钢水提供热量
形成三层结构
保护渣的铺展性
保 护 渣 作 用 机 理
保护渣使用过程中需要测定的参数：
6
. 保 护 渣 的 选 择 和 使 用 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 測結晶器中總熱流值 結晶器銅板溫度變化與其位置和時間的關係 保護渣消耗量與澆鑄拉速的關係 保護渣在彎月面區的積聚（渣圈問題） 檢測鑄胚在彎月面的振痕 結晶器和鑄胚間的摩擦力和拉速的關係 鑄胚表面溫度在長度和寬度的變化 裂紋的類型,頻率和嚴重性 可見氧化物缺陷的頻率
不大于350x10-3N/m
弯月面曲率半 界面特性 径
吸收夹杂物能 力 吸收夹杂后性能稳 定 夹渣
保护渣种类
优点
缺点 铺展性差、污 染环境、易吸 水
应用
粉状保护渣
3 . 保 护 渣 的 类 型
颗粒保护渣 预熔型保护渣 发热型保护渣 高速连铸保护 渣 表面无缺陷铸 坯保护渣 特殊钢连铸保 护渣 无氟保护渣 流动性强、成 分均匀，耗量 少 成渣均匀性好 形成液渣快 满足高速连铸 能减少铸坯表 面缺陷 减少钢液增碳 减少水污染、 降低铸坯夹杂
含氟量的选择：
6
. 保 护 渣 的 选 择 和 使 用 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。 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。
第四章 精炼渣系选择
钢中的酸溶铝[Al]S不会还原渣中的（SiO2），这时（SiO2）不会成为供氧源。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
各精炼渣系脱硫能力的比较
LF炉精炼过程的脱硫的热力学参数主要有钢水中的溶解氧 含量和渣中的 CaO 活度（即作用浓度）。脱硫的表达式为： (CaO) +[S] = (CaS) + [O]
<0.1 －
♣ 几个主要结构单元的作用浓度
结构单元 作用浓度 A B 山 阳 东北大学 CaO N1 0.1641 0.2348 0.3676 0.3495 SiO2 N2 0.0005 0.0005 0.0002 0.0001 Al2O3 N3 0.0102 0.0097 0.0084 0.0238 MgO N4 0.2162 0.1145 0.0468 0.0598 MgO· Al2O3 N10 － － － 0.0598
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
精炼渣系选择的实验
小盖 炉盖 发热体 炉管 耐火砖 精炼渣 石墨坩埚 MgO坩埚 钢水
实验渣系及结果
实验号 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7＃ 8＃ CaO 45～50 54～57 50～60 50～55 45～50 55~60 45～50 50～55 SiO2 20～25 10～15 13～17 10～15 20～25 13~15 20～25 5～10 Al2O3 24～27 24～27 10～15 13～17 13～17 13~17 25～30 25～33 MgO 3～7 3～7 2～6 8～12 8～12 3~8 3～7 5～10 CaF2 0 0 0 5～10 3~8 5~10 0 0 R=(CaO/SiO2) 2 4 4 4.2 2.2 4.5 2 >5 T.O 0.002 0.0013 0.0016 0.0015 0.002 0.0011 0.0015 0.0011
保护渣简介
保护渣简介保护渣的性能测定一、保护渣的作用1）绝热保温向结晶器液面加固体保护渣覆盖其表面，减少钢液热损失。
由于保护渣的三层结构，钢液通过保护渣的散热量，比裸露状态的散热量要小10倍左右，从而避免了钢液面的冷凝结壳。
尤其是浸入式水口外壁四周覆盖了一层渣膜，减少了相应位置冷钢的聚集。
2）隔绝空气，防止钢液的二次氧化保护渣均匀地覆盖在结晶器钢液表面，阻止了空气与钢液的直接接触，再加上保护渣中碳粉的氧化产物和碳酸盐受热分解溢出的气体，可驱赶弯月面处的空气，有效地避免了钢液的二次氧化。
3）吸收非金属夹杂物，净化钢液加入的保护渣在钢液面上形成一层液渣，具有良好的吸附和溶解从钢液中上浮的夹杂物，达到清洁钢液作用。
4）在铸坯凝固坯壳与结晶器内壁间形成润滑渣膜在结晶器的弯月面处有保护渣的液渣存在，由于结晶器的振动和结晶器壁与坯壳间气隙的毛细管作用。
将液渣吸入，并填充于气隙之中，形成渣膜。
在正常情况下，与坯壳接触的一侧，由于温度高，渣膜仍保持足够的流动性，在结晶器壁与坯壳之间起着良好的润滑作用，防止了铸坯与结晶器壁的粘结;减少了拉坯阻力;渣膜厚度一般在50~200μm5）改善了结晶器与坯壳间的传热在结晶器内，由于钢液凝固形成的凝固收缩，铸坯凝固壳脱离结晶器壁产生了气隙，使热阻增加，影响铸坯的散热。
保护渣的液渣均匀的充满气隙，减小了气隙的热阻。
据实测，气隙中充满空气时导热系数仅为0.09W/m·K，而充满渣膜时的导热系数为1.2W/m·K，由此可见，渣膜的导热系数是充满空气时的13倍。
由于气隙充满渣膜，明显地改善了结晶器的传热，使坯壳得以均匀生长。
二、保护渣的构成1）液渣层当固体粉状或粒状保护渣加入结晶器后与钢液面相接触，由于保护渣的熔点只有1050℃~1100℃，因而靠钢液提供的热量使部分保护渣熔化，形成液熔化速度主要靠保护渣中配入的碳成分来调节。
炭质材料与保护渣基料间的界面张力较大，基料熔化后，对炭质材料不润湿，不吸收。
熔渣
电渣重熔渣 铜闪速炉熔炼渣
0～10 28～38
0～30 2～12
0～20 5～15
38～54
0～15 1～3
铅鼓风炉熔炼渣 19～35 3～5 0～20 28～40 3～5
CaF2 45
Fe3O4 1
S 0.2～0 Pb 1～3
锡反射炉熔炼渣 19～24 8～10 1.5～6 45～50
Sn 7～9
高钛渣
2.8～5.6
2～6
0.3～1.2 2.7～6.5 2～5.6
1～1.5
TiO2 82～
4
§ 一、 基本概念 1
Molten Slag
通常由五、六种或更多的氧化物组成。
熔
含量最多的氧化物通常只有三种，其总含量可达80%
渣 以上。
理
多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是：
论
CaO、SiO2 、FeO
型
➢ 造锍熔炼：铜、镍的硫化物与炉料中铁的的硫化物熔融在 一起，形成熔锍；铁的氧化物则与造渣熔剂SiO2及其他脉
石成分形成熔渣。
7
§ 一、 基本概念 1 2、精炼渣
Molten Slag
✓ 是粗金属精炼过程的产物。
熔
✓ 主要作用——捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主
渣
金属分离。
理
➢ 例如，炼钢时，加入的造渣熔剂，与原料中杂质元素的氧化 产物融合成炉渣，除硫、磷，吸收非金属夹杂。
及 模
高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为： CaO、SiO2 、Al2O3
型
常含有其他化合物，如氟化物、硫化物等。
5
§ 一、 基本概念
1
熔渣主要来源：
Molten Slag
保护渣的物化性能
关键词 保护渣的性能， 摩擦力 ， 润滑 中图分类号 Ｔ７７ 文献标识码 Ｂ Ｆ７
Ｉｆ ｅｃ ｏ ｍｏ ｆ ｘ ｐｒｅ ｏ ｈ ｆ ｔ ｎ ｐｏｅｔ ｓ ｔｅ ｃ ｏ ｎ ｕｎｅ ｌ ｌ ｌ ｆ ｄ ｒ ｕ ｉ ｎ ｒ ｉ ｉ
ｂ ｔ ｅｎ ａ ｄ ｄ ｏｄ ｅｗ ｅ ｓ ｎ ａ ｍ ｌ ｔ ｒ ｎ
熔渣的赫度， 通过旋转赫度计已测得
保护渣的赫度一温度曲线； 存在液态渣膜的区域， 由渣膜分布状 态界定；
． 、． ＿ ＿＿．
Ｓ— ，
函，
＿已 过 算 膜 动 度 布 到 ａ通计渣流速分得。 ｘ ｙ
固体摩擦力 对于固态渣膜润滑区， 铸坯与结晶器间的固体 摩擦力由库仑定律计算得到， 具体表达式见式 ２ ０
钢铁行业全球化竞争和兼并的日 益加剧使得钢 铁行业投资趋向于产品质量、 生产效率和环保等三
个方面〔。 ’ 为此， ］ 以高拉速、 高连浇率、 高作业率、
及高质量为特征的高效连铸成为钢铁企业在激烈的 世界钢铁市场竞争中立于不败之地的必然需要。 高速连铸过程中， 由于结晶器振频的提高， 单位 时间流人结晶器与铸坯间保护渣量相应减少， 结晶 器与铸坯间保护渣渣膜的均匀性及稳定性下降， 使 铸坯与结晶器之间的摩擦力增大， 茹结性拉漏事故
ｒ ＝ ＇寸 ． Ｊ ｄ Ｌ １ ｓ １
Ｓ ， ａｃ
ｌ０５
０
１０ １５ １０ １ ０ １ ０ ２ ０ １ ５ １ ０ １ ５ ２ ０ ３ ０ ３ ０
＿
， ａ ，＿ ｖ ．
凝固大摩擦力关系图
保
护
渣 导致铸坯与结晶器间的摩擦增大。
素有关。这些因素包括与材料有关的热物理准数、 热传递准数、 机械性能准数及接触点宏观和微观几 何准数等。在计算铸坯与结晶器间的摩擦力时， 人
保护渣
一、保护渣的概述在现代钢铁冶金中，炼钢的过程的产品是铸坯。
影响铸坯质量的因素，除了原材料的条件之外，主要是浇铸和凝固过程中钢液的质量。
长期以来，许多精炼后的纯净钢液仍然在大气中进行敞开浇铸，在浇铸过程中又会产生新的化学和物理变化，影响了钢液的质量。
为了获得成分均一，夹杂少而且分布均匀、组织致密、表面质量良好的铸坯，不仅要在浇铸前采取措施，而且还应采用保护浇铸。
保护渣浇铸对钢液的浇铸环境有了很大的改善。
二、保护渣的作用（1）隔绝空气，保护钢液面部受空气的二次氧化。
（2）使钢液面绝热保温，以防止过早凝固或结壳。
（3）吸收上浮夹杂，防止铸坯表面和皮下夹渣。
（4）充当铸坯与结晶器间的润滑剂。
（5）控制结晶器与坯壳之间热量传递的速度和均匀性。
三、保护渣可分为发热型，熔融型和绝热型三种。
1）发热型发热渣主要由四部分组成1.发热还原剂。
靠它们燃烧发热，帮助渣料熔化并造成强烈的还原性气氛，保护钢液面。
2.氧化剂为发热还原剂的燃烧提供部分氧量，帮助点燃发火。
3.助溶剂用以降低渣子的熔点。
4.基本渣。
由于发热渣同钢水液面接触，能迅速的释放热量，故能很快地形成熔渣层。
2）熔融型熔融渣的实质是液渣保护，及使用专门的化渣设备化渣，而后将液态渣加入结晶器内。
3) 绝热型它可以制成粉状、粒状、或块状加到结晶器液面上与钢液接触部分很快融化成熔融层，其上保持粉状或粒状，犹如棉被一般起绝热保温的作用。
四、钢种与保护渣的关系不同成分的钢种，其钢水特性及其凝固特点有别，从而决定了其对保护渣性能的不同要求。
（1）低碳钢首先，低碳钢中C含量低于0.08%或0.06%。
这类钢的高温机械性能好，凝固过程中不存在严重的相变体积变化，内应力及裂纹敏感性小，故通常以较高拉坯速度进行生产，以提高生产率。
基于低碳钢本身的凝固特点和质量要求，设计时主要考虑渣的润滑及消耗。
较高的拉坯速度要求尽量增大结晶器热流，加速钢水凝固，防止黏结性漏钢，这要求保护渣结晶温度低，凝固温度适中，以确保低碳钢结晶器保护渣在950℃以上处于非晶体状态，使发生黏结性漏钢的可能降到最低。
保护渣相关知识
浇注过程中覆盖在钢锭模或结晶器内钢液面上稳定浇注操作和改善钢表面质量的一种合成渣。
保护渣按使用范围可分为模注保护渣和连铸保护渣。
浇注过程钢表面产生的缺陷如重皮、翻皮、夹渣、裂纹等，往往都与保护渣性能及操作有关。
渣保护浇注是钢浇注中最常用、最有效的一种工艺。
保护渣在浇注过程中的功能有：(1)防止钢水再氧化；(2)减少钢液面的热损失，防止钢液面过早凝固结壳；(3)溶解吸收钢水表面的夹杂；(4)控制钢坯的传热速度，减少钢坯凝固层厚度方向上的温度梯度产生的热应力；(5)在结晶器与坯壳之间起润滑作用。
对模注保护渣来说主要是前3种功能，而连铸保护渣则具有所有的功能。
模注保护渣可分为上注保护渣和下注保护渣，按其性能有绝热型与吸收型两种。
模注保护渣与连铸保护渣按原料及制备方法不同，有以发电厂飞灰或石墨矿粉等为基的粉状保护渣，合成保护渣，预烧结、预熔保护渣与颗粒保护渣。
使用最广泛的是合成的粉状保护渣和颗粒保护渣。
保护渣的成分通常是以二氧化硅一氧化钙三氧化二铝为基，添加适量的碱土氧化物(如Na2O、Li2O、K2O等)、氟化物(如CaF2、NaF等)及碳质材料(如石墨、焦炭、石油焦及碳化合物等)。
保护渣的主要理化性能有：熔融温度、熔融速度、黏度、表面张力、结晶温度等。
在使用过程中还要求其具有铺展性、保温性、吸收夹杂物的能力，以及化学反应性等。
这些性能与保护渣的原料和熔剂的种类、配比及粉体特性有关。
常用熔剂有苏打、冰晶石、硼砂及氟化物等。
它们均能有效降低熔融温度，加快熔融速度，得到适宜的黏度。
碳是保护渣中不可缺少的材料，它有效调节熔化速度，改善烧结倾向，提高粉渣的保温性能，控制熔渣的氧化性。
当浇注时，模注保护渣以袋装或吊挂方式加入钢锭模内，其加入方法如图。
模注保护渣一旦与钢水接触，立即被加热、熔融、烧结。
在钢液面上形成三层结构，在靠近钢液面上为熔融层，熔融层上为烧结层，最上面是粉状层。
粉状层起着隔热保温作用，熔融层可以减少从大气中吸收氧、氢、氮等气体，溶解吸收夹杂物，渗入到钢锭模与凝固层缝隙中形成渣膜，有效改善传热及表面质量。
连铸保护渣概述
连铸保护渣概述1 连铸保护渣的组成 (1)2 连铸保护渣的作用 (2)3 连铸保护渣进入结晶器的行为 (3)4 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。
保护渣学习
保护渣学习总结1、保护渣的分类形状分为：粉渣和颗粒渣，其中颗粒渣分为实心渣和空心渣；按原料处理分为：混合型、烧结型、预熔型；其他还可按用途、钢水成分、钢坯形状分类。
2、保护渣的作用（1）防止钢液二次氧化中间包注流进入结晶器，由于注流的冲击作用，使结晶器内金属表面不断更新。
当保护渣加入到结晶器内钢液面时迅速形成液渣层、烧结层和固渣层，并均匀地铺展在钢液面上使之与空气隔绝，从而有效地阻止空气进入到钢液中，防止钢液二次氧化。
（2）绝热保温减少钢液热损失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的影响。
因为钢液中的上浮夹杂物有可能被凝固的铁的结晶体捕集，形成一个有金属和氧化物组成的硬壳结构，它被卷入坯壳后能造成严重的缺陷。
渣的保温作用通过覆盖在钢液面上的具有温度低、体积密度小的固渣层来实现。
因此适当增加固渣层的厚度，可以提高渣的绝热保温性能，并使液渣层的温度升高。
但过厚的固渣层会延长保护渣在高温下的烧结时间，导致结团和渣条严重危害连铸生产的风险。
（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。
在大力实施经济洁净钢生产模式下，钢水中夹杂虽然减少，但进入保护渣后对熔渣性能有影响，希望保护渣的性能变化要控制在连铸工艺许可范围之内。
（4）在结晶器壁和坯壳之间起润滑作用凝固的坯壳与结晶器铜壁之间需要一层性状合适、厚度均匀的液渣来减小固—固摩擦力。
钢液面上的液渣层源源不断地为坯壳和结晶器壁间提供润滑剂。
为了保证液渣不断供给，弯月面处必须保持通畅，而且为了使润滑作用充分发挥，液渣要具有玻璃态的性能，液渣内不应有高熔点晶体析出。
浇铸时铸坯的向下运动和结晶器的振动使液渣在结晶器壁和坯壳之间形成渣膜，为减小摩擦力，必须保持一定的液渣消耗。
精炼渣
★精炼渣常用精炼渣的种类从精炼渣的化学成分来看，主要是CaO-CaF2基，CaO-Al2O3基，CaO-Al2O3-SiO2基；从精炼渣的形态主要有烧结型，预熔型和混合型。
烧结型精炼渣是指将原料按一定比例和粒度混合后，在低于原料熔点的情况下加热，使原料烧结在一起，然后再破碎成需要的颗粒粒度后使用的精炼渣。
烧结型精炼渣的成分更均匀，稳定，熔化速度更快，但成本相对增加，且由于烧结渣密度小，气孔多，易造成精炼过程吸气。
预熔型精炼渣是指将原料按一定比例混合后，在专用设备中利用高温在高于渣系熔点温度的情况下将原料熔化成液态，再冷却破碎后用于炼钢的精炼渣。
预熔型精炼渣的纯净度高，化学成分均匀，物相稳定，熔点低，成渣速度快，可大幅度缩短精炼时间且可直接用于转炉钢包出钢过程渣洗，提高钢水的洁净度。
并且不含氟或少量含氟，减少炉衬侵蚀，有效的减少了氟对环境的污染。
由于预熔型精炼渣的结构致密，不吸水，便于储运仓储，不粉化，不挥发，可显著减少钢铁厂粉尘污染，但生产成本较高。
我公司生产的烧结型和预熔型精炼渣，选用优质材料烧结或熔炼合成，具有成渣迅速、埋弧、造渣、吸收钢液夹杂脱硫等作用，有很强的脱氧、脱硫效果，可减少钢中气体，降低钢中夹杂。
该产品是用各种精料烧结或熔融，其含量大于85%,大量的钙化成份能与钢水中的氧、硫反应生产低熔点易于上浮的产物，达到净化钢液的目的。
在钢包精炼中，可以有效缩短炼钢时间，具有较强吸收钢中非金属夹杂物的能力，对净化钢液有显著作用。
产品特点：1、合理的化学成份，有利于尽快成渣，缩短冶炼时间。
2、由于成渣快，故能降低精炼时间的电耗。
3、减少钢包耐火材料的消耗，提高包龄。
4、有良好的脱硫脱氧作用。
5、由于其熔点低，在钢包吹氩及电炉出钢口过程中有良好的吸附夹杂物的作用。
6。
成份稳定均匀，并可根据用户需要的指标生产包装。
除以上产品外，我公司可根据客户要求调整各指标比例。
连铸保护渣吸附Al2O3夹杂能力的研究(修改)
连铸保护渣吸附Al2O3夹杂能力的研究卢艳青（东北大学，辽宁沈阳110006）张国栋杨柏杰刘海啸（鞍山科技大学，辽宁鞍山114044）摘要：本实验研究了保护渣吸附不同含量AlO3夹杂对熔化温度、粘度和表面张力的影响。
实验结果表明，2保护渣吸附Al2O3夹杂后，熔化温度上升，粘度增加，表面张力有下降的趋势。
当碱度在0.92～1.24，保护渣吸附夹杂后熔化温度、粘度的变化很小，理化性能稳定；碱度在1.03～1.14，保护渣表面张力的变化较小，有利于夹杂物的吸附。
当碱度在0.85～1.2，保护渣对夹杂物吸附量的增加较快，具有较强的吸附夹杂物的能力。
保护渣吸附夹杂物的适宜碱度范围是1.03～1.14。
关键词：保护渣吸附Al2O3夹杂碱度粘度表面张力Study on Ability of Mould Flux to Absorb Al2O3InclusionLu Yanqing1,2Zhang Guodong2Yang Baijie2Liu Haixiao2(1Northeastern University,Liaoning Shenyang1100062Anshan University of Science andTechnology,Liaoning Anshan114044)Abstract：The effect of mould powder absorbed different content of Al2O3inclusions on powder meltingtemperature,viscosity and surface tension has been studied.The results show that the melting temperature andviscosity increase meanwhile the surface tension decreases after the mould powder absorbs Al2O3inclusions.Whenbasicity of mould powder is range from0.92to1.24,the change of the melting temperatur e and viscosity is small,and properties of mould powder are stable after absorbing the inclusions.When the basicity is range from1.03to1.14,the change of surface tension is small,and it is favor of absorbing inclusions.When the basicity is range from0.85to1.2,the mould powder ability to absorb Al2O3inclusion increases quickly.The suitable range of basicity forabsorbing inclusion is1.03~1.14.Key words：mould flux absorb Al2O3inclusion basicity,viscosity surface tension1前言目前，超纯净钢的冶炼及连铸工艺已经成为钢铁生产的一个重要发展方向。
BT5保护渣研制开发
Ｃ
ＣＯ ａ
Ｓ ２ ｉ Ｏ
Ａ ２３ Ｆ ｚ３ ｇ １ ｅ Ｍ Ｏ ０ ０
２ ６ ≤５０ ～ ．
１ ．４１５ ４±４０ ５ ． ９±！ ５５ － ． １ ， ３ ±５ ０ ：
决定保护渣 的物理性能。
１２ 孔分析
气孔是金属液在凝固过程 中陷入金属中的气
泡在 铸 件 中所 形 成 的孔 洞 ，气 孔 属于 孔 壁光 滑 的
孔壁 表 面面貌 是指孔 洞 孑壁 的粗 糙 程度 ，表 Ｌ 面 的颜 色 和表 面 的覆 盖 层及 附着物 。在 肉眼观 察 下 ，气 孔 壁是 平 滑 的 ，表 面 颜 色 有 的 是 发 亮 的 ，
磨 、混料等 ） 以及渣子在钢锭模内加入方法等 因素 。
４ Ｂ５ Ｔ 号渣 的 术 质 量 指 标 技
参照 国内著名的保护渣厂生产的模铸保护渣 的 验 收 标 准 ，并 根 据 Ｃ Ｏ— ｉ Ａ２ ， 元 相 图 ， ａ ＳＯ 一 １ 三 ０
Ｂ ５ 渣碱度 Ｃ ＯＳＯ－ ． ０ ，Ａ ２３ ０ ｆ ， Ｔ号 ａ ／ｉ２０ ～ ． １ ≤１％ ９ ： －４ ６ Ｏ ± ）
出厂 。
锭具有一个合格 的表面。为了确保生产光滑无缺 陷 的钢锭 ，保 护 渣 必须 具 有一 个 良好 稳 定 的化 学
成 分 和性 能 。保 护 渣 的性 能 主要 取决 于 各 种矿 物
及其添加剂的配方 ，及各种矿物化学成分及其岩 相结 构 ，保 护渣 生 产 工 艺 ｆ 物破 碎 、烘烤 、研 矿
湿 模 壁 效 果 好 ，常 温 状 态 下 不 沾 模 并 能 自动 脱
落 、容 易 清理 。
东北大学《钢铁冶金原理》课件第四章冶金炉渣
第四章 冶金炉渣
一、 基本概念
熔渣是火法冶金过程产物 主要由冶金原料中的氧化物或冶金过程中生 成的氧化物组成的熔体。
熔渣是一种非常复杂的多组分体系：
如CaO、FeO、MnO、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、Fe2O3
除氧化物外，炉渣还可能含有少量其它类型的化
合物甚至金属。
如氟化物（ CaF2 ）、氯化物（ NaCl ）、硫化物（ CaS 、 MnS） 、硫酸盐等。
掌握
1
第四章 冶金炉渣
炉渣是火法冶金中形成的以氧化物为主要成分的多组分熔体。
1、炉渣分类－根据冶炼过程目的的不同，炉渣可分为下列4类： 1)以矿石或精矿为原料进行还原熔炼，得到粗金属的同时，未被还 原的氧化物和加入的熔剂形成的炉渣，称为冶炼渣或还原渣。例如， 冶炼铁矿石得到的高炉渣。 2)精炼粗金属，由其中元素氧化形成的氧化物组成的炉渣，称为精 炼渣或氧化渣。例如，由生铁冶炼成钢产生的炼钢渣。 3)将原料中的某有用成分富集于炉渣中，以利于下道工序将它回收 的炉渣，称为富集渣。例如，钛精矿还原熔炼所得的高钛渣，吹炼 含钒、铌生铁得到的钒渣、铌渣等。它们分别用作提取金属钛和铌 的原料。 4)按炉渣所起的冶金作用，而采用各种造渣材料预先配制的炉渣， 称为合成渣。如电渣重熔用渣，浇铸钢锭或钢坯的保护渣及炉外精 炼渣。
炉渣在保证冶炼操作的顺利进行，冶炼金属熔体的成分和质量，金属的回 收率以及冶炼的各项技术经济指标等方面都起了决定性的作用。俗话说 “炼钢在于炼渣，好渣之下出好钢”，生动地说明了炉渣在冶炼过程中所 起的作用。Leabharlann 3第四章 冶金炉渣
炉渣所起的各种作用都是通过控制炉渣的化学组成、温度及其所具
有的物理化学性质来实现的。
保护渣基础资料
1.基础材料设计保护渣的基本组分:主要化学成分是SiO2, CaO, Al2O3。
它们在保护渣中占的比例是50 -80%。
2. 熔剂材料具有控制保护渣的粘度和熔化行为的能力。
主要组元是Na2O, Li2O, K2O, F 等。
–如)Na2CO3,CaF2,Li2CO3等。
3. 碳质材料（骨架材料）具有控制保护渣熔速的能力碳的类型（炭黑，焦炭，石墨等）不同的钢种选用不同的保护渣，成分的变化主要考虑以下保护渣物理化学特性：2.1 碱度一般定义为组分中(R=CaO%/SiO2%)的比值。
它是反映保护渣吸收钢液中夹杂物能力的重要指标，同时也反映了保护渣润滑性能的优劣。
通常碱度大，吸收夹杂物的能力也大，但它的析晶温度变大，导致传热和润滑性能恶化。
2.2 粘度它是衡量保护渣润滑性能的重要指标。
目前通常采用旋转法测定或根据经验公式计算。
现在大多测其在1300℃条件下的值，常用保护渣的粘度(1300℃)为0 .05～0.15Pa.s。
它受化学成分和温度的控制，生产中主要靠助熔剂来调节。
要想得到高质量铸坯且不发生粘结漏钢，必须要选择合适粘度的保护渣。
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。
2.3 熔化温度它包括烧结起始温度、软化温度或叫变形温度、半球点温度和流动温度。
实际应用中是将渣料制成锥形3×3 mm的标准试样，在显微镜中测定。
当以一定的升温速度使试样加热到由圆柱形变为半球形时的温度，称为熔化温度。
连铸生产中通常将保护渣的熔化温度控制在1200℃以下。
它主要受保护渣的成分、碱度以及Al2O3含量等因素的影响，熔化温度过高，润滑作用差并且不均匀。
2.4 结晶温度(析晶温度)它是影响凝固坯壳导热的重要参数。
对裂纹敏感性特强的包晶类钢种应使用结晶温度高的保护渣。
它主要受化学成分的影响，尤其是碱度。
通常可以在测保护渣粘度时进行，当保护渣在降温过程中，从粘度-温度曲线上发现熔渣有结晶现象。
连铸保护渣基础知识
保护渣的根本组成 汉冶板坯连铸保护渣化学成分及性能 保护渣的主要作用及功能 连铸保护渣主要理化性能 保护渣常见的物理指标 保护渣在使用过程中的性能表达 板坯保护渣的种类
保护渣根底知识
保护渣的根本组成
化学成份：CaO、SiO2、Na2O＋K2O、F－、 C及原材料代入的杂质Al2O3和Fe2O3〔或 FeO〕，以及根据品种特殊需要参加的其它组份如 MgO、BaO、SrO、Li2O、B2O3等。
保护渣在连铸过程中主要起着两大作用：确保连铸工艺顺行；改 善铸坯外表质量。
保护渣在连铸过程中所起的两大作用是依靠保护渣的以下五大功 能来实现的，具体为：绝热保温、防止氧化、吸收夹杂、润滑铸 坯、控制传热。
连铸保护渣主要理化性能
化学成分：化学成分及碱度R； 熔化性能：熔化速度、温度； 流动性能：粘度、粘度－温度曲线、凝固温度； 界面性能：外表及界面张力； 烧结性能：烧结温度、烧结强度、渣圈特性； 结晶性能：结晶温度、结晶率、结晶速度； 渣膜性能：导温系数、导热系数、热辐射特性； 保温铺展性能：堆比重、导热系数、颗粒形状及粒级； 吸附夹杂性能：吸收夹杂速度、吸收夹.析晶温度〔℃〕 指保护渣开始析出晶体的温度，主要针对一些裂纹敏感性钢种，
原因是保护渣出现析晶后，渣膜的导热性能下降，有利于延缓传 热，从而可以防止包晶钢类凝固过程应力集中而产生纵裂纹。目 前析晶温度在中碳包晶钢类保护渣的研究中具有一定的意义。 6.析晶率〔％〕 是指保护渣的析晶比例，其作用与功能与析晶温度对应。 7.凝固温度〔 Ts 〕 凝固温度是指熔渣从液态向固态转变的温度，理论上对应于熔渣 液相线温度。 但为了便于测试，国内外目前习惯于将粘度－温度 曲线的转折点温度Tbr定义为凝固温度Ts。 连铸保护渣的凝固温度对连铸坯的润滑和传热有重要影响，对裂 纹敏感性钢种和粘结性钢种 的浇注有重要意义。
连铸理论及工艺-结晶器保护渣(东北大学课件)
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。
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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。
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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1000～1200℃。
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> Na5Al3F14 > Na2CO3> NaCl > CaF2
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： A ： B
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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、硅灰石(CaO·SiO2)、 石英砂(SiO2)，白云 石，长石，珍珠岩，蛭石等；
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凝固后渣膜的矿物组成
东北大学内部资料-保护渣和精炼渣资料
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1.1.1 高碱度渣精炼 在研究钢液二次精炼的脱硫、脱磷的处理方法时，提高了高纯度钢的精炼效果。这 时所使用的工业熔剂是 CaO 系，由于钢液用铝脱氧，实际上生成了 CaO—Al2O3 渣系。 近年来，LF 法率先使用这种炉渣精炼高纯度钢。CaO—Al2O3 系熔渣在还原气氛下使 用，首先考虑脱硫反应，测定了 CaO—Al2O3 中溶解耐火材料的 CaO—Al2O3--MgO 和 混入炼钢炉渣的 CaO—Al2O3—SiO2 系熔渣的硫容量。实验用渣系的成份及其硫含量见 表 1.。 表 1 CaO—Al2O3 渣系的试验结果 熔炼 炉次
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2.2.4 大方坯连铸浇注速度对表面的影响 ..................................... 41 洁净钢合成渣的开发对经济效益的影响 ............................................. 44 洁净钢无缺陷结晶器保护渣的开发成功对经济效益的影响 ............ 45
MgO
0.14 0.04 0.04 0.02 0.03 0.02
S
0.526 0.365 0.019 0.426 0.107 0.019 0.326
0.05 1.49
0.076 0.033
对于 CaO--Al2O3--SiO2 渣系而言，NCaO/Nsio2 一定时，NAl2O3 减少，硫容量 Cs 都呈单 调增加，当 NAl O 一定时，NCaO/Nsio2 减小，即 CaO--Al2O3 渣中的 CaO 用 SiO2 置换，则硫
2 3 2
50 分钟，再经 RH 真空循环脱气处理 20—30 分钟。所以，含高 CaO 的精炼渣处理轴 承钢液，带来两个主要结果。一是脱硫效率高，钢中硫含量降到如此之低的程度； 二是在精炼过程中 CaO 被还原，钢中含钙量增加，至使不变形的球状夹杂物升高。 表 2 日本山阳 LF 炉精炼渣的化学成份（%） CaO 57.8 酸性渣处理 在改善夹杂物性质和形态方面，碱性炉衬下冶炼的钢液，经酸性渣处理能够得 到很好的效果。渣料的熔点不大于钢的熔点，密度也小于钢的密度，形成的渣实际 上不含有钙和镁，它们和钢中所有的夹杂发生作用，一部分夹杂上浮到钢液表面， 其余则转化为可塑性加工的夹杂物。 酸性合成渣料当 MnO 约 60%，SiO2 约 40%（质量比 MnO：SiO2=3：2）时，存在一个 低熔点区，这个低熔点区相当狭小，其成份范围相应为 MnO 约 45%--75%，SiO2 约为 55%--25%。如果除 MnO 和 SiO2 外还含有其它组元，如 Al2O3，则低熔点区可以扩大到含 MnO 约 10%—90%，SiO2 约 90%--10%（MnO：SiO2=1：9—9：1，特别适用的混合渣的成份 在图 1 的 A—B—C—D 点的范围内，这些点的三角座标上的位置为： A 点：MnO 60%，SiO2 10%，Al2O3 0%，相当于质量比 MnO ：SiO2 ：Al2O3 =9：1：0； B 点：MnO 50%，SiO2 10%，Al2O3 40%，相当于质量比 MnO ：SiO2 ：Al2O3 =5：1：4； C 点：MnO 10%，SiO2 50%，Al2O3 40%，相当于质量比 MnO ：SiO2 ：Al2O3 =1：5：4； SiO2 13.3 Al2O3 15.8 MgO 4.3 MnO < 0.1 TFe 0.6 Cr2O3 < 0.1 P2O5 < 0.1 CaF2 7.8 S 1.1
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1.1.1 高碱度渣精炼 在研究钢液二次精炼的脱硫、脱磷的处理方法时，提高了高纯度钢的精炼效果。这 时所使用的工业熔剂是 CaO 系，由于钢液用铝脱氧，实际上生成了 CaO—Al2O3 渣系。 近年来，LF 法率先使用这种炉渣精炼高纯度钢。CaO—Al2O3 系熔渣在还原气氛下使 用，首先考虑脱硫反应，测定了 CaO—Al2O3 中溶解耐火材料的 CaO—Al2O3--MgO 和 混入炼钢炉渣的 CaO—Al2O3—SiO2 系熔渣的硫容量。实验用渣系的成份及其硫含量见 表 1.。 表 1 CaO—Al2O3 渣系的试验结果 熔炼 炉次
55-Cl 55-1 55-4 60-Cl 60-2 60-4 65-Cl 65-2 65-3
温度 /K
1823 1822 1823 1867 1867 1867 1928 1922 1922
接触气体的分压（室温） /Pa Pco Pco2 Pso2 PAr
0.250 5 ×10 0.248 5 ×10 0.167 5 ×10 0.251 5 ×10 0.249 5 ×10 0.166 5 ×10 0.168 5 ×10 0.249 5 ×10 0.250 5 ×10 0.249 5 ×10 0.247 5 ×10 0.166 5 ×10 0.250 5 ×10 0.248 5 ×10 0.166 5 ×10 0.167 5 ×10 0.248 5 ×10 0.249 5 ×10 0.010 5 ×10 0.010 5 ×10 0.013 5 ×10 0.010 5 ×10 0.010 5 ×10 0.013 5 ×10 0.013 5 ×10 0.010 5 ×10 0.010 5 ×10 0.489 5 ×10 0.485 5 ×10 0.652 5 ×10 0.490 5 ×10 0.485 5 ×10 0.652 5 ×10 0.658 5 ×10 0.488 5 ×10 0.490 5 ×10
MgO
0.14 0.04 0.04 0.02 0.03 0.02
S
0.526 0.365 0.019 0.426 0.107 0.019 0.326
0.05 1.49
0.076 0.033
对于 CaO--Al2O3--SiO2 渣系而言，NCaO/Nsio2 一定时，NAl2O3 减少，硫容量 Cs 都呈单 调增加，当 NAl O 一定时，NCaO/Nsio2 减小，即 CaO--Al2O3 渣中的 CaO 用 SiO2 置换，则硫
LF 炉精炼渣对 GCr15 非金属夹杂物影响的研究 .................................... 13 LF 炉精炼渣的冶金特性研究 ................................................................ 14 精炼渣的脱硫特性 ............................................................................ 14 精炼渣的脱氧特性 ............................................................................ 15 精炼渣碱度对脱氧和脱硫的影响 ................................................... 18 LF 精炼合成渣的研究及精炼工艺的优化 ........................................... 19 精炼合成渣的成份选择 .................................................................... 20 精炼合成渣的配制 ............................................................................ 26 1.1.2 LF 炉精炼工艺的优化 ............................................................. 29 1.2 高碱度精炼渣冶炼轴承钢中夹杂物的研究 .................................. 31 1.2.1 研究方法的确定 ...................................................................... 31 1.2.2 显微夹杂物的数量和尺寸 ..................................................... 32 1.2.3 显微夹杂物的类型 .................................................................. 33 1.2.4 精炼炉渣对轴承钢中夹杂物的影响 ..................................... 36 2 洁净钢连铸工艺的研究............................................................................. 37 2.1.1 中间包覆盖剂 .......................................................................... 37 2.2 GCr15 大方坯结晶器保护渣的研究 ................................................. 38 2.2.1 保护渣的粘度对大方坯表面质量的影响 ............................ 38 2.2.2 保护渣熔化温度对大方坯表面质量的影响 ........................ 39 2.2.3 保护渣熔速对大方坯表面质量的影响................................. 40
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容量 Cs 的减小倾向比 CaO—Al2O3—MgO 更加严重。 硫容量与温度有关，温度越高，硫容量越大。渣中 CaO 浓度越大，硫容量越大； 当 NAl O 一定时，CaO—Al2O3 渣中的 CaO 用 MgO 置换，硫容量减小。用 SiO2 置换 CaO，硫
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容量更加减小；当 NCaO/ NAl O 时，混入 MgO 也不会减小 CaO--Al2O3 渣系的脱硫能力。然
炉渣成份（质量分数）/% CaO
58.17 .16 38.36 59.48 48.38 36.84 57.61 48.65 41.71
-lgCs
2.238 2.399 3.748 2.050 2.648 3.479 1.869 2.440 2.808
Al2O3
39.93 41.86 58.21 39.65 50.39 61.18 37.03 46.13 54.71
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50 分钟，再经 RH 真空循环脱气处理 20—30 分钟。所以，含高 CaO 的精炼渣处理轴 承钢液，带来两个主要结果。一是脱硫效率高，钢中硫含量降到如此之低的程度； 二是在精炼过程中 CaO 被还原，钢中含钙量增加，至使不变形的球状夹杂物升高。 表 2 日本山阳 LF 炉精炼渣的化学成份（%） CaO 57.8 酸性渣处理 在改善夹杂物性质和形态方面，碱性炉衬下冶炼的钢液，经酸性渣处理能够得 到很好的效果。渣料的熔点不大于钢的熔点，密度也小于钢的密度，形成的渣实际 上不含有钙和镁，它们和钢中所有的夹杂发生作用，一部分夹杂上浮到钢液表面， 其余则转化为可塑性加工的夹杂物。 酸性合成渣料当 MnO 约 60%，SiO2 约 40%（质量比 MnO：SiO2=3：2）时，存在一个 低熔点区，这个低熔点区相当狭小，其成份范围相应为 MnO 约 45%--75%，SiO2 约为 55%--25%。如果除 MnO 和 SiO2 外还含有其它组元，如 Al2O3，则低熔点区可以扩大到含 MnO 约 10%—90%，SiO2 约 90%--10%（MnO：SiO2=1：9—9：1，特别适用的混合渣的成份 在图 1 的 A—B—C—D 点的范围内，这些点的三角座标上的位置为： A 点：MnO 60%，SiO2 10%，Al2O3 0%，相当于质量比 MnO ：SiO2 ：Al2O3 =9：1：0； B 点：MnO 50%，SiO2 10%，Al2O3 40%，相当于质量比 MnO ：SiO2 ：Al2O3 =5：1：4； C 点：MnO 10%，SiO2 50%，Al2O3 40%，相当于质量比 MnO ：SiO2 ：Al2O3 =1：5：4； SiO2 13.3 Al2O3 15.8 MgO 4.3 MnO < 0.1 TFe 0.6 Cr2O3 < 0.1 P2O5 < 0.1 CaF2 7.8 S 1.1
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摘
要
开发出了轴承钢高碱度精炼渣，R=3.5—4.0；合理地运用了钢包吹氩技术，有效地 控制了钢内夹杂物；特别是在连铸工艺上自主开发了大容量中间包覆盖剂，达到了一定 的碱度，具有吸附夹杂物的能力。将上述技术组合以及无氧化保护技术的应用，达到了 100%无氧化浇钢。使轴承钢在浇钢过程中增氧在 2—3ppm 以下。 与国际发达国家相比，我国钢铁工业目前存在的主要差距为： 1）关键钢材的品种不足，质量水平不高。 2）技术经济水平不高。 3）污染严重资源综合利用率不高。 迎接二十一世纪世界钢铁工业新的挑战 具体特点如下： 1）调整企业结构，实现专业化生产 2）建立洁净钢生产体系，提高产品质量 精炼炉渣对轴承钢夹杂物的影响 在传统的炼钢方法中，有所谓酸性钢和碱性之分。二者的组织性能和可塑性都 不尽相同。瑞典 SKF 公司生产的轴承钢及其轴承以其质量优异而闻名于世，究其原 因在于生产方法。长期以来，SKF 公司采用酸性平炉生产轴承钢，一直延续到 70 年 代后期。由于酸性平炉不能去除硫、磷等杂质，对原材料要求极为苛刻，且生产效 率低、成本高，该公司从 60 年代中期就开始研究碱性电弧炉精炼工艺，开发出了 SKFMR 法，取代了酸性平炉工艺。 如何改变碱性炼钢生产效率低的特点，提高碱性钢的性能是国内外冶金者长期 努力的方向[57]。即：既降低钢中的氧含量，又要改善夹杂物的性质和形态。因 此，轴承钢的炉外精炼承担着完成两项任务的使命：一是要减少夹杂物的数量，特 别是减少氧化物夹杂物的数量；二是改善夹杂物的形态和性质（提高塑性夹杂物的 比例，最大限度地减少或消除 CaO 型的球状夹杂物）。降低氧化物夹杂的数量也就 是降低了钢中的氧含量，改善夹杂物的性质和形态主要取决于精炼渣的化学成份。 国内外的生产实践证实，各种炉外精炼方法（真空的或非真空的）加强了对钢液的 搅拌，就能够有效地将氧含量降到很低的程度。这里，氧化物夹杂的数量主要是指 Al2O3 夹杂的数量大大减少。然而要有效降低 A 类夹杂物和 D 类夹杂物的数量则主要 依赖于精炼渣的化学成份。