连铸结晶器保护渣用材料合理选择与应用

第一部分 概述保护渣原辅材料的合理选择与应用的重要性 保护渣作为冶金辅料中的精细和高科技产品，己被国 内外众多冶金研究工作者所证实，据了解，目前，国内外 有许多的专业机构对连铸结晶器保护渣进行专业化的研究， 并取得了硕硕成果：
日本有专业从事连铸结晶器保护渣研究的机构和部门，在连铸结晶器 保护渣的研究方面取得了突出的成绩，如岸忠男等人； 德国在保护渣研发与生产方面，在全世界各国比较出名，著名的保护 渣生产企业Metallurgica和Stollberg，均在德国。并且两个企业在世 界好多国均建立了子公司，Metallurgica实力雄厚，拥有专业技术人 员100余人专业从事技术与新产品研发，Stollberg目前在印度、印度 尼西亚、韩国、中国、巴西、美国等众多国家均建立了拥有自主产权 的保护渣分厂，在全世界享有较高声域，近年来成立的INTOCAST的 技术也来源于Metallurgica，德国的保护渣生产企业己经成为全世界 主要连铸厂商Deamg、Danilie等的主要推荐供商；
第四方面：添加剂 添加剂也是保护渣的组分之一，虽然加入量不大， 但对保护渣的生产过程顺行和质量起着至关重要的作用。 常见的保护渣添加剂有：粘结剂（比较常用的有 CMC(S)、糊精、植物淀粉、陶土等）、分散剂、减水 剂及复合添加剂等，它们在保护渣生产过程分别对造球 的质量、碳黑的分散和料浆流动性控制等方面起着至关 重要的作用。国外钢厂对散剂的应用特别重视。 虽然添加剂不能在保护渣使用过程中起直接作用， 但是保护渣使用过程中性能能够稳定和更好的体现与添 加剂是分不开的。因此下一步在保护渣的技术理论研发 上应该加强对保护渣用添加剂的研究。
天然存在的硅灰石在全世界范围内广范分布，加拿大、 中国的贮量均较大。目前在中国主要分布于如下地区： 吉林、辽宁、江西、湖南、云南及湖北等省。其中吉 林和辽宁省硅灰石成份比较稳定，贮量较大，其特点是： 成份稳定，杂质含量少，主成份含量达95％以上，同时以 非晶态存在，十分有利于保护渣的适用，目前国内、外许 多保护渣企业所用的硅灰石均来源于此； 其典型成份如下：SiO2：51~54%、CaO:42~46；杂 质含量均少于2%，挥发份少于3%；是理想的天然保护渣 用原材料； 江西和新余的质量也不错，但成份的稳定性稍差；同 时其矿物特性也不如前者，其成份大致如下： SiO2： 49~54%、CaO:39~44；杂质含量均少于2%，挥发份少 于3%；也是相对比较理想的保护渣用材料。
取得突出成效的不多，所以目前国内的保护渣技术还相对比较离散，保护渣 技术如何实现有效地集中、整合、规范原辅材料标准、生产工艺、技术标准 还有等进一步提高。
原辅材料的化学成份和结构是决定保护渣物性至关重 要的两大基本要素。为什么这样说呢？主要原因有如下三 点； 1、保护渣的性能是发挥于高温状态下，这些性能决定 于保护渣的配方及原材料的矿物结构与成份等因素； 2、保护渣的高温物性除与上述重要因素有关外，还 与这些原辅材料中的杂质分布的均匀性，物理结构（如气 孔及分布的均匀性等有关； 3、其次与原料的细度关系也至关重要，而细度取决 于磨细工艺，磨细的过程，原料生产了新的表面、同时也 改变了表面的结晶构造，同时伴随着一系列物理化学变化
第二部分 弄清保护渣原辅材料的构成类型
正常情况下，一个完整的保护渣的材料构成体系有四 大部分： 第一方面：基料 主要是指配渣所用的主体原料以及酸、碱性材料；在 目前国内外，大体有如下材料构成： 1、模注渣：基料主要指：低碳石墨原矿、电厂灰、赤 泥、高炉渣等； 2、连铸保护渣：主要有硅灰石、预熔料、水泥熟料、 石英粉、高炉渣等； 第二方面：熔剂 主要是指能够通过降低共晶点促使保护渣熔点下降的 材料和能够拆散Si-O键促使保护渣粘度降低的材料，这类 材料比较多，主要是指碱金属的氧化物R2O，部分碱土金
质量档次和稳定性长期得不到提高的根本原因。所以保护 渣要想实现董事长提出的作精、作强、作专、作长的长远 发展思路，必须从原辅材料入手，规范、完善原辅材料标 准与选用机制，形成标准化，才能真正有效地为保护渣向 精深开发打下基础，才是从根本上提高保护渣产品质量、 稳定保护渣产品质量。 下面，就保护渣的原辅材料构成类型作一讲述：
云南的硅灰石贮量比较丰富，但由于开采难度大，成 本高，所以目前还不具备开采的价值。 湖北的硅灰石主要分布于大冶一带，与铜矿伴生，有 规则的晶质硅灰石和非晶质硅灰石，其晶质硅灰石质量上 好，但不适于保护渣用；其非晶质硅灰石成份不稳定，杂 质含量大，挥发份高，大致成份如下： SiO2：45~54%、CaO:32~43；杂质含量高Fe2O3在 0.5%～3%，Al2O3在1~4%，MgO在1~4.5％，挥发份在 2~6%；从严格意义上讲，该类硅灰石虽属非晶质，但不 太适于高档保护渣适用，易造成保护渣质量不稳定。 但随着目前竞争的日益加剧，一些低档的保护渣也可 选用，但前提是这些材料必须经过人工混匀方可。
2、电厂灰 电厂灰是电厂喷吹煤粉燃烧后含有一定残碳量的灰份， 其主要成份以Al2O3、SiO2、C为主，该材料经过高温煅 烧，以玻璃微珠状态存在，其灰份和碳均属于非晶质材料， 从矿相学上讲，其基能相对比较低，适于保护渣使用。但 由于该类材料在不同厂家成份相对不稳定，所以使用受到 了一定的限制。
3、挥发份低，有害杂质含量少； 4、成本适当，取材方便； 5、尽量为低吸湿性材料和非晶态材料（即化合物或复 杂盐类）等等。 结合以上材料，目前在正常生产过程中选用的保护 渣用基料有：天然存在的有：硅灰石、石墨矿粉，人 工合成的有：玻璃粉、水泥熟料、电厂灰、高炉渣以 及预熔料等。下面就常用的几种作一简介： 1、硅灰石 硅灰石化学名为：CaSiO3，即硅酸钙，按理论计 算其质量百分含量：CaO含量为48.28%，SiO2为 51.72%，两者质量百分比基本接近1:1，从保护渣理论 设计的观点CaO-SiO2-Al2O3三元相图上来看最为合适， 所以SiO2就成了比较理想的保护渣用原材料。
连铸结晶器保护渣所用原辅材 料的合理护渣原辅材料的合理选择与应 用的重要性 弄清保护渣原辅材料的构成类型； 常见原辅材料的品种、特性及用途； 不同类别保护渣对原辅材料的选择有 哪些要求； 常见几种保护渣选择材料的经验与建 议； 总结保护渣原辅材料对保护渣物性影 响的重要性。
英属哥伦比亚大学在保护渣研发方面在全世界享有较高的声誉，他
们与德国的保护渣企业和许多欧洲大钢厂合作，进行保护渣基础理论 研究，对连铸保护渣技术的发展起到了举足轻重的作用，德国保护渣 的许多基础理论来源于此； 除了上述外，目前意大利、英国的福塞科也有专门的保护渣生产企业， 该类企业的产品主要销售欧洲的钢厂，在国内应用较少，在国内引进 FTSQR工艺时，意大利的保护渣企业曾向中国的唐钢推荐过该的保 温剂和保护渣产品，但在国内没有实质性的产品应用； 目前国内的保护渣企业己达40余家，主要集中于河南、山东、上海、 江苏、湖北、重庆、辽宁等地，目前西峡的保护渣企业在全面处于绝 对龚断地位，但保护渣的技术在国内研究还比较粗浅，没有形成相对 标准化的企业。 目前国内在保护渣技术研发比较突出的科研院校较多，比较突出的北 科大（金山同、朱国灵等）、钢铁研究总院（王新华等）、重庆大学 （迟景灏、谢兵、王谦、王雨等）、河北理工学院（朱立光等）、东 北大学、攀枝花钢研院（曾建华、段大福等）、宝钢技术中心（朱祖 民等）等，但这些院较的保护渣研究多集中于试验室研究居多，在；
第四部分 常见原辅材料的品种、特性及用途
保护渣所用的原辅材料品种较多，特性各异。从第三 部分我们清楚地知道，保护渣所用的各类原辅材料可以归 纳为四大类，为了便于对保护渣的配渣及配方设计有所参 考，兹将部分代表材料的性能总结如下： 一、基料 基料是一个保护渣的基础，它相当于一座建筑的根 基，基料选择不好，就等于一个保护渣的配方没有了根基， 肯定不会出什么好的产品。同时基料也是一个保护渣成本 的主要构成部分，决定着一个保护渣成本的高低。所以保 护渣的基料至少有如下要求： 1、成份相对稳定，质量均一； 2、来源广泛，贮量大；
土金属的氧化物MeO、一些复合材料如：NaF、冰晶石、 硼砂、含锰材料和萤石等。 其中Na2CO3、和CaF2是两种最常用和价格比较适宜 的熔剂材料，在保护渣中得到广泛应用。 第三方面：碳质材料 碳质材料是控制保护渣的熔化过程的骨架材料和提高 保护渣的关键材料。 碳质材料的合理选择对保护渣在结晶器内性能的发挥 至关重要，国内外保护渣研究工作者在碳的研究上付出了 大量的精力，取得了许多成果。 常用的含碳材料有：炭黑、晶体石黑、隐晶质石黑、 焦粉、橡胶粉、碳化稻壳粉、电厂灰等众多材料。
使用原料具备了新的特性，这对保护渣的热物性是至关重 要的。 4、保护渣原辅材料的选择尽量坚持选用来源广泛、价 廉易得，质量稳定的矿物材料和二次资源，这对于市场竞 争、可持续发展是非常有利的。 此外，一些特殊钢种，如薄板坯、中碳包晶钢、不锈钢、 稀土处理钢等钢种，由于这些钢种对保护渣的传热要求， 吸附夹杂等性能有特殊的要求，所以对保护渣有特殊的物 性要求，而这些物性性能的实现必须通过必要的材料来实 现。 综上所述，原辅材料的合理选择与应用对保护渣来讲， 至关重要，它是保护渣质量与稳定性的基础。原辅材料的 合理选择与应用目前在国内比较紊乱，这也是国内保