冶金炉渣性能研究

实验一冶金炉渣性能研究保护渣的作用在浇注过程中，要向结晶器钢水面上不断添加粉末状或颗粒状的渣料，称为保护渣。

保护渣的作用有以下几方面：(1)绝热保温防止散热；(2)隔开空气，防止空气中的氧进入钢水发生二次氧化，影响钢的质量；(3)吸收溶解从钢水中上浮到钢渣界面的夹杂物，净化钢液；(4)在结晶器壁与凝固壳之间有一层渣膜起润滑作用，减少拉坯阻力，防止凝壳与铜板的粘结；(5)充填坯壳与结晶器之间的气隙，改善结晶器传热。

一种好的保护渣，应能全面发挥上述五个方面作用，以达到提高铸坯表面质量，保证连铸顺行的目的。

保护渣的种类根据设计的保护渣组成，再选用合适的原料经过破碎、球磨、混合等制作工序就制成了保护渣。

有四种类型。

(1)粉状保护渣：是多种粉状物料的机械混合物。

在长途动输过程中，由于受到长时间的震动，使不同比重的物料偏析，渣料均匀状态受到破坏，影响使用效果的稳定性。

同时，向结晶器添加渣粉时，粉尘飞扬，污染了环境。

(2)颗粒保护渣：为了克服污染环境的缺点，在粉状渣中配加适量的粘结剂，做成似小米粒的颗粒保护渣。

制作工艺复杂，成本有所增加。

(3)预熔型保护渣：将各造渣料混匀后放入预熔炉熔化成一体，冷却后破碎磨细，并添加适当熔速调节剂，就得到预熔性粉状保护渣。

预熔保护渣还可进一步加工成颗粒保护渣。

预熔保护渣制作工艺复杂，成本较高。

但优点是提高保护渣成渣的均匀性。

(4)发热型保护渣：在渣粉中加入发热剂(如铝粉)，使其氧化放出热量，很快形成液渣层。

但这种渣成渣速度不易控制，成本较高，故应用较少。

连铸结晶器保护渣的原来按构成材料的功能可分为，基料（包括天然的和人工合成的——烧结型、预熔型，其中有水泥熟料、硅灰石、石英、玻璃粉等）、溶剂（主要有纯碱、冰晶石、莹石及含氟化合物等），溶速控制剂——碳质材料（炭黑、石墨和焦炭等）。

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——CaO——AL2O3、sio2——AL2O3——caF2、SIO2——AL2O3——na2o，其中sio2——cao——al2o3最为普遍。

在此基础上加入少量添加剂（碱金属或碱土金属氟化物、氟化物、硼化物等）和控制溶速的炭质材料（炭黑、石墨和焦炭等）。

（2）、按形状可分为：粉状连铸结晶器保护渣（机械混合成形）、颗粒连铸结晶器保护渣实心颗粒渣，圆盘造粒法成型的是球型实心颗粒连铸结晶器保护渣）、中空球形颗粒连铸结晶器保护渣（采用喷雾造粒法成型）。

（3）、按使用的原材料可分为原始材料混合型、半预溶型和预溶型。

预溶连铸结晶器保护渣还可进一步制造成预溶颗粒保护渣。

（4）、按铸坯断面分：方坯（细分成：小方坯、大方坯、不锈钢方坯连铸结晶器保护渣）；矩形坯；板坯（细分成：低碳钢板坯、中碳钢板坯、高碳钢板坯、超低碳钢板坯、09cu钢板坯、大板坯高拉速、宽版坯连铸结晶器保护渣）；薄板坯；圆坯；异形（H形）坯连铸结晶器保护渣、发热型开浇渣等；（5）、按拉坯速度分：中低拉速、高拉速连铸结晶器保护渣；（6）、按钢种分：低碳钢、中碳钢、高碳钢、低合金钢、合金钢连铸结晶器保护渣。

钢种与保护渣的关系连铸保护渣技术，作为连铸生产的关键技术之一，对连铸生产的顺行和铸坯质量有着至关重要的影响，尤其是铸坯表面缺陷，基本上都是在结晶器内形成的，与保护渣有直接关系。

一、不同钢种对保护渣性能设计要求不同成分的钢种.其钢水特性及其凝固特点有别，从而决定了对保护渣性能方面的要求。

1、低碳钢首先钢中w(C)＜0.08%或0.06%。

这类钢高温机械性能好，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。

较高拉速要求尽量增大结晶器热流，加速钢水凝固，防止粘结漏钢，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，使发生粘结漏钢的可能性最小。

在高速浇注时，为使足够的液态保护渣能流入铸流和结晶器内表面之间的区域，确保良好的润滑和足够的消耗，通常保护渣粘度选择较低的范围。

另外，此类钢种初生铁素体坯壳中[P]、[S]偏析小，初生坯壳强度高，铸坯振痕较深，故应使用保温性能较好的保护渣，提高弯月面初生坯壳温度，有利于减轻振痕过深带来的危去。

因此，连铸低碳钢满足以上各要求，就要通过设计具有一定的传热性能、良好的保温性能、良好的非金属吸收、良好的润滑和性能稳定的保护渣来获得。

2、中碳钢中碳钢钢水凝固过程中发生己δ→γ相变，体积强烈收缩，此钢种裂纹敏感性大，容易产生表面裂纹，特别是高拉速时。

避免纵横向裂纹是首要考虑的问题，为此，中碳钢用保护渣设计的重点应放在控制从铸坯传往结晶器的热流上，限制结晶器热通量，希望保护渣具有较大热阻。

因此，应选用凝固温度高、结晶温度也高的保护渣，利用结晶质膜中的“气隙”，使保护渣传热速度减缓，有助于减小铸坯在冷却过程中产生的热应力。

3、高碳钢此钢种的特点是热强度差；浇铸温度和浇铸速度较低；同时容易产生粘结漏钢。

高碳钢容易粘结，这与初始生成的坯壳凝固收缩小有关。

故高碳钢保护渣设计的重点应放在保证润滑上。

为此，设计该保护渣的粘度和凝固温度要低些，渣膜玻璃化倾向要大些，以保证良好的润滑性能，但也要考虑高硫钢热强度差的特点，适当调节保护渣的热阻。

另外，由于高碳钢液相线温度低，浇铸温度较其它钢种要低，保护渣性能设计也要考虑此温度的影响，为了防止钢水冻结，高碳钢要使用隔热性能好的保护渣，体积密度要低，碳的加入量可稍高些甚至可达20%左右。

4、特殊钢特殊钢钢水成分相差较大，这种类型的保护渣配方较为复杂，往往根据钢的用途及易出现缺陷的状况而特殊配制，例如不锈钢，硅钢及含Nb、V、Ti及稀上的钢种等。

二、连铸工艺参数对保护渣性能设计要求1、拉速连铸机的拉坯速度是连铸生产的重要工艺参数之一。

随着拉速提高，保护渣耗量减少。

保护渣的消耗量是液渣渗入铸坯与结晶器之间空隙的平均量的1个量度，因此成为1个重要的过程控制参数，其值一般要求在0.3kg/m2以上。

拉坯速度提高则保护渣消耗降低，而保护渣的消耗量不足将导致铸坯的润滑和传热状况不良，为此设计高速连铸用保护渣时应提高其熔化速度、降低其粘度及凝固温度，以改善液渣的流入特性，满足液渣消耗的要求。

同时，为了提高熔化速度，应当减少堆积密度，减少碳含量和增加碳酸盐含量以及选择合理原料及其物性。

拉速提高，传往结晶器的热流增大。

这是由于拉速提高，钢水在结晶器中停留时间缩短，坯壳温度增高，凝固坯壳厚度减薄，同样的钢水静压力更容易使坯壳与结晶器壁接触，这样有利于传热，使热流密度随拉速的提高而增大。

因此，对于高速连铸保护渣，应适当降低凝固温度及结晶温度，减小渣膜厚度，保证结晶器传热良好，但也应考虑到各钢种的临界热流值。

2、铸坯断面形状方坯与板坯的不同首先在于结晶器内腔的表面积与体积之比即比表面不同。

板坯220mm×1500mm，从2、3代表薄板坯100mm×1000mm、50mm×1300mm，小方坯160mm×160mm、130mm×130mm，且板坯及小方坯的拉速均为1.5m/min左右的情况总结如下，铸坯的比表面增加时，保护渣耗量(kg/m2)急剧减少，且板坯的比表面小于方坯。

由于板坯比表面小，保护渣消耗快，进而要求较快的熔化速度，因此适于板坯的保护渣熔化速度快于方坯保护渣。

另外，方坯对所用保护渣的粘度不是很敏感，故常使用高粘度渣以减少夹渣和浸入式水口的侵蚀，这是由于方坯的比表面大，要求的渣消耗量(kg/m2)较少，连铸过程中较容易满足要求。

其次，由于板坯连铸时在宽度方向上液面波动较大，因此要求保护渣熔速较快，以形成足够的液渣层厚度，覆盖整体的钢液表面。

另外，板坯连铸机多用来生产低、中碳钢，而方坯除浇铸中碳钢外，还生产众多的高碳钢。

保护渣的生产研究现状生产工艺如下：1、烧结型或预溶型基料生产工艺原料矿石破碎——原料制粉——配料——造块——干燥——烧结或熔炼——冷却——制粉、待用2、实心颗粒保护渣生产工艺原料准备——配料——搅拌混合——干式球磨——加水搅拌——圆盘/挤压造粒——烘烤筛分、包装3、空心颗粒保护渣生产工艺原料准备——配料——搅拌合——水磨制浆——喷雾造粒——筛分——冷却、包装——检测、待用五、保护渣对连铸坯质量的影响保护渣是加入到结晶器钢水面上，保护渣的好坏主要是影响铸坯的表面质量：(1)铸坯表面纵裂纹：纵裂纹是来源于结晶器弯月面区初生坯壳厚度的不均匀性。

钢水面上液渣不能均匀流入分布到铸坯四周，导致凝固壳厚薄不均，在坯壳较薄之处容易产生应力集中，当应力超过凝壳的高温强度时就产生了裂纹。

研究指出，结晶器钢液面上的液渣层保持5～15㎜，可以显著减少板坯表面纵裂纹。

纵裂还与渣子粘度(η)、熔化速度(tf)和拉速(V)有关。

有人指出：η/tf比值愈大，纵裂指数愈小。

如渣子温度1300℃，η/tf=1,纵裂指数为6，η/tf=2，纵裂指数为0。

有人认为：对连铸板坯η•V控制在2～3.5。

方坯η•V控制在5，可使渣膜均匀，传热稳定，润滑良好，可显著减少裂纹。

(2)夹渣：铸坯夹渣可分为表面夹渣和皮下夹渣。

夹渣尺寸大小不等。

由几毫米到十几毫米，夹渣在表面深浅也不一样。

夹渣严重危害产品表面质量，因此在热加工之前必须予以清除。

结晶器坯壳卷入渣子，是夹渣的重要来源。

如坯壳表面形成了渣斑，此处导热性差、凝壳薄，形成了一个高温“热点”，是造成出结晶器坯壳漏钢原因之一。

铸坯表面夹渣物组成主要是钙长石和钙黄长石，这两个化合物中A12O3均大于20％，它们熔点分别为1550℃和1590℃，容易使渣子结团。

在结晶器液面波动太大，浸入式水口插入太浅，液面翻动会把渣子卷入。

六、连铸保护渣主要理化性能保护渣配制好后，要测定渣子的理化性能，主要的理化指标有以下几项：(1)化学成分：各牌号的保护渣，应分析化学成分，各氧化物的含量应在所规定的范围内，这是最起码的指标。

(2)熔化温度，将渣粉制成Φ3×5mm的试样，在专门仪器上把试样加热到圆柱体变为半球形的温度，定义达到半球点的温度叫熔化温度。

(3)粘度：它表示渣粉熔化成液体的流动性能。

而渣子流动性对熔渣吸收夹杂物和坯壳的润滑效果有重要影响。

通常是用扭摆粘度计或旋转粘度计测定1300℃渣子的粘度，来比较不同渣子的流动性。

(4)熔化速度：熔化速度是衡量渣子熔化过程的快慢，关系到结晶器钢液面上能否形成稳定的三层结构和需要的液渣层厚度。

熔速可用标准试样在规定温度(如1300℃或1400℃)下完全熔化成液体所需的时间来表示。

也可用一定重量的保护渣粉，加热到规定温度，在单位面积和时间内形成液渣量来表示。