1、保护渣基本知识讲座

2015年3月11日星期三
3、保护渣的化学成分及其作用
3、炭质材料 控制融化速度，利用炭的骨架效应，使已经 融化的渣滴不能彼此聚集形成熔渣层，来控 制融化速度与融化模型。碳的含量，类型、 粒子尺寸和着火点温度对保护渣的性能影响 较大，一般配炭含量小于10%。
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4、保护渣成分对性能的影响
2015年3月11日星期三
4、保护渣成分对性能的影响
TiO2， 大量进入熔渣易生成CaTiO3，恶化熔渣性能及润滑， 同时结晶器液面结“冷钢”。 MgO， 降低渣子粘度、凝固点，增加渣子的流动性，提高耗 量，对稳定渣子的化学稳定性十分有利。 MnO2， 含量增加熔渣的传热系数降低，有利于化学稳定性，能 使熔渣在较宽的温度范围内保持均匀，但对水口侵蚀严 重。 碳质材料 控制保护渣的融化速度，来适应连铸的渣耗量。
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连铸对保护渣的要求
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2、保护渣的分类
按照化学成分分：SiO2-CaO-AL2O3系列， SiO2-CaO- CaF2系列、SiO2- AL2O3Na2O系列在此基础上加入添加剂和控制融 化速度的碳质材料即可。 按形状分：粉渣、实心颗粒渣、空心颗粒渣 按照使用材料分：原始材料机械混合、半预 融、预融型。 按照使用特性分：高中低碳保护渣、方板保 护渣、本体渣，开浇渣。
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3、保护渣的成分组成及其作用
1、基料：保护渣的理化性能 如熔化温度、粘度等与其化学 成分是密切相关的，确定保护 渣的组成是研制保护渣的基础。 当前的保护渣多以硅酸盐相图 为理论基础，最广泛的是 SiO2-CaO-AL2O3三元相图， 在此相图中存在一个低熔点区 域，俗称硅灰石区域，SiO2 约45-60%、CaO约3050%、AL2O3＜20%，熔点 在1300-1500C之间，碱度 约等于1.0，粘度较低的一个 区域。连铸保护渣均以此成分 为基础加入适量的助溶剂对其 熔化温度和粘度进行调整。
0、引言
从大包浇注到铸坯矫直的连铸过 程是一个从液态变为固态的物理化学 过程，涉及热力学、动力学等方面， 关键控制点主要有： 1、中间包冶金技术，涉及到钢水的 纯净度控制、温度控制、流场控制等； 2、结晶器振动技术，涉及振动模式 的优化选择等； 3、结晶器冷却控制，涉及不同的冷 却强度； 4、结晶器保护渣技术控制，涉及到 铸坯的传热冷却与润滑、表面质量； 5、二次冷却技术控制，涉及到不同 钢种的凝固与动态轻压下控制制度等， 涉及铸坯的内部质量； 6、整个连铸过程的新技术应用等， 如末端轻压下、电磁搅拌、中间包加 热、热装热送、近终连铸等技术。
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保护渣组成、性能与原料选择之间的关系
4、保护渣成分对性能的影响
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4、保护渣成分对性能的影响
CaO， 网络外体氧化物，熔点2600C，提高保 护渣中CaO的含量，可明显的降低粘度并吸 收夹杂，但随碱度的增大，易产生析晶，且 产生析晶温度升高，结晶化倾向增大。使用 析晶温度升高，结晶化倾向增大的保护渣产 生的后果是结晶器摩擦力增大，易粘结漏钢。
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3、保护渣的化学成分及其作用
炭在保护渣中的作用机理： 第一阶段：粉渣受热，温度上升200C左右，水分开始蒸发， 保护渣基本不发生变化； 第二阶段：温度进一步上升，发生部分低熔点物质的化学反应， 500C-700C碳质材料开始燃烧，结晶水分解； 第三阶段：温度继续上升，融溶渣料与其它渣料部分接触，开 始发生烧结反应； 第四阶段：温度再上升达到保护渣的熔化温度时，碳质材料继 续烧损，融化的渣料呈液滴状态，液滴逐渐聚集，在钢液上面 形成保护层。由于碳质材料不溶于钢水，富余的碳质材料富集 在液渣层与烧结层之间，形成富炭层； 第五阶段：液渣渗入结晶器与坯壳之间的缝隙形成渣膜。未完 全燃烧的碳质材料由于某些原因渗入渣膜后在影响润滑的同时 会继续发生反应产生一氧化碳气体，易形成铸坯表层针状气泡。
CaO 10%
SiO2 10%
MgO 10%
SiO2 5%
CaO / SiO2 2
摩尔 碱度R 3.53
玻璃 体比 94%
10%
10%
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5.2、粘度
定义：表征液体渣流动性的好坏（微观上讲是表征各渣 层分子间的内摩擦力的大小）。 直观的表现粘度的方法： 酸、碱性保护渣由于离子结构不同，粘度随温度变化的 情况也不同，在酸性渣中含有大量的三维网状的硅氧复 合离子，也就造成指点的移动比较困难，熔渣在冷却到 液相温度以下时，硅氧离子扩散较慢，来不及在晶格上 排列，凝固时不能结晶出排列整齐的晶体，从而形成过 冷的玻璃态。同时由于其凝固温度范围较宽，非常适应 做保护渣。酸性渣由于能拉长丝，又称长渣。 碱性渣中没有大集团的硅氧复合离子，质点移动比较容 易，变化相同的粘度时温度区间较短。液渣不能拉成长 丝，又称短渣。
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保护渣的主要作用
1) 2) 3) 4) 防止钢液面受空气的再氧化。 对裸露的钢液绝热保温。 吸收和熔解非金属夹杂物。 在结晶器和坯壳间起润滑作用，使铸坯能顺 利拉出。 5) 控制传热的速度和均匀性，保证铸坯质量。
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结晶器内保护渣熔化模型
1—固态渣层; 2—烧结层; 3—半熔化层（富炭层）; 4—液态渣层; 5—钢液; 6—坯壳; 7—玻璃质(液态）渣膜; 8—晶体质渣膜; 9—渣圈
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3、保护渣的化学成分及其作用
2、助溶剂： CaF2、Na2O、Li2O、MgO、MnO等（俗称的苏打粉 Na2CO3、冰晶石Na5Al3F14、硼砂Na2B4O7以及含 氟材料NaF\CaF2），这些助溶剂均属于低熔点组分。主 要用来调整保护渣的熔点和粘度，量小但对保护渣的性能 有很大的影响（原因是：这些氧化物属于破网物，能破坏 硅酸盐的网络结构，在保护渣中起到降低熔化温度和粘度 的作用。结网物，SiO2、 AL2O3等），但是加入过多则 促进熔渣的结晶化倾向，同时易析出枪晶石，钙铝黄长石 等高熔点物质，对润滑不良。 常用助溶剂降低熔化温度的顺序如下： Li2O ＞NaF＞冰晶石Na5Al3F14＞苏打粉Na2CO3＞CaF2
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2、保护渣的分类
发热渣： 以硅酸盐和氟化物为主，配入金属粉（硅钙粉，铝 粉）和氧化剂，靠金属粉的氧化发出大量的热量，迅 速形成熔渣层，缺点：由于加入氧化剂，会使表面钢 液增氧，对去除夹杂物不利，配料不当会出现剧烈燃 烧，产生大量烟雾和火焰不利于观察液面，影响操作。 预融渣： 把基料、助溶剂按照一定的比例配合，在高温下预 先融化，形成均匀的物相，粉碎后配入碳质材料制成 颗粒，干燥，得到预融渣。优点：化学成分和相成分 均匀，再结晶期内能均匀融化，形成稳定的熔渣层， 形成渣膜均匀，获得良好的铸坯质量。缺点：工艺复 杂，价格昂贵。


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1、保护渣的发展过程
高效连铸的发展，保护渣技术成为高效连铸的一项关键技 术，在高拉速情况下遇到的粘结漏钢和铸坯表面质量两大难题 必须用保护渣来解决，因此要求保护渣：。 保护渣必须在高拉速或拉速变化较大时能保证足够的耗量来避 免粘结。 结晶器与坯壳之间形成的渣膜厚度适宜且分布均匀，以降低摩 擦力，促进传热，使坯壳均匀生长。 要有良好的溶解、吸收夹杂物的能力，并且在吸收夹杂物后， 能保持稳定的使用性能。 因此目前保护渣的发展趋势向着具有高碱度、低粘度、低 熔点、高融化速度，高玻璃化率的保护渣发展，来保证生产的 稳定和铸坯质量的提高。？这句话完全正确吗？学习到碱度时 讨论。
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5、保护渣的基本物理化学特性
碱度， 依据离子理论，碱性氧化物分解时生成金属正离子和氧负 离子，酸性氧化物则吸收氧离子生成复合离子。 通过得失电子的强弱排序如下： CaO 、MnO 、FeO、MgO、CaF2、Fe2O3、TiO2 、 AL2O3 、SiO2、P2O5 由于熔渣中的P2O5很少，因此酸性最强的是SiO2，碱性 最强的是CaO，因此碱度最简单的表示方法就是用CaO 与SiO2的浓度比值来表示。 R=CaO%/SiO2%（R＞2的为碱性渣，反之为酸性渣）， 碱度是反映保护渣吸收钢液中的夹杂物能力的重要指标， 同时也反映保护渣润滑性能的优坏。R升高，渣子吸收夹 杂能力增大，但是析晶温度变高（短渣），易析出钙铝黄 长石，粘度升高，不利于润滑。
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5、保护渣的基本物理化学特性
因此就要求保护渣必须具有高碱度、低粘度（是否矛 盾）、低熔点、高融化速度，高玻璃化率保护渣来保证 生产的稳定和铸坯质量的提高。？这句话完全正确吗？
NaO 10%
B2O
MnO
3
ZnO 10%
CaF2 10%
AL2O3 7.50%
TiO2 7.50%
保护渣的配碳材料主要有炭黑和石墨，要求碳质材料 中的硫化物和氧化铁的含量尽可能的低。配碳时可以 进行炭黑和石墨进行混合配碳，这样能充分发挥碳质 材料控制融化速度的作用。炭黑的分散度大，着火点 低，低温时炭黑发挥隔离基料例子的作用，石墨着火 点高，高温下作为骨架粒子比较适宜，高温时石墨发 挥作用，能够使融化速度在较宽的温度范围内缓慢变 化并保持稳定。
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1、保护渣的发展过程
保护渣技术诞生于20世纪60年代，早期的保护渣是用火力发电厂的烟 灰，水泥熟料和高炉渣等掺入溶剂制成。添加了炭黑，传统上的保护渣 都是黑色的。 70年代保护渣的研究与应用进入活跃期，研究学者根据不同钢种连铸 对保护渣的物理性质要求，明确的提出了控制保护渣融化速度的重要作 用，融化模型可以通过配入的碳的数量与粒度进行控制。为减少板坯的 表面纵裂和夹渣，保护渣的粘度和融化速度应保持一个恰当的比值。铸 坯振动痕迹的形状及保护渣性能对振痕的影响也得到研究。 70年代后期，学者系统的论述了保护渣对钢弯月面的保护作用，明确 的提出了高碱度，低粘度以及高含CaF2、Na2O的保护渣有利于吸收 非金属夹渣物。 80年代以来铸坯的热送以及热连轧的发展，高拉速、高铸坯质量保证 的保护渣研究进入高速发展阶段。对有关坯壳和结晶器间渣膜的形成与 流动、渣膜的厚度及均匀性、结晶器与坯壳之间的传热，以及渣膜的最 佳状态与连铸工艺之间的相互关系进行了广泛的研究，提出了在正常条 件下保护渣的粘度和拉速、粘度与振频之间的定量关系。 近年来又开发了不含碳的白色保护渣，彩色保护渣，同时采用无尘技术， 降低了对环境的污染。