5 保护浇注——《钢浇注》
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5.1.1.1 长水口（又称保护套管）
在钢包上安装长水口，并在中间包液面加双层渣覆盖剂。
◆ 使液面与空气完全隔绝，又能保温，还可防 止空气的吸入。
◆ 长水口上口与钢包滑动水口相连，连接处可 用氩气密封；长水口下部插入中间包液面下 100mm左右。这样钢包到中间包注流处于密 封状态，并改善了中间包内钢液流动状态， 大大减轻卷渣现象。
◆ 液渣黏度过大或过小都会造成坯壳表面渣膜的厚薄不均 匀，致使润滑、传热不良，由此导致铸坯的裂纹。
◆ 保护渣的黏度取决于化学成分及液渣的温度。一般通过改 变碱度ω (CaO)/(SiO2)来调节黏度。
5.2.3.3 结晶特性
◆ 结晶特性代表保护渣液渣在冷凝过程中析出晶体的能力， 通常用结晶温度和结晶率表示。结晶温度即是保护渣液渣 冷却过程中开始析出晶体的温度。
◆ 降低熔渣表面张力，可以增大钢渣的界面张力，有利于钢 渣的分离，也有利于夹杂物从钢液中上浮排除。
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5.2.3.5 吸收溶解夹杂物的能力
◆ 保护渣应具有良好的吸收夹杂物的能力，特别是在浇注铝 镇静钢种时，溶解吸收Al2O3的能力更为重要。保护渣一般 为酸性渣或偏中性渣，这种渣系在钢渣界面处有吸收Al2O3 MgO、MnO、FeO等夹杂物的能力。
5.1.1.2 长水口-钢包水口接缝密封与 注流气体保护
长水口与钢包滑动水口下水口的接缝如密封不严，同 样会吸入空气而污染钢液。由于长水口内孔的孔径比滑动 水口内径大，钢流不能充满水口内孔通道，就好像一个抽 气泵，空气从缝隙中被不断地吸入。生产中应用密封材料 和通惰性气体氩气或中性气体(氮气)对注流密封保护，将 注流与空气隔绝，避免了二次氧化。但必须注意保护气氛 中ϕ(O2)＜ 0.2%，才能有效保护注流。
5.2.5 保护渣对铸坯质量的影响
◆ 液渣层不断被消耗，烧结层下降并受热熔化形成液渣，与 烧结层相邻的原渣又形成烧结层。因此生产中要连续、均 匀地补充添加新的保护渣，以保持原渣层的厚度在 10～15mm，这样才能维持液渣层的正常厚度。
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◆ 浸入式水口加保护渣的保护浇注是保证连铸坯质量的有效 措施。浸入式水口可以保证注流圆整不散开，使注流与空 气完全隔绝，还起保温和防止吸收空气的作用。
◆ 浸入式水口出口位置及倾角对钢液注流在结晶器内形成的 冲击深度和流动状态有直接关系。单孔直通式水口一般适 用于较小断面的方坯和矩形坯；大方坯和板坯的浇注普遍 采用双侧孔的浸入式水口。
学
间包到结晶器注流保护；连铸保护渣的功能、结构、理 化性能；高拉速连铸对保护渣的要求；钢水覆盖剂的作
基 用和理化性能。
本 难点：
保护渣的配制、选择。
要 基本要求：
求
了解高拉速连铸用保护渣；理解钢包→中间包→结
晶器注流保护方式；掌握无氧化保护浇注概念及实施措
施、保护渣的功能、保护渣的熔化温度、熔化速度。
5.2.3.6 保护渣水分
◆ 保护渣的水分包括吸附水和结晶水两种。有吸附水分的保 护渣很容易结团，质量变坏，也给连铸操作带来麻烦，因 此要求保护渣的水分要小于0.5%；配制保护渣的原料需要 烘烤，温度不低于 110℃，以去除吸附水；对用于浇注质 量要求高的钢种时，保护渣的原料烘烤温度应达 200～600℃以脱除结晶水。
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5.2.4 保护渣的配制
◆ 基础渣料。基础渣料选择的原则：原料的化学成分尽量稳 定并接近保护渣的成分；材料的种类不易过多；便于调整 渣的性能；原料来源广泛，价格便宜。常用原料有：水泥 熟料，高炉水渣，石灰石等。
◆ 熔化均匀性。保护渣加入后，能够铺展到整个结晶器液面 上，形成的液渣沿四周均匀地流入结晶器与坯壳之间。
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5.2.3.2 黏度
◆ 黏度是反映保护渣形成液渣后流动性好坏的重要参数。黏 度的单位是用Pa﹒s(帕﹒秒)表示。
5 保护浇注
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内
◆ 无氧化保护浇注
容
提
◆ 保护渣
要
◆ 钢水覆盖剂
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重点：
教
无氧化保护浇注概念；钢包到中间包注流保护；中
◆ 隔绝空气，防止钢液的二次氧化。保护渣中碳粉的氧化产 物和碳酸盐受热分解溢出的气体，可驱赶弯月面处空气。
◆ 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，可吸附和溶解从钢液中上浮的夹杂物。
◆ 在铸坯凝固壳与结晶器内壁间形成润滑渣膜。结晶器振动 使弯月面处的液渣填充于气隙之中，形成渣膜。
◆ 烧结层。在液渣层上面的保护渣温度可达1000℃，保护渣 虽然不能熔化，但部分熔点低的组分熔化，呈软化半熔融 状态烧结在一起，形成一层烧结层。倘若液渣层厚度低于 一定数值，烧结层又过分发达，沿结晶器内壁周边就会形 成渣圈，弯月面液渣下流的通道就被堵塞，液渣难以进入 结晶器壁与坯壳间的气隙中，影响铸坯的润滑和传热。
◆ 当铸坯尺寸一定时，调节水口插入深度、侧孔倾角来降低 注流的冲击深度，促进夹杂物上浮，提高钢液纯净度。
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浸 入 式 水 口
a—单孔直筒型水口；b—侧孔向上倾斜状水口； c—侧孔向下倾斜呈倒Y形水口；d—侧孔呈水平状水口
◆ 改善了结晶器与坯壳间的传热。据实测，气隙中充满空气 时热导率仅为0.09W/(m﹒K)，而充满渣膜为1.2W/(m﹒K)。
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5.2.2 保护渣的结构
◆ 液渣层。固体粉状或粒状保护渣加入结晶器后与约1530℃ 的钢液面接触，由于保护渣的熔点仅1050～1100℃，因而 靠钢液提供的热量使部分保护渣熔化，形成液渣覆盖层。 此层厚度约为10～15mm，既可保护钢液不被氧化，又减 缓了沿保护渣厚度方向的传热。
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长 水 口 与 钢 包 滑 动 水 口 的 连 接
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5.1.2 中间包到结晶器注流保护 5.1.2.1 浸入式水口
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结
晶
器
钢
水
流
动
特
征
直筒水口
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双侧孔水口
结晶器钢水流动特征
浸入式水口侧孔倾角对流场的影响
浸入式水口与中间包水口接缝，与 钢包长水口一样必须密封。用铝碳质、 镁碳质Biblioteka Baidu锆碳质等材料制作的密封环密 封，并吹氩气加摸耐火泥，注流保护效 果较好。
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5.2 保护渣
5.2.1 保护渣的类型和功能 5.2.1.1 连铸保护渣的类型
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5.1 无氧化保护浇注
◆ 连铸时精炼后成分、温度都合格的洁净钢液，在从钢包 到中间包，再注入结晶器的过程中，与空气、耐火材料 熔渣接触，仍发生着物理化学作用，钢液会被二次氧化 重新污染，使精炼效果前功尽弃。钢包→中间包→结晶 器采用全程保护浇注是避免钢水二次氧化的有效措施。
◆ 全程保护浇注即浇注时钢包和中间包加盖；钢包和中间 包使用钢水覆盖剂，结晶器使用保护渣；钢包使用长水 口保护套管、中间包使用浸入式水口及对注流气体保护 浇注，也称无氧化保护浇注。
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无 氧 化 保 护 浇 注
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5.2.3.4 界面特性
◆ 敞开浇注或保护浇注时，钢液与空气、钢液与液渣都存在 着界面张力差别。对结晶器弯月面曲率半径的大小、钢渣 分离、夹杂物的吸收、渣膜的厚薄都有不同程度的影响。
◆ 保护渣中CaF2、SiO2、Na2O、K2O、FeO等组元为表面活 性物质，可降低熔渣的表面张力；而随着CaO、Al2O3、 MgO含量的增加，熔渣的表面张力增大。
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带吹氩气装置的长水口结构
1— 钢压环； 2— 纤维环； 3— 透气环； 4— 铁套； 5— 本体
(a) 带沟槽吹氩气长水口
(b) 带弥散透气环吹氩气长水口
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◆ 原渣层。在烧结层上面是固态粉状或粒状原渣层。沿保护 渣厚度方向存在着较大的温度梯度，原渣层的温度大约在 400～500℃。这些保护渣细小松散，与烧结层共同起到了 隔热保温作用。
◆ 保护渣在结晶器铜壁与坯壳间形成渣膜，其结构分为两 层：液态渣膜与固态渣膜，与铸坯接触的是液态渣膜，与 结晶器壁接触的是固态渣膜。
结晶器目前用的固体保护渣有两种 类型，发热型保护渣和绝热型保护渣。 当前普遍应用绝热型保护渣。发热型保 护渣作为开浇渣使用。
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5.2.1.2 连铸保护渣的功能
◆ 绝热保温。向结晶器液面加固体保护渣覆盖其表面，钢液 通过保护渣的散热量，比裸露状态要低 90%左右。
5.2.3 保护渣的理化性能 5.2.3.1 熔化特性
◆ 熔化温度。保护渣是多组元混合物，无固定熔点，熔化过 程有一定的温度范围，通常将熔渣具有一定流动特性时的 温度称为熔点。保护渣的熔化温度应低于坯壳温度，一般 在1050～1150℃。
◆ 熔化速度。一般是用一定重量的保护渣试棒，在一定温度 下，完全熔化所需时间来表示熔化速度。熔化速度主要靠 保护渣中配入的碳成分来调节。
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结晶器钢水流动特征
浸入式水口插入深度对流场的影响
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5.1.2.2 中间包水口-浸入式水口接 缝密封与注流气体保护
◆ 助熔剂。为调节熔渣的熔化温度及黏度。常用助熔剂有苏 打、萤石、冰晶石、硼砂、固体水玻璃等。
◆ 熔速调节剂。主要是石墨和炭黑两种。用以调节保护渣熔 化速度，改善保护渣的隔热保温作用及其铺展性。
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1— 钢包； 2— 滑动水口； 3— 长水口； 4—氩气； 5— 中间包； 6— 浸入式水口； 7—结晶器； 8— 保护渣
5.1.1 钢包到中间包注流保护
a — 敞开浇注
b — 长水口浇注
中间包注流运动模式
5.1.1.1 长水口（又称保护套管）
在钢包上安装长水口，并在中间包液面加双层渣覆盖剂。
◆ 使液面与空气完全隔绝，又能保温，还可防 止空气的吸入。
◆ 长水口上口与钢包滑动水口相连，连接处可 用氩气密封；长水口下部插入中间包液面下 100mm左右。这样钢包到中间包注流处于密 封状态，并改善了中间包内钢液流动状态， 大大减轻卷渣现象。
◆ 液渣黏度过大或过小都会造成坯壳表面渣膜的厚薄不均 匀，致使润滑、传热不良，由此导致铸坯的裂纹。
◆ 保护渣的黏度取决于化学成分及液渣的温度。一般通过改 变碱度ω (CaO)/(SiO2)来调节黏度。
5.2.3.3 结晶特性
◆ 结晶特性代表保护渣液渣在冷凝过程中析出晶体的能力， 通常用结晶温度和结晶率表示。结晶温度即是保护渣液渣 冷却过程中开始析出晶体的温度。
◆ 降低熔渣表面张力，可以增大钢渣的界面张力，有利于钢 渣的分离，也有利于夹杂物从钢液中上浮排除。
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5.2.3.5 吸收溶解夹杂物的能力
◆ 保护渣应具有良好的吸收夹杂物的能力，特别是在浇注铝 镇静钢种时，溶解吸收Al2O3的能力更为重要。保护渣一般 为酸性渣或偏中性渣，这种渣系在钢渣界面处有吸收Al2O3 MgO、MnO、FeO等夹杂物的能力。
5.1.1.2 长水口-钢包水口接缝密封与 注流气体保护
长水口与钢包滑动水口下水口的接缝如密封不严，同 样会吸入空气而污染钢液。由于长水口内孔的孔径比滑动 水口内径大，钢流不能充满水口内孔通道，就好像一个抽 气泵，空气从缝隙中被不断地吸入。生产中应用密封材料 和通惰性气体氩气或中性气体(氮气)对注流密封保护，将 注流与空气隔绝，避免了二次氧化。但必须注意保护气氛 中ϕ(O2)＜ 0.2%，才能有效保护注流。
5.2.5 保护渣对铸坯质量的影响
◆ 液渣层不断被消耗，烧结层下降并受热熔化形成液渣，与 烧结层相邻的原渣又形成烧结层。因此生产中要连续、均 匀地补充添加新的保护渣，以保持原渣层的厚度在 10～15mm，这样才能维持液渣层的正常厚度。
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◆ 浸入式水口加保护渣的保护浇注是保证连铸坯质量的有效 措施。浸入式水口可以保证注流圆整不散开，使注流与空 气完全隔绝，还起保温和防止吸收空气的作用。
◆ 浸入式水口出口位置及倾角对钢液注流在结晶器内形成的 冲击深度和流动状态有直接关系。单孔直通式水口一般适 用于较小断面的方坯和矩形坯；大方坯和板坯的浇注普遍 采用双侧孔的浸入式水口。
学
间包到结晶器注流保护；连铸保护渣的功能、结构、理 化性能；高拉速连铸对保护渣的要求；钢水覆盖剂的作
基 用和理化性能。
本 难点：
保护渣的配制、选择。
要 基本要求：
求
了解高拉速连铸用保护渣；理解钢包→中间包→结
晶器注流保护方式；掌握无氧化保护浇注概念及实施措
施、保护渣的功能、保护渣的熔化温度、熔化速度。
5.2.3.6 保护渣水分
◆ 保护渣的水分包括吸附水和结晶水两种。有吸附水分的保 护渣很容易结团，质量变坏，也给连铸操作带来麻烦，因 此要求保护渣的水分要小于0.5%；配制保护渣的原料需要 烘烤，温度不低于 110℃，以去除吸附水；对用于浇注质 量要求高的钢种时，保护渣的原料烘烤温度应达 200～600℃以脱除结晶水。
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5.2.4 保护渣的配制
◆ 基础渣料。基础渣料选择的原则：原料的化学成分尽量稳 定并接近保护渣的成分；材料的种类不易过多；便于调整 渣的性能；原料来源广泛，价格便宜。常用原料有：水泥 熟料，高炉水渣，石灰石等。
◆ 熔化均匀性。保护渣加入后，能够铺展到整个结晶器液面 上，形成的液渣沿四周均匀地流入结晶器与坯壳之间。
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5.2.3.2 黏度
◆ 黏度是反映保护渣形成液渣后流动性好坏的重要参数。黏 度的单位是用Pa﹒s(帕﹒秒)表示。
5 保护浇注
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内
◆ 无氧化保护浇注
容
提
◆ 保护渣
要
◆ 钢水覆盖剂
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重点：
教
无氧化保护浇注概念；钢包到中间包注流保护；中
◆ 隔绝空气，防止钢液的二次氧化。保护渣中碳粉的氧化产 物和碳酸盐受热分解溢出的气体，可驱赶弯月面处空气。
◆ 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，可吸附和溶解从钢液中上浮的夹杂物。
◆ 在铸坯凝固壳与结晶器内壁间形成润滑渣膜。结晶器振动 使弯月面处的液渣填充于气隙之中，形成渣膜。
◆ 烧结层。在液渣层上面的保护渣温度可达1000℃，保护渣 虽然不能熔化，但部分熔点低的组分熔化，呈软化半熔融 状态烧结在一起，形成一层烧结层。倘若液渣层厚度低于 一定数值，烧结层又过分发达，沿结晶器内壁周边就会形 成渣圈，弯月面液渣下流的通道就被堵塞，液渣难以进入 结晶器壁与坯壳间的气隙中，影响铸坯的润滑和传热。
◆ 当铸坯尺寸一定时，调节水口插入深度、侧孔倾角来降低 注流的冲击深度，促进夹杂物上浮，提高钢液纯净度。
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浸 入 式 水 口
a—单孔直筒型水口；b—侧孔向上倾斜状水口； c—侧孔向下倾斜呈倒Y形水口；d—侧孔呈水平状水口
◆ 改善了结晶器与坯壳间的传热。据实测，气隙中充满空气 时热导率仅为0.09W/(m﹒K)，而充满渣膜为1.2W/(m﹒K)。
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5.2.2 保护渣的结构
◆ 液渣层。固体粉状或粒状保护渣加入结晶器后与约1530℃ 的钢液面接触，由于保护渣的熔点仅1050～1100℃，因而 靠钢液提供的热量使部分保护渣熔化，形成液渣覆盖层。 此层厚度约为10～15mm，既可保护钢液不被氧化，又减 缓了沿保护渣厚度方向的传热。
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长 水 口 与 钢 包 滑 动 水 口 的 连 接
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5.1.2 中间包到结晶器注流保护 5.1.2.1 浸入式水口
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结
晶
器
钢
水
流
动
特
征
直筒水口
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双侧孔水口
结晶器钢水流动特征
浸入式水口侧孔倾角对流场的影响
浸入式水口与中间包水口接缝，与 钢包长水口一样必须密封。用铝碳质、 镁碳质Biblioteka Baidu锆碳质等材料制作的密封环密 封，并吹氩气加摸耐火泥，注流保护效 果较好。
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5.2.1 保护渣的类型和功能 5.2.1.1 连铸保护渣的类型
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5.1 无氧化保护浇注
◆ 连铸时精炼后成分、温度都合格的洁净钢液，在从钢包 到中间包，再注入结晶器的过程中，与空气、耐火材料 熔渣接触，仍发生着物理化学作用，钢液会被二次氧化 重新污染，使精炼效果前功尽弃。钢包→中间包→结晶 器采用全程保护浇注是避免钢水二次氧化的有效措施。
◆ 全程保护浇注即浇注时钢包和中间包加盖；钢包和中间 包使用钢水覆盖剂，结晶器使用保护渣；钢包使用长水 口保护套管、中间包使用浸入式水口及对注流气体保护 浇注，也称无氧化保护浇注。
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无 氧 化 保 护 浇 注
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5.2.3.4 界面特性
◆ 敞开浇注或保护浇注时，钢液与空气、钢液与液渣都存在 着界面张力差别。对结晶器弯月面曲率半径的大小、钢渣 分离、夹杂物的吸收、渣膜的厚薄都有不同程度的影响。
◆ 保护渣中CaF2、SiO2、Na2O、K2O、FeO等组元为表面活 性物质，可降低熔渣的表面张力；而随着CaO、Al2O3、 MgO含量的增加，熔渣的表面张力增大。
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带吹氩气装置的长水口结构
1— 钢压环； 2— 纤维环； 3— 透气环； 4— 铁套； 5— 本体
(a) 带沟槽吹氩气长水口
(b) 带弥散透气环吹氩气长水口
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◆ 原渣层。在烧结层上面是固态粉状或粒状原渣层。沿保护 渣厚度方向存在着较大的温度梯度，原渣层的温度大约在 400～500℃。这些保护渣细小松散，与烧结层共同起到了 隔热保温作用。
◆ 保护渣在结晶器铜壁与坯壳间形成渣膜，其结构分为两 层：液态渣膜与固态渣膜，与铸坯接触的是液态渣膜，与 结晶器壁接触的是固态渣膜。
结晶器目前用的固体保护渣有两种 类型，发热型保护渣和绝热型保护渣。 当前普遍应用绝热型保护渣。发热型保 护渣作为开浇渣使用。
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5.2.1.2 连铸保护渣的功能
◆ 绝热保温。向结晶器液面加固体保护渣覆盖其表面，钢液 通过保护渣的散热量，比裸露状态要低 90%左右。
5.2.3 保护渣的理化性能 5.2.3.1 熔化特性
◆ 熔化温度。保护渣是多组元混合物，无固定熔点，熔化过 程有一定的温度范围，通常将熔渣具有一定流动特性时的 温度称为熔点。保护渣的熔化温度应低于坯壳温度，一般 在1050～1150℃。
◆ 熔化速度。一般是用一定重量的保护渣试棒，在一定温度 下，完全熔化所需时间来表示熔化速度。熔化速度主要靠 保护渣中配入的碳成分来调节。
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结晶器钢水流动特征
浸入式水口插入深度对流场的影响
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5.1.2.2 中间包水口-浸入式水口接 缝密封与注流气体保护
◆ 助熔剂。为调节熔渣的熔化温度及黏度。常用助熔剂有苏 打、萤石、冰晶石、硼砂、固体水玻璃等。
◆ 熔速调节剂。主要是石墨和炭黑两种。用以调节保护渣熔 化速度，改善保护渣的隔热保温作用及其铺展性。
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1— 钢包； 2— 滑动水口； 3— 长水口； 4—氩气； 5— 中间包； 6— 浸入式水口； 7—结晶器； 8— 保护渣
5.1.1 钢包到中间包注流保护
a — 敞开浇注
b — 长水口浇注
中间包注流运动模式