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。连铸结晶器保护渣已经成为连铸工艺过程必须的关键性材料，对铸坯质量及连铸工艺顺行发挥着不可替代的作用。

1 连铸保护渣的组成

现用的保护渣一般由三部分组成：基料、助熔剂和熔速调节剂。基料一般

为CaO-SiO2-A12O3系的物质为基础，通过CaO、SiO2、A12O3加入量的合适搭配来确定其主要的性能。同时加入适量的Na2O，CaF2，K2O，MgO，BaO，Li2O，B2O3，MnO等化合物作助熔剂，根据加入的物质的特性的差别来调节熔点和粘度，并且稳定保护渣的组成。接着根据各钢种及操作工艺加入不同量、不同种类的碳素材料作为熔速调节剂，保证保护渣的铺展性和性能的稳定性。

2 连铸保护渣的作用

加入结晶器钢液面的保护渣，在钢水释放的热量作用下，逐渐升温并发生烧结、熔化，在结晶器钢液面上形成双层、三层或多层的渣层结构。流入铸坯与结晶器壁间隙的保护渣，在结晶器壁的冷却下，靠结晶器壁侧凝固形成玻璃体和结晶体组成的固态渣膜，靠坯壳一侧维持液渣的状态。随着结晶器振动和拉坯的进行，液渣和部分固渣膜被带出结晶器下口，在二冷水作用下与铸坯分离，由此完成保护渣的消耗过程。保护渣从加入到离开结晶器这一过程中所发挥的作用可归结为：

（1）防止钢液特别是钢液弯月面的二次氧化。保护渣加入到结晶器内的钢液面上，熔化后形成一定厚度的液渣层，并均匀覆盖钢液面，该液渣层起到了隔绝钢液与空气接触的作用，进而可防止钢液的二次氧化。

（2）对裸露的钢液绝热保温。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影响。因为钢液中的上浮夹杂物有可能被凝固的铁的结晶器捕集，形成一个有金属和氧化物组成的硬壳结构，被卷入坯后可能造成严重的缺陷。渣的保温作用可以通过覆盖在钢液面上具有温度低，体积密度小的粉渣层来实现。

（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。研究表明，低粘度、高碱度、低Al2O3和高CaF2及Na2O含量的渣对吸收夹杂有利。

（4）控制传热的速度和均匀性。由于结晶器和铸坯之间形成的渣膜，坯壳向水冷结晶器铜壁和敞开浇注比较有很大的变化，传热的均匀性得到了改善。

（5）在结晶器和坯壳之间起到润滑作用，使铸坯顺利拉出。熔融的保护渣随铸坯的拉出而进入铸坯与结晶器的间隙，形成0.1～1.5mm厚的渣膜。在结晶器的一侧，由于温度较低而呈固态，在坯壳的一侧，由于温度高于渣的结晶温度而呈液态，因此能够减小铸坯和结晶器间的摩擦

3 连铸保护渣进入结晶器的行为

连铸保护进入结晶器中会发生如图1所示的行为。由图可知保护渣进入结晶器会出现如下关键现象：(1)保护渣融化；(2)形成渣熔池；(3)熔渣流入结晶器和铸坯之间；( 4)形成固态渣和液态渣膜。

图1保护渣在结晶器内行为示意图

当保护渣加入到结晶器内钢液上，就覆盖在钢液面上，分为粉渣层、烧结层及熔渣层（如图2），当结晶器有规律地上下振动时，熔渣渗入到结晶器壁与坯壳之间的缝隙中，形成一层极薄的渣膜，这层渣膜贴在结晶器的一面为固态渣膜—玻璃态，而贴在铸坯的一面为液态渣膜—流动的液体（如图2），两层之间的温度及状态是逐渐过渡的，对润滑和传热方面起着重要作用，液态渣膜能够润滑凝固坯壳与结晶器之间的界面，防止二者发生粘结，结晶器与铸坯间摩擦力的大小是保护渣润滑效果的直观体现，摩擦力减小，有利于铸坯润滑，改善铸坯的表

面质量，保证连铸工艺顺行，避免粘结漏钢发生，具有良好润滑作用的保护渣，应能使坯壳与结晶器间的摩擦力降至最小；由于结晶器冷却水作用形成的固态渣膜层对于控制传热具有重要作用，从高温钢水到结晶器冷却水的传热机理是非常复杂的，该传热过程包括以下几个环节（如图3）：（1）凝固坯壳的传热；（2）保护渣渣膜的传热；（3）固态渣膜与铜结晶器壁间界面传热；（4）结晶器的传热。因为凝固坯壳和结晶器壁的导热系数比较大，液渣层传热能力较强，所以量从高温钢水传输到结晶器冷却水的限制性环节是固态渣膜与铜结晶器壁之间的界面传热。根据Shibata.H 的研究结果，由于固相接触，存在于结晶器与固态渣膜之间的界面热阻的大小与表面粗糙度有关，又因为结晶器壁是光滑的，所以影响结晶器与固态渣膜之间界面热阻大小的关键因素是固态渣膜表面粗糙度。液渣层越厚，润滑越好，而液渣层厚度增加将导致固渣层减薄，不利于传热，这就要求固态渣膜有良好的传热性能。

图2结保护渣分布示意图