第五章 覆盖剂
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Northeastern University
第五章 覆盖剂
主讲人：龚
伟
钢 铁 冶 金 研 究 所
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
炼钢生产中的覆盖剂
一、铸钢冒口覆盖剂
二、连铸中间包覆盖剂
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
一、冒口覆盖剂
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
定义
铸造生产中为延长冒口内金属液的凝固时间覆盖在 冒口金属液表面的覆盖材料叫覆盖剂。覆盖剂有两 种：保温覆盖剂和发热覆盖剂。
层状结构和传热保温等，都与碳质材料有关。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
中包覆盖剂中碳质材料作用
控制覆盖剂的熔化速度； 隔热保温作用； 影响覆盖剂的铺展性能； 减缓覆盖剂烧结、结壳。 如果覆盖剂不含碳，最直接的问题就是覆盖剂 粉末将快速熔化，保温层急剧减少，保温效果
恶化。所以必须有提高其保温性的方法。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
保温材料
酸化石墨：酸化石墨呈六角网状片，同时，随着受潮而氧化分 解，尤其遇到高温时反应更为剧烈，体积迅速分层膨胀2～2.5 倍，使覆盖剂具有良好的铺展性。而且受热时密度变的很小， 导热性能差，浮在钢液上面能很好地形成一个绝热层，从而达 到减少冒口顶部热损失的目的。 粉煤灰：进一步增强覆盖剂的铺展性，接触钢液后,能迅速均匀 地浮在上面，并在数秒种之内很快形成三个热反应层(液渣层、 置换层、保温层)，液渣层的形成起两个作用：一是能使保温层 以比较纯净的低导热物质存在；二是防止覆盖剂中含的碳渗入 铸钢件中。因此，粉煤灰在覆盖剂中具有形成渣液、发热、保 温三种功能。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
中间包覆盖剂作用
吸收钢液面上的非金属夹杂物。覆盖剂在钢水 表面形成一定厚度的熔渣层，可以吸附上浮到 钢水表面的非金属夹杂物、耐火材料颗粒等浮 游物，起到净化钢水的作用。而且中间包越大， 钢水在其中停留的时间越长，覆盖剂吸收夹杂 的作用越明显。
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的2倍；其次是容易结壳。
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无碳中包覆盖剂
硅钢、汽车板钢是高附加值的超低碳、高洁净度的钢， 其C的质量分数在(2.0~4.0)×10-5之间，因此，对中包覆 盖剂又提出一个要求：不能对钢水增碳。
一般地，中包覆盖剂由基料和炭质材料组成。它在使用
过程中显示出的性质和状态，如熔化速度、熔化均匀性、
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
中间包覆盖剂作用
绝热保温、防止钢液面结壳。覆盖剂有显著的绝热保
温作用。覆盖剂覆盖在钢水表面，防止钢水裸露在空气 中，使钢水温度迅速下降，造成钢水温度过低，液面结 壳、水口冻结。未熔化的粉渣比熔渣起到更大的保温作 用。 隔绝空气、防止钢水二次氧化。覆盖剂加入后，形成透 气性差的液渣层，将钢水与空气隔绝开，防止了钢水的 二次氧化，减少了钢水的夹杂物。
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碱性中间包覆盖剂
随着市场的发展,对钢质的要求越来越高,普通的酸性覆 盖剂已不能满足生产高附加值钢材的需要。 酸性覆盖剂的最大优点是保温效果好,最大缺点是不能 净化钢水,甚至还可能污染钢水。对于铝镇静钢： 使用酸性覆盖剂会发生如下反应: 3(SiO2)+4[Al]=2(Al2O3)+3[Si] 使用碱性覆盖剂会发生下列反应: Al2O3+CaO= CaO· Al2O3
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成分范围
MgO
7~10
SiO2
20~24
Fe2O3
3~5
Al2O3
20~30
CaO
5~12
C
11~18
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
中间包覆盖剂
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中间包覆盖剂
随着时代的进步，人们对钢的性能要求越来越 高、越来越细。相应的，对炼钢辅助材料的要 求也日趋多样化、精细化。原本粗放型中间包 覆盖剂也已经受到重视，新的覆盖剂不断从实 验室走向连铸生产。
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保温材料
鳞片石墨：呈黑灰色鳞片状，是碳的同质变体，其最大特点是 熔点高(3700±100)℃，它浮在液渣层上面，使之很少浸入铸 钢件中。 膨胀珍珠岩：是一种具有微孔结构的硅系颗粒材料。当其投入 到高温环境中时，其中的玻璃质岩石中的水分变成高压蒸汽向 外扩散，岩石迅速软化至粘稠状态，形成了既允许水汽胀大， 又不允许大量逸出,能够充分膨胀的玻璃态。其作用主要是为了 减轻容重，形成均匀分布的微气孔，降低了辐射热损和对流热 损，以利于保温；同时,由于其耐火度低，在高温下呈玻璃相存 在，会导致保温冒口套轻度烧结，有利于保温冒口套呈块状脱 落。
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普通中间包覆盖剂特点
炭化稻壳由于密度过低，使用时粉尘严重，现 在使用较少。现在常用的是由酸性材料如石英、 电厂灰，加入碳质材料配制而成。普通中包覆 盖剂主要用于对钢中夹杂物要求不高的普通钢 种。
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几种碱性中包覆盖剂的理化性能
碱性覆盖剂的最大缺点是保温性差，其导热系数为酸性
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发热材料
覆盖剂中的发热材料主要有铝粉和氧化铁粉等，在冒口中钢液 的高温作用下，发热材料发生反应而放出大量的热量，使覆盖 剂温度迅速升高，从而降低冒口表面钢液的热量损失，延缓冒 口中钢液温度下降的时间。
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触发剂
从反应热力学的角度来看，尽管覆盖剂中的发热材料在钢液的 温度下能够发生铝热反应，但相对而言，覆盖剂中发热材料的 含量要比保温材料的含量低的多。因此，从动力学方面考虑， 覆盖剂中的发热材料的放热很难进行。为此，在覆盖剂中还添 加了一种含氟的触发剂，以加快覆盖剂中放热反应的引燃时间， 并保证反应顺利、完全进行。
普通中间包覆盖剂
此类中包覆盖剂为酸性，主要成分为SiO2、 Al2O3、CaO、MgO和C； 其中w（SiO2） > 40%，w（C）=15 %~40 %， w（CaO）金研究所&特殊钢冶金学术方向
普通中间包覆盖剂特点
以炭化稻壳为代表，此类中包覆盖剂保温效果 特别好，因为其碱度低，熔渣导热系数小；碳 含量高，使用时熔化速度低，粉渣保持时间长； 体积密度极低，粉渣导热系数小。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
覆盖剂可以通过增加碳含量来提高保温性； 无碳覆盖剂提高保温性的方法是使用轻质原料、 喷雾造粒、加引气剂，降低体积密度；使用碳酸 盐，降低熔化成渣速度。
无碳覆盖剂，特别是高碱度无碳覆盖剂的研究还
刚刚起步，还有大量的基础工作要做。
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特点
保温覆盖剂为低导热材料构成，如膨胀珍珠岩、膨胀石墨等。 发热覆盖剂除低导热材料外，加入一定比例的发热材料，在金 属液的热作用下，氧化剂提供氧使还原剂氧化发热，延长冒口 内金属液的凝固时间。 在不同保温覆盖剂的情况下，口收缩成“碟形平底或半球形底， 即，冒口缩口形状呈近似U形。 明显延长冒口顶部结壳时间，使冒口中钢水长时间处在大气压 力作用之下，大大提高了冒口的补缩效率，有利于铸件中的气 体和夹杂物上浮，达到了净化钢水的目的，而获得健全的钢件， 降低了废品率。
第五章 覆盖剂
主讲人：龚
伟
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炼钢生产中的覆盖剂
一、铸钢冒口覆盖剂
二、连铸中间包覆盖剂
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
一、冒口覆盖剂
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
定义
铸造生产中为延长冒口内金属液的凝固时间覆盖在 冒口金属液表面的覆盖材料叫覆盖剂。覆盖剂有两 种：保温覆盖剂和发热覆盖剂。
层状结构和传热保温等，都与碳质材料有关。
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中包覆盖剂中碳质材料作用
控制覆盖剂的熔化速度； 隔热保温作用； 影响覆盖剂的铺展性能； 减缓覆盖剂烧结、结壳。 如果覆盖剂不含碳，最直接的问题就是覆盖剂 粉末将快速熔化，保温层急剧减少，保温效果
恶化。所以必须有提高其保温性的方法。
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保温材料
酸化石墨：酸化石墨呈六角网状片，同时，随着受潮而氧化分 解，尤其遇到高温时反应更为剧烈，体积迅速分层膨胀2～2.5 倍，使覆盖剂具有良好的铺展性。而且受热时密度变的很小， 导热性能差，浮在钢液上面能很好地形成一个绝热层，从而达 到减少冒口顶部热损失的目的。 粉煤灰：进一步增强覆盖剂的铺展性，接触钢液后,能迅速均匀 地浮在上面，并在数秒种之内很快形成三个热反应层(液渣层、 置换层、保温层)，液渣层的形成起两个作用：一是能使保温层 以比较纯净的低导热物质存在；二是防止覆盖剂中含的碳渗入 铸钢件中。因此，粉煤灰在覆盖剂中具有形成渣液、发热、保 温三种功能。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
中间包覆盖剂作用
吸收钢液面上的非金属夹杂物。覆盖剂在钢水 表面形成一定厚度的熔渣层，可以吸附上浮到 钢水表面的非金属夹杂物、耐火材料颗粒等浮 游物，起到净化钢水的作用。而且中间包越大， 钢水在其中停留的时间越长，覆盖剂吸收夹杂 的作用越明显。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
的2倍；其次是容易结壳。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
无碳中包覆盖剂
硅钢、汽车板钢是高附加值的超低碳、高洁净度的钢， 其C的质量分数在(2.0~4.0)×10-5之间，因此，对中包覆 盖剂又提出一个要求：不能对钢水增碳。
一般地，中包覆盖剂由基料和炭质材料组成。它在使用
过程中显示出的性质和状态，如熔化速度、熔化均匀性、
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
中间包覆盖剂作用
绝热保温、防止钢液面结壳。覆盖剂有显著的绝热保
温作用。覆盖剂覆盖在钢水表面，防止钢水裸露在空气 中，使钢水温度迅速下降，造成钢水温度过低，液面结 壳、水口冻结。未熔化的粉渣比熔渣起到更大的保温作 用。 隔绝空气、防止钢水二次氧化。覆盖剂加入后，形成透 气性差的液渣层，将钢水与空气隔绝开，防止了钢水的 二次氧化，减少了钢水的夹杂物。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
碱性中间包覆盖剂
随着市场的发展,对钢质的要求越来越高,普通的酸性覆 盖剂已不能满足生产高附加值钢材的需要。 酸性覆盖剂的最大优点是保温效果好,最大缺点是不能 净化钢水,甚至还可能污染钢水。对于铝镇静钢： 使用酸性覆盖剂会发生如下反应: 3(SiO2)+4[Al]=2(Al2O3)+3[Si] 使用碱性覆盖剂会发生下列反应: Al2O3+CaO= CaO· Al2O3
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成分范围
MgO
7~10
SiO2
20~24
Fe2O3
3~5
Al2O3
20~30
CaO
5~12
C
11~18
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中间包覆盖剂
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中间包覆盖剂
随着时代的进步，人们对钢的性能要求越来越 高、越来越细。相应的，对炼钢辅助材料的要 求也日趋多样化、精细化。原本粗放型中间包 覆盖剂也已经受到重视，新的覆盖剂不断从实 验室走向连铸生产。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
保温材料
鳞片石墨：呈黑灰色鳞片状，是碳的同质变体，其最大特点是 熔点高(3700±100)℃，它浮在液渣层上面，使之很少浸入铸 钢件中。 膨胀珍珠岩：是一种具有微孔结构的硅系颗粒材料。当其投入 到高温环境中时，其中的玻璃质岩石中的水分变成高压蒸汽向 外扩散，岩石迅速软化至粘稠状态，形成了既允许水汽胀大， 又不允许大量逸出,能够充分膨胀的玻璃态。其作用主要是为了 减轻容重，形成均匀分布的微气孔，降低了辐射热损和对流热 损，以利于保温；同时,由于其耐火度低，在高温下呈玻璃相存 在，会导致保温冒口套轻度烧结，有利于保温冒口套呈块状脱 落。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
普通中间包覆盖剂特点
炭化稻壳由于密度过低，使用时粉尘严重，现 在使用较少。现在常用的是由酸性材料如石英、 电厂灰，加入碳质材料配制而成。普通中包覆 盖剂主要用于对钢中夹杂物要求不高的普通钢 种。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
几种碱性中包覆盖剂的理化性能
碱性覆盖剂的最大缺点是保温性差，其导热系数为酸性
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发热材料
覆盖剂中的发热材料主要有铝粉和氧化铁粉等，在冒口中钢液 的高温作用下，发热材料发生反应而放出大量的热量，使覆盖 剂温度迅速升高，从而降低冒口表面钢液的热量损失，延缓冒 口中钢液温度下降的时间。
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触发剂
从反应热力学的角度来看，尽管覆盖剂中的发热材料在钢液的 温度下能够发生铝热反应，但相对而言，覆盖剂中发热材料的 含量要比保温材料的含量低的多。因此，从动力学方面考虑， 覆盖剂中的发热材料的放热很难进行。为此，在覆盖剂中还添 加了一种含氟的触发剂，以加快覆盖剂中放热反应的引燃时间， 并保证反应顺利、完全进行。
普通中间包覆盖剂
此类中包覆盖剂为酸性，主要成分为SiO2、 Al2O3、CaO、MgO和C； 其中w（SiO2） > 40%，w（C）=15 %~40 %， w（CaO）金研究所&特殊钢冶金学术方向
普通中间包覆盖剂特点
以炭化稻壳为代表，此类中包覆盖剂保温效果 特别好，因为其碱度低，熔渣导热系数小；碳 含量高，使用时熔化速度低，粉渣保持时间长； 体积密度极低，粉渣导热系数小。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
覆盖剂可以通过增加碳含量来提高保温性； 无碳覆盖剂提高保温性的方法是使用轻质原料、 喷雾造粒、加引气剂，降低体积密度；使用碳酸 盐，降低熔化成渣速度。
无碳覆盖剂，特别是高碱度无碳覆盖剂的研究还
刚刚起步，还有大量的基础工作要做。
钢铁冶金研究所&特殊钢冶金学术方向
特点
保温覆盖剂为低导热材料构成，如膨胀珍珠岩、膨胀石墨等。 发热覆盖剂除低导热材料外，加入一定比例的发热材料，在金 属液的热作用下，氧化剂提供氧使还原剂氧化发热，延长冒口 内金属液的凝固时间。 在不同保温覆盖剂的情况下，口收缩成“碟形平底或半球形底， 即，冒口缩口形状呈近似U形。 明显延长冒口顶部结壳时间，使冒口中钢水长时间处在大气压 力作用之下，大大提高了冒口的补缩效率，有利于铸件中的气 体和夹杂物上浮，达到了净化钢水的目的，而获得健全的钢件， 降低了废品率。