保护渣在连铸过程中的作用

艺相适应，从而给保护渣选择带来一定难度。
3.1.3 按拉坯速度选择保护渣

保护渣必须与拉坯速度相适应，否则，难以获得高质 量铸坯，工艺难以顺行，事故频繁，即使浇注相同钢 种和相同断面，由于拉速差别较大，使用的保护渣有 很大差异，如板坯拉速1m/分和拉速2m/分，其保护 渣性能差别较大。因为保护渣在结晶器内有一个最佳 的液渣流入范围，它是以液渣粘度（η）和浇注速度 （Vc）等参数为基础确定的。对于板坯：当参数η* Vc2=3~7泊*（m/min）2或η* Vc=1~3.5泊（m/min） 值时，其摩擦力和热流波动最小，使铸坯良好润滑和 均匀传热，从而保证获得良好的铸坯和工艺的顺行。
保护渣在连铸过程中的作用及其 对工艺和铸坯质量的影响
2008.11.10
保护渣在连铸过程中的作用及其对工艺 和铸坯质量的影响

前言
保护渣在连铸过程中的作用和分类
保护渣应与连铸工艺相适应
保护渣对铸坯质量的影响
一、前言


连铸技术以其简化生产工序、提高金属收得率、节能降耗、 提高铸坯质量和改善劳动条件等优点而得到迅速发展。20 世纪末世界平均连铸比为86%，27个工业发达国家已达到 90%以上（即全连铸）；进入新世纪我国连铸比也达到90% 以上，在成为世界钢铁大国的同时，也是世界连铸生产大国。 连铸自采用浸入式水口保护渣浇注至今以有30多年了，它 对稳定连铸工艺，扩大连铸品种，提高铸坯质量和产量都是 一项极为有效的技术，可以说，连铸能达到目前水平是与该 项技术密不可分的。因此，连铸保护渣技术已成为现代连铸 技术的重要组成部分，将其列入高科技范畴。各个国家都投 入大量人力、物力进行开发研究，并将连铸保护渣形成产业 化和商品化，以满足连铸生产要求，促进了连铸的发展。
3.2 合理使用保护渣

连铸保护渣必须与工艺相适应，同时还必须正确使用， 二者不可缺一，否则，不仅不能充分发挥保护渣应有 的作用，还会使铸坯产生大量表面的皮下缺陷，严重 时造成漏钢事故，尤其是对高拉速、热送、无缺陷的 铸坯，正确使用保护渣更为重要。 目前国内许多厂对保护渣在连铸过程中的作用及合理 使用保护渣的重要性认识不足。因此，许多厂的操作 规程中，没有规定正确使用保护渣条款或者规定了不 严格执行。这样一来，各厂使用保护渣操作标准不一， 有的厂见‚红‛加渣，有的厂‚红渣面‛操作，也有 的一次加渣过多，渣层过厚等等，这些操作都是不正 确的。
然由二次氧化产生大量夹杂物进入渣中，使保护渣性 能变化，造成铸坯大量缺陷，工艺难以顺行。此外， 采用分段水口时，由于上下水口连接处密封不严，引 起钢液二次氧化、结晶器内液面翻动及钢流不对称
壳和弯月面处温度过低，造成铸坯表面和皮下夹杂。
应根据钢种的需要，选择保护渣的保温性能，如浇注 高铝钢、1Crl8Ni9Ti等钢种时，要选择保温性能好的渣
系，特别要注意弯月面处的保温，否则，将造成铸坯
表面和皮下大量夹杂。
2.1.2 防止结晶器内钢液的二次氧化

保护渣在结晶器内防止钢液二次氧化的作用，主要
2.1.5 保护渣应具有控制传热的作用

控制保护渣在结晶器内的传热，是当今保护渣研究领域最热门的课题， 也是保护渣最重要功能之一，它对铸机的产量和铸坯表面质量起到十 分重要的作用（裂纹）。 结晶器与坯壳之间的传热受下列因素的影响：（1）浇注参数，包括 浇注速度、钢水过热度、结晶器液面波动状况和结晶器的水流量； （2）固态和液态渣膜的热特性和物理特征，包括渣膜厚度、结晶程 度及传热和吸收系数；（3）结晶器壁与渣膜界面的热阻，包括结晶 器与坯壳之间的气隙，渣膜的热膨胀系数。 有关结晶器内传热研究各国都在进行，并有大量文献报导，但真正用 于实际却不多，其原因有二个，第一，目前测试手段和技术还不能满 足要求，如导热系数和热膨胀系数，结晶器与渣膜界面的热阻及气隙 变化等；第二，现场和实验室无法获得保护渣在结晶器内的一些真实 参数，如渣膜厚度和均匀程度，固液渣膜的比例及其热物性、渣膜结 晶程度等。目前主要靠经验和少量手段，起到定性和参考的作用。

纵裂几率，％
60 40 20 0 3mm Fra Baidu bibliotekmm 10mm
水口在宽度方向的安装偏差
水口相对于结晶器宽度方向的安装偏差与纵裂发生几率的关系
纵裂几率，％
60 40 20 0 3mm 5mm 10mm 水口在厚度方向的安装偏差
图 水口相对于结晶器厚度方向的安装偏差与纵裂发生几率的关系
c.

选择合理的水口尺寸及插入深度

3.2.1 正确使用保护渣的工艺条件
要保证保护渣合理使用，充分发挥它在连铸过程中的作用，获 得高质量的铸坯，正确使用保护渣就必须使连铸工艺与其相配合。 否则，难以实现，通常与下列8个工艺因素密切相关： 保持结晶器内液面稳定； 中间包水口要对中； 选择合理的水口尺寸及插入深度； 稳定拉坯速度； 振动参数应与保护渣相配合； 采用保护浇注； 控制好塞棒吹氩； 防止连铸过程中‘冲棒’操作。
选择合理的水口及插入深度是充 分发挥保护渣在连铸过程中的作 用及获得高质量铸坯又一重要条 件之一，必须给予充分注意。可 是目前国内许多厂做得不好，尤 其是插入深度，随意性很大，插
入深度不到位，造成结晶器液面
翻卷，液渣层厚度不均匀，使铸 坯产生大量缺陷。
d.

稳定拉坯速度
在连铸过程中，应使拉坯速度保持稳定，最好在恒速下进 行浇注，这对提高铸坯表面质量是非常有益的。因为保护 渣在结晶器内有一个最佳的液渣流入范围，它是以液渣粘 度（η）和浇注速度（Vc）等参数为基础确定的，当参数 η.Vc2值为3~7泊*（m/min）2 时出现最佳的液渣流入隙 缝内，在这个范围内摩擦力和热流最小，见图a。同时当 η.Vc值为1~3.5泊*（m/min）时，液渣流入波动最小， 热流和摩擦力的波动在这个区域也最小，见图b。液渣均 匀流入结晶器壁与坯壳之间缝隙中，保证了铸坯的良好润 滑和均匀传热的作用，因而是影响保护渣性能的关键过程， 只有在拉速稳定条件下方能实现。 在实际生产中，拉速经常发生变化，这对保护渣熔化有较 大的影响，所以目前提倡恒速浇注的连铸工艺，收到良好 效果。
Fr
Vm Vc )
D1
（4）
(T1 Ts ) DT D1 （5） T1 T2
式中：Vm——结晶器振动速度，m/s；Vc——拉坯速度，m/s；η——保 护渣膜的粘度，Pa*S；D1——液渣膜厚度，m；DT ——渣膜总厚度，m； T1——凝固坯壳温度，0C；T2——渣膜温度，0C；TS——保护渣熔点，0C。
靠保护渣液渣层来实现。通常结晶器内液渣层厚度 在10~12mm范围内，在液面稳定，水口插入深度合 理的情况下，均能起到很好隔绝空气的作用。
2.1.3 保护渣具有吸收钢液中上浮夹杂物的作用


保护渣应具有吸收钢液中上浮夹杂物的能力，特别是结晶器 内弯月面处的夹杂物，应及时地被保护渣同化。否则，将会造 成铸坯表面和皮下大量夹杂。目前做到使保护渣具有吸收夹杂 物的能力并不难，而难在保护渣吸收大量夹杂物之后，还要保 持其良好的性能，以满足连铸工艺的要求，特别是润滑性能和 均匀传热性能。通常夹杂物含量高的钢种，如含铝、钛和稀土 元素的钢种，这些元素的氧化物进入渣中，使保护渣的性能有 较大的变化，如保护渣的碱度、熔化温度和粘度发生较大的变 化。保护渣加入到这一类钢液面上，进行如下反应： 3(SiO2)+4[Al]=3[Si]+2(Al2O3) (SiO2)+[Ti]=[Si]+(TiO2) (SiO2)+2[Re]=[Si]+2[ReO] 解决这一类钢种时，常选用高碱性高玻璃化的保护渣，收 到良好效果。
二、保护渣在连铸过程中的作用与分类
2.1 保护渣的作用

从总体方面讲，保护渣 在连铸过程中有两大功 能：一是稳定连铸工艺， 保证其顺行；二是提高 铸坯的表面和皮下质量。 保护渣在结晶器内具有 五个方面的作用。
2.1.1 在结晶器内的绝热保温作用

保护渣在结晶器内对钢液面的绝热保温作用，主要是
靠保护渣粉渣层厚度和粉渣层的物性来实现（粉渣层 厚度、容重及含碳量）。主要防止结晶器内钢液面结
3.1 保护渣的选择 按浇注的钢种选择保护渣 按浇注的断面选择保护渣



按拉坯速度选择保护渣
3.1.1 按浇注的钢种选择保护渣
实际生产中，选择保护渣是根据所浇注钢种的特性或者根 据钢种含碳量确定的。
a.按钢中碳含量选择保护渣 这种方法多是对板坯用渣，而且必须由有保护渣经验的 工程技术人员进行选择，同时向保护渣生产厂提供相应的 工艺参数，如钢种、断面和拉坯速度等。碳的划分如下： C≤0.08%（控制增碳、润滑）； C-0.09~0.15%（包晶反应，控制传热、裂纹）； C-0.16~0.23%（包晶反应，控制润滑、传热、裂纹）； C≥0.45%（控制润滑）。
b.
中间包水口要对中
水口对中问题，板坯做得相对 好些，小方坯就差了，多流 （三流以上）方坯对中就更差 了。水口不对中，必然使结晶 器钢液流股产生偏流，引起结 晶液面大翻，见图所示，使铸 坯表面和皮下产生大量夹渣和 结晶器内坯壳不均匀，严重时 可能引起漏钢事故发生。所以 水口对中问题应给予充分注意， 否则，难以得到高质量的铸坯。
3.1.2 按浇注的断面选择保护渣

目前连铸浇注的断面类型较多，有板坯、大方坯、圆坯、薄 板坯和异形坯等，而每种类型又有很多尺寸的断面。由于各 种类型断面的铸坯其浇注工艺差别较大 ，因此，使用的保护
渣有较大的差别，即使浇注相同的钢种，由于断面的不同，
其保护渣也有所不同，如浇注小方坯的渣，浇注大方坯就不 能用；方坯渣不能用在板坯上。所以说选择保护渣必须与工
a.

保持结晶器内液面稳定
结晶器内液面的稳定是保 证保护渣在结晶器内均匀 熔化和获得均匀液渣层厚 度的先决条件，从而使结 晶器壁与坯壳之间渣膜均 匀，以保证其均匀传热 ， 这样方能获得高质量的铸 坯。结晶器内液面波动大 时，不仅铸坯表面和皮下 产生大量缺陷，而且可能 造成漏钢事故（结渣条 等）。采用液面自动控制 是保证结晶器液面稳定最 有效措施。

e.

振动参数与保护渣相适应
在实际生产中，选择振动参数时不仅要考虑钢种和拉
速，还应考虑到保护渣的作用。特别是振幅、频率及
负滑脱比等参数，因为这些参数对保护渣的耗量和润
滑性能有较大影响。如果选择不当，使铸坯产生大量
缺陷，严重时引起漏钢。
f.

采用保护浇注
连铸含易氧化元素的钢种时，必须采用保护浇注，不
50 40
裂纹率，%
30 20 10 0 0 0.05 0.1 0.15 C% 0.2 0.25 0.3
钢种碳与裂纹率的关系
b.按钢种特性选择保护渣
完全按钢中碳含量选择保护渣，不能满足所 有钢种的保护渣，如浇注超低碳钢应选用微型 或无炭保护渣；浇注含铝、钛和稀土的钢种应 选用能吸收这些钢种各自夹杂物的保护渣；含 硫易切钢渣中配加一定碳和还原剂等。
2.1.4 保护渣应具有良好的润滑作用

保护渣的润滑性能是保护渣最重要性能之一，特别在高拉速的 情况下，更为重要。这里所说的润滑，是指结晶器内坯壳与结 晶器壁之间渣膜的液态润滑。要改善结晶器内的润滑状况，只 有扩大渣膜的液相区和改善液相渣膜的性能来实现。保护渣润 滑性能是当今保护渣研究的重要课题。目前对保护渣润滑性能 研究有二个方面，一是研究改善保护渣的性能使其具有良好的 润滑性；二是改进结晶器振动形式，来改善其润滑作用。结晶 器内润滑状况通常用摩擦力来表示，见公式（4）和（5）：


2.2 保护渣的分类

从是否发热来看，分为发热渣和绝热保护渣； 从外形划分：粉渣、实心颗粒和空心颗粒渣； 从基料来看，分为混合型、预溶型和烧结型


渣;

从是否含有氟来看，分为有氟渣和无氟渣。
三、 保护渣应与连铸工艺相适应

随着我国连铸迅速发展，连铸品种不断扩大，以及 新连铸机大量投产，经常遇到应怎样选择适合自己 铸机工艺条件用的保护渣。因为连铸保护渣的通用 性差，目前又没有一个统一的标准，如果保护渣选 择与连铸工艺不相适应，不仅造成铸坯表面大量缺 陷，精整量大，而且使连铸工艺难以顺行，事故频 繁，严重时连铸无法进行。所以对保护渣的选择应 给予充分注意。通常连铸保护渣应根据浇注的钢种、 铸坯断面和拉坯速度进行选择的。