连铸保护渣基础Vitto2014-6-16连铸和保护渣的发展铸造工艺发展：模铸 连铸连铸生产基本要求：1）工艺顺行 内部质量 2）铸坯质量 表面质量发展过程：菜籽油 粉煤灰 专用保护渣保护渣的种类按形状分： 粉渣 颗粒渣按原材料处理情况分：按使用特性分：实心颗粒空心颗粒1、原始材料混合型2、半预熔型3、预熔型开浇渣（发热剂）根据钢水碳含量（低、中、高）根据铸坯形状（方坯、圆坯、板坯、异形坯、薄板坯等空心颗粒渣的生产保护渣的质量控制保护渣的质量控制原材料检测保护渣的质量控制浆料检测保护渣的质量控制成品检测保护渣的主要化学成分及各自影响增加增加(+)粘度粘度结晶（析晶）晶（析晶）温温度度熔点熔点 CaO+SiO2+-CaO / SiO2 -Al2O3+-Na2O-F-+-Fe2O3-MnO-MgO-B2O3-BaO-Li2O-TiO2No Change+K2O-保护渣的功能与作用保护渣的2大功能：1、稳定连铸稳定连铸工艺，保证工艺，保证其顺行；其顺行；2、是提高铸、是提高铸坯的表面和坯的表面和皮下质量皮下质量molten slagmushy slagmelting zonemold powdersolid slag filmcrystalized slag filmcoppershell保护渣的功能与作用1、绝热保温绝热保温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、1Crl8NiTi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。保护渣的功能与作用2、防止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，主要靠保护渣液渣层来实现。通常结晶器内液渣层厚度在1012mm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。保护渣的功能与作用3、吸收钢液中上浮夹杂物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。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。保护渣的功能与作用3、吸收钢液中上浮夹杂物（1）碱度）碱度 随炉渣碱度的增大，熔渣吸随炉渣碱度的增大，熔渣吸收氧化铝的速度是先增大后减收氧化铝的速度是先增大后减小的过程，当小的过程，当CaO/SiO2=1.01.1时，吸收速度最大。时，吸收速度最大。主要原因：主要原因： 随炉渣碱度增大，粘度降低，随炉渣碱度增大，粘度降低，有利于扩散的进行，当碱度过有利于扩散的进行，当碱度过高时，由于氧化铝的作用，可高时，由于氧化铝的作用，可以形成钙铝黄长石初晶，使表以形成钙铝黄长石初晶，使表观粘度增大，吸收速度降低。观粘度增大，吸收速度降低。 保护渣的功能与作用4、为铸坯提供润滑这里所说的润滑，是指结晶器内坯壳与结晶器壁之间渣膜的液态润滑。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。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。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。保护渣的功能与作用5、改善结晶器传热保护渣的功能与作用5、改善结晶器传热保护渣的基本物理化学特性主要指标：主要指标：碱度粘度熔化温度熔化速度析晶温度粒度水分堆密度保护渣的基本物理化学特性碱度碱度 （Basicity）保护渣中碱性氧化物和酸性氧化物质量比称为保护渣的碱度。二元碱度综合碱度碱度是反映保护渣吸收钢水中夹杂物能力的重要指标，同时也能反映保护渣润滑性能的优劣。通常，碱度高，吸收夹杂的能力更强，但析晶温度变高，不利于润滑和传热。X射线荧光光谱仪保护渣的基本物理化学特性原子吸收光谱仪碳硫分析仪氟含量检测仪保护渣的基本物理化学特性粘度（粘度（Viscocity） 粘度是表示熔渣中结构微原体移动能力大小的物理指标，指液体渣移动时各渣层分子间的内在摩擦力的大小（1300 ） 保护渣的粘度如果过低，会导致渣膜增厚且不均与，铸坯容易产生裂纹；粘度过高会导致渣膜变薄，流动性差，润滑不良高温粘度计保护渣的基本物理化学特性熔熔化温度化温度 保护渣是由各种氧化物和氟化物组成，没有固定的熔点，一般用半球点温度定义保护渣的熔化温度。大多数结晶器保护渣的熔化温度在10001200。为了保证保护渣消耗量和吸收夹杂物，一般情况下熔渣层厚度控制在10mm左右。连铸保护渣熔化温度的高低一般取决于助熔剂加入种类和数量，对保护渣熔化温度起决定作用的熔剂种类 常用助熔剂对降低熔化温度的次序为： NaF Na5Al3F14 Na2CO3 NaCl CaF2热载台显微镜保护渣的基本物理化学特性熔化温度越低，熔渣层厚度越大，保护渣消耗量越大；熔化温度越低，熔渣层厚度越大，保护渣消耗量越大；平均渣膜厚度随保护渣熔化温度的降低而增大；平均渣膜厚度随保护渣熔化温度的降低而增大；保护渣熔化温度越低，铸坯和结晶器之间摩擦力越小，裂保护渣熔化温度越低，铸坯和结晶器之间摩擦力越小，裂纹指数下降；纹指数下降；熔化温度低，不利于发挥绝热保温作用，一般情况下，现熔化温度低，不利于发挥绝热保温作用，一般情况下，现场不允许出现场不允许出现“红渣红渣”操作。操作。保护渣的基本物理化学特性熔化速度熔化速度保护渣的熔化速度用来衡量保护渣熔化过程的快慢，通常是用标准试保护渣的熔化速度用来衡量保护渣熔化过程的快慢，通常是用标准试样在规定温度（如样在规定温度（如1300 ）下完全熔化所需的时间来表示。）下完全熔化所需的时间来表示。熔化速度太慢，不能在钢水上方形成足够厚的液渣层，对熔渣的隔离熔化速度太慢，不能在钢水上方形成足够厚的液渣层，对熔渣的隔离作用和吸收夹杂的能力有影响，同时因不能形成足够的液态渣膜而影作用和吸收夹杂的能力有影响，同时因不能形成足够的液态渣膜而影响润滑；响润滑；熔化速度太快，不能在钢水上方保持稳定的原渣层，从而使熔渣暴露熔化速度太快，不能在钢水上方保持稳定的原渣层，从而使熔渣暴露在空气中，增大热损失，钢水表面容易结壳；而且液态渣膜不均匀，在空气中，增大热损失，钢水表面容易结壳；而且液态渣膜不均匀，容易在铸坯表面形成裂纹和凹坑。容易在铸坯表面形成裂纹和凹坑。保护渣的基本物理化学特性熔化速度熔化速度保护渣的熔化速度的快慢一般是由保护渣中添加的碳质材料来控保护渣的熔化速度的快慢一般是由保护渣中添加的碳质材料来控制的。制的。配入保护渣中的炭质材料种类包括：配入保护渣中的炭质材料种类包括：焦炭、木炭、石墨、碳黑、无定性碳等焦炭、木炭、石墨、碳黑、无定性碳等保护渣的基本物理化学特性熔化速度熔化速度1、必须满足生成液态渣的需、必须满足生成液态渣的需要要2、必须避免钢液与富含碳质材料的粉渣层接触而导致钢液增碳、必须避免钢液与富含碳质材料的粉渣层接触而导致钢液增碳渣中碳的分布保护渣的基本物理化学特性 基料熔化形成熔渣后，配入保护渣基料熔化形成熔渣后，配入保护渣种的碳有四个去向，即：种的碳有四个去向，即： 1）在浮力作用下浮出熔渣；）在浮力作用下浮出熔渣； 2）溶解在渣中；）溶解在渣中； 3）扩散到钢液中；）扩散到钢液中； 4）燃烧。）燃烧。有文献报道了渣个碳分布的研究结有文献报道了渣个碳分布的研究结果，认为碳在各渣层中分布严重不果，认为碳在各渣层中分布严重不均，过渡层碳含量高出平均碳含量均，过渡层碳含量高出平均碳含量610倍左右，如左倍左右，如左 图图 所示。所示。保护渣的基本物理化学特性析晶（结晶）温度析晶（结晶）温度结晶温度是保护渣主要性能指标之结晶温度是保护渣主要性能指标之一，液态渣膜结晶度高、结晶率高，一，液态渣膜结晶度高、结晶率高，使得结晶器内热阻增大，铸坯与结使得结晶器内热阻增大，铸坯与结晶器内摩擦力增加，易发生漏钢和晶器内摩擦力增加，易发生漏钢和表面缺陷。表面缺陷。保护渣结晶温度升高，容易导致铸保护渣结晶温度升高，容易导致铸坯坯-结晶器之间热传递速度降低，传结晶器之间热传递速度降低，传热速度慢固然可以减少纵向裂纹，热速度慢固然可以减少纵向裂纹，但由此而造成的粘结使得拉漏率增但由此而造成的粘结使得拉漏率增大。大。保护渣的基本物理化学特性颗粒度颗粒度粒度是保护渣重要性能指标之一，其对熔化速度和钢液的绝热保温有重要影响。粒度越小，越有利于绝热保温，但不利于保护渣均匀铺展，而且危害环保和操作工的健康。保护渣粒度还影响其熔化过程，粒度控制不好容易产生分熔，危害安全生产和铸坯质量保护渣的基本物理化学特性水分保护渣含水量通常要求小于0.5%（105 ）保护渣基料中某些物质如苏打、固体水玻璃等吸附水的能力较强。保护渣一旦吸附水分，会使保护渣结团，影响其熔化和使用特性，导致铸坯皮下气孔等质量问题。保护渣的原料种类和粒度影响其吸水能力，粒度越细，吸水率越大。保护渣的基本物理化学特性堆密度堆密度单位体积物料的质量称为物料的堆密度单位体积物料的质量称为物料的堆密度保护渣的堆密度直接影响其在结晶器中的保温性能和防止钢水二次氧保护渣的堆密度直接影响其在结晶器中的保温性能和防止钢水二次氧化的性能化的性能保护渣的选用根据上图的程序，可将保护渣归类为：1、方坯保护渣、板坯保护渣、圆坯保护渣和异形坯保护渣、方坯保护渣、板坯保护渣、圆坯保护渣和异形坯保护渣2、中或低拉速保护渣、高拉速保护渣、中或低拉速保护渣、高拉速保护渣3、超低碳钢保护渣、低碳钢保护渣、中碳钢保护渣、高碳钢保护渣、超低碳钢保护渣、低碳钢保护渣、中碳钢保护渣、高碳钢保护渣4、碳钢保护渣、低合金钢保护渣、合金钢保护渣、碳钢保护渣、低合金钢保护渣、合金钢保护渣保护渣的选用保护渣的选用碳含量与裂纹率的关系保护渣的评价方法目前，评价保护渣的优劣，主要根据它的使用性和使用效果使用性和使用效果：1）保护渣的理化性能（熔点、粘度、熔化速度、碱度等）；2）保护渣的熔化特性（在结晶器内火苗、渣圈、结块、均匀性、保温性等）；3）保护渣凝固过程的特性（析晶温度及析晶率）；4）保护渣渣膜传热状况（结晶器进出水温差）；5）浇注后期（连浇几炉之后）保护渣的稳定状况；6）保护渣润滑和防粘结状况（消耗量和粘结性漏钢率）7）正常情况下铸坯表面和皮下质量的状况。保护渣与铸坯表面质量 板坯浇注保护渣应用超低碳钢板坯浇注保护渣应用超低碳钢典型问题：夹杂与增碳解决办法：高粘度+高表面张力板坯浇注保护渣应用低碳钢典型问题：容易粘结，润滑不良解决方法：低粘度，润滑性能好，低析晶温度，提高传热效率板坯浇注保护渣应用包晶钢典型问题：典型问题：纵向裂纹原因分析：原因分析：凝固时包晶反应坯壳收缩过大，传热不均匀导致坯壳厚度不均匀，内部应力作用产生裂纹，往往在浇注过程中伴随着钢液面波动较大，铸坯振痕较深解决方法：解决方法：提高保护渣粘度，提高析晶温度以降低传热速度板坯浇注保护渣应用包晶钢板坯浇注保护渣应用中碳钢KGS 816/P-2Steel gradeMC,-1.5m/minBasicity(CaO/SiO2)1.26CaO29.1SiO236.8MgO0.7Al2O33.3Na2O6.5MnO23.0F8.6C-total8.0Melting Point1175Viscosity (1,300C)0.60Crystallization Temp1252RemarksGranule4Al + 3 (SiO2) = 2 (Al2O3) + 3 Si4Al + 3 (MnO2) = 2 (Al2O3) + 3 Mn板坯浇注保护渣应用高碳钢KGS 1015/HSteel gradeHC, -1.2m/minBasicity(CaO/SiO2)0.75CaO32.3SiO224.4MgO5.2Al2O36.1Na2O10.9F9.0C-total7.0Melting Point1010Viscosity (1,300C)0.99Crystallization Temp986Surface Tension339RemarksGranule典型问题：典型问题：收缩率低=液渣流入困难=润滑不足=摩擦力增大=粘结漏钢解决方法：解决方法：减少自由碳含量=提高熔化速度适当降低粘度和碱度=减少粘结漏钢板坯浇注保护渣应用硅钢典型问题：典型问题：渣条、夹杂、粘结漏钢原因分析：原因分析： 钢水中的Al极易与SIO2 and MnO2反应导致液渣变性（粘度升高、碱度升高）、产生大量渣条、影响铸坯润滑、引起粘结漏钢SiO2: 4Al + 3(SiO2) = 2(Al2O3) +3Si MnO2: : 4Al + 3(MnO2) = 2(Al2O3) +3Mn解决方案：解决方案： 1）加入MnO2，减少Al与SIO2的反应 2）减少渣中Al2O3含量，应对从钢水中吸收Al2O3 3）降低碱度，应对SIO2反应后减少带来的碱度升高保护渣的使用自动加渣机Ergoline自动加渣机Intocast