連鑄保護渣    1.連鑄保護渣的作用是什么? 　在澆注過程中，要向結晶器鋼水面上不斷添加粉末狀或顆粒狀的渣料，稱為保護渣。保護渣的作用有以下幾方面： 　 (1)絕熱保溫防止散熱； 　 (2)隔開空氣，防止空氣中的氧進入鋼水發生二次氧化，影響鋼的質量； 　 (3)吸收溶解從鋼水中上浮到鋼渣界面的夾雜物，凈化鋼液；　　　 　 (4)在結晶器壁與凝固殼之間有一層渣膜起潤滑作用，減少拉坯阻力，防止凝殼與銅板的粘結； 　 (5)充填坯殼與結晶器之間的氣隙，改善結晶器傳熱。 　一種好的保護渣，應能全面發揮上述五個方面作用，以達到提高鑄坯表面質量，保證連鑄順行的目的。 　 2.對保護渣熔化模式有何要求? 　在連鑄過程中加入到結晶器的保護渣，要完成上述五個方面的功能，必須要求保護渣粉有規定的熔化模式，也就是要求在鋼水面上形成所謂粉渣層—燒結層一液渣層的所謂三層結構。 　添加到結晶器高溫鋼液(1500℃左右)面上低熔點(1100～1200℃)的渣粉，靠鋼液提供熱量，在鋼液面上形成了一定厚度的液渣覆蓋層(約10～l5mm)，鋼水向粉渣層傳熱減慢，在液渣層上的粉渣受熱作用，渣粉之間互相燒結在一起形成所謂燒結層(溫度在900～600℃)，在燒結層上粉渣接受從鋼水傳遞的熱量更少，溫度低(<500℃)，故保持為粉狀，均勻覆蓋在鋼水面上，防止了鋼水散熱，阻止了空氣中的氧進入鋼水。 　在拉坯過程中，由于結晶器上下振動和凝固坯殼向下運動的作用，鋼液面的液渣層不斷通過鋼水與銅壁的界面而擠入坯殼與銅壁之間，在銅壁表面形成一層固體渣膜，而在凝殼表面形成一層液體渣膜，這層液體渣膜在結晶器壁與坯殼表面起潤滑作用，就象馬達軸轉動時加了潤滑油一樣。同時，渣膜充填了坯殼與銅壁之間氣隙，減少了熱阻，改善了結晶的傳熱。 　隨著拉坯的進行，鋼液面上的液渣不斷消耗掉，而燒結層下降到鋼液面熔化成液渣層，粉渣層變成燒結層，再往結晶器添加新的渣粉，使其保持為三層結構，如此循環，保護渣粉不斷消耗。 　　　 3.如何實現使結晶器保護渣粉形成所謂“三層結構”? 　要發揮保護渣5個方面功能，就必須使添加到結晶器渣粉形成“三層結構”。要形成“三層結構”關鍵是要控制保護渣粉的熔化速度，也就是說，加入到鋼液面的渣粉不要一下子都熔化成液體，而是逐步熔化。為此，一般都是在保護渣中加入碳粒子作為熔速的調節劑。 　碳粒子控制熔速的快慢決定于加入碳粒子種類和數量。碳是耐高溫材料，極細的碳粉吸附在渣粒周圍，使渣粒之間互相分隔開來阻礙了渣料之間的接觸、融合，使熔化速度變緩。如果加入碳粉不足，渣層溫度尚未達到渣料開始燒結溫度，碳粒子就已燒盡，則燒結層發達，熔速過快，液渣層過厚。如果加入碳粉過多，渣料全熔化后尚有部分碳粒子存在，則會使燒結層萎縮，燒結層厚度過薄。加入碳粉數量適中時，在燒結層中有部分碳粒子燒盡，其余部分渣料尚受碳粒子的有效控制，這樣就會得到合適厚度的燒結層和液渣層。 　配碳材料有石墨和碳黑兩種。石墨顆粒粗大，粒度為60～80μm，其分隔和阻滯作用較差，但開始氧化溫度較高(約560℃)，氧化速度較慢，在高溫區控制熔速能力較強。碳黑為無定型結構，顆粒很細(0.06～0.10μm)，分隔和阻滯作用強，開始氧化溫度較低(500℃)，氧化速度快，所以碳黑在渣層溫度較低區，控制熔速能力強，在高溫區控制效率較低，即使增加配入量，其改善效果也是有限的。 一般配入的碳粉量為4～7％。 　 4.影響保護渣吸收鋼水中夾雜物有哪些因素? 　浸入式水口注流在結晶器內引起鋼水對流運動，上浮到結晶器鋼渣界面上的夾雜物，由于結晶器液面的波動，可能會被卷入到凝固殼，造成鑄坯皮下夾雜或表面夾渣，影響表面質量。因此，希望上浮到鋼渣界面的夾雜物很快被液渣層吸收、溶解。 　要使上浮到鋼渣界面的夾雜物，迅速轉移到液渣中去，這個過程決定于： 　 (1)鋼渣界面接觸面積； 　 (2)液體渣的粘度； 　 (3)渣子溶解夾雜物的能力。 　也就是說，渣子流動性越好，鋼渣接觸面積越大，夾雜物就越易進入渣中。只要夾雜物一進入渣中，渣子能迅速吸收溶解，而渣子溶解夾雜物的能力主要決楚、于渣子化學成分，也就是CaO和Si02含量，(CaO％/SiO2％稱為堿度)以及渣中原始A1203含量。 　生產試驗指出，堿度增加，渣子溶解A1203夾雜物能力增大，當堿度大于1.1，則溶解A1203能力下降；渣中原始A1203含量大于10％，則渣子溶解A1203迅速下降。因此配制保護渣時，應使渣子CaO％與SiO2％之比在0.9～1.0，原始的A1203含量盡可能低，一般應小于10％。 　結晶器鋼水面上液渣層對A1203夾雜溶解能力究竟有多大?研究指出：當CaO％/SiO2％=0.9～1.0時，渣中A1203含量大于20％，就有高熔點的化合物析出，使渣子熔點升高，粘度增大，也就不能再吸收上浮的夾雜物。 　然而，在澆注過程中，結晶器保護渣不斷消耗，也不斷吸收上浮夾雜物，而使渣子被A1203富集。為了保持渣子具有良好的吸收A1203能力，而又不改變渣子性能，可采取以下措施： 　 (1)配制渣粉時，選擇合適原料，應盡可能降低原始渣中的A1203含量； 　 (2)適當增加渣粉消耗，沖稀渣中A1203含量； 　 (3)澆注過程中隨渣中A1203富集，可采用結晶器換渣操作。 　 5.結晶器液渣層厚度的作用及其測定方法有哪些? 　保護渣要達到良好的使用效果，必須有合乎實際需要的液渣層厚度。液渣層過厚或過薄都會使板坯產生表面縱裂紋。如板坯拉速為1.2～1.5m/min，液渣層厚度小于5mm，板坯縱裂紋明顯增加(由50mm/m增加到200mm/m)，液渣層厚度6～15mm，縱裂紋幾乎消失，液渣層大于20mm，縱裂紋又有所增加。 　液渣層厚度小于某一值，沿結晶器周邊形成的渣圈，會使彎月面液渣流入坯殼與銅壁之間的通道堵死，致使液渣不能順利流入坯殼表面而形成均勻的渣膜，則可能在相應的鑄坯表面上產生縱裂紋。那么液渣通過彎月面下流的通道不被堵死所需的液渣厚度是多少呢?根據理論計算指出，拉速小于lm/min，液渣層厚度為5～7mm，拉速大于lm/min，液渣層厚度為7～15mm。這與生產實踐所測的臨界液渣層厚度是一致的。 　在生產中測定液渣層厚度的方法：把一根鋼絲和一根銅絲(或鋁絲)綁在一起，插入結晶器渣層中，由于液渣溫度比銅的熔點高，所以銅絲熔化，量出銅絲熔化的長度即為液渣層厚度。由于板坯結晶器斷面各點鋼水溫度是不一樣的(如浸入式水口區域和結晶器邊部)，液渣層厚度也不相同，因此可測定不同位置的液渣層厚度。 　 6.保護渣是如何起潤滑作用的? 　澆注過程中結晶器上下振動，鑄坯向下運動，在凝固殼表面與銅壁之間產生了摩擦，使坯殼與銅壁粘結，使拉坯阻力增大，輕者導致坯殼產生裂紋，重者會使坯殼拉裂。因此在坯殼與銅壁之間必須要進行潤滑，這個作用只有靠保護渣來實現。 　要保證良好的潤滑，在凝固殼與銅壁之間必須有一層性狀合適、厚度均勻的液態渣膜。結晶器鋼液面上的液渣層是不斷供給液渣膜的源泉。為此要保證結晶器彎月面附近液渣流入坯殼與銅壁之間的通道暢通，不受銅壁周圍的渣圈堵塞。 　那么潤滑渣膜是如何形成的呢?當把鋼水澆滿結晶器就形成了初生坯殼，向液面添加保護渣粉，則渣粉熔化形成了一層液渣層，靠近銅壁四周的液渣冷卻形成了渣圈，隨著結晶器向下運動，渣子逐漸被擠入到坯殼與銅壁之間以致完全為渣子充填。銅壁溫度低，靠近銅壁一側的渣殼保持為固體渣皮，而凝殼表面溫度高，靠近坯殼一側渣子是液態渣膜，具有流動性。這樣結晶器銅壁與坯殼之間靠液態渣膜來滑潤，它隨鑄坯拉出而消耗掉，而附著在銅壁上的固體渣皮隨結晶器振動而基本上不消耗。在渣膜不斷消耗的同時，鋼液面液渣經彎月面通道不斷向下補充，形成了穩定液態渣膜。 　渣膜的厚度與渣子粘度、拉速、結晶器振動等因素有關。知渣子粘度一定，拉速增加，渣膜厚度增加；而拉速一定，粘度增加，則渣膜厚度減少。一般渣膜厚度50～200μm，渣子消耗為0.4～0.6kg/t。，因此，要使渣膜對凝固坯殼的潤滑處于最佳狀態，則渣膜厚度，渣子消耗、渣子粘度三者要配合適中。當結晶器振動一定的情況下，粘度(η)和拉速(V)應配合適當，低粘度與低拉速，或高粘度與高拉速搭配均不可取，以兩者的乘積η?V作為指標來評價潤滑狀況，η?V值過小或過大，均表示渣膜厚度和消耗不適當，潤滑狀況不良。 7.保護渣成分的設計原則是什么? 　 要實現保護渣的五個功能，關鍵是配制合適成分的保護渣。 　 現在普遍應用于連鑄的保護渣渣料是以CaO-SiO2-Al203三元化合物組成的渣系為基礎的。并含有適量的Na2O、CaF2、K20等化合物。這種渣料熔化后呈弱酸性或中性的液渣，對鋼水的潤濕性好，渣子粘度隨溫度變化平緩。連鑄保護渣基本由三種物料組成： 　 (1)基礎渣料。含CaO、SiO2、Al203基本渣料。按CaO-SiO2-Al203三元相圖，這三種化合物成分范圍是：Ca0 10～38％，Si02 40～60％，Al203小于l0％。熔點高于1300℃以上。 　 (2)助熔劑。如Na2O、CaF2能降低渣子熔點和粘度。根據資源情況，也可選用LiO2、K20、BaO、NaF、B2O3等作助熔劑，加入量的多少視其渣子熔點而定。 　 (3)調節劑。碳粒子為熔速調節劑。加入量為5～7％。 　 根據鋼種的要求，通過實驗把保護渣合適的各化合物含量確定下來。 　 8.配制保護渣所用的主要原料是什么? 　 作為配制保護渣的原料有：天然礦物、工業廢物和工業產品。已作為基礎渣料的原料有：水泥、水泥熟料、硅灰石、長石、石英、電廠煙道灰、高爐渣、電爐白渣等。作為助熔劑輔助材料有：燒堿、螢石、重晶石、冰晶石、硼砂、碳酸鋰等。熔速調節劑有天然石墨、碳黑、燈黑等。 　 9.連鑄保護渣有哪幾種類型? 　 根據設計的保護渣組成，再選用合適的原料經過破碎、球磨、混合等制作工序就制成了保護渣。有四種類型。 　 (1)粉狀保護渣：是多種粉狀物料的機械混合物。在長途動輸過程中，由于受到長時間的震動，使不同比重的物料偏析，渣料均勻狀態受到破壞，影響使用效果的穩定性。同時，向結晶器添加渣粉時，粉塵飛揚，污染了環境。 　 (2)顆粒保護渣：為了克服污染環境的缺點，在粉狀渣中配加適量的粘結劑，做成似小米粒的顆粒保護渣。制作工藝復雜，成本有所增加。 　 (3)預熔型保護渣：將各造渣料混勻后放入預熔爐熔化成一體，冷卻后破碎磨細，并添加適當熔速調節劑，就得到預熔性粉狀保護渣。預熔保護渣還可進一步加工成顆粒保護渣。預熔保護渣制作工藝復雜，成本較高。但優點是提高保護渣成渣的均勻性。　　　 　 (4)發熱型保護渣：在渣粉中加入發熱劑(如鋁粉)，使其氧化放出熱量，很快形成液渣層。但這種渣成渣速度不易控制，成本較高，故應用較少。 　 10.連鑄保護渣主要理化性能有哪些? 　 保護渣配制好后，要測定渣子的理化性能，主要的理化指標有以下幾項： 　 (1)化學成分：各牌號的保護渣，應分析化學成分，各氧化物的含量應在所規定的范圍內，這是最起碼的指標。 　 (2)熔化溫度，將渣粉制成Φ3×5mm的試樣，在專門儀器上把試樣加熱到圓柱體變為半球形的溫度，定義達到半球點的溫度叫熔化溫度。 　 (3)粘度：它表示渣粉熔化成液體的流動性能。而渣子流動性對熔渣吸收夾雜物和坯殼的潤滑效果有重要影響。通常是用扭擺粘度計或旋轉粘度計測定1300℃渣子的粘度，來比較不同渣子的流動性。 　 (4)熔化速度：熔化速度是衡量渣子熔化過程的快慢，關系到結晶器鋼液面上能否形成穩定的三層結構和需要的液渣層厚度。　　 　 熔速可用標準試樣在規定溫度(如1300℃或1400℃)下完全熔化成液體所需的時間來表示。也可用一定重量的保護渣粉，加熱到規定溫度，在單位面積和時間內形成液渣量來表示。 　 (5)鋪展性：它表示粉渣加到鋼液面上的覆蓋能力和覆蓋的均勻性。可以用一定容積內的保護渣粉，從規定高度下流到平板上鋪散的面積來衡量。 　 (6)水分：保護渣粉容易吸潮。吸附水分量超過規定要求(如0.5％)，渣粉會結團，危及使用效果。 　 11.如何控制保護渣的水分? 　 保護渣水分分為吸附水和結晶水兩類。水分可使保護渣粉結團、質量變壞。應限制水分小于0.5％。 　　基料中的某些物質如蘇打、固，體水玻璃等吸附水的能力甚強。當吸附水后，使粉渣裹卷成團，對連鑄操作帶來麻煩。 　 保護渣吸水主要決定于原料種類和粒度。粒度愈細，吸水率愈大，200目時，水泥吸水率為0.41％，固體水玻璃為3.24％，螢石為0.45％，蘇打為15.9％，石墨微量。 　 控制水分方法：原料的烘烤溫度不低于110℃。適當延長烘烤時間。烘烤后的原料應及時配料、混勻，配好的渣粉應及時密封包封。 　 對質量要求較高的鋼種，保護渣原料最好烘烤到800℃以上，以去除結晶水，或采用預熔型保護渣。 　 保護渣對連鑄坯質量有何影響? 　 保護渣是加入到結晶器鋼水面上，保護渣的好壞主要是影響鑄坯的表面質量： 　 (1)鑄坯表面縱裂紋：縱裂紋是來源于結晶器彎月面區初生坯殼厚度的不均勻性。鋼水面上液渣不能均勻流入分布到鑄坯四周，導致凝固殼厚薄不均，在坯殼較薄之處容易產生應力集中，當應力超過凝殼的高溫強度時就產生了裂紋。 　 研究指出，結晶器鋼液面上的液渣層保持5～15㎜，可以顯著減少板坯表面縱裂紋。縱裂還與渣子粘度(η)、熔化速度(tf)和拉速(V)有關。有人指出：η/tf比值愈大，縱裂指數愈小。如渣子溫度1300℃，η/tf=1,縱裂指數為6，η/tf=2，縱裂指數為0。有人認為：對連鑄板坯η?V控制在2～3.5。方坯η?V控制在5，可使渣膜均勻，傳熱穩定，潤滑良好，可顯著減少裂紋。 　 (2)夾渣：鑄坯夾渣可分為表面夾渣和皮下夾渣。夾渣尺寸大小不等。由幾毫米到十幾毫米，夾渣在表面深淺也不一樣。夾渣嚴重危害產品表面質量，因此在熱加工之前必須予以清除。 　 結晶器坯殼卷入渣子，是夾渣的重要來源。如坯殼表面形成了渣斑，此處導熱性差、凝殼薄，形成了一個高溫“熱點”，是造成出結晶器坯殼漏鋼原因之一。 　 鑄坯表面夾渣物組成主要是鈣長石和鈣黃長石，這兩個化合物中A12O3均大于20％，它們熔點分別為1550℃和1590℃，容易使渣子結團。在結晶器液面波動太大，浸入式水口插入太淺，液面翻動會把渣子卷入。