保护渣对铸坯质量的影响

攀枝花学院Panzhihua University本科毕业设计（论文）文献综述院（系）：材料工程学院专业：冶金工程班级：2007冶金工程班学生姓名：曾月斌学号: 2007111030472011 年2 月16 日本科生毕业设计（论文）文献综述评价表文献综述：结晶器保护渣对铸坯质量影响的研究1 结晶器保护渣的发展及现状1.1 保护渣的发展在出钢和浇注过程中，钢液长期接触空气和耐火材料，温度和成分发生了显著变化，钢的质量受到严重影响。

经过长期的探索与实践，发现采用气体、液体、固体保护剂，产生还原性气体，将钢液与空气隔离，并对钢液中上浮的夹杂物进行捕集的保护浇注；或采用真空浇注法，是减少浇注过程中钢液污染的有措施。

常用的保护浇注法如[1]表 1.1所示。

1.1 保护浇注分类以前，在钢锭模内壁刷无水焦油，或向钢锭模内放置木框、石蜡稻草圈进行无渣保护浇注。

之后，逐渐发展到使用固体保护渣进行有渣保护浇注，取得了良好的效果，为了适应连续浇注生产迅速发展的需要，1989年我国推出第一批连铸保护渣系列。

从此我国连铸保护渣的标准化、规范化、生产专业化进入一个新时代。

连铸结晶器保护渣的品[2]种繁多：(1)按其化学成分可分为：223SiO Al O CaO --系、223SiO Al O FeO --系、2232SiO Al O Na O --系，其中以前者的应用最为普通。

在此基础上加入少量添加剂(碱金属或碱土金属氧化物、氟化物、硼化物等)和控制熔速的炭质材料(炭黑、石墨和焦炭等)。

(2)按保护渣的形状可分为粉状渣(机械混合成型)、颗粒渣(挤压成型的产品呈长条形，圆盘法成型的产品呈圆形，喷雾法成型的产品呈空心圆颗粒)。

(3)按使用的原材料可分为原始材料混合型、半预熔型和预熔型。

(4)按其使用特性，根据钢种特性、连铸设备特点和连铸工艺条件可分为各种规格的保护渣(低、中、高碳钢保护渣和特种钢专用渣)、发热型开浇渣等。

1.2 保护渣的发展趋势随着连续铸钢的发展，原有保护渣已满足不了生产工艺需求，现代连铸技术采用的保护渣必须是低黏度、低熔点、高熔化速度、大凝固系数的新型保护渣，且保护渣的选择必须与连铸机工艺条件相匹[3]配。

目前，保护渣的性能与铸坯（钢锭）质量之间的关系，仍需进行深入的研究。

应该使保护渣向既能隔热保温、防止二次氧化，又能吸收钢液中的夹杂、改善铸坯（钢锭）表面质量的多功能方向发展。

使用的原材料也应当由单一的天然矿物、工业废料，逐步过渡到使用多种原料人工合成。

使保护渣的使用更科学、经济，劳动条件得以改善。

2 课题背随着连铸技术在我国的迅速发展，结晶器保护渣对安全生产、铸坯质量的影响日益突出，铸坯表面上形成的缺陷，如夹渣、纵裂纹等与连铸保护渣在结晶器内的表现和行为具有十分密切的关系。

因此，对保护渣的要求越来越高。

它不仅使高拉速成功实现，更能提高铸坯的质量，减少漏钢的发生。

通过保护渣各项性能的研究及对保护渣的合理选择，积累了丰富的实践经验，对找准结晶器保护渣研究的正确方向和产品质量的稳步提高提供了保证。

由于产品的稳定性和性能指标与国外产品相比还具有一定的差距，因此还需进一步加强结晶器保护渣的研究与实践。

3 结晶器保护渣的研究分析3.1 保护渣的作用机理固态渣层使钢水保温。

液渣层可以防止钢液被空气氧化，吸收从钢水中上浮的夹杂物，如23Al O [4]等，还能阻止钢液面被富碳层、渣圈和固态渣层增碳；液态渣膜润滑坯壳，随铸坯向下运行。

在正滑动时，将液渣吸入结晶器与坯壳间的空隙，防止粘连，有利于防止粘连漏钢。

固态渣膜主要是晶体质膜，调节传往结晶器的热流，使传热减少和传热均匀。

固态渣膜在浇注初期形成，与结晶器一起上下运行，其中的玻璃质膜在多炉连浇时没有变化。

固态渣膜的厚度随粘度的升高而增加。

开浇渣有助于形成厚度适当的固态渣膜。

3.2 结晶器保护渣的作用3．2．1 隔热保温 防止钢液面结壳在高温钢液面上加入低熔点的保护渣，一般要求形成液渣层、烧结层和粉渣层三层结[5]构 (图1)《31》在钢液面上加入低熔点保护渣后，同钢液面接触的保护渣很快被熔化形成液渣层，靠近液渣层的保护渣没有达到熔化温度时，则被烧结形成烧结层，烧结层上面是粉渣层。

使用中液渣层不断消耗，过渡层不断被熔化，粉渣层不断被烧结，因此连铸生产中要不断地补加保护渣，使其保持三层结[6]构。

钢液在单位时间、单位面积向空间散失的热量，可由下[1]式计算：44()()s a c s a T T h T T εσΦ=-+-式中 Φ—单位时间、单位面积散失的热量（21J cm s --⋅⋅）；ε—辐射系数；σ—玻尔兹曼常数（J/K ）；s T —结晶器中钢液的表面温度（℃）； a T —空气温度（℃）；c h —对流传热系数（21W m K --⋅⋅）。

在钢液面上加了保护渣之后，热量散失大大减少；尤其是在保护渣形成了三层结构以后，钢液面散失的热量仅为裸露钢液面的[1]0.06。

3．2．2 隔绝空气防止二次氧化钢液面被保护渣均匀覆盖后，空气就不能直接与钢液接触，而是要通过保护渣的扩散，才能达到钢液面，而钢液面上的液渣层，可有效地防止渣—钢界面氧的扩散，加之保护渣中的碳会受热分解，溢出气体可驱赶弯月面的空气。

粉渣中MnO 、FeO 的存在，使渣—钢界面的氧势增加。

特别是FeO 的存在，会大大提高渣层中氧的扩散速率（如表3.1数据所示），增大空气中的氧通过渣层进入钢液的可能性。

因此，应尽可能减少粉渣中MnO 、FeO 的含[1]量。

表3.1 不同保护渣中氧的扩散系数3．2．3 吸收钢液中的夹杂物在结晶器内，由于注流的对流作用，钢液中的夹杂物上浮到表面同液渣接触。

因此，在设计保护渣的配方中，要求保护渣具有良好的吸收熔解夹杂物的能力。

若1σ为夹杂物的表面能，m σ为钢液的表面能，1m σ-为夹杂物与钢液面的界面能；如果钢液表面无保护渣而仅为气相时，其自由能的变[1]化为：110m m G σσσ-∆=--<使夹杂物上浮的有利条件是1m σ-与m σ高，1σ低。

当钢液面上覆盖有液渣时，夹杂物由钢液中上浮的条[1]件是：110s m s m G σσσ---'∆=--< 式中 1s σ-—夹杂物与液渣面之间的界面能；m s σ-—钢液与液渣之间的界面能。

比较G ∆与G '∆式，1σ相当于1s σ-，m σ相当于m s σ-，若1σ表示液渣的表面能，则1s σ-可表示为：11cos s s σσσθ-=-由于1s σ-总是小于1σ，所以液渣能较好的润湿夹杂物，有利于夹杂物从钢液中向刚—渣界面上转移，并迅速向液渣扩散而被溶解。

3．2．4 渣膜的润滑作用由于结晶器内钢水表面张力和铜壁的冷却作用，形成了向内弯曲的凝固壳，加之结晶器振动和气隙的毛细管作用，可把弯月面上的液渣吸人坯壳与锕壁间的气隙（称渗漏），在铸坯壳的表面形成一层与器壁紧密接触、厚度为0.5mm 左右的渣膜。

而高温的坯壳使这层液渣膜保持着一定的流动性，这种具有流动性的渣膜，就在相互运动着的坯壳与结晶器壁之间充当润滑剂。

在结晶器的上部，液渣膜的润滑作用普遍存在，在结晶器的下部，则由于铸坯温度不断降低，可能存在着固相渣膜与坯壳之间的摩擦。

3．2．5 改善坯壳与结晶器壁间的传热由于凝固坯壳的收缩，在结晶器壁与凝固坯壳之间形成的气隙使热阻增加，结晶器导出的热流减少。

但是，当气隙中充满液渣之后，结晶器的传热状况显著改善，坯壳得以均匀形成。

渣膜厚度，可以通过控制液渣的粘度调节。

低结晶温度和低粘度的保护渣，能形成很薄的渣膜，热阻较低，导热性能好。

相反，高结晶温度和高粘度的保护渣，能形成很厚的渣膜，热阻大，导热性能差，热流量降低。

3.3 保护渣对铸坯质量的影响保护渣选用适当与否，对连铸生产和铸坯质量将发生重要影响。

保护渣对铸坯质量的影响，主要发生在结晶器内，其中又以表面质量为甚。

保护渣的选用对连铸生产和铸坯质量的影响如下：（1）粘结性漏钢。

生产实践证明，由于保护渣不良引起的粘结是板坯和大方坯漏钢的主要原[7]因，由于保护渣的熔化温度偏高或熔化温度偏低，导致液渣层过薄或厚薄不均造成的。

（2）表面纵向热裂纹。

该缺陷发生在结晶器内，是由于在结晶器内产生的坯壳厚度不均匀，应力集中在某一薄弱部位的情况下发生的。

在设备条件和操作因素不变的条件下，保护渣熔化特性选用不当，液渣层厚薄不一，造成渣膜厚度不均，似乎坯壳局部变薄产生裂纹。

纵裂纹的产生与熔渣粘度η和拉坯速度ν有关，对连铸坯，v η 应控制在0.20～0.35/min Pa s m ⋅⋅，对小方坯应控制v η 为0.5/min Pa s m ⋅⋅。

（3）夹渣。

夹渣分表面夹渣和皮下夹渣两类。

渣子卷入是夹渣的重要来源。

凡渣子的剥落性不良，会使铸坯表面嵌附成片夹渣，有的夹渣在加热炉内未能剥落，还会残留在成品钢材上形成表面缺陷。

（4）表面增碳。

它是由于浇注过程中，保护渣熔化不良，液渣层过薄，造成钢液与含碳保护渣或富碳层相接触而渗碳。

增碳对低碳钢和超低碳钢危害更大，对此类钢还应注意选用低碳或无碳保护渣。

4 研究的内容通过对结晶器保护渣对于连铸坯质量的影响的相关研究，旨在对当前的配渣制[8]度进行优化，对保护渣各项物化性能进行调整，以增强连铸过程的安全性和提高连铸坯的质量。

针对当前由于结晶器保护渣所引起的连铸坯质量的主要问题，分析引起这些问题的原因，可确定从以下几个方面来研究：（1）影响保护渣粘度的因素。

如温度、碱度、组成等是保护渣粘结性的主要影响因素，可从这些影响因素着手，调整保护渣粘度，以改善渣膜的状况，避免粘结性漏钢事故的发生。

（2）保护渣粘度η与拉坯速度ν。

二者要相互协调，v η 值要控制在适宜的范围之内，除了要调节保护渣粘度的各个影响因素以适应浇注要求，还要使用相应的精密检测仪器，最好实现自动控制，以防止表面纵向热裂纹。

（3）保护渣剥落性。

影响保护渣剥落性的因素主要有熔化速度、熔分倾向及粘度等，可研究这些因素各自的特性和相互之间的影响，以改善保护渣的剥落性，减少铸坯夹渣。

（4）保护渣的熔化特性与含碳量。

保护渣的熔化温度和熔化速度分别受保护渣的组成和含碳量的影[8,9]响，因而，可就此进行研究。

同时，还要进行低碳或无碳保护渣的研究与开发。

最终达到减少表面增碳的目的。

5 课题意义铸坯表面上形成的缺陷，如粘结性漏钢、表面纵向热裂纹等与连铸保护渣在结晶器内的表现和行为具有十分密切的关系。

当这些事故发生时，所造成的损失是极为严重的。

本研究从引起这些事故的原因入手，旨在从根源上解决这些隐患。

这对提高连铸过程的安全性，提高连铸坯的质量，改善工作环境和提高经济效益意义非凡。

并对未来结晶器保护渣的发展方向做了一定的探索，在一定程度上指明了保护渣的发展趋势。