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連鑄保護(hù)渣知識精華帖
1.連鑄保護(hù)渣的作用是什么?
在澆注過程中，要向結(jié)晶器鋼水面上不斷添加粉末狀或顆粒狀的渣料，稱為保護(hù)渣。保護(hù)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(jìn)入鋼水發(fā)生二次氧化，影響鋼的質(zhì)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(jié)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(jié);
(5)充填坯殼與結(jié)晶器之間的氣隙，改善結(jié)晶器傳熱。
一種好的保護(hù)渣，應(yīng)能全面發(fā)揮上述五個方面作用，以達(dá)到提高鑄坯表面質(zhì)量，保證連鑄順行的目的。
2.對保護(hù)渣熔化模式有何要求?
在連鑄過程中加入到結(jié)晶器的保護(hù)渣，要完成上述五個方面的功能，必須要求保護(hù)渣粉有規(guī)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(jié)層一液渣層的所謂三層結(jié)構(gòu)。
添加到結(jié)晶器高溫鋼液(1500℃左右)面上低熔點(diǎn)(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(jié)在一起形成所謂燒結(jié)層(溫度在900～600℃)，在燒結(jié)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(jìn)入鋼水。
在拉坯過程中，由于結(jié)晶器上下振動和凝固坯殼向下運(yùn)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(jié)晶器壁與坯殼表面起潤滑作用，就象馬達(dá)軸轉(zhuǎn)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(jié)晶的傳熱。
隨著拉坯的進(jìn)行，鋼液面上的液渣不斷消耗掉，而燒結(jié)層下降到鋼液面熔化成液渣層，粉渣層變成燒結(jié)層，再往結(jié)晶器添加新的渣粉，使其保持為三層結(jié)構(gòu)，如此循環(huán)，保護(hù)渣粉不斷消耗。
3.如何實(shí)現(xiàn)使結(jié)晶器保護(hù)渣粉形成所謂“三層結(jié)構(gòu)”?
要發(fā)揮保護(hù)渣5個方面功能，就必須使添加到結(jié)晶器渣粉形成“三層結(jié)構(gòu)”。要形成“三層結(jié)構(gòu)”關(guān)鍵是要控制保護(hù)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(hù)渣中加入碳粒子作為熔速的調(diào)節(jié)劑。
碳粒子控制熔速的快慢決定于加入碳粒子種類和數(shù)量。碳是耐高溫材料，極細(xì)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(dá)到渣料開始燒結(jié)溫度，碳粒子就已燒盡，則燒結(jié)層發(fā)達(dá)，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(jié)層萎縮，燒結(jié)層厚度過薄。加入碳粉數(shù)量適中時，在燒結(jié)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(jié)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(qū)控制熔速能力較強(qiáng)。碳黑為無定型結(jié)構(gòu)，顆粒很細(xì)(0.06～0.10μm)，分隔和阻滯作用強(qiáng)，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(qū)，控制熔速能力強(qiáng)，在高溫區(qū)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(hù)渣吸收鋼水中夾雜物有哪些因素?
浸入式水口注流在結(jié)晶器內(nèi)引起鋼水對流運(yùn)動，上浮到結(jié)晶器鋼渣界面上的夾雜物，由于結(jié)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(zhì)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(zhuǎn)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(jìn)入渣中。只要夾雜物一進(jìn)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(xué)成分，也就是CaO和SiO2含量，(CaO%/ SiO2%稱為堿度)以及渣中原始Al2O3含量。
生產(chǎn)試驗(yàn)指出，堿度增加，渣子溶解Al2O3夾雜物能力增大，當(dāng)堿度大于1.1，則溶解Al2O3能力下降;渣中原始Al2O3含量大于10%，則渣子溶解Al2O3迅速下降。因此配制保護(hù)渣時，應(yīng)使渣子CaO%與SiO2%之比在0.9～1.0，原始的Al2O3含量盡可能低，一般應(yīng)小于10%。
結(jié)晶器鋼水面上液渣層對Al2O3夾雜溶解能力究竟有多大?研究指出：當(dāng)CaO%/ SiO2%=0.9～1.0時，渣中Al2O3含量大于20%，就有高熔點(diǎn)的化合物析出，使渣子熔點(diǎn)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(jié)晶器保護(hù)渣不斷消耗，也不斷吸收上浮夾雜物，而使渣子被Al2O3富集。為了保持渣子具有良好的吸收Al2O3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(yīng)盡可能降低原始渣中的Al2O3含量;
(2)適當(dāng)增加渣粉消耗，沖稀渣中Al2O3含量;
(3)澆注過程中隨渣中Al2O3富集，可采用結(jié)晶器換渣操作。
結(jié)晶器液渣層厚度的作用及其測定方法有哪些?
保護(hù)渣要達(dá)到良好的使用效果，必須有合乎實(shí)際需要的液渣層厚度。液渣層過厚或過薄都會使板坯產(chǎn)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(jié)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(yīng)的鑄坯表面上產(chǎn)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(jù)理論計(jì)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(chǎn)實(shí)踐所測的臨界液渣層厚度是一致的。
在生產(chǎn)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(jié)晶器渣層中，由于液渣溫度比銅的熔點(diǎn)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(jié)晶器斷面各點(diǎn)鋼水溫度是不一樣的(如浸入式水口區(qū)域和結(jié)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。
保護(hù)渣是如何起潤滑作用的?
澆注過程中結(jié)晶器上下振動，鑄坯向下運(yùn)動，在凝固殼表面與銅壁之間產(chǎn)生了摩擦，使坯殼與銅壁粘結(jié)，使拉坯阻力增大，輕者導(dǎo)致坯殼產(chǎn)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(jìn)行潤滑，這個作用只有靠保護(hù)渣來實(shí)現(xiàn)。
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(tài)渣膜。結(jié)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(jié)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(dāng)把鋼水澆滿結(jié)晶器就形成了初生坯殼，向液面添加保護(hù)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(jié)晶器向下運(yùn)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(cè)的渣殼保持為固體渣皮，而凝殼表面溫度高，靠近坯殼一側(cè)渣子是液態(tài)渣膜，具有流動性。這樣結(jié)晶器銅壁與坯殼之間靠液態(tài)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(jié)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(jīng)彎月面通道不斷向下補(bǔ)充，形成了穩(wěn)定液態(tài)渣膜。
渣膜的厚度與渣子粘度、拉速、結(jié)晶器振動等因素有關(guān)。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(tài)，則渣膜厚度，渣子消耗、渣子粘度三者要配合適中。當(dāng)結(jié)晶器振動一定的情況下，粘度(η)和拉速(V)應(yīng)配合適當(dāng)，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(biāo)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(dāng)，潤滑狀況不良
保護(hù)渣成分的設(shè)計(jì)原則是什么?
要實(shí)現(xiàn)保護(hù)渣的五個功能，關(guān)鍵是配制合適成分的保護(hù)渣。
現(xiàn)在普遍應(yīng)用于連鑄的保護(hù)渣渣料是以CaO-SiO2-Al203三元化合物組成的渣系為基礎(chǔ)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(hù)渣基本由三種物料組成：
(1)基礎(chǔ)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%，Si0240～60%，Al203小于l0%。熔點(diǎn)高于1300℃以上。
(2)助熔劑。如Na2O、CaF2能降低渣子熔點(diǎn)和粘度。根據(jù)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(diǎn)而定。
(3)調(diào)節(jié)劑。碳粒子為熔速調(diào)節(jié)劑。加入量為5～7%。
根據(jù)鋼種的要求，通過實(shí)驗(yàn)把保護(hù)渣合適的各化合物含量確定下來。
配制保護(hù)渣所用的主要原料是什么?
作為配制保護(hù)渣的原料有：天然礦物、工業(yè)廢物和工業(yè)產(chǎn)品。已作為基礎(chǔ)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(diào)節(jié)劑有天然石墨、碳黑、燈黑等。
保護(hù)渣對連鑄坯質(zhì)量有何影響?
保護(hù)渣是加入到結(jié)晶器鋼水面上，保護(hù)渣的好壞主要是影響鑄坯的表面質(zhì)量：
(1)鑄坯表面縱裂紋：縱裂紋是來源于結(jié)晶器彎月面區(qū)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(dǎo)致凝固殼厚薄不均，在坯殼較薄之處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超過凝殼的高溫強(qiáng)度時就產(chǎn)生了裂紋。
研究指出，結(jié)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?？v裂還與渣子粘度(η)、熔化速度(tf)和拉速(V)有關(guān)。有人指出：η/tf比值愈大，縱裂指數(shù)愈小。如渣子溫度1300℃，η/tf=1,縱裂指數(shù)為6，η/tf=2，縱裂指數(shù)為0。有人認(rèn)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(wěn)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(yán)重危害產(chǎn)品表面質(zhì)量，因此在熱加工之前必須予以清除。
結(jié)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(dǎo)熱性差、凝殼薄，形成了一個高溫“熱點(diǎn)”，是造成出結(jié)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?nèi)埸c(diǎn)分別為1550℃和1590℃，容易使渣子結(jié)團(tuán)。在結(jié)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。
煉鋼連鑄火焰切割高效節(jié)能技術(shù)”被國家科技部列入重點(diǎn)科技成果推廣項(xiàng)目。本技術(shù)產(chǎn)品在數(shù)家煉鋼企業(yè)成功應(yīng)用，扭轉(zhuǎn)了過去鋼坯切割燃?xì)庀亩?、切割割縫大、切割斷面粗糙、氧氣壓力高、工場粉塵多、燥音大、環(huán)境污染重、割具損壞多、工人勞動強(qiáng)度大等狀況，顯示出巨大的節(jié)能降耗威力和卓越的環(huán)境保護(hù)效果。該技術(shù)具有以下特點(diǎn)：
1、工藝先進(jìn)：切割中火焰集中，切割速度快;切割斷面光潔，上緣不塌邊，下緣掛渣少，成材率高;可實(shí)現(xiàn)自動化，切割與連鑄拉速相匹配。
2、節(jié)省鋼材：切割方坯和板坯割縫可保持在3mm左右，每噸鋼材可減少0.5公斤以上割損。
3、節(jié)約能源：節(jié)能連鑄割嘴的燃?xì)鈮毫κ瞧渌钭斓?/2至1/3，氧氣壓力是其它割嘴的1/2，可節(jié)省燃?xì)?0%以上，節(jié)省氧氣40-50%，切割中可實(shí)現(xiàn)自動斷火與點(diǎn)火。
連鑄保護(hù)渣有哪幾種類型?
根據(jù)設(shè)計(jì)的保護(hù)渣組成，再選用合適的原料經(jīng)過破碎、球磨、混合等制作工序就制成了保護(hù)渣。有四種類型。
(1)粉狀保護(hù)渣：是多種粉狀物料的機(jī)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(tài)受到破壞，影響使用效果的穩(wěn)定性。同時，向結(jié)晶器添加渣粉時，粉塵飛揚(yáng)，污染了環(huán)境。
(2)顆粒保護(hù)渣：為了克服污染環(huán)境的缺點(diǎn)，在粉狀渣中配加適量的粘結(jié)劑，做成似小米粒的顆粒保護(hù)渣。制作工藝復(fù)雜，成本有所增加。
(3)預(yù)熔型保護(hù)渣：將各造渣料混勻后放入預(yù)熔爐熔化成一體，冷卻后破碎磨細(xì)，并添加適當(dāng)熔速調(diào)節(jié)劑，就得到預(yù)熔性粉狀保護(hù)渣。預(yù)熔保護(hù)渣還可進(jìn)一步加工成顆粒保護(hù)渣。預(yù)熔保護(hù)渣制作工藝復(fù)雜，成本較高。但優(yōu)點(diǎn)是提高保護(hù)渣成渣的均勻性。
(4)發(fā)熱型保護(hù)渣：在渣粉中加入發(fā)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(yīng)用較少。
連鑄保護(hù)渣主要理化性能有哪些?
保護(hù)渣配制好后，要測定渣子的理化性能，主要的理化指標(biāo)有以下幾項(xiàng)：
(1)化學(xué)成分：各牌號的保護(hù)渣，應(yīng)分析化學(xué)成分，各氧化物的含量應(yīng)在所規(guī)定的范圍內(nèi)，這是最起碼的指標(biāo)。
(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?yōu)榘肭蛐蔚臏囟?，定義達(dá)到半球點(diǎn)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(jì)或旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)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(guān)系到結(jié)晶器鋼液面上能否形成穩(wěn)定的三層結(jié)構(gòu)和需要的液渣層厚度。
熔速可用標(biāo)準(zhǔn)試樣在規(guī)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(hù)渣粉，加熱到規(guī)定溫度，在單位面積和時間內(nèi)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(nèi)的保護(hù)渣粉，從規(guī)定高度下流到平板上鋪散的面積來衡量。
(6)水分：保護(hù)渣粉容易吸潮。吸附水分量超過規(guī)定要求(如0.5%)，渣粉會結(jié)團(tuán)，危及使用效果。
如何控制保護(hù)渣的水分?
保護(hù)渣水分分為吸附水和結(jié)晶水兩類。水分可使保護(hù)渣粉結(jié)團(tuán)、質(zhì)量變壞。應(yīng)限制水分小于0.5%。
基料中的某些物質(zhì)如蘇打、固，體水玻璃等吸附水的能力甚強(qiáng)。當(dāng)吸附水后，使粉渣裹卷成團(tuán)，對連鑄操作帶來麻煩。
保護(hù)渣吸水主要決定于原料種類和粒度。粒度愈細(xì)，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?yàn)?5.9%，石墨微量。
控制水分方法：原料的烘烤溫度不低于110℃。適當(dāng)延長烘烤時間。烘烤后的原料應(yīng)及時配料、混勻，配好的渣粉應(yīng)及時密封包封。
對質(zhì)量要求較高的鋼種，保護(hù)渣原料最好烘烤到800℃以上，以去除結(jié)晶水，或采用預(yù)熔型保護(hù)渣。
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