1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)特鋼廠模鑄用保護渣蔡燮鰲繆新德吳小林Shielding Powered Slag for Ingot Mold Casting at Special Steel WorksCai Xieao, Miao Xinde and Wu Xiaolin(Jiangyin Xingcheng Iron and Steel Co Ltd, Jiangyin )60年代前期，國內(nèi)各特鋼廠都采用焦油木框、石蠟草圈等保護澆鑄，鋼錠表面質(zhì)量差，尤其是低倍皮下氣泡、翻皮、夾雜等缺陷一直困擾著

2、鋼錠質(zhì)量的提高。60年代中期探索用固體粉狀保護渣，用石墨尾礦做基料加螢石和固體水玻璃，高碳型“721”石墨渣就是當時普遍采用的混合型保護渣。使用后鋼錠表面質(zhì)量較過去有很大提高。20多年來，特別是1981年冶金部特鋼第2屆鑄錠會后，經(jīng)各廠、科研單位和大專院校的共同開發(fā)研究，目前已開發(fā)出各種不同類型的模鑄保護渣，基本滿足了生產(chǎn)的需要，同時也大大縮短了與國外在這一方面的差距。1保護渣基料的選擇和使用原則1.1保護渣基料的選擇為保證保護渣的穩(wěn)定性，基料的選擇十分重要。由于模鑄條件的要求，保護渣應具有低堿度、高粘度，其熔點在1 1001 250 ?；系闹饕瘜W成分為：SiO2 30%60%；Al2O3

3、 5%20%；CaO 10%30%。目前國內(nèi)普遍采用的保護渣基料有高爐水渣、電廠灰、石墨尾礦、水泥熟料、硅灰石、蛭石、珍珠巖等。據(jù)有關(guān)研究單位指出水泥熟料和硅灰石較好，但價格較高。煤資源較穩(wěn)定且未經(jīng)收集漂珠的電廠粉煤灰，再適當配加其它基料、熔劑和碳質(zhì)材料亦能獲得價廉質(zhì)量較好的保護渣，如周莊煉鋼保材廠生產(chǎn)的ZF-12復合渣就是一例，性能穩(wěn)定，含碳量低，鋼錠表面質(zhì)量好，頭部增碳和帽頭切損少。1.2保護渣常用的熔劑在SiO2-Al2O3-CaO三元系相圖中基礎(chǔ)成分熔點高，且各廠鋼種、錠型和澆鑄工藝不同，因此必須在基礎(chǔ)成分上添加適量的熔劑來調(diào)整熔點和粘度。熔劑對保護渣的各種性能有較大的影響。因此，必須

4、把熔劑對保護渣的熔點、粘度和吸收夾雜的能力加以綜合考慮。各種熔劑對保護渣3種性能的影響的研究結(jié)果如下：(1) 常用各種熔劑對保護渣熔化溫度的降低強度的次序：B2O3Na2OBaOCaF2MnO。(2) 常用各種熔劑對保護渣粘度的降低強度的次序：CaF2B2O3MnONa2OBaO。(3) 常用各種熔劑對Al2O3的吸收能力大小的次序：B2O3CaF2Na2OBaOMnO。目前關(guān)于熔劑加入量的研究還不能做到準確的定量關(guān)系。因為各種熔劑加入保護渣中產(chǎn)生相互作用-混合效應，只在某一量和某一范圍效果較好。而某一熔劑加入量過多時適得其反，能使保護渣產(chǎn)生高熔點物質(zhì)。例如，CaF2加入量過多時，可能生成枝晶

5、石；Na2O加入量過多時，可能生成霞石。為了避免這種現(xiàn)象，保護渣熔劑加入的原則是：加入的種類多而每種量要少。從有效性、經(jīng)濟性、綜合性等方面考慮，國內(nèi)目前普遍采用含鈉熔劑(蘇打、堿)和螢石。1.3保護渣中的碳所有國家“通用型”的保護渣均含有碳。除低碳鋼種和連鑄保護渣外，不應把碳降得太低，一般在15%30%。碳在保護渣中對熔融速度的影響，不同種類的碳幾乎沒有什么區(qū)別，只是隨著數(shù)量增加，粒度減細、熔速變慢。但是，對保溫性能石墨類優(yōu)于普通碳質(zhì)材料，而碳黑類又優(yōu)于石墨類。另外在選用碳質(zhì)材料時還得考慮價格因素。2生產(chǎn)中保護渣的幾個問題2.1鋼液增碳碳在保護渣中起到調(diào)整熔速，改善鋪張性，潤滑模壁，提高保溫性

6、能，產(chǎn)生還原氣氛等作用。但是，也出現(xiàn)鋼錠不同部位的增碳現(xiàn)象，尤其是頭部更為嚴重。1976年后大連、齊鋼、大冶等廠相繼指出：高碳保護渣鋼錠頭部增碳，是影響鋼材質(zhì)量，提高成材率的最大障礙。我廠1986年前使用含碳高達26%的穆林MB2-5渣，鋼錠頭部增碳也十分嚴重。為了搞清增碳機理，北京科技大學、重慶大學等高等院校對不同含碳量的保護渣進行了試驗，其結(jié)果是：(1) 固體粉渣與高溫鋼液接觸產(chǎn)生高溫溶解增碳。既然碳與鋼液接觸時的增碳是一個溶解過程，它就應遵循溶解理論：碳的溶解速度 擴散系數(shù) 式中r 碳粒直徑；S 界面積； 邊界層厚度；N 阿佛加德羅常數(shù)；C飽 碳在鋼中飽和濃度；CX 鋼液中原有碳濃度；R

7、 氣體常數(shù)； 鋼液粘度。從上式可以看出：鋼液溫度愈高，碳的擴散速度愈快，保護渣中碳含量愈高，鋼液的增碳速度愈快。(2) 固體粉渣與紅熱鋼錠接觸時，產(chǎn)生高溫擴散增碳。此過程應遵循菲克擴散定律：dn/dt=D.F (CS-CX)式中F接觸面積；D擴散系數(shù)；CS保護渣碳濃度；CX鋼錠碳濃度。從上式可以看出：保護渣含碳量愈高，增碳愈嚴重。(3) 液渣層把鋼液與粉渣完全隔離，增碳十分輕微。對熔渣的實際分析結(jié)果含碳量很低一般不超過0.05%，且碳粒在熔渣中的擴散系數(shù)極低。因此碳要通過熔渣向鋼液增碳是困難的。(4) 大生產(chǎn)中粉狀保護渣對鋼錠的增碳無論渣粉如何放置加入，開澆后鋼液進入模內(nèi)粉渣都要與鋼液接觸必須

8、經(jīng)過一定時間后才能形成足夠覆蓋鋼液頂面的液渣層，這段時間粉渣中碳直接與鋼液接觸發(fā)生溶解增碳。在澆鑄過程中注速不可能達到理想平穩(wěn)，實際注速是波動的，形成液渣對某部分鋼液不能良好覆蓋造成粉渣與鋼液的直接接觸機會，同時錠模內(nèi)壁不是完全光滑，經(jīng)過多次使用后模壁變得粗糙，特別是當前鋼廠清模操作質(zhì)量差，模壁粘有渣殼的情況普遍存在，造成再次澆注時粉渣滯留，形成粉渣與鋼液直接接觸的機會。鋼液上升到錠身與帽口交界處粉渣在此有聚集和滯留，同時絕熱帽內(nèi)壁粗糙氣孔率高，粉渣也有滯留造成粉渣對該部鋼液的溶解增碳和對凝固紅鋼的擴散增碳。由于帽口部分鋼液凝固最慢，接觸時間最長，傳質(zhì)時間長，因此增碳最嚴重，形成一個“V”形墨

9、色中心，顯然這樣的鋼無法使用，必須切除。從而降低鋼錠的成材率。保護渣中碳含量愈高，鋼液凝固時間愈長，增碳愈嚴重。為減輕含碳保護渣對鋼錠的增碳程度，除改善澆鋼工藝，改進帽口設(shè)計外，主要還應設(shè)法在保證保護渣基本特性的前提下，盡可能降低保護渣的含碳量。采用不同含碳量保護渣：ZF-12(含碳量11.3%)和穆林MB2-5(含碳22.60%)試驗(表1)。鋼錠頭部化學成分分析取樣部位與碳含量分析結(jié)果如圖1和表2所示。表1MB2-5和ZF-12兩種渣的成分/%Table 1Ingredient of shielding powered slag for ingot mold casting /%牌 號Si

10、O2CaOAl2O3Fe2O3Na2OK2OCMB2-542.58.56.04.12.0-2025ZF-1243.023.07.04.42.00.614圖1鋼錠頭部取樣位置錠型(上口255mm255mm)/(下口200mm200mm)1100mmFig.1Sampling location at top of ingot Ingot top 255mm255mm, end 200mm200mm, height 1100mm表2用MB2-5和ZF-12保護渣鑄錠時鋼錠頭部不同部位的碳含量/%Table 2Carbon content at different position of top of

11、 ingot as ingot mold casting with shielding powered slag MB2-5 and ZF-12/%試樣部位20CrMnTi45#MB2-5渣ZF-12渣MB2-5渣ZF-12渣成品0.190.190.460.4610.200.190.460.45520.240.210.950.6330.640.451.150.9240.3150.300.910.5250.2050.190.470.4660.480.340.930.7870.200.190.480.4680.210.210.530.4790.240.240.650.57100.380.3150.

12、9050.64110.280.250.690.52120.220.2050.5350.47130.200.1950.4750.47140.270.210.5550.47注：試樣部位見圖1。萊鋼特鋼廠與周村煉鋼保護材料廠共同開發(fā)的用膨脹珍珠巖和漂珠代替部分基料，用膨脹石墨做碳質(zhì)材料，含碳小于12%的ZF-12復合保護渣取得滿意的效果：鋼錠表面質(zhì)量好、增碳少、保溫效果亦好，采用輕質(zhì)絕熱帽680 kg錠型，不使用發(fā)熱劑帽頭，收縮良好，成坯率在89%左右。2.2保護渣的保溫性能保護渣良好的保溫性能，能改善鋼錠表面質(zhì)量和帽頭收縮，減少切頭損失，提高成材率。降低粉渣的含碳后，鋼錠增碳減輕，但隨之出現(xiàn)保護渣

13、保溫性能差使用量增加等問題。如何改善低碳保護渣的保溫性能，國內(nèi)各鋼廠從不同角度都做了不少工作。如采用容重輕、氣孔率高、絕熱保溫性能好的膨脹蛭石，高爐水渣，膨脹珍珠巖做基料。還有些單位試驗用呈空心球狀的具有良好絕熱性的粉煤灰漂珠做部分基料。目的均為提高粉渣基料本身的絕熱性。有些廠用膨脹石墨做碳質(zhì)材料，提高粉渣的絕熱性。2.3粉渣的顆粒度對混合型渣(幾種原料機械混合)來說，粒度愈細，熔融速度愈大，熔融溫度愈低，保溫性能愈好，粒度粗的保護渣分熔現(xiàn)象嚴重，液渣均勻性差，并降低潤滑效果。但粒度大，質(zhì)量大鋪展性好，且太小的粒度給生產(chǎn)帶來困難，生產(chǎn)環(huán)境惡化，一般模鑄用保護渣粒度小于100目，小于200目占3

14、0%左右即可。2.4保護渣的水分保護渣水分含量高，會嚴重受氣幕附著力的影響，鋪展性變差。嚴重時保護渣結(jié)團，澆鑄時滯留模壁，有時被卷入鋼錠和錠模之間，惡化鋼錠的表面質(zhì)量。同時水分高的保護渣會使鋼錠尾部產(chǎn)生皮下氣泡等缺陷。所以要求小于0.7%，最好小于0.5%。含有結(jié)晶水的原材料應在500600 的溫度進行烘烤才能去除結(jié)晶水。3結(jié)束語(1)配置混合型保護渣時，其基料選擇，必須成分穩(wěn)定，有害雜質(zhì)含量低，成分應在SiO2-Al2O3-CaO三元相圖中低熔點區(qū)，基料之間成分差距不能太大。(2)保護渣熔劑的選擇，宜種類多，每種加入量要少，當前普遍采用蘇打、堿和螢石。(3)碳質(zhì)材料在保護渣中對調(diào)整熔速、提高保溫性能、改善鋪展性和模內(nèi)氣氛等方面起良好作用。但是，保護渣中高的碳含量使鋼錠頭部增碳嚴重。