第七章連鑄保護(hù)渣及覆蓋劑

§7—1保護(hù)渣的冶金功能及理化性能一.保護(hù)渣的冶金功能1.絕熱保溫減少鋼液熱損失位于結(jié)晶器液面最上層的粉狀層，結(jié)構(gòu)松散，具有良好的絕熱保溫作用?？梢苑乐菇Y(jié)晶器中鋼水表面結(jié)殼，避免添加保護(hù)渣形成熔渣后又固結(jié)成蓋，并可防止浸入式水口周圍結(jié)渣，保護(hù)渣的絕熱保溫作用在于保持保護(hù)渣上層粉狀層又一定的厚度。第七章連鑄保護(hù)渣及覆蓋劑

§7—1保護(hù)渣的冶金功2.隔絕空氣防止對鋼液的二次氧化覆蓋于鋼液面上的液渣層，隔絕空氣與鋼液表面的接觸，保護(hù)鋼液表面不受空氣的二次氧化。為了更好地起到保護(hù)作用，液渣層應(yīng)均勻覆蓋于鋼液面上，渣中不應(yīng)含有使鋼氧化的成分，如應(yīng)限制渣中氧化鐵含量，熔渣的透氣性要低對鋼液的潤濕性要好。

2.隔絕空氣防止對鋼液的二次氧化3．吸收非金屬夾雜物凈化鋼渣界面上浮至結(jié)晶器液面上的氧化物，隨著注流在結(jié)晶器中的對流，有可能在彎月面被卷入凝固殼，造成鑄坯的皮下或表面夾雜物等缺陷。因此，保護(hù)渣的液渣層應(yīng)具有良好的吸收和溶解夾雜物的能力。為此保護(hù)渣的熔渣應(yīng)有低的粘度，對氧化物夾雜的潤濕性好，吸收夾雜物以后自身性能要穩(wěn)定。3．吸收非金屬夾雜物凈化鋼渣界面4．潤滑坯殼并改善凝固傳熱填充于氣隙中的渣膜對凝固坯殼能起到良好的潤滑作用，減少拉坯阻力，從而可防止坯殼與結(jié)晶器壁的粘結(jié)。此外熔渣進(jìn)入坯殼與結(jié)晶器壁之間，使氣隙不在存在，熱阻減小，凝固坯殼向結(jié)晶器壁的傳熱得到改善，使坯殼均勻生長，有利于減少鑄坯裂紋的形成。4．潤滑坯殼并改善凝固傳熱二.保護(hù)渣的結(jié)構(gòu)要求在鋼液面上形成粉渣層—燒結(jié)層—液渣層3層結(jié)構(gòu)。1．粉渣層構(gòu)成粉體特性的因素：粒度大小、粒子間的相互作用力、粒子充填狀態(tài)、粒子的表面能。要求：粉狀渣的粒度一般小于0.147mm。粉渣層應(yīng)有適當(dāng)?shù)暮穸龋ㄈ纭?5mm）2．燒結(jié)層3．液渣層一般為10～15mm。液渣層的厚度由保護(hù)渣的熔化速率和消耗速率之間的質(zhì)量平衡來決定。二.保護(hù)渣的結(jié)構(gòu)添加到高溫鋼液面上低熔點(diǎn)（1050℃～1100℃）的粉渣，靠鋼液提供熱量，在鋼液面上形成一定厚度的液渣覆蓋層（10～15mm），減緩了鋼水沿保護(hù)渣厚度方向的傳熱；在液渣層上面的保護(hù)渣受到鋼液傳過來的熱量，溫度可達(dá)800～900℃，但已軟化燒結(jié)在一起，形成一層燒結(jié)層；在燒結(jié)層上面是固態(tài)粉狀或粒狀的原渣層（也稱粉渣層）。粉渣層的溫度大約在400～500℃，粒度小于100目（0.147mm），與燒結(jié)層共同起到了隔熱保溫作用。添加到高溫鋼液面上低熔點(diǎn)（1050℃～1100℃）的粉渣，靠在拉坯過程中，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，而在凝固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。同時(shí)，渣膜充填了坯殼與銅壁之間的氣隙，減少了熱阻，改善了結(jié)晶器的傳熱。隨著拉坯的進(jìn)行，鋼液面上液渣不斷消耗掉，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)晶器添加新的粉渣，使其保持為3層結(jié)構(gòu)，如此循環(huán)，保護(hù)渣粉不斷消耗。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，鋼保護(hù)渣結(jié)構(gòu)示意圖：1—粉渣層；2—燒結(jié)層；3—液渣層；4—結(jié)晶器5—凝固坯殼；6—渣膜；7—渣皮；8—結(jié)晶器振動方向；9—鋼坯拉出方向保護(hù)渣結(jié)構(gòu)示意圖：要形成3層結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是要控制保護(hù)渣的熔化速度，即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化速度的調(diào)節(jié)劑。炭粒子控制熔速的快慢決定于加入炭粒子的種類和數(shù)量。要形成3層結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是要控制保護(hù)渣的熔化速度，即加入到鋼液面三.保護(hù)渣的理化性能1.熔化特性A.熔化溫度保護(hù)渣是由多組元組成的混合物，沒有固定的熔點(diǎn)，熔化過程有一定的溫度范圍；通常將熔渣具有一定流動性時(shí)的溫度稱為熔點(diǎn)。保護(hù)渣的液渣形成渣膜其潤滑作用，因此保護(hù)渣的熔化溫度應(yīng)低于結(jié)晶器出口處的鑄坯表面溫度，通常在1050～1100℃左右。保護(hù)渣的熔化溫度主要決定于渣子的化學(xué)成分及渣料的粒度。三.保護(hù)渣的理化性能B.熔化速度保護(hù)渣的熔化速度決定了鋼液面上形成液渣層厚度和渣的消耗量。熔化速度過快，粉渣層不易保持，影響保溫，液渣會結(jié)殼，很可能造成鑄坯夾渣；熔化速度過慢，液渣層過薄。同時(shí)過快過慢的熔化速度都容易造成渣膜的厚薄不均。從而使坯殼生長不均勻。常用一定重量的試樣在一定溫度下完全熔化所需的時(shí)間來表示熔化速度。保護(hù)渣的熔化速度主要靠配入渣中的碳質(zhì)材料來調(diào)節(jié)。碳質(zhì)材料的碳含量越高，分散度越大、影響熔化速度的作用就越強(qiáng)。a.配加炭黑（﹤1.5%）。b.配加石墨（2～5%）。c.復(fù)合配炭B.熔化速度C.熔化均勻性要求能均勻熔化，鋪展到整個(gè)鋼液面上，并能沿四周均勻地流入結(jié)晶器與坯殼之間。C.熔化均勻性2.粘度粘度是保護(hù)渣重要物性之一，它直接影響到鑄坯振痕的形成和渣膜的潤滑作用，以及渣吸收夾雜物的能力。澆注條件一定時(shí)，渣膜的厚度和均勻程度與熔渣的粘度有很大關(guān)系。熔渣粘度過大或過小，都會造成鑄坯表面渣膜的厚度過薄或過厚，使?jié)櫥?、傳熱不良，甚至?dǎo)致坯殼產(chǎn)生裂紋。

保護(hù)渣的粘度取決于渣的化學(xué)成分。合適的粘度應(yīng)隨鋼種、斷面、拉速、溫度而定。一般在0.1～1Pa·s的范圍內(nèi)變化。

為了適應(yīng)連鑄的溫度變化，應(yīng)當(dāng)選擇熔渣粘度隨溫度變化比較緩和的渣系（長渣）。保護(hù)渣中常配加瑩石（CaF2）、堿金屬氧化物Na2O等，以降低熔渣的熔化溫度和粘度。2.粘度3．界面特性A.表面張力熔渣的表面張力一般是由試驗(yàn)測定的，也可用經(jīng)驗(yàn)公式估算。表面張力和組成具有加和的線性關(guān)系：σS＝∑σiNi

式中σS—熔渣的表面張力，N∕m；

σi—熔渣I組分的表面張力系數(shù)，N∕m∕摩爾分?jǐn)?shù)。

Ni—熔渣I組分的摩爾分?jǐn)?shù)。3．界面特性B.鋼液面彎月面曲率半徑鋼水在結(jié)晶器內(nèi)由于表面張力的作用形成彎月面。在敞開澆注時(shí)，彎月面曲率半徑為：

r＝5.43×10－1（σm∕ρm）1∕2在保護(hù)渣下澆注時(shí)，彎月面曲率半徑為：

rs＝5.43×10－1[σm－s∕（ρm

－ρs）]1∕2σm－s

＝σm－σSCOSθ式中

r、rs—彎月面曲率半徑，m；

σm、σS—分別為鋼水、熔渣的表面張力，N∕m；

σm－s—鋼水與熔渣間的界面張力，N∕m；

ρm

、ρs—鋼水、熔渣密度，kg∕m3；

θ—保護(hù)渣對鋼水的潤濕角。B.鋼液面彎月面曲率半徑在液渣下保護(hù)澆注時(shí)，鋼液表面彎月面的曲率半徑比在敞開澆注時(shí)要大。在鋼水靜壓力作用下，曲率半徑大，彎月面坯殼較易向結(jié)晶器壁鋪展，變形時(shí)也不易產(chǎn)生裂紋。降低保護(hù)渣的表面張力，可以增加鋼渣界面張力，有利于鋼渣分離和增大曲率半徑。在液渣下保護(hù)澆注時(shí)，鋼液表面彎月面的曲率半徑比在敞開澆注時(shí)要4.吸收溶解夾雜物的能力保護(hù)渣應(yīng)具有良好的吸收夾雜物的能力，特別是在澆注鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，溶解吸收Al2O3的能力。連鑄保護(hù)渣一般多是硅酸鹽系，這類渣系有吸收Al2O3、MgO、MnO、FeO等夾雜物的能力。生產(chǎn)實(shí)踐表面，隨著熔渣的堿度增加，保護(hù)渣吸收溶解Al2O3的能力增大不多；當(dāng)堿度大于1.10時(shí)，吸收溶解Al2O3的能力又有所下降；同時(shí)當(dāng)渣中Al2O3富集到一定程度時(shí)（大于10％），就有鋁方柱石或剛玉析出，使吸收Al2O3能力下降，也易造成夾渣。因此保護(hù)渣堿度在0.85～1.1時(shí)的Al2O3含量應(yīng)盡可能低，不能大于10％。4.吸收溶解夾雜物的能力§7—2保護(hù)渣的配制一.保護(hù)渣基礎(chǔ)成分廣泛采用的是CaO—SiO2——Al2O3三元相圖。此區(qū)域組成范圍較寬，大致是CaO：30％～50％，SiO2：40％～65％、Al2O3≤20％，其熔點(diǎn)大約是1300～1500℃。具體選擇在CaO∕SiO2＝0.60～1.10,Al2O3﹤10%，屬于酸性渣或中性偏酸性渣。熔化溫度在1400℃的范圍較為合適。§7—2保護(hù)渣的配制一.保護(hù)渣基礎(chǔ)成分二．原料的選擇及組合原則：原料的化學(xué)成分應(yīng)盡可能穩(wěn)定，盡可能接近選擇的保護(hù)渣的化學(xué)成分；基本原料的種類不宜過多，以配制工序過于復(fù)雜，便于調(diào)整渣子性能；原料來源廣泛且價(jià)格便宜。常用的原料有天然礦物（如硅灰石、珍珠巖、石灰石、石英等），工業(yè)原料（水泥、水泥熟料等），工業(yè)廢料（玻璃、煙道灰、高爐渣、電爐白渣、石墨尾礦等）。

二．原料的選擇及組合三．配加調(diào)整劑1.熔化速度調(diào)節(jié)劑：調(diào)節(jié)保護(hù)渣的熔化速度，用石墨和碳黑者居多，也有用焦炭粉的，加入量大致在1.0％～8.0％左右。2.熔點(diǎn)調(diào)整劑（助熔劑）：常用蘇打、瑩石、氟化鈉、冰晶石、硼石、固體水玻璃等，用以調(diào)節(jié)保護(hù)渣的熔化溫度，使其在1200℃以下。加入量一般不超過10％左右。四．原料加工及成品原料應(yīng)按工藝要求各自經(jīng)過研磨加工成細(xì)粉狀，要求彼此之間粒度應(yīng)相近。三．配加調(diào)整劑§7—3保護(hù)渣的選用對策一．保護(hù)渣對鑄坯質(zhì)量的重要性1.粘結(jié)性漏鋼由于保護(hù)渣的熔化溫度偏高或熔化速度偏低，致使液渣層過薄或厚薄不均造成的。2.表面縱向熱裂紋該缺陷發(fā)生在結(jié)晶器內(nèi)，是由于結(jié)晶器內(nèi)生成的坯殼厚度不均勻，張應(yīng)力集中在某一薄弱部位的情況下發(fā)生的。在設(shè)備條件和操作因素不變的條件下，保護(hù)渣熔化特性選用不當(dāng)，液渣層厚薄不一，造成渣膜厚度不均，使局部坯殼變薄產(chǎn)生縱裂。縱裂產(chǎn)生與熔渣粘度（η）和拉坯速度（ｖ）有關(guān)，對連鑄板坯，η·ｖ值應(yīng)控制在0.25～0.35Pa·s·m∕min，對小方坯連鑄應(yīng)控制在η·ｖ值為0.5Pa·s·m∕min。§7—3保護(hù)渣的選用對策一．保護(hù)渣對鑄坯質(zhì)量的重要3.表面橫向裂紋橫裂紋大多沿著振痕的波谷處發(fā)生的。保護(hù)渣的物性影響振痕的深淺，淺而圓滑的振痕可獲得光滑的鑄坯表面，改善渣子的性能可使振痕深度變淺，減輕橫裂紋的發(fā)生。4.夾渣夾渣分表面夾渣和皮下夾渣兩類。渣子卷入是夾渣的重要來源。凡渣子的剝離性不良，會使鑄坯表面嵌附成片夾渣，有的夾渣在加熱爐內(nèi)未能剝離，還會殘留在成品鋼材上形成表面缺陷。5.表面增碳由于澆注過程中，保護(hù)渣熔化性能不良，液渣層過薄，造成鋼液與含碳保護(hù)渣或富碳層相接觸而滲碳。增碳對低碳鋼和超低碳鋼危害更大，對此類還應(yīng)注意選用低碳或無碳保護(hù)渣。3.表面橫向裂紋二．使用過程對保護(hù)渣的評價(jià)1.保護(hù)渣的消耗量。在不斷均衡地向結(jié)晶器加入保護(hù)渣的情況下，消耗量在0.3～0.5kg∕t鋼。2.保護(hù)渣液渣層厚度合適的液渣層厚度大致在10～15mm左右。粉渣層厚薄一般不大于25mm。3.渣圈。在結(jié)晶器壁四周鋼液面上形成渣圈，渣圈發(fā)達(dá)，說明保護(hù)渣的熔化性能不良，燒結(jié)層過分發(fā)展。二．使用過程對保護(hù)渣的評價(jià)4.結(jié)晶器的摩擦力在結(jié)晶器上安裝傳感器，監(jiān)視拉坯過程中摩擦力的變化。如摩擦力突然升高，說明渣膜潤滑不良，應(yīng)適時(shí)調(diào)整。5.結(jié)晶器銅壁溫度。在板坯連鑄機(jī)或大方坯連鑄機(jī)的結(jié)晶器銅壁內(nèi)，安裝若干對熱電偶，將熱電偶信號引入計(jì)算機(jī)。若結(jié)晶器某部分熱電偶所測溫度突然明顯升高，說明該處鑄坯凝固殼斷裂，鋼水與銅壁接觸所致。就保護(hù)渣影響而言，是由于液渣層過薄或渣膜厚薄不均所造成。4.結(jié)晶器的摩擦力三．選用保護(hù)渣的對策

選用思路：一般是依據(jù)鋼種、鑄坯斷面、澆注溫度、拉坯速度及振動頻率等工藝參數(shù)和連鑄設(shè)備條件來考慮。當(dāng)這些條件與某些生產(chǎn)廠條件相當(dāng)時(shí)，可以選用已使用過的保護(hù)渣，但使用時(shí)還應(yīng)根據(jù)鑄坯質(zhì)量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。這是因?yàn)楸Ｗo(hù)渣對操作因素的綜合影響是非常敏感的。三．選用保護(hù)渣的對策1.低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼用保護(hù)渣低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的特點(diǎn)是Al2O3類夾雜物含量較高，為保證鋼板的表面質(zhì)量和深沖性能，需要把連鑄坯中Al2O3Al2O3夾雜物降低到較低水平。就保護(hù)渣而言，應(yīng)選用堿度較高，粘度較低，原始渣中Al2O3較低的保護(hù)渣，使熔渣吸收Al2O3夾雜物的速度較快，渣耗較大，液渣層的更新較快。

1.低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼用保護(hù)渣2.超低碳鋼用保護(hù)渣澆注超低碳鋼種（C≤0.03%）時(shí)，確有鑄坯增碳的問題。首先應(yīng)選配易氧化的活性碳質(zhì)材料，并控制其配碳量，使液渣層厚度接近上限，并避免富碳層出現(xiàn)或富碳層含碳量顯著降低。其次，可以在保護(hù)渣中配入適量的MnO2,用它作氧化劑，可有效地抑制富碳層并降低其中含碳量，還可起助熔劑作用，使熔渣層增厚。再次，也可在保護(hù)渣中配入BN粒子，用以取代碳粒子。2.超低碳鋼用保護(hù)渣3.不銹鋼用保護(hù)渣不銹鋼中含有Cr、Ti等元素，因此，保護(hù)渣必須具備凈化結(jié)晶器內(nèi)鋼渣界面上的Cr2O3、TiO2等夾雜物的能力，并且吸收夾雜物后其性能穩(wěn)定。在保護(hù)渣中配入適量的B2O3,可消除Cr2O3的不利影響，使熔渣粘度降低。3.不銹鋼用保護(hù)渣4.高速連鑄用保護(hù)渣高速與常速連鑄保護(hù)渣在化學(xué)成分及理化性能上差別很大，高速連鑄要求保護(hù)渣在高拉速及拉速變化較大的情況下仍能維持足夠大的消耗，否則會造成粘結(jié)漏鋼或引起鑄坯縱裂紋等表面缺陷。要求高速連鑄保護(hù)渣應(yīng)具有較低的粘度及結(jié)晶體析出溫度，較低的軟化及熔融溫度，合適的堿度及較快的熔化速度等理化性能。

4.高速連鑄用保護(hù)渣⑴高速連鑄保護(hù)渣化學(xué)成分的選擇高速連鑄保護(hù)渣具有4層結(jié)構(gòu)，即初始渣層、燒結(jié)渣層、半熔渣層和熔渣層。半熔渣層應(yīng)該具有足夠的厚度，這樣可以提高保護(hù)渣的絕熱保溫性能，并用以保證向熔渣層不斷提供熔渣滴。當(dāng)高拉速或拉速變化較大時(shí)，熔渣層應(yīng)仍能維持足夠的厚度，以保證不斷流和不讓固態(tài)渣粒流入。

⑴高速連鑄保護(hù)渣化學(xué)成分的選擇目前高速連鑄保護(hù)渣幾乎都具有低Al2O3和高金屬氧化物的特點(diǎn)；限制Na2O、CaF2的用量。以改善渣的玻璃性能；廣泛采用BaO、B2O3、Li2O、K2O、MgO、MnO等作為助熔劑加入，有效地降低了保護(hù)渣的熔化溫度、熔渣粘度和抑制晶體析出。高速連鑄保護(hù)渣還普遍采用復(fù)合配碳（炭黑＋石墨）來適應(yīng)高拉速對保護(hù)渣熔融性能（在相對較寬的溫度范圍內(nèi)保持較穩(wěn)定的熔融特性）的要求。目前高速連鑄保護(hù)渣幾乎都具有低Al2O3和高金屬氧化物的特點(diǎn)⑵高速連鑄保護(hù)渣理化性能的選擇A.粘度粘度是決定渣消耗量和均勻滲入的重要性能之一，它直接關(guān)系到熔化后渣在彎月面區(qū)域的行為。一般地，ηV＝2～3J較合適，當(dāng)拉速﹥1.8m∕min時(shí)，粘度值（1300℃）應(yīng)為0.10～0.15Pa·s。B.半球溫度與析晶溫度熔化溫度為980～1100℃；析晶溫度小于1100℃。⑵高速連鑄保護(hù)渣理化性能的選擇C.熔化速度與熔渣層厚度熔渣層厚度控制在10～20mm。對應(yīng)的熔化速度應(yīng)為10～13s。C.熔化速度與熔渣層厚度§7—4保護(hù)渣結(jié)團(tuán)一.保護(hù)渣結(jié)團(tuán)的概念正常情況下保護(hù)渣覆蓋在結(jié)晶器液面上，鋪展均勻，其表面應(yīng)保持著保護(hù)渣的原始狀態(tài)（粉狀或顆粒狀）。如果在澆注過程中發(fā)現(xiàn)保護(hù)渣表面有結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，或在結(jié)晶器壁上出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)雜圈現(xiàn)象，這是保護(hù)渣狀態(tài)不正常的反映，通常稱為保護(hù)渣結(jié)團(tuán)。保護(hù)渣結(jié)團(tuán)可由肉眼發(fā)現(xiàn)，也可用細(xì)鋼棒觸動表面及時(shí)發(fā)現(xiàn)。§7—4保護(hù)渣結(jié)團(tuán)一.保護(hù)渣結(jié)團(tuán)的概念二.保護(hù)渣結(jié)團(tuán)對澆注操作和鑄坯質(zhì)量的影響連鑄過程中，結(jié)晶器液面保護(hù)渣結(jié)團(tuán)或結(jié)晶器四周嚴(yán)重結(jié)渣殼，會造成鑄坯表面夾雜增加，形成表面翻皮、夾渣及坯內(nèi)夾渣等缺陷。連鑄保護(hù)渣結(jié)團(tuán)會影響操作，造成結(jié)晶過程中表面夾渣，當(dāng)結(jié)晶的鋼殼出結(jié)晶器下口時(shí)易重熔或被二冷水沖走造成夾渣漏鋼。結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)渣結(jié)團(tuán)或結(jié)渣圈也會造成結(jié)晶坯殼與結(jié)晶器銅板表面潤滑不良，形成粘結(jié)漏鋼。二.保護(hù)渣結(jié)團(tuán)對澆注操作和鑄坯質(zhì)量的影響三.保護(hù)渣結(jié)團(tuán)的原因A.保護(hù)渣制造加工時(shí)攪拌不均勻，造成局部成分偏離：即部分保護(hù)渣內(nèi)高熔點(diǎn)化合物集聚，而可降低熔點(diǎn)的化合物含量偏少，這樣該部分保護(hù)渣就不能在合適的溫度下熔化或出現(xiàn)分熔現(xiàn)象，即低熔點(diǎn)物質(zhì)先熔化，高熔點(diǎn)物質(zhì)不熔化，而造成結(jié)團(tuán)，這種原因造成的結(jié)團(tuán)將對鑄坯質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。B.保護(hù)渣中水分偏高（大于0.5％），在沒有加入結(jié)晶器中就已經(jīng)成團(tuán)，在加入后無法鋪展。C.保護(hù)渣加入方法不對。澆注時(shí)未做到勤加少加，均勻鋪蓋，這種情況下，固體渣不能自己鋪展，形成良好的渣層結(jié)構(gòu)。三.保護(hù)渣結(jié)團(tuán)的原因D.連鑄時(shí)注速過低或浸入式水口澆注時(shí)伸入深度不正確，造成鋼液面“過死”，沒有一定回流和熱交換，也會造成保護(hù)渣結(jié)團(tuán)或結(jié)渣圈。E.對于一些特殊鋼種（如含鈦鋼種），澆注時(shí)析出較多的氧化物或氮化物（如TiN、TiO、Al2O3）被保護(hù)渣吸附后改變了保護(hù)渣成分和性能，從而容易形成結(jié)團(tuán)。F.連鑄時(shí)，根據(jù)斷面和鋼種，開澆和澆注中期使用不同類型保護(hù)渣，用錯(cuò)保護(hù)渣也會造成結(jié)團(tuán)或結(jié)渣圈。D.連鑄時(shí)注速過低或浸入式水口澆注時(shí)伸入深度不正確，造成鋼液四.保護(hù)渣結(jié)團(tuán)的處理A.觀察。查看結(jié)晶器內(nèi)渣料有無結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。B.撈渣。若結(jié)晶器內(nèi)渣料有結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，則用撈渣棒將渣團(tuán)撈除。C.加新渣。將結(jié)團(tuán)渣料清除后，重新加入新渣。D.穩(wěn)定液面。保持液面穩(wěn)定，不斷補(bǔ)充渣料；黑渣操作，保持渣料均勻覆蓋整個(gè)結(jié)晶器液面。注意：保持液面穩(wěn)定，否則當(dāng)結(jié)晶器液面下降時(shí)，結(jié)晶器壁上黏附的熔渣易形成渣條，影響鑄坯表面質(zhì)量。四.保護(hù)渣結(jié)團(tuán)的處理五.防止和消除保護(hù)渣結(jié)團(tuán)的措施A.仔細(xì)檢查保護(hù)渣質(zhì)量，凡水分超標(biāo)、不均勻、已結(jié)塊的保護(hù)渣不可使用。對一些有分熔傾向的保護(hù)渣，應(yīng)停止使用。B.認(rèn)真保管好保護(hù)渣。一般存放在烘房中，明確標(biāo)記分種類堆放，隨用隨取。保護(hù)渣包裝打開后就使用，不要與其它物品混合。C.保證符合要求的注速或拉速，保證浸入式水口插入深度。D.連鑄加保護(hù)渣要勤加少加，均勻覆蓋。有條件要使用加渣器。E.連鑄澆注一些特殊鋼種時(shí)，要按規(guī)定更換結(jié)晶器保護(hù)渣。以防止成分變化而造成結(jié)團(tuán)。五.防止和消除保護(hù)渣結(jié)團(tuán)的措施§7—5中間包覆蓋渣作用：A.隔熱保溫，減少熱損失；B.隔絕空氣，防止鋼水二次氧化；C.吸收溶解上浮的夾雜物純凈鋼水。常用：炭化稻殼?！?—5中間包覆蓋渣作用：第七章連鑄保護(hù)渣及覆蓋劑

§7—1保護(hù)渣的冶金功能及理化性能一.保護(hù)渣的冶金功能1.絕熱保溫減少鋼液熱損失位于結(jié)晶器液面最上層的粉狀層，結(jié)構(gòu)松散，具有良好的絕熱保溫作用?？梢苑乐菇Y(jié)晶器中鋼水表面結(jié)殼，避免添加保護(hù)渣形成熔渣后又固結(jié)成蓋，并可防止浸入式水口周圍結(jié)渣，保護(hù)渣的絕熱保溫作用在于保持保護(hù)渣上層粉狀層又一定的厚度。第七章連鑄保護(hù)渣及覆蓋劑

§7—1保護(hù)渣的冶金功2.隔絕空氣防止對鋼液的二次氧化覆蓋于鋼液面上的液渣層，隔絕空氣與鋼液表面的接觸，保護(hù)鋼液表面不受空氣的二次氧化。為了更好地起到保護(hù)作用，液渣層應(yīng)均勻覆蓋于鋼液面上，渣中不應(yīng)含有使鋼氧化的成分，如應(yīng)限制渣中氧化鐵含量，熔渣的透氣性要低對鋼液的潤濕性要好。

2.隔絕空氣防止對鋼液的二次氧化3．吸收非金屬夾雜物凈化鋼渣界面上浮至結(jié)晶器液面上的氧化物，隨著注流在結(jié)晶器中的對流，有可能在彎月面被卷入凝固殼，造成鑄坯的皮下或表面夾雜物等缺陷。因此，保護(hù)渣的液渣層應(yīng)具有良好的吸收和溶解夾雜物的能力。為此保護(hù)渣的熔渣應(yīng)有低的粘度，對氧化物夾雜的潤濕性好，吸收夾雜物以后自身性能要穩(wěn)定。3．吸收非金屬夾雜物凈化鋼渣界面4．潤滑坯殼并改善凝固傳熱填充于氣隙中的渣膜對凝固坯殼能起到良好的潤滑作用，減少拉坯阻力，從而可防止坯殼與結(jié)晶器壁的粘結(jié)。此外熔渣進(jìn)入坯殼與結(jié)晶器壁之間，使氣隙不在存在，熱阻減小，凝固坯殼向結(jié)晶器壁的傳熱得到改善，使坯殼均勻生長，有利于減少鑄坯裂紋的形成。4．潤滑坯殼并改善凝固傳熱二.保護(hù)渣的結(jié)構(gòu)要求在鋼液面上形成粉渣層—燒結(jié)層—液渣層3層結(jié)構(gòu)。1．粉渣層構(gòu)成粉體特性的因素：粒度大小、粒子間的相互作用力、粒子充填狀態(tài)、粒子的表面能。要求：粉狀渣的粒度一般小于0.147mm。粉渣層應(yīng)有適當(dāng)?shù)暮穸龋ㄈ纭?5mm）2．燒結(jié)層3．液渣層一般為10～15mm。液渣層的厚度由保護(hù)渣的熔化速率和消耗速率之間的質(zhì)量平衡來決定。二.保護(hù)渣的結(jié)構(gòu)添加到高溫鋼液面上低熔點(diǎn)（1050℃～1100℃）的粉渣，靠鋼液提供熱量，在鋼液面上形成一定厚度的液渣覆蓋層（10～15mm），減緩了鋼水沿保護(hù)渣厚度方向的傳熱；在液渣層上面的保護(hù)渣受到鋼液傳過來的熱量，溫度可達(dá)800～900℃，但已軟化燒結(jié)在一起，形成一層燒結(jié)層；在燒結(jié)層上面是固態(tài)粉狀或粒狀的原渣層（也稱粉渣層）。粉渣層的溫度大約在400～500℃，粒度小于100目（0.147mm），與燒結(jié)層共同起到了隔熱保溫作用。添加到高溫鋼液面上低熔點(diǎn)（1050℃～1100℃）的粉渣，靠在拉坯過程中，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，而在凝固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。同時(shí)，渣膜充填了坯殼與銅壁之間的氣隙，減少了熱阻，改善了結(jié)晶器的傳熱。隨著拉坯的進(jìn)行，鋼液面上液渣不斷消耗掉，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)晶器添加新的粉渣，使其保持為3層結(jié)構(gòu)，如此循環(huán)，保護(hù)渣粉不斷消耗。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，鋼保護(hù)渣結(jié)構(gòu)示意圖：1—粉渣層；2—燒結(jié)層；3—液渣層；4—結(jié)晶器5—凝固坯殼；6—渣膜；7—渣皮；8—結(jié)晶器振動方向；9—鋼坯拉出方向保護(hù)渣結(jié)構(gòu)示意圖：要形成3層結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是要控制保護(hù)渣的熔化速度，即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化速度的調(diào)節(jié)劑。炭粒子控制熔速的快慢決定于加入炭粒子的種類和數(shù)量。要形成3層結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是要控制保護(hù)渣的熔化速度，即加入到鋼液面三.保護(hù)渣的理化性能1.熔化特性A.熔化溫度保護(hù)渣是由多組元組成的混合物，沒有固定的熔點(diǎn)，熔化過程有一定的溫度范圍；通常將熔渣具有一定流動性時(shí)的溫度稱為熔點(diǎn)。保護(hù)渣的液渣形成渣膜其潤滑作用，因此保護(hù)渣的熔化溫度應(yīng)低于結(jié)晶器出口處的鑄坯表面溫度，通常在1050～1100℃左右。保護(hù)渣的熔化溫度主要決定于渣子的化學(xué)成分及渣料的粒度。三.保護(hù)渣的理化性能B.熔化速度保護(hù)渣的熔化速度決定了鋼液面上形成液渣層厚度和渣的消耗量。熔化速度過快，粉渣層不易保持，影響保溫，液渣會結(jié)殼，很可能造成鑄坯夾渣；熔化速度過慢，液渣層過薄。同時(shí)過快過慢的熔化速度都容易造成渣膜的厚薄不均。從而使坯殼生長不均勻。常用一定重量的試樣在一定溫度下完全熔化所需的時(shí)間來表示熔化速度。保護(hù)渣的熔化速度主要靠配入渣中的碳質(zhì)材料來調(diào)節(jié)。碳質(zhì)材料的碳含量越高，分散度越大、影響熔化速度的作用就越強(qiáng)。a.配加炭黑（﹤1.5%）。b.配加石墨（2～5%）。c.復(fù)合配炭B.熔化速度C.熔化均勻性要求能均勻熔化，鋪展到整個(gè)鋼液面上，并能沿四周均勻地流入結(jié)晶器與坯殼之間。C.熔化均勻性2.粘度粘度是保護(hù)渣重要物性之一，它直接影響到鑄坯振痕的形成和渣膜的潤滑作用，以及渣吸收夾雜物的能力。澆注條件一定時(shí)，渣膜的厚度和均勻程度與熔渣的粘度有很大關(guān)系。熔渣粘度過大或過小，都會造成鑄坯表面渣膜的厚度過薄或過厚，使?jié)櫥?、傳熱不良，甚至?dǎo)致坯殼產(chǎn)生裂紋。

保護(hù)渣的粘度取決于渣的化學(xué)成分。合適的粘度應(yīng)隨鋼種、斷面、拉速、溫度而定。一般在0.1～1Pa·s的范圍內(nèi)變化。

為了適應(yīng)連鑄的溫度變化，應(yīng)當(dāng)選擇熔渣粘度隨溫度變化比較緩和的渣系（長渣）。保護(hù)渣中常配加瑩石（CaF2）、堿金屬氧化物Na2O等，以降低熔渣的熔化溫度和粘度。2.粘度3．界面特性A.表面張力熔渣的表面張力一般是由試驗(yàn)測定的，也可用經(jīng)驗(yàn)公式估算。表面張力和組成具有加和的線性關(guān)系：σS＝∑σiNi

式中σS—熔渣的表面張力，N∕m；

σi—熔渣I組分的表面張力系數(shù)，N∕m∕摩爾分?jǐn)?shù)。

Ni—熔渣I組分的摩爾分?jǐn)?shù)。3．界面特性B.鋼液面彎月面曲率半徑鋼水在結(jié)晶器內(nèi)由于表面張力的作用形成彎月面。在敞開澆注時(shí)，彎月面曲率半徑為：

r＝5.43×10－1（σm∕ρm）1∕2在保護(hù)渣下澆注時(shí)，彎月面曲率半徑為：

rs＝5.43×10－1[σm－s∕（ρm

－ρs）]1∕2σm－s

＝σm－σSCOSθ式中

r、rs—彎月面曲率半徑，m；

σm、σS—分別為鋼水、熔渣的表面張力，N∕m；

σm－s—鋼水與熔渣間的界面張力，N∕m；

ρm

、ρs—鋼水、熔渣密度，kg∕m3；

θ—保護(hù)渣對鋼水的潤濕角。B.鋼液面彎月面曲率半徑在液渣下保護(hù)澆注時(shí)，鋼液表面彎月面的曲率半徑比在敞開澆注時(shí)要大。在鋼水靜壓力作用下，曲率半徑大，彎月面坯殼較易向結(jié)晶器壁鋪展，變形時(shí)也不易產(chǎn)生裂紋。降低保護(hù)渣的表面張力，可以增加鋼渣界面張力，有利于鋼渣分離和增大曲率半徑。在液渣下保護(hù)澆注時(shí)，鋼液表面彎月面的曲率半徑比在敞開澆注時(shí)要4.吸收溶解夾雜物的能力保護(hù)渣應(yīng)具有良好的吸收夾雜物的能力，特別是在澆注鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，溶解吸收Al2O3的能力。連鑄保護(hù)渣一般多是硅酸鹽系，這類渣系有吸收Al2O3、MgO、MnO、FeO等夾雜物的能力。生產(chǎn)實(shí)踐表面，隨著熔渣的堿度增加，保護(hù)渣吸收溶解Al2O3的能力增大不多；當(dāng)堿度大于1.10時(shí)，吸收溶解Al2O3的能力又有所下降；同時(shí)當(dāng)渣中Al2O3富集到一定程度時(shí)（大于10％），就有鋁方柱石或剛玉析出，使吸收Al2O3能力下降，也易造成夾渣。因此保護(hù)渣堿度在0.85～1.1時(shí)的Al2O3含量應(yīng)盡可能低，不能大于10％。4.吸收溶解夾雜物的能力§7—2保護(hù)渣的配制一.保護(hù)渣基礎(chǔ)成分廣泛采用的是CaO—SiO2——Al2O3三元相圖。此區(qū)域組成范圍較寬，大致是CaO：30％～50％，SiO2：40％～65％、Al2O3≤20％，其熔點(diǎn)大約是1300～1500℃。具體選擇在CaO∕SiO2＝0.60～1.10,Al2O3﹤10%，屬于酸性渣或中性偏酸性渣。熔化溫度在1400℃的范圍較為合適。§7—2保護(hù)渣的配制一.保護(hù)渣基礎(chǔ)成分二．原料的選擇及組合原則：原料的化學(xué)成分應(yīng)盡可能穩(wěn)定，盡可能接近選擇的保護(hù)渣的化學(xué)成分；基本原料的種類不宜過多，以配制工序過于復(fù)雜，便于調(diào)整渣子性能；原料來源廣泛且價(jià)格便宜。常用的原料有天然礦物（如硅灰石、珍珠巖、石灰石、石英等），工業(yè)原料（水泥、水泥熟料等），工業(yè)廢料（玻璃、煙道灰、高爐渣、電爐白渣、石墨尾礦等）。

二．原料的選擇及組合三．配加調(diào)整劑1.熔化速度調(diào)節(jié)劑：調(diào)節(jié)保護(hù)渣的熔化速度，用石墨和碳黑者居多，也有用焦炭粉的，加入量大致在1.0％～8.0％左右。2.熔點(diǎn)調(diào)整劑（助熔劑）：常用蘇打、瑩石、氟化鈉、冰晶石、硼石、固體水玻璃等，用以調(diào)節(jié)保護(hù)渣的熔化溫度，使其在1200℃以下。加入量一般不超過10％左右。四．原料加工及成品原料應(yīng)按工藝要求各自經(jīng)過研磨加工成細(xì)粉狀，要求彼此之間粒度應(yīng)相近。三．配加調(diào)整劑§7—3保護(hù)渣的選用對策一．保護(hù)渣對鑄坯質(zhì)量的重要性1.粘結(jié)性漏鋼由于保護(hù)渣的熔化溫度偏高或熔化速度偏低，致使液渣層過薄或厚薄不均造成的。2.表面縱向熱裂紋該缺陷發(fā)生在結(jié)晶器內(nèi)，是由于結(jié)晶器內(nèi)生成的坯殼厚度不均勻，張應(yīng)力集中在某一薄弱部位的情況下發(fā)生的。在設(shè)備條件和操作因素不變的條件下，保護(hù)渣熔化特性選用不當(dāng)，液渣層厚薄不一，造成渣膜厚度不均，使局部坯殼變薄產(chǎn)生縱裂。縱裂產(chǎn)生與熔渣粘度（η）和拉坯速度（ｖ）有關(guān)，對連鑄板坯，η·ｖ值應(yīng)控制在0.25～0.35Pa·s·m∕min，對小方坯連鑄應(yīng)控制在η·ｖ值為0.5Pa·s·m∕min?！?—3保護(hù)渣的選用對策一．保護(hù)渣對鑄坯質(zhì)量的重要3.表面橫向裂紋橫裂紋大多沿著振痕的波谷處發(fā)生的。保護(hù)渣的物性影響振痕的深淺，淺而圓滑的振痕可獲得光滑的鑄坯表面，改善渣子的性能可使振痕深度變淺，減輕橫裂紋的發(fā)生。4.夾渣夾渣分表面夾渣和皮下夾渣兩類。渣子卷入是夾渣的重要來源。凡渣子的剝離性不良，會使鑄坯表面嵌附成片夾渣，有的夾渣在加熱爐內(nèi)未能剝離，還會殘留在成品鋼材上形成表面缺陷。5.表面增碳由于澆注過程中，保護(hù)渣熔化性能不良，液渣層過薄，造成鋼液與含碳保護(hù)渣或富碳層相接觸而滲碳。增碳對低碳鋼和超低碳鋼危害更大，對此類還應(yīng)注意選用低碳或無碳保護(hù)渣。3.表面橫向裂紋二．使用過程對保護(hù)渣的評價(jià)1.保護(hù)渣的消耗量。在不斷均衡地向結(jié)晶器加入保護(hù)渣的情況下，消耗量在0.3～0.5kg∕t鋼。2.保護(hù)渣液渣層厚度合適的液渣層厚度大致在10～15mm左右。粉渣層厚薄一般不大于25mm。3.渣圈。在結(jié)晶器壁四周鋼液面上形成渣圈，渣圈發(fā)達(dá)，說明保護(hù)渣的熔化性能不良，燒結(jié)層過分發(fā)展。二．使用過程對保護(hù)渣的評價(jià)4.結(jié)晶器的摩擦力在結(jié)晶器上安裝傳感器，監(jiān)視拉坯過程中摩擦力的變化。如摩擦力突然升高，說明渣膜潤滑不良，應(yīng)適時(shí)調(diào)整。5.結(jié)晶器銅壁溫度。在板坯連鑄機(jī)或大方坯連鑄機(jī)的結(jié)晶器銅壁內(nèi)，安裝若干對熱電偶，將熱電偶信號引入計(jì)算機(jī)。若結(jié)晶器某部分熱電偶所測溫度突然明顯升高，說明該處鑄坯凝固殼斷裂，鋼水與銅壁接觸所致。就保護(hù)渣影響而言，是由于液渣層過薄或渣膜厚薄不均所造成。4.結(jié)晶器的摩擦力三．選用保護(hù)渣的對策

選用思路：一般是依據(jù)鋼種、鑄坯斷面、澆注溫度、拉坯速度及振動頻率等工藝參數(shù)和連鑄設(shè)備條件來考慮。當(dāng)這些條件與某些生產(chǎn)廠條件相當(dāng)時(shí)，可以選用已使用過的保護(hù)渣，但使用時(shí)還應(yīng)根據(jù)鑄坯質(zhì)量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。這是因?yàn)楸Ｗo(hù)渣對操作因素的綜合影響是非常敏感的。三．選用保護(hù)渣的對策1.低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼用保護(hù)渣低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的特點(diǎn)是Al2O3類夾雜物含量較高，為保證鋼板的表面質(zhì)量和深沖性能，需要把連鑄坯中Al2O3Al2O3夾雜物降低到較低水平。就保護(hù)渣而言，應(yīng)選用堿度較高，粘度較低，原始渣中Al2O3較低的保護(hù)渣，使熔渣吸收Al2O3夾雜物的速度較快，渣耗較大，液渣層的更新較快。

1.低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼用保護(hù)渣2.超低碳鋼用保護(hù)渣澆注超低碳鋼種（C≤0.03%）時(shí)，確有鑄坯增碳的問題。首先應(yīng)選配易氧化的活性碳質(zhì)材料，并控制其配碳量，使液渣層厚度接近上限，并避免富碳層出現(xiàn)或富碳層含碳量顯著降低。其次，可以在保護(hù)渣中配入適量的MnO2,用它作氧化劑，可有效地抑制富碳層并降低其中含碳量，還可起助熔劑作用，使熔渣層增厚。再次，也可在保護(hù)渣中配入BN粒子，用以取代碳粒子。2.超低碳鋼用保護(hù)渣3.不銹鋼用保護(hù)渣不銹鋼中含有Cr、Ti等元素，因此，保護(hù)渣必須具備凈化結(jié)晶器內(nèi)鋼渣界面上的Cr2O3、TiO2等夾雜物的能力，并且吸收夾雜物后其性能穩(wěn)定。在保護(hù)渣中配入適量的B2O3,可消除Cr2O3的不利影響，使熔渣粘度降低。3.不銹鋼用保護(hù)渣4.高速連鑄用保護(hù)渣高速與常速連鑄保護(hù)渣在化學(xué)成分及理化性能上差別很大，高速連鑄要求保護(hù)渣在高拉速及拉速變化較大的情況下仍能維持足夠大的消耗，否則會造成粘結(jié)漏鋼或引起鑄坯縱裂紋等表面缺陷。要求高速連鑄保護(hù)渣應(yīng)具有較低的粘度及結(jié)晶體析出溫度，較低的軟化及熔融溫度，合適的堿度及較快的熔化速度等理化性能。

4.高速連鑄用保護(hù)渣⑴高速連鑄保護(hù)渣化學(xué)成分的選擇高速連鑄保護(hù)渣具有4層結(jié)構(gòu)，即初始渣層、燒結(jié)渣層、半熔渣層和熔渣層。半熔渣層應(yīng)該具有足夠的厚度，這樣可以提高保護(hù)渣的絕熱保溫性能，并用以保證向熔渣層不斷提供熔渣滴。當(dāng)高拉速或拉速變化較大時(shí)，熔渣層應(yīng)仍能維持足夠的厚度，以保證不斷流和不讓固態(tài)渣粒流入。

⑴高速連鑄保護(hù)渣化學(xué)成分的選擇目前高速連鑄保護(hù)渣幾乎都具有低Al2O3和高金屬氧化物的特點(diǎn)；限制Na2O、CaF2的用量。以改善渣的玻璃性能；廣泛采用BaO、B2O3、Li2O、K2O、MgO、MnO等作為助熔劑加入，有效地降低了保護(hù)渣的熔化溫度、熔渣粘度和抑制晶體析出。高速連鑄保護(hù)渣還普遍采用復(fù)合配碳（炭黑＋石墨）來適應(yīng)高拉速對保護(hù)渣熔融性能（在相對較寬的溫度范圍內(nèi)保持較穩(wěn)定的熔融特性）的要求。目前高速連鑄保護(hù)渣幾乎都具有低Al2O3和高金屬氧化物的特點(diǎn)⑵高速連鑄保護(hù)渣理化性能的選擇A.粘度粘度是決定渣消耗量和均勻滲入的重要性能之一，它直接關(guān)系到熔化后渣在彎月面區(qū)域的行為。一般地，