現(xiàn)代連鑄保護渣技術(shù)簡介和應(yīng)用

1、11現(xiàn)代連鑄保護渣技術(shù)簡介和應(yīng)用 2報告內(nèi)容1 連鑄保護渣基本組成2 連鑄保護渣的功能3 連鑄保護渣一般生產(chǎn)工藝4 連鑄保護渣理化性能及其測試方法3認識連鑄保護渣冶金渣高爐渣鐵水預(yù)處理渣轉(zhuǎn)爐渣鋼水精煉渣鋼水覆蓋渣連鑄保護渣高爐轉(zhuǎn)爐連鑄4高爐渣轉(zhuǎn)爐渣鋼水精煉渣連鑄保護渣SiO230.678.238.7334.68CaO36.1552.7848.1132.29Al2O313.072.3237.491.56MgO10.197.868.773.85TFe0.5022.580.900.21CaF24.328.42Na2O12.10K2O0.32Li2O0.87BaO5.433.58B2O32.47C7.

2、45典型冶金渣化學(xué)成分 5CaO、SiO2、Na2OK2O、F、C及原材料代入的雜質(zhì)Al2O3和Fe2O3（或FeO），以及根據(jù)品種特殊需要加入的其它組份如MgO、BaO、SrO、Li2O、B2O3等。1.連鑄保護渣基本組成1 連鑄保護渣基本組成 化學(xué)成份6渣 號No.1No.2No.3No.4No.5No.6No.7No.8化學(xué)成份CaO30.034.030.034.028.031.038.042.030.034.033.037.030.034.031.035.0SiO230.034.033.037.031.034.038.042.026.030.038.042.034.038.030.03

3、4.0Al2O35.05.05.05.03.05.05.05.0MgO1.03.01.03.03.05.04.07.01.03.01.03.01.03.02.05.0Fe2O33.03.03.03.03.03.03.03.0B2O32.04.09.011.01.03.0K2O+Na2O2.04.03.05.04.07.04.06.07.010.03.06.06.09.07.010.0F1.03.02.03.02.04.02.04.02.04.07.010.03.05.03.06.0Li2O0.51.00.51.0BaO9.011.0SrO3.05.02.05.0C固7.09.08.011.01

4、0.013.012.016.03.05.01.53.59.012.08.012.0物化性能CaO/SiO20.900.100.950.050.900.051.000.031.100.050.900.100.900.101.050.05T半，110015115015114015115015950151120151145151125151300,Pa.S0.250.050.550.050.350.050.450.050.200.050.200.050.400.050.350.05適應(yīng)鋼種分類普碳鋼焊條焊絲鋼高碳鋼管鋼高鋁鋼含鈦合金鋼含硫易切鋼中碳合金鋼代表鋼號Q235, 20MnSiH08A, E

5、R70s-675#，82B20管E21Cr18Ni9Ti, 20CrMnTiY15L45, 40Cr, 30CrMo, 60Si2Mn拉坯速度,m/min1.83.82.13.21.83.41.52.51.01.81.01.80.81.70.71.8表1 方坯連鑄保護渣化學(xué)成分及性能7表2 板坯連鑄保護渣化學(xué)成分及性能渣 號No.1No.2No.3No.4No.5No.6No.7No.8No.9No.10化學(xué)成份CaO34.537.531.534.534.537.537.039.036.038.036.538.536.038.036.038.028.032.028.032.0SiO236.53

6、9.531.534.534.537.537.038.035.036.037.039.035.036.032.034.030.034.030.034.0Al2O31.02.02.04.02.04.05.05.05.05.05.05.05.0MgO2.54.51.03.03.05.03.05.03.05.02.04.05.07.03.06.03.06.03.06.0Fe2O33.03.03.03.03.03.03.03.03.03.0SrO2.04.02.04.02.04.0K2O+Na2O6.58.57.59.57.09.08.510.57.09.09.010.57.09.03.05.03.06

7、.05.08.0F3.55.54.56.54.56.56.08.05.56.56.07.05.56.55.07.02.04.03.06.0Li2O0.51.5C固6.09.06.09.06.09.07.010.03.55.56.58.53.55.57.09.07.09.07.09.0物化性能CaO/SiO20.950.101.000.101.000.101.050.101.050.101.050.101.050.101.100.050.950.050.950.05T半，112515112015109015108515109015107515108515111515116015111515130

8、0,Pa.S0.350.050.300.050.250.050.200.050.200.050.200.030.200.030.200.050.300.050.250.05適應(yīng)鋼種分類低碳普碳鋼低碳低合金鋼低碳普碳鋼,低合金鋼中碳包晶鋼中碳低合金鋼代表鋼號Q195，08Q195Al，08AlQ195，08AlQ235,船鋼16Mn系列，Hp295拉坯速度,m/min1.01.51.01.41.51.90.71.40.71.10.91.48表3 圓坯連鑄保護渣成分及性能序號鑄坯尺寸(mm2)拉速 (m/min)化學(xué)成分(%)性能指標(biāo)CaOSiO2Al2O3MgOFe2O3Na2O+K2OFCfr

9、ee堿度(CaO/SiO2)熔點()1300粘度(Pa.S)13004500.30.826.0234.025.01.03.01.03.05.01.04.01.015.520.750.051200150.650.0522503000.81.632.0235.024.01.02.01.03.04.51.03.01.016.020.900.051180150.650.0531802201.22.026.0233.024.01.02.01.03.08.51.04.01.015.020.850.051100150.350.0592 連鑄保護渣的功能 2 保護渣的功能（a）對結(jié)晶器鋼液面絕熱保溫，避免鋼

10、液凝固；（b） 保護渣鋼液面不受空氣二次氧化；（c） 吸收鋼液中上浮的夾雜物；（d） 潤滑運動的鑄坯； (e) 均勻和調(diào)節(jié)凝固坯殼向結(jié)晶器的傳熱。 圖1 結(jié)晶器內(nèi)保護渣分布示意圖結(jié)晶器玻璃膜結(jié)晶膜液渣膜渣 圈顆粒層燒結(jié)層熔渣層鋼液凝固殼基本目標(biāo)：保證澆鑄順行，獲得表面無缺陷鑄坯。103. 連鑄保護渣的制備按鑄坯斷面分：方坯，矩形坯，板坯，薄板坯，圓坯，異形 （H形）坯保護渣按拉坯速度分：中低拉速、高拉速保護渣按 鋼 種 分：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、低合金鋼、合金 鋼保護渣按外形和生產(chǎn)工藝分：3.1 連鑄保護渣分類11 生產(chǎn)工藝基料種類粉末機械混合圓盤或擠壓造粒噴霧造粒普通基料混合粉末渣混合實心

11、顆粒渣混合空心顆粒渣燒結(jié)基料燒結(jié)粉末渣燒結(jié)實心顆粒渣燒結(jié)空心顆粒渣預(yù)熔基料預(yù)熔粉末渣預(yù)熔實心顆粒渣預(yù)熔空心顆粒渣保護渣分類 12含有保護渣相關(guān)組分的原料 連鑄保護渣的生產(chǎn)組分名稱含有該組分的原料名稱CaO水泥熟料、硅灰石、高爐渣、（方解石、白云石、石灰石,常用于預(yù)熔料和燒結(jié)料）SiO2石英砂、硅石、海砂、硅灰石、玻璃粉、電廠灰、固體水玻璃、粘土Al2O3鈉長石、鉀長石、粘土、工業(yè)氧化鋁、赤泥MgO鎂砂、菱鎂礦、（白云石，常用于預(yù)熔料和燒結(jié)料）Li2O碳酸鋰（Li2O40%）、鋰輝石（Li2OAl2O34SiO2）、鋰云母Na2O純堿、冰晶石、廢玻璃、固體水玻璃、氟化鈉F螢石、冰晶石、氟化鈉B2

12、O3硼砂（Na2B4O710H2O）、硼酸（H3BO3）BaO碳酸鋇、重晶石SrO天青石、碳酸鍶C石墨、炭黑、焦粉3.2 連鑄保護渣的生產(chǎn)13連鑄保護渣常用基料成分（%wt ）及物性 CaOSiO2Al2O3MgOMnOFe2O3Na2O+K2OCaF2B2O3TiO2NaFLi2OCf水泥熟料63.5418.965.493.795.790.33堿硅 灰 石46.942.460.350.700.041.00性高爐水渣384734378128101.00材高爐錳渣33372531810798101.00料赤 泥40.6022.789.261.626.154.454.73燒 結(jié) 料58622527

13、72.05石 灰 石50523.101.581.76酸性石 英 砂1.0494.582.580.121.68材料玻 璃 粉6.58.072750.52.33.04.20.10.2214.50鎂 質(zhì) 20.4氟 化 鈉9498熔冰 晶 石AlF338405760碳 酸 鋰3840劑硼 砂3466蘇 打5458螢 石7157595碳質(zhì)材料炭黑9699石墨369214常用炭質(zhì)材料的性能 連鑄保護渣的生產(chǎn)品 種中超耐磨爐黑通用爐黑半補強炭黑槽法炭黑高碳石墨代 號N220N660英文縮寫ISAFGPFSRF平均粒徑，nm202549606110026300.076mm比表面積，

14、m2/g10912927435251351556.77著火溫度，35538535538544929060015生產(chǎn)顆粒保護渣常用結(jié)合劑種類連鑄保護渣的生產(chǎn)結(jié)合劑無機結(jié)合劑：硅酸鈣水泥、水玻璃和粘土等天然有機物：淀粉、糊精、纖維素、紙漿廢液等合成有機物：聚乙稀醇、羧甲基纖維素鈉有機結(jié)合劑16 連鑄保護渣的生產(chǎn)（1）燒結(jié)型或預(yù)熔型基料生產(chǎn)工藝原料礦石破碎原 料 制 粉配 料造 塊干 燥燒結(jié)或熔煉冷 卻制粉、待用（2）實心顆粒保護渣生產(chǎn)工藝 原料準(zhǔn)備配 料攪拌混合干式球磨加水?dāng)嚢鑸A盤/擠壓造粒烘 烤篩分、包裝17（3）空心顆粒保護渣生產(chǎn)工藝 連鑄保護渣的生產(chǎn)原 料 準(zhǔn) 備配 料攪 拌 混 合水 磨

15、制 漿噴 霧 造 粒篩 分冷卻、包裝檢測、待用18連鑄保護渣的生產(chǎn)194 連鑄保護渣主要理化性能熔化溫度、熔速、熔融模型熔化性能流動性能粘度、粘度溫度曲線、凝固溫度化學(xué)成分化學(xué)成分及堿度燒結(jié)性能燒結(jié)溫度、燒結(jié)強度、渣圈特性界面性能表面及界面張力20吸收夾雜能力吸收夾雜速度、吸收夾雜后性能穩(wěn)定性渣膜熱性能導(dǎo)溫系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、熱輻射特性結(jié)晶性能結(jié)晶溫度、結(jié)晶率、結(jié)晶速度保溫鋪展性能堆比重、導(dǎo)熱系數(shù)、顆粒形狀及粒級粉體料漿性能粉末粒級，固料分散性、料漿穩(wěn)定性能214.1 化學(xué)組分及堿度保護渣理化性能成分及堿度 化學(xué)組分CaOBaONaFMnOSiO2SrOLi2OH2O freelyNa2OFeOM

16、gF2H2O combinedFFe2O3CAl2O3B2O3CO2MgOK2OMnO222 堿度常用堿度為渣中CaO與SiO2比值，即CaO/ SiO2，一般CaO/ SiO2；堿度CaO/ SiO2主要影響保護渣的粘度溫度特性、吸收夾雜能力、結(jié)晶性能并進而影響傳熱特性。堿度取值主要由澆鑄鋼種決定，通常，高碳鋼、含易氧化元素較多的合金鋼保護渣堿度較低，約； 裂紋敏感性較強的中碳鋼保護渣堿度較高，約；而普通碳素鋼中的低碳鋼、中高碳鋼及低合金鋼保護渣堿度取值居中，約。 23定義：保護渣在升溫過程中由固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)的溫度。 對于多組分的硅酸鹽熔渣，熔化溫度是一區(qū)間。熔化溫度對熔渣層厚度和保護渣的消

17、耗等有重要的影響。4.2 熔化性能保護渣理化性能熔化溫度熔化溫度與最大摩擦力關(guān)系 熔渣層厚與熔化溫度的關(guān)系 4.2.1 熔化溫度24熔化溫度的測試方法有熱分析法、淬火法、熱分析法、差熱分析法以及半球點 法和三角錐法等。各種分析方法測量的熔點有時差別大，比較精確的分析方法有惹分析法、差熱 分析法和淬火法，但操作和分析復(fù)雜。目前保護渣采用半球點法作為保護渣熔化溫度分析的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，部分仍采用三 角錐法。半球點溫度定義為在一定的升溫速度下，具有一定流 動性時的溫度。 熔化溫度測試方法保護渣理化性能熔化溫度25熔化溫度測試方法三角錐法三角錐法測保護渣熔化溫度示意圖 成本低，但測試方法復(fù)雜 保護渣理化性能

18、熔化溫度26半球點法 開始熔化狀態(tài) 半球點狀態(tài) 完全熔化表示方法：用半球點法表示保護渣的熔化溫度或熔點。保護渣理化性能熔化溫度27熔化溫度半球點法測試原理1光源；2測溫?zé)犭娕迹?試樣支架；4爐體；5試樣；6攝像鏡頭；7顯示屏；8軌道；9控溫?zé)犭娕迹?0測溫裝置；11控溫裝置 保護渣熔化溫度測定裝置 影響保護渣熔化溫度測試的主要因素除了固有的保護渣組成外，與爐子結(jié)構(gòu)、爐子熱容量、試樣大小、升溫速度以及測溫點位置和測溫?zé)犭娕冀Y(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，同時也與試樣狀態(tài)有很大的關(guān)系。實驗發(fā)現(xiàn)，同樣保護渣，低速升溫（5/min）比高速升溫（40/min）半球點溫度要高3050。保護渣理化性能熔化溫度28保護渣組分

19、對半球點熔化溫度的影響 采用單因素法、各種多因素回歸模型法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等設(shè)計保護渣組成樣本，測試熔化溫度，對測試結(jié)果作圖或回歸，可得到Tm i 的關(guān)系。保護渣理化性能熔化溫度29 保護渣理化性能熔化溫度30 保護渣理化性能熔化溫度314.2.2 熔化速度和熔融模型 熔化速度含義：單位時間內(nèi)固渣熔化形成液態(tài)熔渣的數(shù)量。 保護渣熔化速度是評價保護渣供給液渣能力的重要參數(shù)，是控制熔渣層厚度、渣膜均勻性和渣耗的主要手段。碳質(zhì)材料 對其熔速有很大的影響。 保護渣理化性能熔化速度 熔化速度32熔化速度測試方法 爐渣的熔化速度測定方法有渣柱法、塞格錐法、熔化率法和熔滴 法。目前廣泛采用渣柱法。 除熔滴法外，

20、其它方法都只能定性說明炭質(zhì)材料對保護渣熔化速 度的影響，只能測定相同配碳模式保護渣的相對熔化速度。 保護渣理化性能熔化速度33熔滴法測試熔化速度示意圖熔滴法熔化速度測試裝置示意圖 熔化速度，Kg/m2s 或g/m2s；收集熔渣時間， s；坩堝底部面積，m2；熔渣重量，Kg或g。 保護渣理化性能熔化速度34熔滴法與渣柱法的比較 排除熔化溫度的影響，實踐表明保護渣在黑渣操作的情況下，炭質(zhì)材料（比如碳黑）粒度越細，分散度越高，控制熔化速度的效果越明顯，成渣速度越慢；粒度越大，分散度越低（比如石墨），控制熔化速度的效果越差，成渣速度越快；如果通過渣柱法測試熔化溫度，有可能導(dǎo)致這樣的相反情況：即著火點和

21、分散度很高的碳黑很快燒掉，顯示快的熔化速度，而石墨則反之。因此采用熔滴法測試熔速與結(jié)晶器內(nèi)保護渣熔化狀況更合適。 目前國內(nèi)基本上未采用熔滴法，廣泛采用渣柱法。保護渣理化性能熔化速度35影響保護渣熔化速度的因素 碳質(zhì)材料粒度、種類和及其在保護渣中的有效濃度； 保護渣的化學(xué)成份和礦相組成； 保護渣外觀形狀（粉渣、實心顆粒、空心顆粒）； 保護渣中碳酸鹽種類和含量； 保護渣的熔化溫度； 與連鑄操作相關(guān)的結(jié)晶器液面攪動強度。 保護渣理化性能熔化速度36碳質(zhì)材料對熔化速度的影響保護渣理化性能熔化速度37保護渣理化性能熔化速度38熔點對熔速的影響碳酸鹽對熔速的影響保護渣理化性能熔化速度39保護渣理化性能熔化

22、速度40 熔融模型熔融模型：指保護渣從室溫固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)過程中所經(jīng)歷的各種狀態(tài)(如粉 末態(tài)/顆粒態(tài)、燒結(jié)態(tài)、半熔態(tài)、熔融態(tài))和各狀態(tài)的結(jié)構(gòu)及相 對厚度。保護渣理化性能熔融模型414.3 流動性能粘度是表示熔渣中結(jié)構(gòu)微元體移動能力大小的一項物理指標(biāo)，即在一定溫度和一定剪切力作用下熔渣流入鑄坯與結(jié)晶器間隙能力的大小。 常測試保護渣在1300下的粘度，來評定保護渣的潤滑能力用。 粘度主要取決于拉坯速度，通常有以下關(guān)系式： 式中：保護渣1300下的粘度，泊（1泊）； Vc拉坯速度，m/min。保護渣理化性能粘度4.3.1 粘度42 粘度測試方法斜舟法、振動法、圓柱體旋轉(zhuǎn)法測試粘度旋轉(zhuǎn)粘度計示意圖 YB/

23、T 185-2001 旋轉(zhuǎn)粘度計測試機構(gòu) 1同步電機2上卡頭 3下卡頭 4鉬桿 5上光源 6上光電管 7下光源 8下光電管 9剛玉管 10測頭 11石墨坩堝 12熱電偶 13二硅化鉬爐 14微機控制系統(tǒng) 保護渣理化性能粘度43 組分對保護渣粘度的影響 保護渣理化性能粘度44保護渣理化性能粘度45適用渣成分范圍：33SiO256%，12%CaO45%，0Al2O311%，0Na2O20%，0CaF220% 保護渣理化性能粘度464.3.2 粘度溫度關(guān)系及凝固溫度 =Aexp(E/RT)，A為常數(shù)，E為粘滯活化能，粘度隨溫度升 高而降低。粘度溫度關(guān)系曲線表征了保護渣粘度隨溫度變化的情況，不同連鑄工

24、藝對粘度溫度曲線形態(tài)或 粘滯活化能E有不同的要求。保護渣理化性能粘溫曲線與凝固溫度 粘度溫度曲線47 最大粘流活化能變化值E： 設(shè)TTbr時粘流活化能為E1、TTbr后的粘流化能為E2，最大粘流活化能變化值可定義為EE2-E1。 可用E表征保護渣的玻璃化性能或?qū)﹁T坯的潤滑能力， E 越大，鑄坯受到的摩擦力越大。保護渣理化性能粘溫曲線與凝固溫度48 凝固溫度是指熔渣從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度，理論上對應(yīng)于熔渣液相線溫度。 但為了便于測試，國內(nèi)外目前習(xí)慣于將粘度溫度曲線的轉(zhuǎn)折點溫度Tbr定義為凝固溫度Ts。 連鑄保護渣的凝固溫度對連鑄坯的潤滑和傳熱有重要影響，對裂紋敏感性鋼種 和粘結(jié)性鋼種 的澆注有重

25、要意義。 凝固溫度保護渣理化性能粘溫曲線與凝固溫度49凝固溫度對鑄坯受到的摩擦力和向結(jié)晶器傳熱的影響凝固溫度對結(jié)晶器傳熱和摩擦力影響粘度、轉(zhuǎn)折溫度與拉速的關(guān)系保護渣理化性能粘溫曲線與凝固溫度50組分對凝固溫度的影響保護渣理化性能粘溫曲線與凝固溫度51保護渣理化性能粘溫曲線與凝固溫度524.4 表面張力及界面張力表面張力：熔渣與氣相接觸的表面上質(zhì)點比內(nèi)部質(zhì)點具有較高的能量， 單位面積上這種過剩的能量就稱為表面自由焓。在表面自由焓 作用下，熔渣表面有收縮的趨勢，即受到一種力的作用一樣， 這種力就稱為表面張力。在數(shù)值上表面張力與表面自由焓相 等，但單位和物理意義不同。表面自由焓單位為erg/cm2

26、或 J/m2，表面張力單位為dyn/cm或N/m。界面張力：當(dāng)熔渣與鋼液或不同熔渣或其它固體接觸時，同樣由于接觸 界面質(zhì)點與熔渣內(nèi)部質(zhì)點之間能量差異，在接觸界面上也會出 現(xiàn)過剩自由能，對應(yīng)的使界面發(fā)生收縮或擴展的力稱為界面張 力，單位仍為dyn/cm或N/m。保護渣理化性能界面特性53界面性能的重要性 熔渣與鋼液間的界面張力直接決定了彎月面半徑的大小，而彎月面半徑對鑄坯表面和皮下質(zhì)量有重要影響。 在連鑄過程中，最大可能地吸收夾雜、同化夾雜，并保持熔化特性和流動特性的相對穩(wěn)定，是保護渣功能發(fā)揮的亮點之一。為良好地吸收夾雜，保護渣與夾雜的界面特性是非常重要的。 同時保護渣與鋼液間的界面張力也是非常

27、重要的，如果保護渣/鋼液的界面張力過低，結(jié)晶器內(nèi)鋼液的擾動將引起保護渣填充的擾動，可能導(dǎo)致保護渣渣膜的不均勻和不連續(xù)性。 保護渣理化性能界面特性54表面張力的測試方法表面張力測定的方法有最大氣泡壓力法和拉環(huán)法等；氣泡最大壓力法原理（表面張力） 表面張力實驗裝置保護渣理化性能界面特性55組成對表面張力的影響I=Z+Z/a2, I：離子間引力，Z：原子價，a：離子間距 保護渣理化性能界面特性56保護渣理化性能界面特性571300時i105（N/m）如下：SiO2 290 BaO 470 Na2O 290 TiO2 250 ZnO 450 Li2O 450CaF2 420 ZrO2 350 CdO

28、430 Nb2O5 150 SnO2 350MnO 390 Ta2O5 500 Al2O3 380 FeO 490 BeO 390CoO 430 Re2O3 900 MgO 520 NiO 400 SrO 490熔體的表面張力： 其中ni為各氧化物組分的摩爾分?jǐn)?shù) 。保護渣理化性能界面特性58界面張力、接觸角、粘附功 當(dāng)熔渣與固體或液體接觸時，在接觸界面上被吸附的氣體如果被排開，則液體之間或液體與固體之間直接接觸，這種現(xiàn)象稱為潤濕，稱為接觸角。如圖所示：保護渣理化性能界面特性59液體與液體（如熔渣與鋼液）接觸的情況 氣-液-液三相張力的平衡關(guān)系1液相1的表面張力2液相1的表面張力12兩液相的界面

29、張力 過實驗拍攝前述兩圖中的參數(shù)可確定或此處的角，由此可計算界面張力。保護渣理化性能界面特性60粘附功 將接觸的兩相在氣相中分開稱為具有新的表面的兩個分離相所消耗的功叫做粘附功： W粘1212 粘附功越大，界面張力就越小，兩相（如金屬和熔渣）就越難分離，而粘附功越小，金屬與熔渣就容易分離、難于潤濕。保護渣理化性能界面特性61熔渣與鋼或非金屬（夾雜、耐材）之間的界面特性1550下，工業(yè)碳素鋼和保護渣的界面張力平均值在980-1350N/m之間。保護渣理化性能界面特性62保護渣理化性能界面特性63保護渣理化性能界面特性64保護渣理化性能界面特性65保護渣理化性能界面特性66高速連鑄過程保護渣卷渣示

30、意圖就保護渣而言，有兩種途徑減輕保護渣的卷渣：提高界面張力MS：采用低Na2O和低NaF。提高粘度據(jù)報道，采用堿土金屬氟化物取代Na2O ，提高保護渣的粘度和表面張力，可以大大降低用高速連鑄坯生產(chǎn)的鍍錫板的白斑缺陷率。保護渣理化性能界面特性674.5 燒結(jié)特性 l 燒結(jié)不可避免：燒結(jié)是保護渣熔化過程中的必經(jīng)環(huán)節(jié) l 過度燒結(jié)的危害：過度燒結(jié)會導(dǎo)致結(jié)晶器鋼液面上出現(xiàn)渣團、渣塊，燒結(jié)層過厚，在結(jié)晶器周邊彎月面處出現(xiàn)大而厚的渣條。由于高拉速下鋼液面流速高，容易將這些大的團塊卷入鋼水和彎月面初生坯殼，增大了漏鋼和夾渣的危險性。并且，容易燒結(jié)成塊的保護渣在結(jié)晶器中的保溫性、透氣性也差，對維持溫度均勻的熔

31、渣層厚度極為不利。 保護渣理化性能燒結(jié)特性68保護渣燒結(jié)特性指標(biāo)l 不成熟，目前還沒有統(tǒng)一評價保護渣燒結(jié)性能的方法和指標(biāo)；l 連鑄生產(chǎn)中的評價：渣條、燒結(jié)層厚度。燒結(jié)層厚，渣條多則表明 保護渣燒結(jié)發(fā)達。l 影響保護渣燒結(jié)特性的一般因素：保護渣的燒結(jié)行為，除了與作為 隔離作用而添加的碳質(zhì)材料有關(guān)外，還與原材料成份、物相、物理狀態(tài)等因素密切相關(guān)。 保護渣理化性能燒結(jié)特性69重慶大學(xué)及國內(nèi)外評價保護渣燒結(jié)特性的研究 （1）燒結(jié)過程中物相的變化 保護渣理化性能燒結(jié)特性70保護渣理化性能燒結(jié)特性71保護渣理化性能燒結(jié)特性72保護渣理化性能燒結(jié)特性73（2）燒結(jié)過程中渣樣體密度的變化 線收縮、體積收縮、體

32、密度、氣孔率的變化 保護渣理化性能燒結(jié)特性74 保護渣燒結(jié)特性指標(biāo) * 致密化起始溫度（Tq）：試樣體積密度開始出現(xiàn)增加時的溫度。 * 燒結(jié)速率（U）：致密化起始溫度下的體積密度，與其后測試溫 度范圍內(nèi)體積密度最大值的差值和達到最大值的溫度差的比值。 保護渣理化性能燒結(jié)特性75 保護渣燒結(jié)特性指標(biāo)應(yīng)用 保護渣理化性能燒結(jié)特性76 保護渣燒結(jié)特性指標(biāo)應(yīng)用 (燒結(jié)過程中渣樣體密度的變化) 保護渣理化性能燒結(jié)特性77（3）燒結(jié)過程中保護渣比表面積的變化 比表面積與溫度的關(guān)系 保護渣理化性能燒結(jié)特性78 保護渣堿性材料對比表面積的影響特征 保護渣理化性能燒結(jié)特性79 保護渣堿性材料對比表面積的影響特征

33、（800） 圖 堿性材料對保護渣比表面積的影響保護渣理化性能燒結(jié)特性80(4) 氣體壓力下降法測試燒結(jié)特性保護渣理化性能燒結(jié)特性81保護渣理化性能燒結(jié)特性82保護渣理化性能燒結(jié)特性83保護渣理化性能燒結(jié)特性844.6 吸收夾雜能力 連鑄生產(chǎn)中，由于鋼液脫氧和鋼水二次氧化等產(chǎn)生的夾雜，會有一部分在結(jié)晶器中上浮，這就要求結(jié)晶器內(nèi)的熔融保護渣能對鋼渣界面聚集的夾雜物迅速溶解。如果熔渣不能溶解這些聚集物，就可能出現(xiàn)兩種情況： 一是它們進入熔渣將形成多相渣，破壞了液渣的均勻性和流動的穩(wěn)定性，使熔渣不能順利地進入坯殼和結(jié)晶器間的間歇，不能形成均勻的渣膜。 二是不能進入熔渣的固相夾雜物將會富集在鋼渣界面處，

34、使流入坯殼和結(jié)晶器間的熔渣變得不穩(wěn)定這些都將嚴(yán)重惡化保護渣的潤滑性能，同時，聚集的固相夾雜物還可能卷入坯殼中，產(chǎn)生表面和皮下夾雜等缺陷。保護渣理化性能吸收夾雜85吸收夾雜的意義 提高彎月面鋼液潔凈度, 以提高鑄坯表面皮下潔凈度； 熔渣吸收夾雜后，其粘度、凝固溫度、結(jié)晶性能等物性參數(shù)應(yīng)相對穩(wěn) 定，避免它們的急劇變化危害鑄坯質(zhì)量和連鑄工藝順行。常見夾雜類型 連鑄過程中出現(xiàn)的常見的典型夾雜物分為三類：鈦化合物夾雜（TiN, TiCN, TiO2）, Al2O3類夾雜，稀土氧化物夾雜。保護渣理化性能吸收夾雜86測定保護渣吸收夾雜能力的方法靜態(tài)法：在一定溫度下，使Al2O3試樣在熔渣中浸泡一定的時間，觀

35、察熔 渣侵蝕試樣的情況。旋轉(zhuǎn)法：模擬結(jié)晶器中熔渣流動速度，將試樣在熔渣中旋轉(zhuǎn)一段時間， 觀察試樣侵蝕情況。吸收夾雜后性能的穩(wěn)定性：在保護渣中添加不同含量的夾雜，測試保護 渣各項性能的變化情況。保護渣理化性能吸收夾雜87 旋轉(zhuǎn)法測試保護渣吸收夾雜的能力（也可測試保護渣對水口的浸蝕情況）1旋轉(zhuǎn)電機2調(diào)速測速裝置3旋轉(zhuǎn)試樣sample 4石墨坩堝5Mo 金屬鉬桿bar夾雜物溶解實驗測試裝置 m：實驗中圓柱試樣的重量減少量，mg；t：時間，s；A：試樣與熔渣接觸的面積，mm2； w：試樣向渣中的溶解速度，mgmm-2s-1。 保護渣理化性能吸收夾雜88促進保護渣吸收夾雜的途徑（1）TiN和TiCN夾雜

36、物的氧化處理法 （2）運用高堿度高玻璃化熔渣理論促進保護渣吸收Al2O3 和TiO2夾雜物的能力 （3）控制保護渣堿度促進稀土氧化物在熔渣中的溶解 保護渣理化性能吸收夾雜89組成對吸收Al2O3夾雜性能的影響保護渣理化性能吸收夾雜90組成對吸收TiO2夾雜性能的影響保護渣理化性能吸收夾雜91保護渣理化性能吸收夾雜924.7 結(jié)晶性能 保護渣結(jié)晶性能主要包括結(jié)晶溫度和在一定冷卻條件下的結(jié)晶率、結(jié)晶速度以及結(jié)晶析出的物相組織等內(nèi)容。 結(jié)晶性能影響著鑄坯受到的摩擦力及鑄坯向結(jié)晶器壁的傳熱，對鑄坯表面裂紋缺陷和粘結(jié)及漏鋼事故有直接很大的影響。 保護渣理化性能結(jié)晶性能934.7.1 連鑄保護渣的結(jié)晶溫度

37、結(jié)晶溫度是指熔融保護渣在一定的降溫速度下開始析出晶體的溫度。結(jié)晶溫度對保護渣潤滑鑄坯和控制傳熱有重要影響。目前對結(jié)晶溫度的測試及評價主要有差熱法DTA、示差掃描量熱法DSC、 熱絲法和粘度溫度曲線法等。保護渣理化性能結(jié)晶性能94DTA，DSC測試結(jié)晶溫度差熱分析(DTA)熱峰曲線示差熱量掃描與溫度的關(guān)系曲線 （DSC法）熔融保護渣在冷凝過程中可能析出晶體，析晶過程是一放熱相變，檢測該放熱過程對應(yīng)的溫度范圍即為保護渣析晶溫度范圍。以差熱分析方法（DTA）或差示掃描量熱法（DSC）測定渣樣的熱量溫度曲線，曲線中的放熱峰對應(yīng)的溫度即為保護渣的析晶溫度。保護渣在冷凝過程中可能具有多個放熱峰值，對應(yīng)多個

38、析晶溫度，一般取最高值作為析晶溫度指標(biāo)TC（如圖對應(yīng)的保護渣析晶溫度Tc1110.5）。冷卻 保護渣理化性能結(jié)晶性能95不同冷卻速度下的結(jié)晶溫度5/min； 8/min； 10/min； 15/min；不同降溫速率下保護渣的DSC曲線 不同冷卻速率對DSC法保護渣結(jié)晶溫度影響 保護渣理化性能結(jié)晶性能96結(jié)晶溫度Tc與凝固溫度Tbr的差別保護渣的Tbr與Tc關(guān)系 Tbr與Tc不能等同；在有些情況下，如結(jié)晶性能較強的情況下可能有關(guān)系或 相差不大；即不同的保護渣，可能出現(xiàn)TbrTc，TbrTc，TbrTc。 DTA和DSC法的測量精度較高，但是對于部分結(jié)晶率較小的保護渣，由于 結(jié)晶放出的熱量小，差熱

39、分析天平不能感應(yīng)到放熱，從而不能觀測到放熱 峰，無法完全讀出正確的結(jié)晶溫度。保護渣理化性能結(jié)晶性能97熱絲法測試結(jié)晶溫度熱絲法熔化析晶性能測定儀構(gòu)成示意圖 U型熱絲法結(jié)構(gòu) 保護渣熔渣析晶情況優(yōu)點：能方便觀察結(jié)晶形成過程；對析晶較少的情況也能觀察到。缺點：對測試和成像系統(tǒng)要求較高；有些干擾因素如渣膜 反光造 成的白點導(dǎo)致識別困難，也難于準(zhǔn)確測試溫度。保護渣理化性能結(jié)晶性能98相關(guān)因素對結(jié)晶溫度的影響保護渣理化性能結(jié)晶性能99保護渣理化性能結(jié)晶性能100保護渣理化性能結(jié)晶性能1014.7.2 結(jié)晶率結(jié)晶率是指凝固渣膜中結(jié)晶相所占比例。結(jié)晶率也對保護渣的傳熱和潤滑功能有重要作用。目前對結(jié)晶率的測試及

40、評價主要有觀察法、 X衍射法、熱分析法、熱膨脹系數(shù)法以及 理論預(yù)測等。 保護渣結(jié)晶行為對傳熱的影響保護渣理化性能結(jié)晶性能102結(jié)晶率的測試測試研究方法所涉及的理論可以分成三類：通過比較渣膜與100%純玻璃的性質(zhì)來測量渣膜中玻璃體的百分比含量通過比較渣膜和純結(jié)晶物質(zhì)（參照的純結(jié)晶體物質(zhì)是槍晶石3CaO2SiO2CaF2 ）的性 質(zhì)來測量渣膜中結(jié)晶體的百分比含量；利用金相學(xué)（金相顯微鏡）直接測量渣膜中結(jié)晶體和玻璃體的百分比。保護渣理化性能結(jié)晶性能103差熱分析法熱膨脹系數(shù)法X衍射法金相法理論預(yù)測觀測玻璃相和結(jié)晶相的比例熱絲法保護渣理化性能結(jié)晶性能104方法渣樣質(zhì)量（mg）優(yōu)點缺點功率示差掃描量熱法

41、20100可以獲得重復(fù)的結(jié)果（玻璃體百分比含量）溫度不能高于1000K；結(jié)晶化會影響掃描曲線；玻璃體轉(zhuǎn)化成結(jié)晶體可能不夠完全。差熱分析法20100分析所用設(shè)備大量普及隨掃描曲線的波動而變化；熔化的出現(xiàn)會干擾渣膜焓變的測量。熱膨脹系數(shù)法保持穩(wěn)定，渣樣破損使得熱膨脹系數(shù)的測量出現(xiàn)困難。金相學(xué)1辨別液相和玻璃體觀測的部分只對應(yīng)一小部分質(zhì)量；在玻璃體和結(jié)晶體的中間區(qū)域很難確定。X射線衍射法40相比其他方法，需要的時間特別少假設(shè)槍晶石是存在的；假設(shè)槍晶石樣品是100的純結(jié)晶體。析晶率各種測試方法的優(yōu)點和缺點保護渣理化性能結(jié)晶性能105NBO/T對渣膜結(jié)晶體比例的影響保護渣理化性能結(jié)晶性能106渣樣制備條件對結(jié)晶率的影響不同退火溫度下保護渣結(jié)晶體比例變化不同保溫時間下保護渣結(jié)