[科普中国]-结晶器保护渣

功能

在连铸生产中结晶器保护渣发挥如下五大基本功能：

①可以防止钢液特别是钢液弯月面的二次氧化。保护渣加入到结晶器内的钢液面上，熔化后形成一定厚度的液渣层，并均匀覆盖钢液面，该液渣层起到了隔绝钢液与空气接触的作用，进而可防止钢液的二次氧化。

②绝热保温。在高温钢液面上加入保护渣，由于三层或多层结构的出现，可减少钢液的辐射热损失，降低钢水的过热度。为此，在保护渣操作中，要求液渣层上有一定厚度的粉渣层，即黑渣操作。提高保护渣的保温性，可提高结晶器弯月面温度，可减少渣圈的生成或过分长大。尤其是在浇铸高碳钢时，提高保护渣的绝热保温性能，对改善铸坯润滑是有利的。增加保护渣中的配碳量、改变碳质材料的种类、加入发热元素或降低保护渣的体积密度，均可以提高保护渣保温性。保护渣的颗粒形态也对保温性有一定的影响。粉渣和空心颗粒渣的保温性较好，柱状渣较差。随着高速连铸保护渣和超低碳钢用连铸保护渣的开发，为避免保护渣的保温性变差，普遍采用具有较低体积密度的空心颗粒渣。

③保护渣吸收夹杂的能力。为防止钢液上浮的夹杂物被卷入凝固壳，造成铸坯表面或皮下缺陷，保护渣熔化形成的液渣层应具有吸收和同化钢液中上浮的非金属夹杂的能力。不同钢种上浮的夹杂不同，对保护渣物性的影响是不同的，如低碳钢的夹杂，浇注含稀土的钢或含钛钢时，钢中高熔点稀土氧化物、钛氧化物及钛的氮化物对保护渣性能的影响等，这些夹杂物会引起保护渣的粘度、熔点或碱度等性能的变化。

④保护渣具有均匀传热的功能。冶金工作者在应用结晶器保护渣时认识到保护渣渣膜具有控制铸坯向结晶器传热的功能。在不使用保护渣的条件下(如使用菜籽油作润滑剂)，在结晶器上部由于坯壳与结晶器壁接触，坯壳冷却速度大；而在结晶器下部，由于坯壳的收缩产生了气隙，致使热阻增加，导出的热量减少，同时气隙的传热是很不均匀的。保护渣熔化形成的液渣，若能均匀流入结晶器壁与凝固坯壳间，便能形成均匀的渣膜，可以减小上部的传热速率，加大下部传热速率，从而改善传热的均匀性，提高铸坯质量。

⑤改善铸坯润滑的作用。保护渣熔化流入结晶器壁与凝固坯壳间形成的渣膜可起到润滑剂的作用，减少拉坯阻力，防止坯壳与结晶器壁的粘结。随着拉速的不断提高，因结晶器振动频率的提高使保护渣难以流入铸坯与结晶器间的通道，保护渣消耗量减少，拉坯摩擦阻力增加，当阻力超过坯壳强度时，会引起漏钢事故。此外，摩擦力的增加还会引起纵裂指数的上升，渣膜的润滑作用越来越重要，已成为连铸生产中必须解决的主要问题。1

分类研制的保护渣基本上以 一CaO一 三元系为基本，再添加各种助熔剂、骨架材料和发热材料配制而成，大体上可分成3类：

一、发热渣

以硅酸盐、氟化物为主配入金属粉和氧化剂。特点是成渣快，但成本高、烟雾和火焰大，易使钢中夹杂物增多。发热渣曾经在前苏联广泛使用。

二、熔融液渣

使用时必须增添熔渣设备，既费事，成本又高，已不再使用。

三、固体绝热渣

广泛使用的保护渣基本上属于此类。它以硅酸盐为主，以氟化物、苏打等低熔点物质作助熔剂或稀释剂，再配加炭质材料起隔离、骨架和绝热的作用。固体绝热渣在结晶器内钢液面上熔化后形成多层结构，能充分发挥保护渣的各项功能。按加工方式和存在的形态，固体绝热渣可分为粉末渣和颗粒渣、预熔型粉末渣和颗粒渣几大类。预熔渣具有成分均匀、在熔化过程中无分相和化学反应、不易吸潮及玻璃性能良好等优点。固体绝热渣的化学组成见表。根据不同钢种、断面和浇铸工艺可作相应的调整和规范。

性能熔点根据拉速和钢种的不同，结晶器保护渣的熔点可在900～1200℃间变动，决定熔点的主要根据是渣膜随铸坯出结晶器时要保持液态。一般将半球点温度作为熔点的参考温度。

黏度黏度是保护渣最重要性能之一，它与连铸工艺参数密切相关，普遍一致的观点认为，保护渣的黏度同拉坯速度呈反比关系，可使结晶器壁与铸坯之间渣膜保持一定的厚度。若黏度太大，由于流动性不好，渣膜很薄或不连续，也不利于夹杂物的扩散和溶解；黏度太小则将使渣膜太厚而不均匀，影响热量向结晶器传递。结晶器保护渣的黏度可在0．1～1.0Pa·s间变动。

熔化速度保护渣的熔化速度是确定熔渣层厚度，渣膜厚度和渣耗的重要指标，而影响熔化速度的最重要因素是炭质材料种类及其含量，随其含量的增加，熔化速度将减小。适当的熔化速度应能使结晶器内钢液面上保持6～15mm厚的液渣层，并能形成厚度适当的渣膜。但至今尚无测定熔化速度的统一标准。

粘结漏钢现象定义漏钢是连铸生产中重大的生产事故，是需要极力避免的。近年来，由于生产工操作水平的提高，漏钢预报警的应用以及结晶器保护渣的持续改进，漏钢率大大降低，但是仍不可避免。

漏钢的种类一般有裂纹漏钢、开浇漏钢、悬挂漏钢、夹杂物漏钢、粘结漏钢等，但以粘结漏钢所占的比重为最大。而粘结漏钢往往与结晶器保护渣有很大关系。2

原因导致粘结漏钢的原因很多，保护渣方面的有：

①保护渣性能不良，不能很好的流入坯壳与铜板之间形成润滑；

②结晶器壁上形成较大渣圈，阻碍了液渣的正常流入，起不到润滑和传热作用；

③结晶器内液面波动过大，弯月面处液渣层断层，造成铜板与坯壳之间渣膜断裂，润滑不好；

④保护渣吸附较多脱氧产物或非金属夹杂导致变性，使其粘度上升，不能很好流入铜板与坯壳之间形成润滑；

⑤钢水温度偏低时，保护渣化渣不良，使熔渣粘度上升，造成流入不足。2