結晶器保護渣

結晶器保護渣(mould fluxes)是在連續鑄鋼過程中，置於結晶器內的鋼液面上用以保溫、防氧化和吸收非金屬夾雜的物料。

基本介紹

• 中文名：結晶器保護渣
• 外文名：Mold flux
• 作用：保溫、防氧化
• 分類：發熱渣、固體絕熱渣、熔融液渣
• 套用：連續鑄鋼過程
• 位置：結晶器的鋼液面上

功能

在連鑄生產中結晶器保護渣發揮如下五大基本功能：

結晶器保護渣

①可以防止鋼液特別是鋼液彎月面的二次氧化。保護渣加入到結晶器內的鋼液面上，熔化後形成一定厚度的液渣層，並均勻覆蓋鋼液面，該液渣層起到了隔絕鋼液與空氣接觸的作用，進而可防止鋼液的二次氧化。

②絕熱保溫。在高溫鋼液面上加入保護渣，由於三層或多層結構的出現，可減少鋼液的輻射熱損失，降低鋼水的過熱度。為此，在保護渣操作中，要求液渣層上有一定厚度的粉渣層，即黑渣操作。提高保護渣的保溫性，可提高結晶器彎月面溫度，可減少渣圈的生成或過分長大。尤其是在澆鑄高碳鋼時，提高保護渣的絕熱保溫性能，對改善鑄坯潤滑是有利的。增加保護渣中的配碳量、改變碳質材料的種類、加入發熱元素或降低保護渣的體積密度，均可以提高保護渣保溫性。保護渣的顆粒形態也對保溫性有一定的影響。粉渣和空心顆粒渣的保溫性較好，柱狀渣較差。隨著高速連鑄保護渣和超低碳鋼用連鑄保護渣的開發，為避免保護渣的保溫性變差，普遍採用具有較低體積密度的空心顆粒渣。

③保護渣吸收夾雜的能力。為防止鋼液上浮的夾雜物被捲入凝固殼，造成鑄坯表面或皮下缺陷，保護渣熔化形成的液渣層應具有吸收和同化鋼液中上浮的非金屬夾雜的能力。不同鋼種上浮的夾雜不同，對保護渣物性的影響是不同的，如低碳鋼的夾雜，澆注含稀土的鋼或含鈦鋼時，鋼中高熔點稀土氧化物、鈦氧化物及鈦的氮化物對保護渣性能的影響等，這些夾雜物會引起保護渣的粘度、熔點或鹼度等性能的變化。

④保護渣具有均勻傳熱的功能。冶金工作者在套用結晶器保護渣時認識到保護渣渣膜具有控制鑄坯向結晶器傳熱的功能。在不使用保護渣的條件下(如使用菜籽油作潤滑劑)，在結晶器上部由於坯殼與結晶器壁接觸，坯殼冷卻速度大；而在結晶器下部，由於坯殼的收縮產生了氣隙，致使熱阻增加，導出的熱量減少，同時氣隙的傳熱是很不均勻的。保護渣熔化形成的液渣，若能均勻流入結晶器壁與凝固坯殼間，便能形成均勻的渣膜，可以減小上部的傳熱速率，加大下部傳熱速率，從而改善傳熱的均勻性，提高鑄坯質量。

⑤改善鑄坯潤滑的作用。保護渣熔化流入結晶器壁與凝固坯殼間形成的渣膜可起到潤滑劑的作用，減少拉坯阻力，防止坯殼與結晶器壁的粘結。隨著拉速的不斷提高，因結晶器振動頻率的提高使保護渣難以流入鑄坯與結晶器間的通道，保護渣消耗量減少，拉坯摩擦阻力增加，當阻力超過坯殼強度時，會引起漏鋼事故。此外，摩擦力的增加還會引起縱裂指數的上升，渣膜的潤滑作用越來越重要，已成為連鑄生產中必須解決的主要問題。

分類

研製的保護渣基本上以 一CaO一 三元係為基本，再添加各種助熔劑、骨架材料和發熱材料配製而成，大體上可分成3類：

一、發熱渣

以矽酸鹽、氟化物為主配入金屬粉和氧化劑。特點是成渣快，但成本高、煙霧和火焰大，易使鋼中夾雜物增多。發熱渣曾經在前蘇聯廣泛使用。

二、熔融液渣

使用時必須增添熔渣設備，既費事，成本又高，已不再使用。

結晶器保護渣

三、固體絕熱渣

廣泛使用的保護渣基本上屬於此類。它以矽酸鹽為主，以氟化物、蘇打等低熔點物質作助熔劑或稀釋劑，再配加炭質材料起隔離、骨架和絕熱的作用。固體絕熱渣在結晶器內鋼液面上熔化後形成多層結構，能充分發揮保護渣的各項功能。按加工方式和存在的形態，固體絕熱渣可分為粉末渣和顆粒渣、預熔型粉末渣和顆粒渣幾大類。預熔渣具有成分均勻、在熔化過程中無分相和化學反應、不易吸潮及玻璃性能良好等優點。固體絕熱渣的化學組成見表。根據不同鋼種、斷面和澆鑄工藝可作相應的調整和規範。

性能

熔點

根據拉速和鋼種的不同，結晶器保護渣的熔點可在900～1200℃間變動，決定熔點的主要根據是渣膜隨鑄坯出結晶器時要保持液態。一般將半球點溫度作為熔點的參考溫度。

黏度

黏度是保護渣最重要性能之一，它與連鑄工藝參數密切相關，普遍一致的觀點認為，保護渣的黏度同拉坯速度呈反比關係，可使結晶器壁與鑄坯之間渣膜保持一定的厚度。若黏度太大，由於流動性不好，渣膜很薄或不連續，也不利於夾雜物的擴散和溶解；黏度太小則將使渣膜太厚而不均勻，影響熱量向結晶器傳遞。結晶器保護渣的黏度可在0．1～1.0Pa·s間變動。

熔化速度

保護渣的熔化速度是確定熔渣層厚度，渣膜厚度和渣耗的重要指標，而影響熔化速度的最重要因素是炭質材料種類及其含量，隨其含量的增加，熔化速度將減小。適當的熔化速度應能使結晶器內鋼液面上保持6～15mm厚的液渣層，並能形成厚度適當的渣膜。但至今尚無測定熔化速度的統一標準。

粘結漏鋼現象

定義

漏鋼是連鑄生產中重大的生產事故，是需要極力避免的。近年來，由於生產工操作水平的提高，漏鋼預報警的套用以及結晶器保護渣的持續改進，漏鋼率大大降低，但是仍不可避免。

漏鋼的種類一般有裂紋漏鋼、開澆漏鋼、懸掛漏鋼、夾雜物漏鋼、粘結漏鋼等，但以粘結漏鋼所占的比重為最大。而粘結漏鋼往往與結晶器保護渣有很大關係。

原因

導致粘結漏鋼的原因很多，保護渣方面的有：

①保護渣性能不良，不能很好的流入坯殼與銅板之間形成潤滑；

②結晶器壁上形成較大渣圈，阻礙了液渣的正常流入，起不到潤滑和傳熱作用；

③結晶器內液面波動過大，彎月面處液渣層斷層，造成銅板與坯殼之間渣膜斷裂，潤滑不好；

④保護渣吸附較多脫氧產物或非金屬夾雜導致變性，使其粘度上升，不能很好流入銅板與坯殼之間形成潤滑；

⑤鋼水溫度偏低時，保護渣化渣不良，使熔渣粘度上升，造成流入不足。