连铸工艺、设备--07连铸保护渣及覆盖剂.ppt

1、第七章第七章 连铸保护渣及覆盖剂连铸保护渣及覆盖剂7 71 1 保护渣的冶金功能及理化性能保护渣的冶金功能及理化性能一一.保护渣的冶金功能保护渣的冶金功能1.1.绝热保温减少钢液热损失绝热保温减少钢液热损失位于结晶器液面最上层的粉状层，结构松位于结晶器液面最上层的粉状层，结构松散，具有良好的绝热保温作用。可以防止散，具有良好的绝热保温作用。可以防止结晶器中钢水表面结壳，避免添加保护渣结晶器中钢水表面结壳，避免添加保护渣形成熔渣后又固结成盖，并可防止浸入式形成熔渣后又固结成盖，并可防止浸入式水口周围结渣，保护渣的绝热保温作用在水口周围结渣，保护渣的绝热保温作用在于保持保护渣上层粉状层又一定的厚度

2、。于保持保护渣上层粉状层又一定的厚度。2.2.隔绝空气防止对钢液的二次氧化隔绝空气防止对钢液的二次氧化覆盖于钢液面上的液渣层，隔绝空气与钢液覆盖于钢液面上的液渣层，隔绝空气与钢液表面的接触，保护钢液表面不受空气的二次表面的接触，保护钢液表面不受空气的二次氧化。为了更好地起到保护作用，液渣层应氧化。为了更好地起到保护作用，液渣层应均匀覆盖于钢液面上，渣中不应含有使钢氧均匀覆盖于钢液面上，渣中不应含有使钢氧化的成分，如应限制渣中氧化铁含量，熔渣化的成分，如应限制渣中氧化铁含量，熔渣的透气性要低对钢液的润湿性要好。的透气性要低对钢液的润湿性要好。3吸收非金属夹杂物净化钢渣界面吸收非金属夹杂物净化钢渣

3、界面上浮至结晶器液面上的氧化物，随着注流上浮至结晶器液面上的氧化物，随着注流在结晶器中的对流，有可能在弯月面被卷在结晶器中的对流，有可能在弯月面被卷入凝固壳，造成铸坯的皮下或表面夹杂物入凝固壳，造成铸坯的皮下或表面夹杂物等缺陷。因此，保护渣的液渣层应具有良等缺陷。因此，保护渣的液渣层应具有良好的吸收和溶解夹杂物的能力。为此保护好的吸收和溶解夹杂物的能力。为此保护渣的熔渣应有低的粘度，对氧化物夹杂的渣的熔渣应有低的粘度，对氧化物夹杂的润湿性好，吸收夹杂物以后自身性能要稳润湿性好，吸收夹杂物以后自身性能要稳定。定。4润滑坯壳并改善凝固传热润滑坯壳并改善凝固传热填充于气隙中的渣膜对凝固坯壳能起到良好

4、填充于气隙中的渣膜对凝固坯壳能起到良好的润滑作用，减少拉坯阻力，从而可防止坯的润滑作用，减少拉坯阻力，从而可防止坯壳与结晶器壁的粘结。此外熔渣进入坯壳与壳与结晶器壁的粘结。此外熔渣进入坯壳与结晶器壁之间，使气隙不在存在，热阻减小，结晶器壁之间，使气隙不在存在，热阻减小，凝固坯壳向结晶器壁的传热得到改善，使坯凝固坯壳向结晶器壁的传热得到改善，使坯壳均匀生长，有利于减少铸坯裂纹的形成。壳均匀生长，有利于减少铸坯裂纹的形成。二二.保护渣的结构保护渣的结构l要求在钢液面上形成要求在钢液面上形成粉渣层粉渣层烧结层烧结层液渣层液渣层3 3层层结构。结构。1 1粉渣层粉渣层 构成粉体特性的因素：粒度大小、粒

5、子间的相互构成粉体特性的因素：粒度大小、粒子间的相互作用力、粒子充填状态、粒子的表面能。作用力、粒子充填状态、粒子的表面能。l要求：粉状渣的粒度一般小于要求：粉状渣的粒度一般小于0.147mm0.147mm。粉渣层应。粉渣层应有适当的厚度（如有适当的厚度（如25mm25mm）2 2烧结层烧结层3 3液渣层液渣层l一般为一般为101015mm15mm。液渣层的厚度由保护渣的熔化液渣层的厚度由保护渣的熔化速率和消耗速率之间的质量平衡来决定。速率和消耗速率之间的质量平衡来决定。l添加到高温钢液面上低熔点（添加到高温钢液面上低熔点（1050105011001100）的粉渣，靠钢液提供热量，在钢液）的粉

6、渣，靠钢液提供热量，在钢液面上形成一定厚度的液渣覆盖层（面上形成一定厚度的液渣覆盖层（10 10 15mm15mm），减缓了钢水沿保护渣厚度方向的传），减缓了钢水沿保护渣厚度方向的传热；在液渣层上面的保护渣受到钢液传过来热；在液渣层上面的保护渣受到钢液传过来的热量，温度可达的热量，温度可达800 800 900900，但已软化烧，但已软化烧结在一起，形成一层烧结层；在烧结层上面结在一起，形成一层烧结层；在烧结层上面是固态粉状或粒状的原渣层（也称粉渣层）。是固态粉状或粒状的原渣层（也称粉渣层）。粉渣层的温度大约在粉渣层的温度大约在400 400 500500，粒度小，粒度小于于100100目（目

7、（0.147mm0.147mm），与烧结层共同起到了），与烧结层共同起到了隔热保温作用。隔热保温作用。l在拉坯过程中，由于结晶器上下振动和凝固在拉坯过程中，由于结晶器上下振动和凝固坯壳向下运动的作用，钢液面的液渣层不断坯壳向下运动的作用，钢液面的液渣层不断通过钢水与铜壁的界面而挤入坯壳与铜壁之通过钢水与铜壁的界面而挤入坯壳与铜壁之间，在铜壁表面形成一层固体渣膜，而在凝间，在铜壁表面形成一层固体渣膜，而在凝固壳表面形成一层液体渣膜，这层液体渣膜固壳表面形成一层液体渣膜，这层液体渣膜在结晶器壁与坯壳表面起润滑作用。同时，在结晶器壁与坯壳表面起润滑作用。同时，渣膜充填了坯壳与铜壁之间的气隙，减少了渣

8、膜充填了坯壳与铜壁之间的气隙，减少了热阻，改善了结晶器的传热。随着拉坯的进热阻，改善了结晶器的传热。随着拉坯的进行，钢液面上液渣不断消耗掉，而烧结层下行，钢液面上液渣不断消耗掉，而烧结层下降到钢液面熔化成液渣层，粉渣层变成烧结降到钢液面熔化成液渣层，粉渣层变成烧结层，再往结晶器添加新的粉渣，使其保持为层，再往结晶器添加新的粉渣，使其保持为3 3层结构，如此循环，保护渣粉不断消耗。层结构，如此循环，保护渣粉不断消耗。l保护渣结构示意图：保护渣结构示意图：1 1粉渣层；粉渣层；2 2烧结层；烧结层；3 3液渣层；液渣层；4 4结晶器结晶器5 5凝固坯壳；凝固坯壳；6 6渣膜；渣膜；7 7渣皮；渣皮

9、；8 8结晶器振动方向；结晶器振动方向；9 9钢坯拉出方向钢坯拉出方向l要形成要形成3 3层结构，关键是要控制保护渣的熔层结构，关键是要控制保护渣的熔化速度，即加入到钢液面的渣粉不要一下化速度，即加入到钢液面的渣粉不要一下子都熔化成液体，而是逐步熔化。为此，子都熔化成液体，而是逐步熔化。为此，一般都是在一般都是在保护渣中加入碳粒子作为熔化保护渣中加入碳粒子作为熔化速度的调节剂。速度的调节剂。炭粒子控制熔速的快慢决炭粒子控制熔速的快慢决定于加入炭粒子的种类和数量。定于加入炭粒子的种类和数量。三三.保护渣的理化性能保护渣的理化性能1.1.熔化特性熔化特性A.A.熔化温度熔化温度 保护渣是由多组元组

10、成的混合物，没有固保护渣是由多组元组成的混合物，没有固定的熔点，熔化过程有一定的温度范围；定的熔点，熔化过程有一定的温度范围；通常将熔渣具有一定流动性时的温度称为通常将熔渣具有一定流动性时的温度称为熔点。熔点。保护渣的液渣形成渣膜其润滑作用，保护渣的液渣形成渣膜其润滑作用，因此保护渣的熔化温度应低于结晶器出口因此保护渣的熔化温度应低于结晶器出口处的铸坯表面温度，通常在处的铸坯表面温度，通常在1050105011001100左左右。右。保护渣的熔化温度主要决定于渣子的保护渣的熔化温度主要决定于渣子的化学成分及渣料的粒度。化学成分及渣料的粒度。B.B.熔化速度熔化速度l保护渣的熔化速度保护渣的熔化

11、速度决定了钢液面上形成液渣层厚决定了钢液面上形成液渣层厚度和渣的消耗量。度和渣的消耗量。熔化速度过快，粉渣层不易保熔化速度过快，粉渣层不易保持，影响保温，液渣会结壳，很可能造成铸坯夹持，影响保温，液渣会结壳，很可能造成铸坯夹渣；熔化速度过慢，液渣层过薄。同时过快过慢渣；熔化速度过慢，液渣层过薄。同时过快过慢的熔化速度都容易造成渣膜的厚薄不均。从而使的熔化速度都容易造成渣膜的厚薄不均。从而使坯壳生长不均匀。坯壳生长不均匀。l常用一定重量的试样在一定温度下完全熔化所需常用一定重量的试样在一定温度下完全熔化所需的时间来表示熔化速度。的时间来表示熔化速度。l保护渣的熔化速度主要靠配入渣中的碳质材料来保

12、护渣的熔化速度主要靠配入渣中的碳质材料来调节。碳质材料的碳含量越高，分散度越大、影调节。碳质材料的碳含量越高，分散度越大、影响熔化速度的作用就越强。响熔化速度的作用就越强。a.a.配加炭黑（配加炭黑（1.5%1.5%）。）。b.b.配加石墨（配加石墨（2 25%5%）。）。c.c.复合配炭复合配炭C.C.熔化均匀性熔化均匀性l要求能均匀熔化，铺展到整个钢液面上，并要求能均匀熔化，铺展到整个钢液面上，并能沿四周均匀地流入结晶器与坯壳之间。能沿四周均匀地流入结晶器与坯壳之间。2.2.粘度粘度l 粘度是保护渣重要物性之一，它直接影响到铸粘度是保护渣重要物性之一，它直接影响到铸坯振痕的形成和渣膜的润滑

13、作用，以及渣吸收夹坯振痕的形成和渣膜的润滑作用，以及渣吸收夹杂物的能力。浇注条件一定时，渣膜的厚度和均杂物的能力。浇注条件一定时，渣膜的厚度和均匀程度与熔渣的粘度有很大关系。熔渣粘度过大匀程度与熔渣的粘度有很大关系。熔渣粘度过大或过小，都会造成铸坯表面渣膜的厚度过薄或过或过小，都会造成铸坯表面渣膜的厚度过薄或过厚，使润滑、传热不良，甚至导致坯壳产生裂纹。厚，使润滑、传热不良，甚至导致坯壳产生裂纹。l 保护渣的粘度取决于渣的化学成分。合适的粘保护渣的粘度取决于渣的化学成分。合适的粘度应随钢种、断面、拉速、温度而定。一般在度应随钢种、断面、拉速、温度而定。一般在0.10.11Pa1Pas s的范围

14、内变化。的范围内变化。l 为了适应连铸的温度变化，应当选择熔渣粘度为了适应连铸的温度变化，应当选择熔渣粘度随温度变化比较缓和的渣系（长渣）。随温度变化比较缓和的渣系（长渣）。l 保护渣中常配加莹石（保护渣中常配加莹石（CaFCaF2 2）、碱金属氧化物）、碱金属氧化物NaNa2 2O O等，以降低熔渣的熔化温度和粘度。等，以降低熔渣的熔化温度和粘度。3 3界面特性界面特性A.A.表面张力表面张力l熔渣的表面张力一般是由试验测定的，也可熔渣的表面张力一般是由试验测定的，也可用经验公式估算。表面张力和组成具有加用经验公式估算。表面张力和组成具有加和的线性关系：和的线性关系：l S S i i N

15、Ni i 式中式中 S S熔渣的表面张力，熔渣的表面张力，NmNm；i i 熔渣熔渣I I组分的表面张力系数，组分的表面张力系数，NmNm摩尔分数。摩尔分数。N Ni i熔渣熔渣I I组分的摩尔分数。组分的摩尔分数。B.B.钢液面弯月面曲率半径钢液面弯月面曲率半径l钢水在结晶器内由于表面张力的作用形成弯月钢水在结晶器内由于表面张力的作用形成弯月面。面。l在敞开浇注时，弯月面曲率半径为：在敞开浇注时，弯月面曲率半径为：r r5.435.4310101 1（m mm m）1212l在保护渣下浇注时，弯月面曲率半径为：在保护渣下浇注时，弯月面曲率半径为：r rs s5.435.4310101 1 m

16、 ms s（m m s s）1212 m ms s m m S SCOSCOS式中式中 r r、r rs s弯月面曲率半径，弯月面曲率半径，m m；m m、S S分别为钢水、熔渣的表面张力，分别为钢水、熔渣的表面张力，NmNm；m ms s 钢水与熔渣间的界面张力，钢水与熔渣间的界面张力，NmNm；m m 、s s钢水、熔渣密度，钢水、熔渣密度，kgmkgm3 3；保护渣对钢水的润湿角。保护渣对钢水的润湿角。l在液渣下保护浇注时，钢液表面弯月面的曲在液渣下保护浇注时，钢液表面弯月面的曲率半径比在敞开浇注时要大。在钢水静压率半径比在敞开浇注时要大。在钢水静压力作用下，曲率半径大，弯月面坯壳较易力作用下，曲率半径大，弯月面坯壳较易向结晶器壁铺展，变形时也不易产生裂纹。向结晶器壁铺展，变形时也不易产生裂纹。降低保护渣的表面张力，可以增加钢渣界降低保护渣的表面张力，可以增加钢渣界面张力，有利于钢渣分离和增大曲率半径。面张力，有利于钢渣分离和增大曲率半径。4.4.吸收溶解夹杂物的能力吸收溶解夹杂物的能力l保护渣应具有良好的吸收夹杂物的能力，特别是保护渣应具有良好的吸收夹杂物的能力，特别是在浇注铝