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1第一章连铸保护渣研究前言保护渣的作用与分类保护渣与连铸工艺相适应保护渣对铸坯质量的影响一、前言连铸技术以其简化生产工序、提高金属收得率、节能降耗、提高铸坯质量和改善劳动条件等优点而得到迅速发展。连铸自采用浸入式水口加保护渣浇注的工艺以后，它对稳定连铸工艺，扩大连铸品种，提高铸坯质量和产量都是一项极为有效的技术，因此，连铸保护渣技术已成为现代连铸技术的重要组成部分，如何不断提高连铸保护渣的适用性以提高铸坯表面质量满足连铸生产要求，是当前连铸技术发展的一项重要课题。二、保护渣的作用与分类2.1保护渣的作用从总体方面讲，保护渣在连铸过程中有两大功能：一是稳定连铸工艺，保证其顺行；二是提高铸坯的表面和皮下质量。保护渣在结晶器内具有五个方面的作用。2.1.1在结晶器内的绝热保温作用保护渣在结晶器内对钢液面的绝热保温作用，主要是靠保护渣粉渣层厚度和粉渣层的物性来实现（粉渣层厚度、容重及含碳量）。主要防止结晶器内钢液面结壳和弯月面处温度过低，造成铸坯表面和皮下夹杂。应根据钢种的需要，选择保护渣的保温性能，否则，将造成铸坯表面和皮下2大量夹杂。2.1.2防止结晶器内钢液的二次氧化保护渣在结晶器内防止钢液二次氧化的作用，主要靠保护渣液渣层来实现。通常结晶器内液渣层厚度在10~12mm范围内，在液面稳定，水口插入深度合理的情况下，均能起到很好隔绝空气的作用。2.1.3吸收钢液中上浮夹杂物保护渣应具有吸收钢液中上浮夹杂物的能力，特别是结晶器内弯月面处的夹杂物，应及时地被保护渣同化。否则，将会造成铸坯表面和皮下大量夹杂。目前做到使保护渣具有吸收夹杂物的能力并不难，而难在保护渣吸收大量夹杂物之后，还要保持其良好的性能，以满足连铸工艺的要求，特别是润滑性能和均匀传热性能。通常夹杂物含量高的钢种，如含铝、钛和稀土元素的钢种，这些元素的氧化物进入渣中，使保护渣的性能有较大的变化，如保护渣的碱度、熔化温度和粘度发生较大的变化。保护渣加入到这一类钢液面上，进行如下反应：3(SiO2)+4[Al]=3[Si]+2(Al2O3)(SiO2)+[Ti]=[Si]+(TiO2)(SiO2)+2[Re]=[Si]+2[ReO]解决这一类钢种时，常选用高碱性高玻璃化的专用保护渣，收到良好效果。2.1.4润滑作用保护渣的润滑性能是保护渣最重要性能之一，特别在高拉速的情况下，更为重要。这里所说的润滑，是指结晶器内坯壳与结晶器壁之间渣膜的液态润滑。要改善结晶器内的润滑状况，只有扩大渣膜的液相区和3改善液相渣膜的性能来实现。目前对保护渣润滑性能研究有二个方面，一是研究改善保护渣的性能使其具有良好的润滑性；二是改进结晶器振动形式，来改善其润滑作用。2.1.5控制传热的作用控制保护渣在结晶器内的传热，是保护渣最重要功能之一，它对铸机的产量和铸坯表面质量起到十分重要的作用，如果保护渣的传热控制不当会造成铸坯的表面或皮下裂纹。结晶器与坯壳之间的传热受下列因素的影响：（1）浇注参数，包括浇注速度、钢水过热度、结晶器液面波动状况和结晶器的水流量；（2）固态和液态渣膜的热特性和物理特征，包括渣膜厚度、结晶程度及传热和吸收系数；（3）结晶器壁与渣膜界面的热阻，包括结晶器与坯壳之间的气隙，渣膜的热膨胀系数。2.2保护渣的分类从是否发热来看，分为发热渣和绝热保护渣；从外形划分：粉渣、实心颗粒和空心颗粒渣；从基料来看，分为混合型、预溶型和烧结型渣;从是否含有氟来看，分为有氟渣和无氟渣。三、保护渣应与连铸工艺相适应保护渣选择如与连铸工艺不相适应，不仅造成铸坯表面大量缺陷，精整量大，而且使连铸工艺难以顺行，事故频繁，严重时连铸无法进行。所以对保护渣的选择应足够重视。目前我厂连铸保护渣的选择是根据浇注的钢种、铸坯断面进行选择的。3.1保护渣的选择4按浇注的钢种选择保护渣按浇注的断面选择保护渣按拉坯速度选择保护渣3.1.1按浇注的钢种选择保护渣a.按钢中碳含量选择保护渣我厂目前主要选择方式是按钢中碳含量进行划分如下：C-0.07~0.15%（低碳）；方坯对应渣型:XLZ-F18C-0.16~0.23%（中低碳）；方坯对应渣型:XLG-53C-0.25~0.57%（中碳）;方坯对应渣型:XLG-7C-0.58~1.05%（高碳）;方坯对应渣型:XLG-FCb.按钢种特性选择保护渣完全按钢中碳含量选择保护渣，不能满足所有钢种的保护渣，如浇注含铝、钛和稀土的钢种应选用能吸收这些钢种各自夹杂物的保护渣；对于重点品种特殊品种选用特殊保护渣：中低碳含Ti、V、Al系列：选用渣型XLG-F3A3.1.2按浇注的断面选择保护渣目前我厂连铸浇注的断面类型较多，方圆坯共计5个规格，浇注工艺差别较大，因此，使用的保护渣有较大的差别，即使浇注相同的钢种，由于断面的不同，其保护渣也有所不同，浇注方坯的渣与圆坯就不能互用；根据这一情况针对不同断面不同钢种选用不同的保护渣：￠125与￠155圆坯渣型：Y-125D（低碳）Y-125G（高碳）￠190与￠215圆坯渣型：Y-190D（低碳）Y-190G（高碳）3.1.3按拉坯速度选择保护渣5保护渣必须与拉坯速度相适应，否则，难以获得高质量铸坯，工艺难以顺行，事故频繁，即使浇注相同钢种和相同断面，由于拉速差别较大，使用的保护渣有很大差异，不同的拉速情况下保护渣性能差别较大。因为保护渣在结晶器内有一个最佳的液渣流入范围，它是以液渣粘度（η）和浇注速度（Vc）等参数为基础确定的。根据目前的实际情况，我厂共有各类型保护渣10种，给管理上带来了一定的困难，但事实证明，只要管理得当，将保护渣划分细致对铸坯的表面质量是有极大好的。3.2合理使用保护渣连铸保护渣必须与工艺相适应，同时还必须正确使用，二者不可缺一，否则，不仅不能充分发挥保护渣应有的作用，还会使铸坯产生大量表面的皮下缺陷，严重时造成漏钢事故，尤其是对高拉速、热送、无缺陷的铸坯，正确使用保护渣更为重要。在日常操作中，推作工依据个人习惯，对使用保护渣操作标准不一，有的见“红”加渣，有的“红渣面”操作，也有的一次加渣过多，渣层过厚等等，这些操作都是不正确的。通过长期的生产实践我们总结出了保护渣加入法基本要求：勤加、均加、少加。通过贯彻执行后，效果显著。3.2.1正确使用保护渣的工艺条件要保证保护渣合理使用，充分发挥它在连铸过程中的作用，获得高质量的铸坯，正确使用保护渣就必须使连铸工艺与其相配合。否则，难以实现，通常与下列8个工艺因素密切相关：保持结晶器内液面稳定；中间包水口要对中；6选择合理的水口尺寸及插入深度；稳定拉坯速度；振动参数应与保护渣相配合；做好保护浇注；a.保持结晶器内液面稳定结晶器内液面的稳定是保证保护渣在结晶器内均匀熔化和获得均匀液渣层厚度的先决条件，从而使结晶器壁与坯壳之间渣膜均匀，以保证其均匀传热，这样方能获得高质量的铸坯。结晶器内液面波动大时，不仅铸坯表面和皮下产生大量缺陷，而且可能造成漏钢事故（结渣条等）。采用液面自动控制是保证结晶器液面稳定最有效措施。我厂于2006年1月20日以后在2台连铸机上都实现了结晶器液面自动控制，结晶器钢液面波动范围控制在+4mm以内，铸坯表面质量得到明显提高。b.中间包水口要对中水口不对中，必然使结晶器钢液流股产生偏流，引起结晶液面大翻，使铸坯表面和皮下产生大量夹渣和结晶器内坯壳不均匀，严重时可能引起漏钢事故发生。所以水口对中问题应给予充分注意，否则，难以得到高质量的铸坯。c.选择合理的水口尺寸及插入深度选择合理的水口及插入深度是充分发挥保护渣在连铸过程中的作用及获得高质量铸坯又一重要条件之一，如果插入深度不到位，会造成结晶器液面翻卷，液渣层厚度不均匀，使铸坯产生大量缺陷。根据长期的摸索实践，我厂目前的播入深度控制在90~130mm。7d.稳定拉坯速度在连铸过程中，应使拉坯速度保持稳定，最好在恒速下进行浇注，这对提高铸坯表面质量是非常有益的。因为保护渣在结晶器内有一个最佳的液渣流入范围，它是以液渣粘度（η）和浇注速度（Vc）等参数为基础确定的，当参数η.Vc2值为3~7泊*（m/min）2时出现最佳的液渣流入隙缝内，在这个范围内摩擦力和热流最小。同时当η.Vc值为1~3.5泊*（m/min）时，液渣流入波动最小，热流和摩擦力的波动在这个区域也最小。液渣均匀流入结晶器壁与坯壳之间缝隙中，保证了铸坯的良好润滑和均匀传热的作用，因此拉速稳定是获得良好的铸坯质量的得要条件。e.振动参数与保护渣相适应在实际生产中，选择振动参数时不仅要考虑钢种和拉速，还应考虑到保护渣的作用。特别是振幅、频率及负滑脱比等参数，因为这些参数对保护渣的耗量和润滑性能有较大影响。如果选择不当，使铸坯产生大量缺陷，严重时引起漏钢。目前我厂的振幅为3~5mm，负滑脱率选择25~40%。f.采用保护浇注必须做好保护浇注，如果二次氧化产生大量夹杂物进入渣中，会使保护渣性能变化，造成铸坯大量缺陷，工艺难以顺行，给铸坯带来大量缺陷。3.2.2正确使用保护渣a.保护渣在结晶器内应保持一定的厚度，通常控制在30~50㎜范围内，而且要保持有一定厚度的粉渣层，这是为了保证保护渣在结晶器内的均匀熔化，使液渣层保持稳定，同时使保护渣在结晶器内起到绝热保温作用;b.保护渣应均匀的加到结晶器内液面上，而且每次加渣间隔时间不应过8长，作到勤加，每次加入量要少;c.在正常浇注的情况下，禁止用钢条经常去搅动结晶器液面，这会破坏保护渣在结晶器内正常熔化;d.采用自动加渣方法。3.3保护渣的评价方法目前，评价保护渣的优劣，主要根据它的使用性和使用效果：1）保护渣的理化性能（熔点、粘度、熔化速度、碱度等）；2）保护渣的熔化特性（在结晶器内火苗、渣圈、结块、均匀性、保温性等）；3）保护渣凝固过程的特性（析晶温度及析晶率）；4）保护渣渣膜传热状况（结晶器进出水温差）；5）浇注后期（连浇几炉之后）保护渣的稳定状况；6）保护渣润滑和防粘结状况（消耗量和粘结性漏钢率）7）正常情况下铸坯表面和皮下质量的状况。四、保护渣对铸坯质量的影响连铸保护渣对铸坯表面和皮下的质量有着重要的影响，是保护渣一大功能之一。在铸机设备及工艺操作正常的情况下，铸坯表面和皮下的质量取决于保护渣的性能。也可以说，铸坯表面和皮下的各种缺陷几乎都与保护渣密切相关。如果选择性能合适的保护渣时，可以获得无缺陷铸坯；如果选择不当，则使铸坯表面产生大量缺陷，精整量大，甚至报废，而且可能造成漏钢事故。对铸坯表面与保护渣相关的主要缺陷：1）对铸坯表面振痕的影响；2）对铸坯表面和皮下纯洁度的影响；3）对铸坯表面纵裂纹的影响；4）对铸坯星状（网状）裂纹的影响；5）对铸坯9表面凹坑的影响；6）对结晶器内粘结和粘结漏钢的影响。4.1保护渣对铸坯表面振痕的影响铸坯表面上的振痕，本身就是一种表面缺陷，不过通常振痕深度在0.5㎜左右，对铸坯表面不会出现质量问题，但是有时由于保护渣选择不当，铸坯表面振痕又宽又深时，会造成振痕谷处嵌入夹渣，晶粒粗化及矫直时易使内弧沿振痕方向产生横裂纹；往往经过轧制过程难以完全消除振痕缺陷，必须对铸坯振痕进行修磨才能轧制，方能得到合格的产品。为了消除铸坯表面由振痕产生的缺陷，采取减少振痕深度的方法。通过控制保护渣的粘度和消耗量以及负滑动时间，可以达到此目的。4.2保护渣对铸坯表面及皮下纯净度的影响由于保护渣的作用，结晶器内弯月面的曲率半径有所增大，这样弯月面的初生凝固薄壳变形能力增大，对减少铸坯表面缺陷是非常有利的，如铸坯表面光洁度和振痕深度等；由于保护渣液渣层均匀覆盖在结晶器液面上，避免了二次氧化，又能将上浮到弯月面处的夹杂物及时吸收和同化，从而改善了铸坯表面和皮下的纯净度；由于保护渣具有良好绝热保温作用，使结晶器内弯月面有比较高的温度，弯月面的初生坯壳既薄又易变形，钢渣容易分离。这样一来，防止或减少了夹杂物或渣卷入铸坯表面和皮下，从而提高了铸坯表面和皮下的纯净度。控制合适液渣层厚度8~12mm对铸坯表面质量影响较大。4.3保护渣对铸坯表面纵裂纹的影响10影响铸坯表面纵裂纹的因素很多。在设备方面，如对弧、对中、结晶器安装和辊缝对中的精度以及结晶器状态等都对纵裂纹有影响；在工艺方面，如浇注温度、