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高速连铸用保护渣性能研究

来源：制钢参考网作者：发布时间：2009.05.27
1高速连铸的技术特点及对结晶器保护渣的要求
与常速连铸工艺不同，由于拉速提高，使结晶器内钢水凝固条件发生了较大变化，给改善铸坯质量和稳定连铸操作带来一系列困难。
高速连铸所呈现的每一个技术特点及产生的困难，均与结晶器保护渣有直接的关系，为此，各国冶金工作者非常重视高速连铸结晶器保护渣的研究。
研究表明，高速连铸保护渣必须满足如下要求：
1)高的熔化速度，能够及时补充液渣的快速消耗。
2)高的液渣流入能力，获得较大的渣耗量，以满足结晶器润滑的要求。
3)结晶器与铸坯间渣膜均匀，使铸坯传热均匀，防止裂纹的产生。
4）对于易裂的钢种，渣膜应具有一定的热阻，防止热流过大，造成应力集中。
5)稳定的熔融结构，不会由于拉速的较大波动影响熔渣层厚度。
6)适宜的析晶能力，满足减小结晶器与铸坯间的摩擦力及特殊钢种控制热流的要求。
7)高的物性稳定能力，不会由于液渣在结晶器内成分或温度变化呈现大的物性波动。
2高速连铸保护渣的物化特性
连铸保护渣的配制原则一般是以SiO2一CaO—A12O3系的低熔点、低黏度区为基础，并用适量的Na2O、CaF2等调整熔点和黏度。但各国由于不同的资源情况和浇铸特定钢种的需要，也有用Li2O、BaO、NaF、A1F3、B2O3等物料对其性能进行调整的。与普通连铸用保护渣相比，高速连铸用保护渣要求具有较低的黏度和较低的熔融温度。
在普通连铸保护渣中一般用Na2O、CaF2等助融剂来降低保护渣的黏度和熔融温度。但若要满足高速连铸的要求，采用加大Na2O、CaF2剂量的方法是不可取的。因大量的CaF，会引起枪晶石(3CaO?2SiO2?CaF2)等高熔点物质的析出，从而破坏熔渣的玻璃性使润滑条件严重恶化，另外F离子含量过高会对侵入水口造成严重侵蚀；熔渣中Ba2O含量过高容易析出霞石(Na2O?Al203?SiO2)，不利于结晶器润滑，故一般将含量控制在10％以下。
高速连铸保护渣中加入CaO可明显降低熔渣的黏度。同时，因保护渣碱度的提高，也增强了保护渣溶解、吸收氧化物夹杂的速度。但随温度变化，碱性保护渣的黏度变化极大。在液相线附近，由于保护渣的结晶能力增强，不断有晶体析出，严重破坏了熔渣的玻璃性，恶化了润滑条件。
日本专家经过长期的研究，发现随保护渣碱性的增大，晶体析出温度增高，结晶化倾向增大。使用这类保护渣会使结晶器摩擦阻力增大，漏钢发生概率增加。降低基料的熔融温度及保护渣的碱度，减少助溶剂加入量，对于抑制保护渣结晶化倾向，防止发生漏钢是非常有效的。一般可将保护渣中的碱度控制在0．8左右。因此，高速连铸保护渣中CaO的加入量应控制在一个比较合适的范围内，才能既降低保护渣的黏度，又使保护渣具有合适的碱度。
高速连铸保护渣中加入一定的Li2O和MgO，也可降低保护渣的黏度及软化温度。用这种方法可降低初晶体析出温度，扩大液态渣润滑区，并降低渣的碱度，限制渣中F离子含量。而BaO、B2O3对于降低熔渣的黏度及软化温度、抑制晶体析出增大保护渣的消耗量具有一定的作用。
连铸机的浇铸速度、保护渣黏度，及结晶器的负滑脱率等因素对结晶器摩擦阻力影响很大。在浇铸速度、黏度及负滑脱率数值增大时，结晶器摩擦阻力增大；同时，黏度较大的保护渣会使渣耗降低，熔渣流人量减小，从而使渣膜变薄且不均匀，结果也会使结晶器的摩擦阻力增大。凝固初期的坯壳受到附加的外力作用，造成钢坯缺陷，严重时可能漏钢。
降低连铸保护渣的黏度，软化温度和结晶温度，对增大渣耗，降低结晶器摩擦阻力非常有利。因此，为满足高速连铸的需要，保护渣应具有较低的黏度，较低的晶体析出温度，较低的软化及熔融温度，合适的碱度，同时还应限制Na2O、CaF2的加入量。保护渣中加入适量的BaO、B2O3、Li2O、K2O、MgO等助溶剂，有利于降低黏度和软化温度，抑制晶体的析出。
3高速连铸保护渣的熔化速度及熔融结构
由于高速连铸拉坯速度较高，且拉速的变化较大，使得保护渣的消耗量大幅度降低，从而带来一系列的不良后果。良好的保护渣应具有在高拉速及拉速变化较大的情况下仍能维持足够大渣耗的特征。因此要求用于高速连铸的保护渣应具有较快的熔化速度，以保护足够的熔渣厚度，满足充填到结晶器与坯壳间渣膜消耗的需要。但保护渣的熔化速度并非越快越好，熔化速度太快势必影响其保温性能，容易形成冷皮及造成皮下夹渣多、振痕深等缺陷。当熔渣层厚度在1030mm之问时，一般认为保护渣的熔化速度比较合适。
一般情况下，保护渣的熔化速度是用碳来调节。碳的种类、加人量、粒度及配碳方法对保护渣的熔化速度及熔融结构影响很大，加人碳材料的含碳量越高、分散度越大，影响熔化速度的作用也就越强，所以碳黑的作用明显强于石墨。碳黑的分散度较大，着火温度较低，在较低温度下可