1、保护渣的性能测定一、保护渣的作用1）绝热保温向结晶器液面加固体保护渣覆盖其表面，减少钢液热损失。由于保护渣的三层结构，钢液通过保护渣的散热量，比裸露状态的散热量要小 10 倍左右，从而避免了钢液面的冷凝结壳。尤其是浸入式水口外壁四周覆盖了一层渣膜，减少了相应位置冷钢的聚集。2）隔绝空气，防止钢液的二次氧化保护渣均匀地覆盖在结晶器钢液表面，阻止了空气与钢液的直接接触，再加上保护渣中碳粉的氧化产物和碳酸盐受热分解溢出的气体，可驱赶弯月面处的空气，有效地避免了钢液的二次氧化。3）吸收非金属夹杂物，净化钢液加入的保护渣在钢液面上形成一层液渣，具有良好的吸附和溶解从钢液中上浮的夹杂物，达到清洁钢液作用。
2、4）在铸坯凝固坯壳与结晶器内壁间形成润滑渣膜在结晶器的弯月面处有保护渣的液渣存在，由于结晶器的振动和结晶器壁与坯壳间气隙的毛细管作用。将液渣吸入，并填充于气隙之中，形成渣膜。在正常情况下，与坯壳接触的一侧，由于温度高，渣膜仍保持足够的流动性，在结晶器壁与坯壳之间起着良好的润滑作用，防止了铸坯与结晶器壁的粘结;减少了拉坯阻力;渣膜厚度一般在 50200m5）改善了结晶器与坯壳间的传热在结晶器内，由于钢液凝固形成的凝固收缩，铸坯凝固壳脱离结晶器壁产生了气隙，使热阻增加，影响铸坯的散热。保护渣的液渣均匀的充满气隙，减小了气隙的热阻。据实测，气隙中充满空气时导热系数仅为 0.09W/mK，而充满渣膜时
3、的导热系数为 1.2W/mK，由此可见，渣膜的导热系数是充满空气时的 13 倍。由于气隙充满渣膜，明显地改善了结晶器的传热，使坯壳得以均匀生长。二、保护渣的构成1）液渣层 当固体粉状或粒状保护渣加入结晶器后与钢液面相接触，由于保护渣的熔点只有 10501100，因而靠钢液提供的热量使部分保护渣熔化，形成液渣覆盖层。这个液渣覆盖层约 1015mm 厚，它保护钢液不被氧化，又减缓了沿保护渣厚度方向的传热。在拉坯过程中，结晶器上下振动。铸坯向下移动，钢液表面形成的液查被挤入结晶器壁与铸坯坯壳之间的气隙中形成渣膜，起到润滑作用。2）烧结层在液渣层上面的保护渣受到钢液传来的热量，温度可达 800900，
4、保护渣虽然不能熔化，但已软化烧结在一起，形成一层烧结层;倘若液渣层厚度低于一定数值，烧结层过分发达，沿结晶器内壁周边就会形成渣圈，弯月面液渣下流的通道就被堵塞，影响铸坯的润滑，铸坯表面可能产生纵裂纹;形成渣圈也说明保护渣的性能欠佳;操作上必须及时挑出渣圈，保持通道的畅通，保证铸坯的正常润滑和传热。3）粉渣层在烧结层上面是固态粉状或粒状的原渣层。沿保护渣厚度方向存在着较大的温度梯度，原渣层的温度大约在 400500。保护渣的粒度细小，粉状保护渣粒度小于 100 目（0.147mm），其中 200 目(0. 074mm)的占绝大部分；粒状保护渣的粒度一般为 0.51mm。这些保护渣细小松散，与烧结
5、层共同起到了隔热保温作用三、保护渣的理化性能熔化特性包括熔化温度、熔化速度和熔化的均匀性等（A）熔化温度保护渣是由多组元组成的混合物，没有固定的熔点，而是从开始软化到熔化终了的温度范围，通常将熔渣具有一定流动性时的温度称为熔点。保护渣的液渣形成渣膜起润滑作用，因此保护渣的熔化温度应低于坯壳温度；结晶器下口铸坯温度为 1250左右，当然这与结晶器的长度、拉坯速度、冷却水的耗量等有关；所以保护渣的熔化温度应低于 1200，一般在 10501110保护渣的熔化温度与保护渣基料的组成和化学成分，配加助熔剂的种类和成分以及渣料的粒度等因素有关。（B）熔化速度保护渣的熔化速度关系到液渣层的厚度及保护渣的消
6、耗量。熔化速度过快，粉渣层不易保持，影响保温，液渣会结壳，很可能造成铸坯夹渣；熔化速度过慢，液渣层过薄。熔化速度过快、过慢，都会导致液渣层的厚薄不均匀。影响铸坯坯壳生长的均匀性。熔化速度主要靠保护渣中配入的碳成分来调节。炭质材料与保护渣基料间的界面张力较大，基料熔化后，对炭质材料不润湿，不吸收。相反，由于炭质粉料的存在，分布于基料颗粒的周围，阻止基料颗粒的接触、融合，从而控制了保护渣的熔化速度;一般是用一定重量的保护渣试棒，在一定温度下，完全熔化所需时间来表示熔化速度。（C）粘度粘度是指保护渣所形成的液渣流动性的好坏，也是保护渣的重要性质之一。粘度的单位是用 Pas帕秒)表示。液渣粘度过大或过
7、小都会造成坯壳表面渣漠的厚薄不均匀，致使润滑、传热不良，由此导致铸坯的裂纹。为此保护渣应保持合适的粘度值，随浇注的钢种、断面、拉速、注温而定。通常在 1300时，粘度小于 0.14Pa .s；目前国内所用保护渣的粘度在 12501400时，多在0.11Pa.s 的范围。保护渣的粘度取决于化学成分，可以通过改变碱度 m( CaO )/m(SiO2)来调节粘度。连铸用保护渣碱度一般在 0.851.10。酸性渣具有较大的硅氧复合离子团，能够形成“长渣”或稳定性渣。这种渣在冷却到液相线温度时，其流动性变化较为缓和。所以连铸用保护渣为酸性或偏中性渣。保护渣中适当的增加 CaF2 或（Na2O+K2O）的
8、含量，可以在不改变碱度的情况下改善保护渣的流动性。但数量不能过多，否则也会影响液渣流动性。此外，还要注意保护渣中 Al2O3 的含量，当 w(Al2O3)20%时，就会析出高熔点化合物，导致不均匀相的出现，影响保护渣的流动性。由一于结晶器内液渣还要吸收从钢液中上浮的 Al2O3 等夹杂物，因此对保护渣中 Al2O3 原始含量要倍加注意。（D）界面特性无论是敞开浇注，或是保护浇注，钢液与空气，钢液与液渣存在着界面张力的差别。因而对结晶器内弯月面曲率半径的大小、钢渣的分离、夹杂物的吸收、渣膜的厚薄都有不同程度的影响。熔渣的表面张力和钢渣界面张力是研究钢渣界面现象和界面反应的重要参数。保护渣的表面张
9、力 可由实验测定，或用经验公式计算得出。一般要求保护渣的表面张力不大于 35010-3N/m保护渣中 CaF2、SiO2、Na2O、K2O、FeO 等组元为表面活性物质，可降低熔渣的表面张力；而随着 CaO、Al2O3、MgO 含量的增加，熔渣的表面张力增大。降低熔渣表面张力，可以增大钢渣的界面张力，有利于钢渣的分离，也有利于杂物从钢液中上浮排除。结晶器内钢液由于表面张力的作用形成弯月面，钢液面上有无液渣覆盖，弯月面的曲率半径不同；有保护渣覆盖，弯月面的曲率半径比敞开浇注时要大，曲率半径大有利于弯月面坯壳向结晶器壁铺展变形，也不易产生裂纹。无论是敞开浇注，或是保护浇注，钢液与空气，钢液与液渣存
10、在着界面张力的差别。因而对结晶器内弯月面曲率半径的大小、钢渣的分离、夹杂物的吸收、渣膜的厚薄都有不同程度的影响。熔渣的表面张力和钢渣界面张力是研究钢渣界面现象和界面反应的重要参数。保护渣的表面张力 可由实验测定，或用经验公式计算得出。一般要求保护渣的表面张力不大于 35010-3N/m（E）溶解夹杂物的能力保护渣应其有良好地吸收夹杂物的能力，尤其是在浇注铝镇静钢种时，溶解吸收 Al2O3 的能力更为重要。保护渣一般为酸性渣或偏中性渣系，这种渣系在钢渣界面处有吸收 Al2O3、MgO、MnO、FeO 等夹杂物的能力。生产实验指出，随保护渣碱度 m(CaO)/m(SiO2)的增加，吸收溶解 Al2
11、O3 的能力有些增大;当 m(CaO)/m(SiO2)1.1 时。吸收溶解 Al2O3 能力又有下降;当保护渣 w(Al2O3)原始含量大于 10%时，液渣吸收溶解 Al2O3 的能力迅速下降。为此保护渣碱度 m(CaO)/m(SiO2)在 0.851.10 时，Al2O3 原始含量要尽量低，不能大于 10%。四、保护渣的选择从钢种方面考虑，随钢中含碳量的增加，应选用熔化温度、粘度都低些，熔化均匀性都好些，渣圈不发达的保护渣较为合适；对于高拉速大断面铸坯，或者结晶器振动频率高和小振幅时，也选用粘度低，熔化速度快的保护渣以适应高拉速的需要。至于保护渣是粉状型还是颗粒型对铸坯质量没有根本的影响。根
12、据技术上的特点，某些使用条件需要重点发挥保护渣某些方面的作用，其他方面只要不失常态，这就是所谓专用保护渣。（A）低碳铭镇静钢用保护渣低碳铝静钢的特点就是钢中含铝量较高。为了确保钢板表面质量和深冲性能，铸坯中的 Al2O3 夹杂物含量要降到最低。因此最好选用碱度稍高些，粘度较低些，Al2O3 原始含量低的保护渣。并适当增加保护渣的消耗量，以使液渣层较快地更新，增强对 Al2O3 的吸收溶解。如某厂浇注低碳铝静钢使用的保护渣碱度 w(CaO)/ m(SiO2)=1.0，w(Al2O3)5%，w(FeO)3%;熔化温度在 10301250范围；熔化速度在 1400时 20s；粘度 1400时 0.3
13、Pa.s。（B）超低碳钢用保护渣超低碳钢种的含碳量均小于 0.03%倘若保护渣中配入炭材料的种类和数量不当时，会使铸坯和铸坯表面增碳。因而用于超低碳钢的保护渣，应配入易氧化的活性炭质材料、并严格控制其加入量；也可以在保护渣配入适量的 MnO2，它是氧化剂，可以抑制富炭层的形成，并能降低其含碳量，还可以起到助熔剂的作用，促进液渣的形成，保持液渣层厚度。此外还可以配入 BN 粒子取代碳粒子，成为控制保护渣结构的骨架材料。（C）高速连铸用保护渣薄板连铸坯的拉速可达 45m /min，比一般板坯连铸的拉速要快得多。在大幅度提高拉速的情况下仍然使用普通常规保护渣时，其液渣层随拉速的提高而变薄，倘若成渣速
14、度再跟不上，那么液渣来不及补充，影响铸坯的润滑，由此会引发出一系列的问题：如由于铸坯粘结而漏钢，或者出现铸坯纵裂纹缺陷等。因此要配制适合干高拉速连铸用保护渣。主要是通过调整加入的炭质材料的种类和数量，形成多层结构保护渣，加快液渣的形成速度，在大幅度提高拉速时仍能保持液渣层的厚度；此外，还可以配入适量的 Li2O，有的同时配入 Li2O和 MgO 达到适用高拉速的需要。（D）不锈钢用保护渣不锈钢中含有 Cr 、Ti 和 Al 等易氧化元素，生成的 Cr2O3、TiO2 和 Al2O3 等均为高熔点氧化物，使钢水发粘；当保护渣吸收溶解这些夹杂物达到一定程度后，就会析出硅灰石(CaO.SiO2)和铬
15、酸钙(CaCrO4)等高熔点晶体，破坏了液渣的玻璃态，导致保护渣熔点明显升高，液渣随之而变稠，渣子结壳，影响铸坯的表面质量。TiO2 对保护渣的影响不像 Cr2O3 那么明显。为此用于不锈钢浇注的保护渣应具有净化钢中 Cr2O3 和 TiO2 等夹杂物的能力，在吸收溶解这些夹杂物后仍能保待保护渣性能的稳定浇注含铬不锈钢可采用 CaO-SiO2-Al2O3-Na2O-CaF2 系的保护渣，并配入适量的 B2O3，可以降低液渣的粘度，并能使凝渣恢复玻璃态，不再析晶。消除了Cr2O3 的不利影响，保持了保护渣的良好性能。若保护渣含有 w(Cr2O3)=4%，配入 w(B2O3)=4%；与未配加 B2
16、O3 相比，在 1300时熔渣粘度降低了 40%。含钛不锈钢连铸最大的问题是结晶器钢渣界面有结块，主要是由于高熔点 TiN和 TiN.TiC 夹杂物的聚集所致，容易引起铸坯表面夹渣；含钛不锈钢生成的TiN 和 TiN.TiC 夹杂物，现有的保护渣对其很难吸收溶解，无能为力。只有最大限度的降低钢中含氮量，采用有效地保护浇注，减少 TiN 等夹杂物的生成;因此当前含钛不锈钢是难于连铸的钢种。五、保护渣成分举例某厂曾使用过的不锈钢的保护渣成分如下:w(CaO)=34.9%36.9%， w(SiO2)=30.4%32.4%，w(MgO)=0.5%1.0%， w(Al2O3)=6.7%7.7%， w(Na2O)=7.0%8.0% ，w(K2O)=0.3%0.9% ， w(Fe2O3)=0.8%1.4% ， w(CO2)=3.6%4.6% ， w(F)=7.0%8.0% ，碱度 m(CaO)/m(SiO2)=1.091.19；熔化温度约为 1097；1400 时粘度为0.4Pa.S
