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帶你全面了解連鑄保護渣

2022-02-22 16:46:00

  1、連鑄保護渣的作用是什么?

  在澆注過程中,要向結(jié)晶器鋼水面上不斷添加粉末狀或顆粒狀的渣料,稱為保護渣。保護渣的作用有以下幾方面:

  (1)絕熱保溫防止散熱;

  (2)隔開空氣,防止空氣中的氧進入鋼水發(fā)生二次氧化,影響鋼的質(zhì)量;

  (3)吸收溶解從鋼水中上浮到鋼渣界面的夾雜物,凈化鋼液;   

  (4)在結(jié)晶器壁與凝固殼之間有一層膜起潤滑作用,減少拉坯阻力,防止凝殼與銅板的黏結(jié);

  (5)充填坯殼與結(jié)晶器之間的氣隙,改善結(jié)晶器傳熱。

  一種好的保護渣,應(yīng)能全面發(fā)揮上述五個方面作用,以達(dá)到提高鑄坯表面質(zhì)量,保證連鑄順行的目的。

  2、對保護渣熔化模式有何要求?

  在連鑄過程中加入到結(jié)晶器的保護渣,要完成上述五個方面的功能,必須要求保護渣粉有規(guī)定的熔化模式,也就是要求在鋼水面上形成所謂粉渣層—燒結(jié)層一液渣層的所謂三層結(jié)構(gòu)。

  添加到結(jié)晶器高溫鋼液(1500℃左右)面上低熔點(1100~1200℃)的渣粉,鋼液提供熱量,在鋼液面上形成了一定厚度的液渣覆蓋層(約10~l5mm),鋼水粉渣層傳熱減慢,在液渣層上的粉受熱作用,粉之間互相燒結(jié)在一起形成所謂燒結(jié)層(溫度在900~600℃),在燒結(jié)層上粉接受從鋼水傳遞的熱量更少,溫度低(<500℃),故保持為粉狀,均勻覆蓋在鋼水面上,防止了鋼水散熱,阻止了空氣中的氧進入鋼水。

  在拉坯過程中,由于結(jié)晶器上下振動和凝固坯殼向下運動的作用,鋼液面的液渣層不斷通過鋼水與銅壁的界面而擠入坯殼與銅壁之間,在銅壁表面形成一層固體渣膜,而在凝殼表面形成一層液體渣膜,這層液體渣膜在結(jié)晶器壁與坯殼表面起潤滑作用,就像馬達(dá)軸轉(zhuǎn)動時加了潤滑油一樣。同時,膜充填了坯殼與銅壁之間氣隙,減少了熱阻,改善了結(jié)晶的傳熱。

  隨著拉坯的進行,鋼液面上的液不斷消耗掉,而燒結(jié)層下降到鋼液面熔化成液渣層,粉渣層變成燒結(jié)層,再往結(jié)晶器添加新的粉,使其保持為三層結(jié)構(gòu),如此循環(huán),保護渣粉不斷消耗。

  3、如何實現(xiàn)使結(jié)晶器保護渣粉形成所謂“三層結(jié)構(gòu)”?

  要發(fā)揮保護渣5個方面功能,就必須使添加到結(jié)晶器粉形成“三層結(jié)構(gòu)”。要形成“三層結(jié)構(gòu)”關(guān)鍵是要控制保護渣粉的熔化速度,也就是說,加入到鋼液面的渣粉不要一下子都熔化成液體,而是逐步熔化。為此,一般都是在保護渣中加入碳粒子作為速的調(diào)節(jié)劑。

  碳粒子控制速的快慢決定于加入碳粒子種類和數(shù)量。是耐高溫材料,極細(xì)的碳粉吸附在渣周圍,使粒之間互相分隔開來阻礙了渣料之間的接觸、融合,使熔化速度變緩。如果加入碳粉不足,渣層溫度尚未達(dá)到渣料開始燒結(jié)溫度,碳粒子就已燒盡,則燒結(jié)層發(fā)達(dá),速過快,液渣層過厚。如果加入碳粉過多,渣料全熔化后尚有部分碳粒子存在,則會使燒結(jié)層萎縮,燒結(jié)層厚度過薄。加入碳粉數(shù)量適中時,在燒結(jié)層中有部分碳粒子燒盡,其余部分渣料尚受碳粒子的有效控制,這樣就會得到合適厚度的燒結(jié)層和液渣層。

  配碳材料有石墨和碳黑兩種。石墨顆粒粗大,粒度為60~80μm,其分隔和阻滯作用較差,但開始氧化溫度較高(約560℃),氧化速度較慢,在高溫區(qū)控制熔速能力較強。碳黑為無定型結(jié)構(gòu),顆粒很細(xì)(0.06~0.10μm),分隔和阻滯作用強,開始氧化溫度較低(500℃),氧化速度快,所以碳黑在渣層溫度較低區(qū),控制熔速能力強,在高溫區(qū)控制效率較低,即使增加配入量,其改善效果也是有限的。

  一般配入的碳粉量為4~7%。

  4、影響保護渣吸收鋼水中夾雜物有哪些因素?

  浸入式水口注流在結(jié)晶器內(nèi)引起鋼水對流運動,上浮到結(jié)晶器鋼渣界面上的夾雜物,由于結(jié)晶器液面的波動,可能會被卷入到凝固殼,造成鑄坯皮下夾雜或表面夾渣,影響表面質(zhì)量。因此,希望上浮到鋼渣界面的夾雜物很快被液渣層吸收、溶解。

  要使上浮到鋼渣界面的夾雜物,迅速轉(zhuǎn)移到液渣中去,這個過程決定于:

  (1)鋼渣界面接觸面積;

  (2)液體渣的黏度;

  (3)渣子溶解夾雜物的能力。

  也就是說,渣子流動性越好,鋼渣接觸面積越大,夾雜物就越易進入渣中。只要夾雜物一進入渣中,渣子能迅速吸收溶解,而渣子溶解夾雜物的能力主要楚、于渣子化學(xué)成分,也就是CaO和SiO2含量,(CaO%/ SiO2%稱為堿度)以及渣中原始Al2O3含量。

  生產(chǎn)試驗指出,堿度增加,渣子溶解Al2O3夾雜物能力增大,當(dāng)堿度大于1.1,則溶解Al2O3能力下降;渣中原始Al2O3含量大于10%,則渣子溶解Al2O3迅速下降。因此配制保護渣時,應(yīng)使渣子CaO%與SiO2%之比在0.9~1.0,原始的Al2O3含量盡可能低,一般應(yīng)小于10%。

  結(jié)晶器鋼水面上液渣層對Al2O3夾雜溶解能力究竟有多大?研究指出:當(dāng)CaO%/ SiO2%=0.9~1.0時,渣中Al2O3含量大于20%,就有高熔點的化合物析出,使渣子熔點升高,黏度增大,也就不能再吸收上浮的夾雜物。

  然而,在澆注過程中,結(jié)晶器保護渣不斷消耗,也不斷吸收上浮夾雜物,而使渣子被Al2O3富集。為了保持渣子具有良好的吸收Al2O3能力,而又不改變渣子性能,可采取以下措施:

  (1)配制粉時,選擇合適原料,應(yīng)盡可能降低原始渣中的Al2O3含量;

  (2)適當(dāng)增加粉消耗,沖稀渣中Al2O3含量;

  (3)澆注過程中隨渣中Al2O3富集,可采用結(jié)晶器渣操作。

  5、結(jié)晶器液渣層厚度的作用及其測定方法有哪些?

  保護渣要達(dá)到良好的使用效果,必須有合乎實際需要的液渣層厚度。液渣層過厚或過薄都會使板坯產(chǎn)生表面縱裂紋。如板坯拉速為1.2~1.5m/min,液渣層厚度小于5mm,板坯縱裂紋明顯增加(由50mm/m增加到200mm/m),液渣層厚度6~15mm,縱裂紋幾乎消失,液渣層大于20mm,縱裂紋又有所增加。

  液渣層厚度小于某一值,沿結(jié)晶器周邊形成的渣,會使彎月面液渣流入坯殼與銅壁之間的通道堵死,致使液不能順利流入坯殼表面而形成均勻的渣膜,則可能在相應(yīng)的鑄坯表面上產(chǎn)生縱裂紋。那么液通過彎月面下流的通道不被堵死所需的液渣厚度是多少呢?根據(jù)理論計算指出,拉速小于lm/min,液渣層厚度為5~7mm,拉速大于lm/min,液渣層厚度為7~15mm。這與生產(chǎn)實踐所測的臨界液渣層厚度是一致的。

  在生產(chǎn)中測定液渣層厚度的方法:把一根鋼絲和一根銅絲(或鋁絲)綁在一起,插入結(jié)晶器渣層中,由于液渣溫度比銅的熔點高,所以銅絲熔化,量出銅絲熔化的長度即為液渣層厚度。由于板坯結(jié)晶器斷面各點鋼水溫度是不一樣的(如浸入式水口區(qū)域和結(jié)晶器邊部),液渣層厚度也不相同,因此可測定不同位置的液渣層厚度。

  6、保護渣是如何起潤滑作用的?

  澆注過程中結(jié)晶器上下振動,鑄坯向下運動,在凝固殼表面與銅壁之間產(chǎn)生了摩擦,使坯殼與銅壁黏結(jié),使拉坯阻力增大,輕者導(dǎo)致坯殼產(chǎn)生裂紋,重者會使坯殼拉裂。因此在坯殼與銅壁之間必須要進行潤滑,這個作用只有靠保護渣來實現(xiàn)。

  要保證良好的潤滑,在凝固殼與銅壁之間必須有一層性狀合適、厚度均勻的液態(tài)渣膜。結(jié)晶器鋼液面上的液渣層是不斷供給液渣膜的源泉。為此要保證結(jié)晶器彎月面附近液渣流入坯殼與銅壁之間的通道暢通,不受壁周圍的渣堵塞。

  那么潤滑渣膜是如何形成的呢?當(dāng)把鋼水澆滿結(jié)晶器就形成了初生坯殼,液面添加保護渣粉,則粉熔化形成了一層液渣層,靠近銅壁四周的液冷卻形成了渣圈,隨著結(jié)晶器向下運動,渣子逐漸被擠入到坯殼與銅壁之間以致完全為渣子充填。壁溫度低,靠近銅壁一側(cè)的渣殼保持為固體渣,而凝殼表面溫度高,靠近坯殼一側(cè)渣子是液態(tài)渣膜,具有流動性。這樣結(jié)晶器銅壁與坯殼之間靠液態(tài)渣來滑潤,它隨鑄坯拉出而消耗掉,而附著在銅壁上的固體渣隨結(jié)晶器振動而基本上不消耗。在渣不斷消耗的同時,鋼液面液經(jīng)彎月面通道不斷向下補充,形成了穩(wěn)定液態(tài)渣膜。

  渣膜的厚度與渣子黏度、拉速、結(jié)晶器振動等因素有關(guān)。渣子黏度一定,拉速增加,渣膜厚度增加;而拉速一定,黏度增加,則渣膜厚度減少。一般渣膜厚度50~200μm,渣子消耗為0.4~0.6kg/t。,因此,要使膜對凝固坯殼的潤滑處于最佳狀態(tài),則渣膜厚度,渣子消耗、渣子黏度三者要配合適中。當(dāng)結(jié)晶器振動一定的情況下,黏度η)和拉速(V)應(yīng)配合適當(dāng),低黏度與低拉速,或高黏度與高拉速搭配均不可取,以兩者的乘積η·V作為指標(biāo)來評價潤滑狀況,η·V值過小或過大,均表示渣膜厚度和消耗不適當(dāng),潤滑狀況不良。

  7、保護渣成分的設(shè)計原則是什么?

  要實現(xiàn)保護渣的五個功能,關(guān)鍵是配制合適成分的保護渣。

  現(xiàn)在普遍應(yīng)用于連鑄的保護渣渣料是以CaO-SiO2-Al203三元化合物組成的渣系為基礎(chǔ)的。并含有適量的Na2O、CaF2、K20化合物。這種渣料熔化后呈弱酸性或中性的液,對鋼水的潤濕性好,渣子黏度隨溫度變化平緩。連鑄保護渣基本由三種物料組成:

  (1)基礎(chǔ)渣料。含CaO、SiO2、Al203基本渣料。按CaO-SiO2-Al203三元相圖,這三種化合物成分范圍是:Ca0 10~38%,Si0240~60%,Al203小于l0%。熔點高于1300℃以上。

  (2)助熔劑。如Na2O、CaF2能降低渣子熔點和黏度。根據(jù)資源情況,也可選用LiO2、K20、BaO、NaF、B2O3等作助熔劑,加入量的多少視其渣子熔點而定。

  (3)調(diào)節(jié)劑。碳粒子為熔速調(diào)節(jié)劑。加入量為5~7%。

  根據(jù)鋼種的要求,通過實驗把保護渣合適的各化合物含量確定下來。

  8、配制保護渣所用的主要原料是什么?

  作為配制保護渣的原料有:天然礦物、工業(yè)廢物和工業(yè)產(chǎn)品。已作為基礎(chǔ)渣料的原料有:水泥、水泥熟料、硅灰石、長石、石英、電廠煙道灰、高爐渣、電爐白渣等。作為助熔劑輔助材料有:燒堿、螢石、重晶石、冰晶石、硼砂、碳酸鋰等。熔速調(diào)節(jié)劑有天然石墨、碳黑、燈黑等。

  9、保護渣對連鑄坯質(zhì)量有何影響?

  保護渣是加入到結(jié)晶器鋼水面上,保護渣的好壞主要是影響鑄坯的表面質(zhì)量:

  (1)鑄坯表面縱裂紋:縱裂紋是來源于結(jié)晶器彎月面區(qū)初生坯殼厚度的不均勻性。鋼水面上液不能均勻流入分布到鑄坯四周,導(dǎo)致凝固殼厚薄不均,在坯殼較薄之處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,當(dāng)應(yīng)力超過凝殼的高溫強度時就產(chǎn)生了裂紋。

  研究指出,結(jié)晶器鋼液面上的液渣層保持5~15㎜,可以顯著減少板坯表面縱裂紋。縱裂還與渣子黏度(η)、熔化速度(tf)和拉速(V)有關(guān)。有人指出:η/tf比值愈大,縱裂指數(shù)愈小。如渣子溫度1300℃,η/tf=1,縱裂指數(shù)為6,η/tf=2,縱裂指數(shù)為0。有人認(rèn)為:對連鑄板坯η·V控制在2~3.5。方坯η·V控制在5,可使膜均勻,傳熱穩(wěn)定,潤滑良好,可顯著減少裂紋。

  (2)夾渣:鑄坯夾渣可分為表面夾渣和皮下夾渣。夾渣尺寸大小不等。由幾毫米到十幾毫米,夾渣在表面深淺也不一樣。夾渣嚴(yán)重危害產(chǎn)品表面質(zhì)量,因此在熱加工之前必須予以清除。

  結(jié)晶器坯殼卷入渣子,是夾渣的重要來源。如坯殼表面形成了渣斑,此處導(dǎo)熱性差、凝殼薄,形成了一個高溫“熱點”,是造成出結(jié)晶器坯殼漏鋼原因之一。

  鑄坯表面夾渣物組成主要是鈣長石和鈣黃長石,這兩個化合物中A12O3均大于20%,它們?nèi)埸c分別為1550℃和1590℃,容易使渣子結(jié)。在結(jié)晶器液面波動太大,浸入式水口插入太淺,液面翻動會把渣子卷入。

  煉鋼連鑄火焰切割高效節(jié)能技術(shù)被國家科技部列入重點科技成果推廣項目。本技術(shù)產(chǎn)品在數(shù)家煉鋼企業(yè)成功應(yīng)用,扭轉(zhuǎn)了過去鋼坯切割燃?xì)庀亩?、切割割縫大、切割斷面粗糙、氧氣壓力高、工場粉塵多、噪大、環(huán)境污染重、割具損壞多、工人勞動強度大等狀況,顯示出巨大的節(jié)能降耗威力和卓越的環(huán)境保護效果。該技術(shù)具有以下特點:

  1、工藝先進:切割中火焰集中,切割速度快;切割斷面光潔,上緣不塌邊,下緣掛少,成材率高;可實現(xiàn)自動化,切割與連鑄拉速相匹配。

  2、節(jié)省鋼材:切割方坯和板坯割縫可保持在3mm左右,每噸鋼材可減少0.5公斤以上割損。

  3、節(jié)約能源:節(jié)能連鑄割嘴的燃?xì)鈮毫?span style="">是其他割嘴的1/2至1/3,氧氣壓力是其他割嘴的1/2,可節(jié)省燃?xì)?0%以上,節(jié)省氧氣40-50%,切割中可實現(xiàn)自動斷火與點火。

  10、連鑄保護渣有哪幾種類型?

  根據(jù)設(shè)計的保護渣組成,再選用合適的原料經(jīng)過破碎、球磨、混合等制作工序就制成了保護渣。有四種類型。

  (1)粉狀保護渣:是多種粉狀物料的機械混合物。在長途運過程中,由于受到長時間的震動,使不同比重的物料偏析,渣料均勻狀態(tài)受到破壞,影響使用效果的穩(wěn)定性。同時,結(jié)晶器添加粉時,粉塵飛揚,污染了環(huán)境。

  (2)顆粒保護渣:為了克服污染環(huán)境的缺點,在粉狀渣中配加適量的黏結(jié)劑,做成小米粒的顆粒保護渣。制作工藝復(fù)雜,成本有所增加。

  (3)預(yù)熔型保護渣:將各造渣料混勻后放入預(yù)熔爐熔化成一體,冷卻后破碎磨細(xì),并添加適當(dāng)熔速調(diào)節(jié)劑,就得到預(yù)性粉狀保護渣。預(yù)保護渣還可進一步加工成顆粒保護渣。預(yù)保護渣制作工藝復(fù)雜,成本較高。但優(yōu)點是提高保護渣成渣的均勻性?!  ?/p>

  (4)發(fā)熱型保護渣:在渣粉中加入發(fā)熱劑(如鋁粉),使其氧化放出熱量,很快形成液渣層。但這種渣成渣速度不易控制,成本較高,故應(yīng)用較少。

  11、連鑄保護渣主要理化性能有哪些?

  保護渣配制好后,要測定渣子的理化性能,主要的理化指標(biāo)有以下幾項:

  (1)化學(xué)成分:各牌號的保護渣,應(yīng)分析化學(xué)成分,各氧化物的含量應(yīng)在所規(guī)定的范圍內(nèi),這是最起碼的指標(biāo)。

  (2)熔化溫度,將粉制成Φ3×5mm的試樣,在專門儀器上把試樣加熱到圓柱體變?yōu)榘肭蛐蔚臏囟?,定義達(dá)到半球點的溫度熔化溫度。

  (3)黏度:它表示粉熔化成液體的流動性能。而渣子流動性對熔渣吸收夾雜物和坯殼的潤滑效果有重要影響。通常是用扭擺黏度計或旋轉(zhuǎn)黏度計測定1300℃渣子的黏度,來比較不同渣子的流動性。

  (4)熔化速度:熔化速度是衡量渣子熔化過程的快慢,關(guān)系到結(jié)晶器鋼液面上能否形成穩(wěn)定的三層結(jié)構(gòu)和需要的液渣層厚度?! ?/p>

  熔速可用標(biāo)準(zhǔn)試樣在規(guī)定溫度(如1300℃或1400℃)下完全熔化成液體所需的時間來表示。也可用一定重量的保護渣粉,加熱到規(guī)定溫度,在單位面積和時間內(nèi)形成液渣量來表示。

  (5)鋪展性:它表示粉加到鋼液面上的覆蓋能力和覆蓋的均勻性。可以用一定容積內(nèi)的保護渣粉,從規(guī)定高度下流到平板上鋪散的面積來衡量。

  (6)水分:保護渣粉容易吸潮。吸附水分量超過規(guī)定要求(如0.5%),粉會結(jié)團,危及使用效果。

  12、如何控制保護渣的水分?

  保護渣水分分為吸附水和結(jié)晶水兩類。水分可使保護渣粉結(jié)團、質(zhì)量變壞。應(yīng)限制水分小于0.5%。

  基料中的某些物質(zhì)如蘇打、固,體水玻璃等吸附水的能力甚強。當(dāng)吸附水后,使粉渣裹卷成團,對連鑄操作帶來麻煩。

  保護渣吸水主要決定于原料種類和粒度。粒度愈細(xì),吸水率愈大,200目時,水泥吸水率為0.41%,固體水玻璃為3.24%,螢石為0.45%,蘇打為15.9%,石墨微量。

  控制水分方法:原料的烘烤溫度不低于110℃。適當(dāng)延長烘烤時間。烘烤后的原料應(yīng)及時配料、混勻,配好的粉應(yīng)及時密封包封。

  對質(zhì)量要求較高的鋼種,保護渣原料最好烘烤到800℃以上,以去除結(jié)晶水,或采用預(yù)熔型保護渣。

 

 

來源:冶金技術(shù)網(wǎng)

編輯:溫曉霞

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