结晶器保护渣传热与润滑行为研究详解.docx

 PAGE \* MERGEFORMAT 12 结晶器保护渣传热与润滑行为研究 摘要：连铸保护渣对维持连铸工艺的正常进行和提高铸坯表面质量具有重要作用。在连铸保护渣的诸多功能中，最重要的是润滑铸坯和控制铸坯向结晶器传热。但在浇注某些特殊钢种，比如裂纹敏感的包晶钢时，存在润滑与传热难以协调控制的矛盾。而结晶器保护渣调控传热与润滑功能主要是通过熔融保护渣填充到结晶器和坯壳之间的渣膜实现的。因此如何同时满足润滑与传热的要求，成为连铸保护渣正常发挥功能关键和技术难点。 关键词：保护渣；传热；润滑 一、连铸结晶器保护渣 1.1 概述 连续铸钢技术是钢铁工业继转炉炼钢之后的又一次重要的技术革命，与传统的模铸相比，它有很多的优越性，主要表现在：简化了生产工序、增加了金属收得率、降低能耗、易于实现自动化。而且，连续铸钢技术已经成为调整炼钢生产节奏的核心环节。因此，连续铸钢技术在现代化的钢铁企业中受到了广泛重视。目前我国的连铸比已经接近 99.86%，连铸技术正向着高效、高产、高质量、低能耗的方向发展。连续铸钢技术运用得是否有效，直接关系到钢铁企业的发展，甚至影响我国钢铁生产的现代化水平。连续铸钢技术的核心设备是结晶器，因此结晶器也被称为连铸机的“心脏”，结晶器功能发挥的好坏直接关系到连铸坯的质量。保护渣作为一种在结晶器内使用的功能型材料，是保证连铸技术高效、高产、高质量的关键之一。生产实践表明，结晶器保护渣自上世纪六十年代问世以来，虽然其不是提高连铸坯表面及皮下质量的唯一方法，然而与其他参数如浇注温度、浇注速度、结晶器类型以及水口形状等相比保护渣仍然是一项不可替代的因素。连铸过程中出现的表面裂纹、振痕深度以及粘结漏钢等与保护渣功能发挥有直接的关系。因此，保护渣在结晶器内能否合理的使用直接关系到连铸坯质量以及连铸工艺的顺行。由于社会对钢铁产品质量的要求不断提高，对连铸结晶器保护渣的开发和使用也提出了更高的要求，因此对保护渣必须有更高更全面的认识。必须把连铸保护渣开发和生产建立在科学的基础上，自主研制出适合各种机型的连铸保护渣，提高我国保护渣的研制和生产水平，以满足我国连续铸钢的发展需要，提高连铸坯的质量，使我国由钢铁大国变为钢铁强国。 1.2 连铸结晶器保护渣的组成 保护渣是一种由基料、熔剂以及碳质材料组成的复合材料。基料一般有硅灰石、水泥熟料、预熔料、石英等。基料的化学成分的选择是 SiO2-CaO-Al2O3相图中的低熔点、低粘度区。图 1.1 为SiO2-CaO-Al2O3三元相图[1]，从图1.1相图可以得到连铸保护渣的低熔点区，大致的成分范围为：CaO为 40%-60%，SiO2为 40%-60%，Al2O3低于20%，熔点在1300-1500℃。为了降低保护渣熔点和粘度，通常需要添加一定量的熔剂，主要有纯碱、萤石、冰晶石以及其他含氟化物等。另外根据浇注要求在保护渣还需添加一定量的碳质材料控制保护渣的熔化速度，碳质材料一般有炭黑、石墨以及焦炭等。 图1.1 SiO2-CaO-Al2O3三元相图 不同的钢种和断面对保护渣的性能要求不一样，保护渣的物理性能指标主要有熔点、粘度、熔化速度，这些物理性能主要取决于保护渣的化学组成。表 1.1 列举出了工业用结晶器保护渣典型的化学成分范围[2]。 表1.1 结晶器保护渣典型化学成分（wt%） 1.3 连铸结晶器保护渣的作用 连铸保护渣是以 CaO-SiO2-Al2O3为基料的硅酸盐材料，其不仅对改善连铸坯表面质量和内部质量有很大影响，而且还能提高连铸机的生产能力。结晶器保护渣在实际生产中主要从以下五个方面来发挥其功效： ① 隔绝空气，防止钢液二次氧化。中间包注流进入结晶器，由于注流的冲击作用，使结晶器内金属表面不断更新。当保护渣加入到结晶器内钢液面时迅速形成液渣层、烧结层和固渣层，并均匀地铺展钢液面上使之与空气隔绝，从而有效阻止空气进入到钢液中，防止钢液二次氧化。此外渣中碳酸盐分解的气体可以降低与钢液接触氧的分压。氧可以通过熔渣间接传递，主要取决于熔渣中氧化铁的含量，使用含氧化铁的保护渣对铸坯的质量是不利的。一般保护渣总含铁量低于4%。 ② 保证钢液面绝热保温。钢液表面的凝固和弯月面初生坯壳的提前凝固对铸坯表面将产生不良的影响。因为钢液中的上浮夹杂物有可能被凝固的铁的结晶体捕集，形成一个有金属和氧化物组成硬壳结构，它被卷入坯壳后能造成严重的缺陷。在高温钢液面上加入保护渣，渣的保温作用通过覆盖在钢液面上的具有温度低，体积密度小的固渣层层来实现。因此增加固渣层的厚度，可以提高渣的绝热保温性能，并使液渣层的温度升高。这种效果等同于降低保护渣熔化温度以保持足够的液渣层厚度。 ③ 吸收和溶解非金属夹杂物。进入结晶器的钢液不可避免地带入非金属夹杂物，其包括由浇注时带入的耐火材料和脱氧产物，此外还有