0、引言

從大包澆注到鑄坯矯直的連鑄過程是一個從液態變為固態的物理化學過程，涉及熱力學、動力學等方面，關鍵控制點主要有：1、中間包冶金技術，涉及到鋼水的純凈度控制、溫度控制、流場控制等；2、結晶器振動技術，涉及振動模式的優化選擇等；3、結晶器冷卻控制，涉及不同的冷卻強度；4、結晶器保護渣技術控制，涉及到鑄坯的傳熱冷卻與潤滑、表面質量；5、二次冷卻技術控制，涉及到不同鋼種的凝固與動態輕壓下控制制度等，涉及鑄坯的內部質量；6、整個連鑄過程的新技術應用等，如末端輕壓下、電磁攪拌、中間包加熱、熱裝熱送、近終連鑄等技術。12/6/2023第一頁，共六十三頁。煉鋼生產流程示意圖12/6/2023第二頁，共六十三頁。板坯連鑄車間：楊俊鋒2010年中修培訓今天只講：保護渣的應用！

為什嗎？12/6/2023第三頁，共六十三頁。1、保護渣的發展過程在連鑄取代模鑄后，在提高成材率、降低能耗、降低職工的勞動強度等方面表現的異常優越，而結晶器保護渣技術對生產的順行和鑄坯質量的控制，特別是表面質量起到了至關重要的作用，浸入水口+保護渣的澆注模式被連鑄工序普遍采用。在使用保護澆注前，坯殼與結晶器之間的潤滑和傳熱是通過加入菜籽油獲得，其原理是用油的不完全燃燒產物或其炭氫化合物的分解產物來保護結晶器的鋼液面和潤滑。缺點是：坯殼與結晶器之間的潤滑和傳熱性能差，熱流波動大、坯殼厚度不均勻、表面質量差、漏鋼幾率大。同時隨著高端產品生產的提高，該種方式逐漸被淘汰。12/6/2023第四頁，共六十三頁。1、保護渣的發展過程保護渣技術誕生于20世紀60年代，早期的保護渣是用火力發電廠的煙灰，水泥熟料和高爐渣等摻入溶劑制成。添加了炭黑，傳統上的保護渣都是黑色的。70年代保護渣的研究與應用進入活躍期，研究學者根據不同鋼種連鑄對保護渣的物理性質要求，明確的提出了控制保護渣融化速度的重要作用，融化模型可以通過配入的碳的數量與粒度進行控制。為減少板坯的表面縱裂和夾渣，保護渣的粘度和融化速度應保持一個恰當的比值。鑄坯振動痕跡的形狀及保護渣性能對振痕的影響也得到研究。70年代后期，學者系統的論述了保護渣對鋼彎月面的保護作用，明確的提出了高堿度，低粘度以及高含CaF2、Na2O的保護渣有利于吸收非金屬夾渣物。80年代以來鑄坯的熱送以及熱連軋的發展，高拉速、高鑄坯質量保證的保護渣研究進入高速發展階段。對有關坯殼和結晶器間渣膜的形成與流動、渣膜的厚度及均勻性、結晶器與坯殼之間的傳熱，以及渣膜的最佳狀態與連鑄工藝之間的相互關系進行了廣泛的研究，提出了在正常條件下保護渣的粘度和拉速、粘度與振頻之間的定量關系。近年來又開發了不含碳的白色保護渣，彩色保護渣，同時采用無塵技術，降低了對環境的污染。

12/6/2023第五頁，共六十三頁。1、保護渣的發展過程高效連鑄的發展，保護渣技術成為高效連鑄的一項關鍵技術，在高拉速情況下遇到的粘結漏鋼和鑄坯表面質量兩大難題必須用保護渣來解決，因此要求保護渣：。保護渣必須在高拉速或拉速變化較大時能保證足夠的耗量來避免粘結。結晶器與坯殼之間形成的渣膜厚度適宜且分布均勻，以降低摩擦力，促進傳熱，使坯殼均勻生長。要有良好的溶解、吸收夾雜物的能力，并且在吸收夾雜物后，能保持穩定的使用性能。因此目前保護渣的發展趨勢向著具有高堿度、低粘度、低熔點、高融化速度，高玻璃化率的保護渣發展，來保證生產的穩定和鑄坯質量的提高。？這句話完全正確嗎？學習到堿度時討論。12/6/2023第六頁，共六十三頁。保護渣的主要作用防止鋼液面受空氣的再氧化。對裸露的鋼液絕熱保溫。吸收和熔解非金屬夾雜物。在結晶器和坯殼間起潤滑作用，使鑄坯能順利拉出?？刂苽鳠岬乃俣群途鶆蛐裕ＷC鑄坯質量。12/6/2023第七頁，共六十三頁。結晶器內保護渣熔化模型1—固態渣層;2—燒結層;3—半熔化層（富炭層）;4—液態渣層;5—鋼液;6—坯殼;7—玻璃質(液態）渣膜;8—晶體質渣膜;9—渣圈12/6/2023第八頁，共六十三頁。連鑄對保護渣的要求12/6/2023第九頁，共六十三頁。2、保護渣的分類按照化學成分分：SiO2-CaO-AL2O3系列，SiO2-CaO-CaF2系列、SiO2-AL2O3-Na2O系列在此基礎上加入添加劑和控制融化速度的碳質材料即可。按形狀分：粉渣、實心顆粒渣、空心顆粒渣按照使用材料分：原始材料機械混合、半預融、預融型。按照使用特性分：高中低碳保護渣、方板保護渣、本體渣，開澆渣。12/6/2023第十頁，共六十三頁。2、保護渣的分類發熱渣：以硅酸鹽和氟化物為主，配入金屬粉（硅鈣粉，鋁粉）和氧化劑，靠金屬粉的氧化發出大量的熱量，迅速形成熔渣層，缺點：由于加入氧化劑，會使表面鋼液增氧，對去除夾雜物不利，配料不當會出現劇烈燃燒，產生大量煙霧和火焰不利于觀察液面，影響操作。預融渣：把基料、助溶劑按照一定的比例配合，在高溫下預先融化，形成均勻的物相，粉碎后配入碳質材料制成顆粒，干燥，得到預融渣。優點：化學成分和相成分均勻，再結晶期內能均勻融化，形成穩定的熔渣層，形成渣膜均勻，獲得良好的鑄坯質量。缺點：工藝復雜，價格昂貴。12/6/2023第十一頁，共六十三頁。3、保護渣的成分組成及其作用1、基料：保護渣的理化性能如熔化溫度、粘度等與其化學成分是密切相關的，確定保護渣的組成是研制保護渣的基礎。當前的保護渣多以硅酸鹽相圖為理論基礎，最廣泛的是SiO2-CaO-AL2O3三元相圖，在此相圖中存在一個低熔點區域，俗稱硅灰石區域，SiO2約45-60%、CaO約30-50%、AL2O3＜20%，熔點在1300-1500C之間，堿度約等于1.0，粘度較低的一個區域。連鑄保護渣均以此成分為基礎加入適量的助溶劑對其熔化溫度和粘度進行調整。12/6/2023第十二頁，共六十三頁。3、保護渣的化學成分及其作用2、助溶劑：CaF2、Na2O、Li2O、MgO、MnO等（俗稱的蘇打粉Na2CO3、冰晶石Na5Al3F14、硼砂Na2B4O7以及含氟材料NaF\CaF2），這些助溶劑均屬于低熔點組分。主要用來調整保護渣的熔點和粘度，量小但對保護渣的性能有很大的影響（原因是：這些氧化物屬于破網物，能破壞硅酸鹽的網絡結構，在保護渣中起到降低熔化溫度和粘度的作用。結網物，SiO2、AL2O3等），但是加入過多則促進熔渣的結晶化傾向，同時易析出槍晶石，鈣鋁黃長石等高熔點物質，對潤滑不良。常用助溶劑降低熔化溫度的順序如下：Li2O＞NaF＞冰晶石Na5Al3F14＞蘇打粉Na2CO3＞CaF212/6/2023第十三頁，共六十三頁。3、保護渣的化學成分及其作用3、炭質材料控制融化速度，利用炭的骨架效應，使已經融化的渣滴不能彼此聚集形成熔渣層，來控制融化速度與融化模型。碳的含量，類型、粒子尺寸和著火點溫度對保護渣的性能影響較大，一般配炭含量小于10%。12/6/2023第十四頁，共六十三頁。4、保護渣成分對性能的影響保護渣的配碳材料主要有炭黑和石墨，要求碳質材料中的硫化物和氧化鐵的含量盡可能的低。配碳時可以進行炭黑和石墨進行混合配碳，這樣能充分發揮碳質材料控制融化速度的作用。炭黑的分散度大，著火點低，低溫時炭黑發揮隔離基料例子的作用，石墨著火點高，高溫下作為骨架粒子比較適宜，高溫時石墨發揮作用，能夠使融化速度在較寬的溫度范圍內緩慢變化并保持穩定。12/6/2023第十五頁，共六十三頁。3、保護渣的化學成分及其作用炭在保護渣中的作用機理：第一階段：粉渣受熱，溫度上升200C左右，水分開始蒸發，保護渣基本不發生變化；第二階段：溫度進一步上升，發生部分低熔點物質的化學反應，500C-700C碳質材料開始燃燒，結晶水分解；第三階段：溫度繼續上升，融溶渣料與其它渣料部分接觸，開始發生燒結反應；第四階段：溫度再上升達到保護渣的熔化溫度時，碳質材料繼續燒損，融化的渣料呈液滴狀態，液滴逐漸聚集，在鋼液上面形成保護層。由于碳質材料不溶于鋼水，富余的碳質材料富集在液渣層與燒結層之間，形成富炭層；第五階段：液渣滲入結晶器與坯殼之間的縫隙形成渣膜。未完全燃燒的碳質材料由于某些原因滲入渣膜后在影響潤滑的同時會繼續發生反應產生一氧化碳氣體，易形成鑄坯表層針狀氣泡。12/6/2023第十六頁，共六十三頁。保護渣組成、性能與原料選擇之間的關系12/6/2023第十七頁，共六十三頁。4、保護渣成分對性能的影響12/6/2023第十八頁，共六十三頁。4、保護渣成分對性能的影響CaO，網絡外體氧化物，熔點2600C，提高保護渣中CaO的含量，可明顯的降低粘度并吸收夾雜，但隨堿度的增大，易產生析晶，且產生析晶溫度升高，結晶化傾向增大。使用析晶溫度升高，結晶化傾向增大的保護渣產生的后果是結晶器摩擦力增大，易粘結漏鋼。12/6/2023第十九頁，共六十三頁。4、保護渣成分對性能的影響SiO2、AL2O3，其含量過高，會使Si-AL-O離子結構變大，熔渣的粘度增大，熔點升高，但是能降低渣子的凝固點，改善部分潤滑效果？（長渣、短渣解釋）。12/6/2023第二十頁，共六十三頁。4、保護渣成分對性能的影響CaF2，降低渣子的熔化溫度，降低渣子粘度，但易侵蝕耐材，對身體有害。Na2O，網絡外體氧化物，破壞硅酸鹽的網絡結構，降低融融溫度和粘度，過高則結晶化傾向增大，易析出霞石，不利于潤滑。Li2O，破壞渣子的鏈狀結構，使渣子具有流動性并降低結晶溫度，降低粘度和軟化溫度。其氧化物是一種強助溶劑，微量的加入＜2%就對保護渣的玻璃化程度和析晶率的降低影響極大，高拉速常配此物質。BaO，增強吸收AL2O3的能力，降低熔化溫度和粘度，提高渣子的玻璃化率，提高渣子溶解氧化鈦的速度，防止CaTiO3的形成，抑制晶體的析出，改善潤滑，提高鑄坯表面質量。（該氧化物主要用于不銹鋼保護渣和高合金鋼保護渣）12/6/2023第二十一頁，共六十三頁。4、保護渣成分對性能的影響TiO2，大量進入熔渣易生成CaTiO3，惡化熔渣性能及潤滑，同時結晶器液面結“冷鋼”。MgO，降低渣子粘度、凝固點，增加渣子的流動性，提高耗量，對穩定渣子的化學穩定性十分有利。MnO2，含量增加熔渣的傳熱系數降低，有利于化學穩定性，能使熔渣在較寬的溫度范圍內保持均勻，但對水口侵蝕嚴重。碳質材料控制保護渣的融化速度，來適應連鑄的渣耗量。12/6/2023第二十二頁，共六十三頁。5、保護渣的基本物理化學特性堿度，依據離子理論，堿性氧化物分解時生成金屬正離子和氧負離子，酸性氧化物則吸收氧離子生成復合離子。

通過得失電子的強弱排序如下：CaO、MnO、FeO、MgO、CaF2、Fe2O3、TiO2、AL2O3、SiO2、P2O5由于熔渣中的P2O5很少，因此酸性最強的是SiO2，堿性最強的是CaO，因此堿度最簡單的表示方法就是用CaO與SiO2的濃度比值來表示。R=CaO%/SiO2%（R＞2的為堿性渣，反之為酸性渣），堿度是反映保護渣吸收鋼液中的夾雜物能力的重要指標，同時也反映保護渣潤滑性能的優壞。R升高，渣子吸收夾雜能力增大，但是析晶溫度變高（短渣），易析出鈣鋁黃長石，粘度升高，不利于潤滑。12/6/2023第二十三頁，共六十三頁。5、保護渣的基本物理化學特性因此就要求保護渣必須具有高堿度、低粘度（是否矛盾）、低熔點、高融化速度，高玻璃化率保護渣來保證生產的穩定和鑄坯質量的提高。？這句話完全正確嗎？NaOB2O3MnOZnOCaF2AL2O3TiO2CaOSiO2MgOSiO2CaO/SiO2摩爾堿度R玻璃體比10%10%10%10%10%7.50%7.50%10%10%10%5%23.5394%12/6/2023第二十四頁，共六十三頁。5.2、粘度定義：表征液體渣流動性的好壞（微觀上講是表征各渣層分子間的內摩擦力的大小）。直觀的表現粘度的方法：酸、堿性保護渣由于離子結構不同，粘度隨溫度變化的情況也不同，在酸性渣中含有大量的三維網狀的硅氧復合離子，也就造成指點的移動比較困難，熔渣在冷卻到液相溫度以下時，硅氧離子擴散較慢，來不及在晶格上排列，凝固時不能結晶出排列整齊的晶體，從而形成過冷的玻璃態。同時由于其凝固溫度范圍較寬，非常適應做保護渣。酸性渣由于能拉長絲，又稱長渣。堿性渣中沒有大集團的硅氧復合離子，質點移動比較容易，變化相同的粘度時溫度區間較短。液渣不能拉成長絲，又稱短渣。12/6/2023第二十五頁，共六十三頁。5.2、粘度保護渣粘度是控制結晶器與鑄坯之傳熱和潤滑的重要參數。粘度值的大小合適是保證熔渣是否能夠順利填入結晶器與坯殼間的通道，保證渣膜厚度、保證合理的傳熱速度、保證潤滑的關鍵。粘度過大，熔化的保護渣不易滲入結晶器和鑄坯之間的縫隙內，鑄坯的潤滑條件惡化，導致坯殼不易從結晶器內拉出，甚至造成粘性漏鋼事故。粘度過低，熔化的保護渣大量流入結晶器和鑄坯之間，鑄坯潤滑和傳熱不均，導致表面裂紋產生，產生廢品。12/6/2023第二十六頁，共六十三頁。5.2、粘度保護渣的粘度應該控制在一定的范圍，連鑄保護渣的粘度在1300℃時，一般都小于1Pa·s。連鑄保護渣的粘度應該與澆鑄鋼種、結晶器斷面形狀和尺寸、結晶器振動方式相配合。低碳鋁鎮靜鋼連鑄保護渣的最佳粘度（1300℃）滿足下式：12/6/2023第二十七頁，共六十三頁。5.2、粘度如何來調粘度？在冶金過程中，當熔渣的粘度較高時，通常加入稀渣劑使其粘度變低。對于酸性渣來講，由于造成粘度大的原因主要是復雜的鏈狀或網狀的硅氧離子，因此凡是能使硅氧離子解體的均是稀渣劑，如能提供F-的CaF2，能提供O-2的NaO、MnO、MgO、CaO等均能使粘度降低。例如：Si2O76-+O2-=SiO44-+SiO44-Si2O76-+2F-=-O-Si-F+F對于堿性渣來講，造成粘度大的原因主要是渣中未溶解的CaO微粒，因此凡是能過促進CaO顆粒溶解的皆為稀渣劑。CaF2、FeO、NaO其熔點均低于氧化鈣，同時晶格相同能過互相滲透與其能形成低熔點的共熔體，促使氧化鈣溶解，起到降低粘度的作用。12/6/2023第二十八頁，共六十三頁。5.2、粘度粘度與堿度的關系：保護渣的粘度主要取決于保護渣的成分與液渣的溫度，一般通過堿度的高低來調節粘度的大小。對于酸性渣或偏中性的保護渣，適當提高氧化鈣或降低二氧化硅的含量，即能降低液渣粘度、改善流動性，或者增加氟化鈣或氧化鈉的含量，能在不改變堿度的條件下改善液渣的流動性。對于堿性渣來講，堿度一定時，渣中AL2O3升高，熔渣的粘度增加。12/6/2023第二十九頁，共六十三頁。5.2、粘度粘度的穩定性包括：化學穩定性和熱穩定性兩個含義，化學穩定性指允許熔渣化學成分有一定的波動范圍時粘度不發生大的變化；熱穩定性指鋼水溫度變化對對熔渣粘度的影響不大。12/6/2023第三十頁，共六十三頁。5.3、熔化溫度熔化溫度主要取決于保護渣的成分。組成熔渣的純組元都有各自的熔點，高溫下，這些氧化物相互作用生成化合物或共晶體，這樣熔點又發生變化，如：硅灰石（CaO.SiO2）熔點為1544°C，正硅酸鈣2CaO.SiO2熔點為21300C。因此保護渣是多種化合物組成的混合物，不可能有一個固定的熔點，因此講保護渣的融化過程從開始融化到融化完畢是在一個溫度范圍內進行的。為了描述熔點，人為的定義渣子完全轉變為均勻液體時的溫度為熔點（液相溫度）；凝固點是液渣冷卻時開始析出固體時的溫度（固相溫度）。對于保護渣而言：人為定義保護渣融化達到開始流動的溫度為熔化溫度，即渣樣加熱有圓柱體變為半球形的溫度。12/6/2023第三十一頁，共六十三頁。5.4、融化速度融化速度太慢，則不能在鋼液面上形成合適厚度的液渣層，對熔渣的隔離作用和吸收夾雜不利，同時形不成足夠的液態渣膜對潤滑不利。融化速度太快，則造成原渣層不穩定，熔渣暴露與大氣，使得熱損增大，鋼液面結殼，夾雜缺陷。12/6/2023第三十二頁，共六十三頁。5.3、熔化溫度對于實際生產來講，保護渣的熔化溫度應低于或等于結晶器下口處坯殼表面溫度，這樣才能維持熔渣沿著坯殼四周運動而不凝固。一般認為結晶器下口鑄坯溫度12500C，通常保護渣的熔化溫度控制在12000C以下，板坯保護渣控制在1050-1200C。融化溫度受到結晶器長度、拉速、結晶器冷卻、渣子吸收夾雜后性能的影響，同時研究發現降低熔化溫度有利于渣膜厚度的增加，利于潤滑。12/6/2023第三十三頁，共六十三頁。5.4、融化速度的控制元素：炭保護渣通過加入炭來調節融化速度，用碳來隔離基料粒子來控制融化特性。保護渣的配碳材料主要有炭黑和石墨，要求炭質材料中的硫化物和氧化鐵的含量盡可能的低。配碳時可以進行炭黑和石墨進行混合配碳，這樣能充分發揮碳質材料控制融化速度的作用。炭黑的分散度大，著火點低，低溫時炭黑發揮隔離基料例子的作用，石墨著火點高，高溫下作為骨架粒子比較適宜，高溫時石墨發揮作用，能夠使融化速度在較寬的溫度范圍內緩慢變化并保持穩定。炭質材料對熔化速度的影響規律是：炭量越多，炭的粒度越小和比表面積越大，則降低熔化速度的作用越強烈。常用的炭質材料降低熔化速度的順序是：碳黑>高炭石墨>土狀石墨。。開澆渣為何呈灰白色？12/6/2023第三十四頁，共六十三頁。5.5、融化的均勻性保護渣加入結晶器后，不僅要求易融化，而且還要求均勻融化鋪展到整個液面上，并沿結晶器均勻流入坯殼與銅板之間的縫隙。實際情況中，保護渣是硅酸鹽的混合物，組成為基料、助溶劑和碳質材料?；系娜埸c高一些，助溶劑相對低一些，如果在制作過程中發生混料不均勻或在結晶器中的受熱條件因時間和坐標位置不同而產生易融化的組分過早融化并從渣層消失稱之為分融（渣子結團、燒結層發達）。產生分融將會影響到熔渣層的均勻性，從而影響到保護渣的粘度及減弱其吸收夾雜物的能力，對傳熱、潤滑和鑄坯夾渣都會帶來危害。討論：保護渣的均勻融化與非保護渣的影響關系12/6/2023第三十五頁，共六十三頁。5.7、結晶（析晶）溫度定義：指熔渣由高溫冷卻時開始析出晶體的溫度。結晶溫度越高，表征保護渣的結晶能力越強。保護渣的結晶溫度決定結晶器中渣膜液相渣膜潤滑消失的時間，結晶溫度高，渣膜液相潤滑消失早，固相潤滑摩擦力大，對于潤滑鑄坯不利。隨著結晶體的析出長大，固態渣膜中由于收縮產生孔洞，降低傳熱作用，阻礙了橫向熱流，有利于減少縱裂紋缺陷，因此對于裂紋敏感的中碳鋼和包晶鋼講，應采用較高析晶溫度的保護渣。12/6/2023第三十六頁，共六十三頁。5.7、結晶（析晶）溫度結晶溫度的意義：1、當析晶溫度高時，液體渣中容易析出硅灰石、黃長石、槍晶石等高熔點晶體，從而影響保護渣的潤滑性能，增大結晶器與銅板間的摩擦力，增加粘結的可能性。2、固態渣膜中析出大量的晶體質改變了渣膜熱量傳遞的熱阻。研究認為，高堿度會使析晶溫度升高，保護渣的結晶傾向增大，因為當CaO含量增大，Ca2+與Si-O鍵中的O2-反映，打斷Si-O鍵，使得渣的結晶傾向增加，結晶溫度上升。降低堿度利于抑制晶體的析出。12/6/2023第三十七頁，共六十三頁。5.7、結晶（析晶）溫度熔融的保護渣要求難以析出初晶，即具有良好的玻璃態，這樣才能保證渣膜的潤滑功能，使連鑄坯在結晶器內向下運動過程中受到盡可能低的摩擦力。如果保護渣的結晶溫度高，容易析出晶體，不僅對固體摩擦不利，而且也不能增大液相渣膜內的剪切力。12/6/2023第三十八頁，共六十三頁。5.8、析晶率指固態渣膜中結晶相占的比例，析晶率主要用來描述保護渣的潤滑性能和傳熱能力。液渣在凝固過程中晶體析出，由于體積收縮使得形成的固態渣膜中形成許多蜂窩狀空隙，從而增加了保護渣的傳熱熱阻，達到控制傳熱效果。但是由于晶體質渣膜的潤滑能力不如玻璃質渣膜，過厚的晶體質渣膜將會影響潤滑效果。堿度對其影響明顯，堿度提高，析晶率提高。舉例渣條。12/6/2023第三十九頁，共六十三頁。5.9、玻璃化率定義：一定質量的保護渣在1400C的氧化坩堝中單項加熱7vmin形成的液態渣的比率。當玻璃化率高于80%時，保護渣有形成厚渣圈的傾向，保溫性能降低，液面結殼；玻璃化率太低，縱裂指數提高。玻璃體比率=R2O/（AL2O3+SiO2），在一定程度上表征潤滑效果。12/6/2023第四十頁，共六十三頁。5.10、表面張力、界面張力表面張力：單位面積的液相與氣相形成新的交界面所消耗的能量，其決定了液渣潤濕鋼的能力，它對控制夾雜物分離、吸收夾雜物和渣膜的潤滑起重要作用。界面張力：兩凝聚相之間存在的張力。12/6/2023第四十一頁，共六十三頁。保護渣物理性質5.11、鋪展性，鋪展性的好壞影響到是否能形成均勻的融化層結構和良好的隔熱效果。5.12、透氣性，吹入水口的氬氣，保護渣分解的二氧化碳及燃燒的一氧化碳氣體，大部分都要通過固態顆粒之間的空隙釋放出，透氣性差將會干擾到渣子的正常融化，氣體在一定程度的飽和后的瞬時釋放將會影響液渣層的劇烈波動。5.13、保溫性，防止液面結冷鋼，維持彎月面區域較高的溫度，保證熔渣的正常流入等等。5.14、燒結特性，保護渣從粉渣融化到液渣的過程中，不可避免的要經過燒結這個必經環節，過度的燒結將會導致結晶器鋼液面上面出現渣團，渣塊。燒結層過厚，結晶器彎月面會出現大而厚的渣條。高拉速下團塊卷入鋼水和彎月面初生坯殼。燒結成塊的保護渣保溫性能，透氣性差，對維持溫度均勻的液渣層極為不利。保護渣的燒結特性與添加的隔離材料碳存在密切的關系，還與原料成分，物相有關。5.15、粒度、水分、堆密度12/6/2023第四十二頁，共六十三頁。6、保護渣的融化與凝固保護渣在連鑄過程中分階段完成其使用，申峻峰認為：大體可分為兩個階段融溶與凝固。第一階段：從保護渣加入到結晶器內。受熱逐漸融化形成渣池為標志。這一階段主要是由固相向液相轉變，起的作用是隔絕空氣、防止鋼水氧化、保溫。第二階段：液渣由彎月面向結晶器與坯殼的間隙滲流到渣膜脫出結晶器為標志。這一階段主要是液態渣子在高的溫度梯度下發生凝固，形成固-液復合渣膜，保證良好的潤滑與傳熱。12/6/2023第四十三頁，共六十三頁。6、保護渣的融化與凝固6.1、第一階段：保護渣的融化熔化過程可分為：1、有機物氧化和水分脫水、氣化；2、碳質材料的燃燒與損失（和炭的類型和數量有關）；3、融化加快（取決于基料的化學成分、礦物性質、粒度）；4、融化。影響保護渣融化的因素有：V、熱流、渣物理化學性能、碳，其中碳質材料的影響最大，碳含量高，聚集時間延長，融化速度慢，反之。融化速度快則影響保護渣的性能，易形成冷皮及皮下夾雜，一般認為熔渣厚度在10-30mm之間，說明融化速度比較合適。12/6/2023第四十四頁，共六十三頁。6、保護渣的融化與凝固6.2、第二階段：保護渣的凝固熔渣有結晶器彎月面流入縫隙即受到銅板的強制冷卻快速形成1mm厚度左右的渣膜，盡管厚度很小，但是他與銅板形成的界面熱阻（占到坯殼到銅板的70%）卻對結晶器的傳熱起到了至關重要的作用。保護渣的凝固也可認為是三層結構。銅板對熔渣的激冷作用使得渣膜靠近銅板的一側形成玻璃結構，其后由于熱阻的作用，促使其再結晶，并在結晶層中由于收縮的作用形成氣孔。由于再結晶的作用，靠近銅板的一側的渣膜表面凹凸不平并伴有小裂紋，靠近坯殼一側由于高溫作用呈液態，出結晶器后才凝固形成固相。固態渣膜在開澆初期形成后，由于與銅板摩擦力的存在，主要部分不隨鑄坯向下運動，在連鑄過程中不消耗，液態渣膜處于固態渣膜與凝固坯殼之間起到潤滑作用，隨鑄坯向下運動帶出結晶器，同時液渣層上的熔渣滲入而得到補充。12/6/2023第四十五頁，共六十三頁。7、保護渣的潤滑結晶器潤滑的目的在于防止鑄坯表面與結晶器粘結，起到脫模的作用。敞開澆注時主要利用油類燃燒的不完全產物來進行潤滑；采用浸入水口澆注工藝后，鑄坯與銅板之間的潤滑可以通過保護渣實現。液態渣膜填充與之間，防止坯殼粘結。要保證良好的潤滑：則在坯殼與銅板之間必須有一層性狀合適、厚度均勻的液態渣膜。澆注開始后流入間隙的熔渣在結晶器璧面冷卻凝固形成渣膜，渣膜包括固態層和液態層，其厚度分別為1-2mm和0.1-0.2mm。由于摩擦力的存在使得固態渣膜緊貼結晶器壁與結晶器一起運動，液態渣膜隨鑄坯運動，在結晶器下半部分，坯殼收縮，形成氣隙。12/6/2023第四十六頁，共六十三頁。7、保護渣的潤滑結晶體與玻璃體的形成：緊靠結晶器壁的固態渣膜，由于激冷的緣故，不產生析晶形成玻璃層，在靠近液態渣膜處，固態渣膜在澆注過程中析出晶體。在堿度和氧化鈉含量高時，在結晶器壁上也可直接析出晶體。晶體的厚度與形成取決于保護渣的堿度、氧化鈉、三氧化二鋁和炭材料的顆粒。高堿度和高氧化鈉含量促進析晶，三氧化二鋁促進玻璃體的形成，碳質材料提供晶核核心，促進析晶。結晶相和玻璃相具有不同的傳熱性能，其比例應該依據鋼種和澆注工藝來確定。12/6/2023第四十七頁，共六十三頁。8、保護渣的傳熱合理控制鑄坯與銅板的水平傳熱，可避免鑄坯產生缺陷。影響傳熱的因素比較多，本節僅僅討論保護渣渣膜熱阻對傳熱的影響。從鑄坯一側的液渣逐漸過渡到結晶器壁一側，有玻璃體渣膜和結晶體渣膜，研究認為，鑄坯向結晶器的橫向傳熱，有通過渣膜的輻射和傳導傳熱兩種方式。增加渣膜中的晶體數量使輻射發生散射或調整保護渣的成分使紅外輻射被部分吸收或截止，均可以起到降低輻射傳熱的強度。在玻璃體渣膜中以紅外輻射傳熱為主；晶體質渣膜中以傳導傳熱為主。研究認為輻射傳熱通常僅占總量的10-30%，因此傳導傳熱是控制保護渣渣膜中熱流的主要因素。12/6/2023第四十八頁，共六十三頁。8、保護渣的傳熱如何來增加渣膜中的晶體數量，來控制傳熱？8.1、提高轉折溫度，由此增大固態渣膜厚度；8.2、采用高堿度和高氟的渣成分，以提高析晶溫度和析晶晶粒度，使渣膜靠銅板表面產生凝固收縮的凹凸粗糙度。傳熱受到礦物特征的影響，結晶相的導熱系數大于玻璃相的導熱系數。不同礦物具有不同的導熱系數，按照導熱系數的大小排列，硅灰石（CaO·SiO2）>黃長石（2CaO·Al2O3·SiO2）>槍晶石（2CaO·SiO2·2CaF2）>霞石(Na2O·Al2O3·2SiO2)。提高保護渣堿度，使得硅灰石區域縮小，擴大了槍晶石和霞石的區域，從而降低了導熱系數?？v向傳熱主要受保護渣物理性質和配碳的影響，本節不敘述。12/6/2023第四十九頁，共六十三頁。9、保護渣吸附夾雜物的能力由于鋼液脫氧平衡的移動和鋼水的二次氧化等會產生一部分夾雜，在結晶器中上浮。這樣就要求結晶器中的融融保護渣能夠溶解鋼-渣界面聚集的夾雜物，如果不能溶解上浮的夾雜物則會出現：1、夾渣物進入熔渣形成多相渣，破壞液渣的均勻性和、流動的穩定性。2、不能進入熔渣的固相夾雜物將會富集在鋼-渣界面處，使得流入坯殼與銅板之間的熔渣不穩定，惡化潤滑性能，同時易卷入坯殼產生表面或皮下夾雜。12/6/2023第五十頁，共六十三頁。9、保護渣吸附夾雜物的能力3、保護渣吸收夾渣后其粘度、凝固溫度、結晶性能等應該相對穩定，避免急劇變化對鑄坯質量的影響和生產的順行。目前普通連鑄主要采用鋁脫氧，產生的夾雜物以氧化物為主，如三氧化二鋁。保護渣一般都是硅酸鹽系列，這類渣均有吸收三氧化二鋁的能力，同時可以提高熔渣的堿度等，來提高溶解三氧化二鋁的能力。但是當渣中三氧化二鋁富集到一定程度時就會有剛玉析出，使得吸收三氧化二鋁的能力下降，同時易產生夾渣，需要進行換渣操作。12/6/2023第五十一頁，共六十三頁。保護渣中各組分對吸收、溶解夾雜的速度

堿度對熔渣吸收AL2O3速度的影響吸收速度隨堿度的提高而增大且影響較大，堿度是影響保護渣溶解Al2O3能力的主要因素，隨著堿度的增大，吸收Al2O3的能力增大，堿度為1.0~1.1時，吸收速度達到最大值，當堿度大于2時，吸收Al2O3的速度卻呈下降趨勢。保護渣中F-和Na+的含量對吸收Al2O3速度有明顯的影響。資料表明，F-可以使復合硅氧離子解體，大大降低熔渣的粘度，特別是熔渣吸收Al2O3后仍然能夠保持較低的粘度，堿度過高生成高熔點物質，聚集在熔渣中的AL2O3固體界面上阻止了AL2O3的進一步溶解。BaO（＜10%）對熔渣吸收AL2O3速度的影響BaO與CaO同屬于堿土金屬，有相似的性質。但是由于Ba2+的靜電勢，O2-與Ba2+結合力較弱，Ba2+更多的呈離子狀在渣中游動，而靜電勢較弱的AlO2-與Ba2+形成弱離子對，使得熔渣吸收AL2O3的能力加強。CaF（＜25%）對熔渣吸收AL2O3速度的影響隨升高而增加，但由于鈣離子的存在，與堿度的增加有相似的性質，因此不宜過高。12/6/2023第五十二頁，共六十三頁。保護渣中各組分對吸收、溶解三氧化二鋁的速度如下：NaO（3-15%）對熔渣吸收AL2O3速度的影響氧化鈉能降低熔渣的熔點與粘度，改善熔渣的傳質動力學條件，對吸收夾雜有利。MnO（0-12%）對熔渣吸收AL2O3速度的影響MnO為網絡外體，可降低熔渣的粘度，對提高吸收夾雜有利。B2O3（0-10%）對熔渣吸收AL2O3速度的影響B2O3的熔點較低，能與高熔點的物質進一步形成低共融物，降低其熔化溫度與粘度，同時B3+離子容易滲透到AL2O3顆粒內部界面，擴大了作用面。改善吸收夾雜的動力學條件，因此吸收夾雜特有效。實驗研究得出，在一定的含量范圍內，對吸收夾雜速度影響的相對大小依次如下：B2O3＞CaF＞NaO＞BaO＞MnO＞R不銹鋼保護渣吸收夾雜能力分析等生產不銹鋼時再講。12/6/2023第五十三頁，共六十三頁。保護渣消耗量保護渣的消耗量通常用kg/t鋼或kg/m2(鑄坯表面積)來表示。保護渣的消耗量是進入坯殼和結晶器之間空隙的保護渣平均量的一個量度。一般測定得到的平均消耗為0.3~0.7kg/t鋼，計算出的與鑄坯表面積相關的消耗量為0.3~0.6kg/m2。就評估保護渣的潤滑能力而言，鑄坯單位表面積的保護渣消耗量是一種更合適的指標。12/6/2023第五十四頁，共六十三頁。不同規格和不同鑄速的保護渣消耗量12/6/2023第五十五頁，共六十三頁。連鑄保護渣主要理化指標對消耗量影響粘度連鑄保護渣的粘度是決定保護渣消耗量和均勻流入的重要性能之一，它對結晶器內發生的冶金行為包括液渣流入和消耗、潤滑、夾雜物吸收等產生重要影響。保護渣的消耗指數隨著粘度的降低