近年來,隨著中間包結晶器保護渣工藝的不斷發展和完善,連鑄技術以其高效、節能、優質、易于實現自動化和智能化等諸多優點, 受到冶金界的高度重視。與之相配套的連鑄結晶器保護渣也得到了相應的發展,且成為不可或缺的冶金輔助材料,在中間包連鑄方面應用越來越廣泛,市場前景廣闊。
(1) 按 基 料 的 化 學 成 分 可 分 為 : SiO2-Al23-CaO 系 、SiO2-Al2O3-FeO系、SiO2-Al2O3-Na2O系,其中以前者的應用最為普遍。在此基礎上加入少量添加劑(堿金屬或堿土金屬氧化物、氟化物、硼化物等)和控制熔速的炭質材料(炭黑、石墨和焦炭等)。
(2)按保護渣的形狀可分為粉狀渣(機械混合成型) 、顆粒渣(擠壓 成型的產品呈長條形,圓盤法成型的產品呈圓形,噴霧法成型的產品 呈空心圓顆粒)。
(3)按使用的原材料可分為原始材料混合型、半預熔型和預熔型。
(4)按其使用特性,根據鋼種特性、連鑄設備特點和連鑄工藝條件可分為各種規格的保護渣(低、中、高碳鋼保護渣和特種鋼專用渣)、 發熱型開澆渣等。
配制和生產連鑄結晶器保護渣的原則、原料及其基本工藝流程配制和生產連鑄結晶器保護渣應遵循具有合理的熔化溫度、熔化速度和在結晶器中的熔融層結構;穩定且適宜的粘度;合理的結晶溫度和礦物組成及礦相結構;足夠吸收鋼中夾雜物的能力;它的加工、使用應符合衛生及環保要求等。生產保護渣的原料有天然礦物、工業廢物及工業廢品等幾大類。
按其構成材料的功能可將它分成基料(水泥熟料、硅灰石、石英粉、長石、電廠灰、高爐渣、鎂砂、玻璃粉等) ,熔劑(主要有純堿、冰晶石、螢石及含氟化合物等) ,熔速控制劑(炭黑、石墨和焦炭等)。預熔型結晶器保護渣的生產工藝是:原材料破碎—配料—混合—熔化—水淬—干燥—粉碎—配添加料—造粒—干燥—篩分—成品包裝。
連鑄結晶器保護渣的冶金功能包括以下方面結晶器中加入的保護渣一般會形成原始渣層、燒結層和液渣層三層結構,最上面的原始渣層結構松散,具有良好的絕熱保溫作用;隔絕空氣,防止鋼水二次氧化;凈化鋼渣界面,吸附鋼液中夾雜物;潤滑凝固坯殼并改善凝固傳熱。充填于氣隙中的渣膜對凝固坯殼能起到良好的潤滑作用,減少拉坯阻力,從而防止坯殼與結晶器壁的粘結。同時,因熔渣進入坯殼與結晶器壁之間,使氣隙不在存在,熱阻減少,從凝固坯殼向結晶壁的傳熱得到改善,使坯殼均勻生長,有利于減少鑄坯裂紋的形成。
3 、連鑄結晶器保護渣的主要理化及技術指標:
( 1)堿度。一般定義為組分中(R=CaO%/SiO2%)的比值。它是反映保護渣吸收鋼液中夾雜物能力的重要指標,同時也反映了保護渣潤滑性能的優劣。通常堿度大,吸收夾雜物的能力也大,但它的析晶溫度變大,導致傳熱和潤滑性能惡化。
(2)粘度。它是衡量保護渣潤滑性能的重要指標。目前通常采用旋轉法測定或根據經驗公式計算。現在大多測其在 1300℃條件下的值,常用保護渣的粘度(1300℃)為 0.05~0. 15Pa.s。它受化學成分和溫度的控制,生產中主要靠助熔劑來調節。要想得到高質量鑄坯并不發生粘結漏鋼,必須要選擇合適粘度的保護渣。保護渣粘度過低,液渣大量流入縫隙,造成渣膜不均勻,局部凝固變緩,導致凝固坯殼變形,引起縱裂和拉漏事故;粘度過大,會使鑄坯表面粗糙。
(3)熔化溫度。它包括燒結起始溫度、軟化溫度或叫變形溫度、半球點溫度和流動溫度。實際應用中是將渣料制成椎 3 ×3mm的標準試樣,在顯微鏡中測定。當以一定的升溫速度使試樣加熱到由圓柱形變為半球形時的溫度,稱為熔化溫度。連鑄生產中通常將保護渣的熔化溫度控制在 1200℃以下。它主要受保護渣的成分、堿度以及 Al2O3含量等因素的影響,熔化溫度過高,潤滑作用差并且不均勻。
(4)結晶溫度(析晶溫度) 。它是影響凝固坯殼導熱的重要參數。對裂紋敏捷性特強的包晶類鋼種應使用結晶溫度高的保護渣。它主要受化學成分的影響,尤其是堿度,通常可以在測保護渣粘度時進行。當保護渣在降溫過程中,從粘度-溫度曲線上發現熔渣有結晶現象。在這一點,熔渣變得不流動,且此刻測粘度已不可能,就將這一點的溫度定義為結晶溫度。
(5)熔化速度。通常用一定質量的試樣在測定溫度下完全熔化所需的時間來表示。保護渣在結晶器中的熔化速度與渣料的組成及熔化溫度有關。它是實現保護渣在結晶器中形成合理的三層結構的重要參數。為改善保護渣的熔化均勻性,應當通過調整渣料組成及改進加工粉料工藝以及采用預熔渣等途經加以解決。
(6)表面張力和界面張力。保護渣的表面張力是影響鋼渣分離、液渣吸收夾雜物并使之從鋼液中排除的重要參數。從利于分離鋼中夾雜物的觀點出發,鋼液的表面張力應盡可能大些;熔渣的界面張力應盡可能小。它取決于渣的化學成分,一般采用渣中的活性成分 Na2O 和CaF2來調整和降低熔渣的表面張力。測定方法有靜滴法、氣泡最大壓力法、懸滴法等。
(7)密度。它的大小直接影響到保護渣在結晶器中的保溫性和防止鋼水二次氧化的重要參數,測定時可取 50g 渣料經漏斗流入 250ml的玻璃量筒內,測出體積后可計算其密度(g/m3) 。保護渣的堆比重一般為 500~900Kg/m3。
(8)粒度及顆粒尺寸分布。粒度組成是最重要的性能之一,因為它對保護渣的熔化速度和鋼液面上未熔化部分的絕熱性能有重要影響。大多數保護渣基本組成部分的粒度在 0. 1mm ,小的在 0.06mm 以下,最大不超過0.3mm。某些保護渣的最大粒度在 0.32mm 以上,但其比例不超過 5% 。
(9)鋪展性。理想的保護渣應具有良好的鋪展性。它可均勻覆蓋在結晶器中的鋼水表面,利于形成均勻的熔渣層結構。它取決于保護渣的配方、粒度和水分等因素,一般可用一定容積內的保護渣從規定高度下漏到平板上鋪散的面積來衡量。
( 10)水分。它是供應商必須滿足用戶的一個最基本且十分重要的指標,當水分超標后不得使用。因為它直接影響到保護渣的熔化和使用特性,會造成鑄坯的皮下氣孔等質量問題,嚴重時致使鋼中增氫,導致漏鋼的發生 。通常要求在 105℃條件下測得的含水量不大于0.5%。
( 11)渣耗量。它是衡量保護渣潤滑狀況優劣的重要指標。如因渣耗偏低,潤滑不良,往往會導致漏鋼。渣耗量取決于澆鑄的鋼種、鑄坯尺寸、結晶器振幅和頻率、拉速及保護渣自身的性能等。
連鑄結晶器保護渣的冶金功能包括以下方面:結晶器中加入的保護渣一般會形成原始渣層、燒結層和液渣層三層結構,最上面的原始渣層結構松散,具有良好的絕熱保溫作用;隔絕空氣,防止鋼水二次氧化;凈化鋼渣界面,吸附鋼液中夾雜物;潤滑凝固坯殼并改善凝固傳熱。充填于氣隙中的渣膜對凝固坯殼能起到良好的潤滑作用,減少拉坯阻力,從而防止坯殼與結晶器壁的粘結。同時,因熔渣進入坯殼與結晶器壁之間,使氣隙不在存在,熱阻減少,從凝固坯殼向結晶器壁的傳熱得到改善,使坯殼均勻生長,有利于減少鑄坯裂紋的形成。保護渣的原料有天然礦物、工業廢物及工業廢品等幾大類。按其構成材料的功能可將它分成基料(水泥熟料、硅灰石、石英 粉、長石、電廠灰、高爐渣、鎂砂、玻璃粉等) ,熔劑(主要有純堿、 冰晶石、螢石及含氟化合物等) ,熔速控制劑(炭黑、石墨和焦炭等)。