结晶器中连铸保护渣的润滑与选择.pdf_大学文库

研究表明，连铸钢坯，特别是连铸合金钢坯的表面缺陷，如表面裂纹、表面渗碳、夹渣及T0:、A1O等氧化物夹杂的卷入等，是由于保护渣的成分配比不佳，铸温、铸速等工艺参数选择不当造成的。这些表面缺陷造成了修磨损失，增加了表面处理的劳动强度，特别影响了热送和连铸连轧技术的发展。因此，如何针对不同钢种，选择性能优良的保护渣系及合理的工艺参数，成为改善铸坯质量和提高劳动生产率的关键之一。为此，进一步研究连铸过程中保护渣在结晶器中的润滑作用机制及其对铸坯表面质量的影响，是至关重要的。 1保护渣的润滑机理在稳态连铸条件下，铸坯、保护渣和结晶器壁的相互关系如图1所示。随着结晶器的上下振动和铸坯表面之间的缝隙中，从而形成流渣润滑层，该润滑层的厚度与所用保护渣的粘度、密度等特性以及铸速等因素有关。Hasselstr6n1)、Chone2等曾从理论上导出了上述各因素之间的关系，在一定程度上解释了保护渣的润滑规律，但是他们考虑的因素尚不够全面，忽略了重力场对保护渣本身的作用，以至所得出的公式不够完整。本文在考虑这一因素后，根据流体力学的规律重新推导了一个新的计算模型，其推导步骤如下： Liquid slag 3 POIJIP!TOS yCasting direction 图1韩坯、保护迹、结品器体系示意图图·润滑层中小体积元运动示意图 1,结品器壁2.西苍保护渣粉3.已凝固的保 Fig.2 The sketch of a volume clements 护渣层4.流渣润滑层5，铸坯外尧6.解液 flow in liquid slag layer 7.水口 Fig.1 Schematic diagram of slab,slag, mold system 首先，对液态保护渣在结晶器中的运动作如下假设： (1)液态保护渣是不可压缩的， (2)结品器内保护渣的流动属于层流， (3)液体渣的粘度是均匀不变的， (4)液体渣对铸坯和结晶器壁均有良好的附着性。现在考察液体渣层内一个小体积元在连铸过程中的运动情况（见图2）。根据流体的运 Du 动方程3，有：pPD=-p-vf中p (1) ·573·

研究表明，连铸钢坯，特别是连铸合金钢坯的表面缺陷，如表面裂纹、表面渗碳、夹渣及、等氧化物夹杂的卷人等，是由于保护渣的成分配比不佳，铸温、铸速等工艺参数选择不当造成的。这些表面缺陷造成了修磨损失，增加了表面处理的劳动强度，特别影响了热送和连铸连轧技术的发展。因此，如何针对不同钢种，选择性能优良的保护渣系及合理的工艺参数，成为改善铸坯质量和提高劳动生产率的关键之一。为此，进一步研究连铸过程中保护渣在结晶器中的润滑作用机制及其对铸坯表面质量的影响，是至关重要的。保护渣的润滑机理在稳态连铸条件下，铸坯、保护渣和结晶器壁的相互关系如图所示。随着结晶器的上下振动和铸坯表面之间的缝隙中，从而形成流渣润滑层，该润滑层的厚度与所用保护渣的粘度、密度等特性以及铸速等因素有关。〔 ‘ 〕、〔 “ 〕等曾从理论上导出了上述各因素之间的关系，在一定程度上解释了保护渣的润滑规律，但是他们考虑的因素尚不够全面，忽略了重力场对保护渣本身的作用，以至所得出的公式不够完整。本文在考虑这一因素后，根据流体力学的规律重新推导了一个新的计算模型，其推导步骤如下月一尸二三况阵鑫日见户三刀铀一的。图铸坯、保护查、结晶器体系示意图结晶器壁固态保护渣粉已凝固的保护渣层流渣润滑层铸坯外壳钢液。水口皿，，，图润滑层中小体积元运动示意图 ‘ 首先，对液态保护渣在结晶器中的运动作如下假设液态保护渣是不可压缩的，结晶器内保护渣的流动属于层流，液体渣的粘度是均匀不变的，液体渣对铸坯和结晶器壁均有良好的附着性。现在考察液体渣层内一个小体积元在连铸过程中的运动情况见图马。根据流体的运，、一。。，二寸杯今石刀力箱全 “ ” ’ ，们一币瓦一一一犷十厂 ‘ 」少否

滑，为了达到上述目的。要求所用渣系具有一定的物理化学性质。但由于各种因素间的相互制约，对渣系性能构成了一种复杂的粽合要求。首先，为了保温，要求熔渣的导热系数不能太大。有的工厂往渣料中加人一定配比的石墨，以减少热容量和导热系数‘4’，但有的研究者因其造成表面渗碳而反对这样处理。在结晶器中，保护渣通过与钢液中上浮的夹杂形成低熔点化合物，而起到吸收夹杂、净化钢液的目的，因此必须对保护渣的化学组成进行有目的的选择。此外，为了使流渣具有良好的润滑性，并使铸坯在结晶器中运动时进行均匀的传热，要求流渣具有较低的粘度值，以保证润滑层流渣均匀，且具有一定的厚度。由(8)式可知，当连铸过程中流渣量达到极大值时，流渣润滑层的厚度h,是其粘度)及铸速“乘积的函数。Ko) 认为若需维持一定厚度的润滑层，当增加铸坯 0.6 拉速时，流渣的粘度值必须作相应的降低。 0.5 Nakano‘a)等人的工厂现场研究结果表明：当流渣显达到最大熔渣速率时，随着铸速的提 0.4 高，所选择的流渣粘度值必须降低，且两者的总 0.3 乘积接近于常数2（见图3)。由此可见， (8)式所表示的关于h、u、)三者间的相互关 0 系，与实际研究结果很一致。 0,1 由表达式(7)、(8)两式可以看出，在其它条件不变的情况下，提高铸速“将引起润滑 0.51.01.52.0 膜厚度h及流渣量g的增加，这将有利于改善 Casting peed m/min 铸坯的表面质量，提高劳动生产率。但若铸速图3粘度与铸速的关系图'J(1300℃) Fig.3 过快，使流渣量高于保护渣的熔化速度，润滑 Relation between viscosity and casting speed 层变的不稳定，并将最后破裂，使铸坯各部分在结晶器内冷却不均匀，结果导致铸坯表面产生裂纹。因此，当流渣量刚好等于保护渣的熔化速度时，此时的铸速为生产的最佳铸速，其值由(11)式给出，相应的流渣量即为实际所允许的保护渣最大消耗量9m:x。显然，对保护渣而言，在钢液表面具有较快的熔化速度和较低的粘度值，是至关重要的。保护渣的界面张力也是一项重要的物理化学指标，本文所推得的公式就是在假设保护渣对铸坯和结晶器壁都有良好润湿性的条件下导出的。若流渣的润湿性不好，表面张力和表面能过高，就会形成卷渣、局部碳富集等一系列铐坯表面缺陷。为此，有人建议往渣料中加入少量的金属氧化物（如Na2O、K:O和MgO,FeO等）以降低渣系的表面张力和初晶温度r7)。此外，钢液及保护渣的密度也影响了润滑层的厚度，因此对它们的数值进行测定是很有必要的。最近我们开发了一套新方法，能较准确地测量出熔体密度的数值()，它将在今后有关连铸的研究工作中起一定的作用。上述对保护渣的一系列物理化学性质的要求，可以通过调整保护渣化学组成的方法来实现。通常连铸所用保护渣是以CO-SiO2-Al2O,三元系为主，并在此基础上适当加人一些其它氧化物来调整其性能。因此可以根据三元相图的知识，大致判断一定组成渣系的初晶温度。其他的物理化学性质，如热容、表面张力、密度、粘度等，对三元系和多元系而言，至今仍是一片空白，影响了对此问题的进一步分折和讨论。因此，除了子求一些方法从实验中 ·576·

滑，为了达到上述目的。要求所用渣系具有一定的物理化学性质。但由于各种因素间的相互制约，对渣系性能构成了一种复杂的综合要求。首先，为了保温，要求熔渣的导热系数不能太大。有的工厂往渣料中加入一定配比的石墨，以减少热容量和导热系数〔 ‘ 〕，但有的研究者因其造成表面渗碳而反对这样处理。在结晶器中，保护渣通过与钢液中上浮的夹杂形成低熔点化合物，而起到吸收夹杂、净化钢液的目的，因此必须对保护渣的化学组成进行有目的的选择。此外，为了使流渣具有良好的润滑性，并使铸坯在结晶器中运动时进行均匀的传热，要求流渣具有较低的粘度值，以保证润滑层流渣均匀，且具有一定的厚度。由式可知，当连铸过程中流渣量达到极大值时，流渣润滑层的厚度。是其粘度刀及铸速 “ 乘积的函数。 ‘ 〕 · 老卜﹃一公厂的。口优、认为若需维持一定厚度的润滑层，当增加铸坯拉速时，流渣的粘度值必须作相应的降低。。 ‘ “ ’ 等人的工厂现场研究结果表明当流渣量达到最大熔渣速率时，随着铸速的提高，所选择的流渣粘度值必须降低，且两者的乘积接近于常数见图。由此可见，式所表示的关于、 “ 、刀三者间的相互关系，与实际研究结果很一致。由表达式、两式可以看出，在其它条件不变的情况下，提高铸速。将引起润滑膜厚度及流渣量的增加，这将有利于改善铸坯的表面质量，提高劳动生产率。但若铸速过快，使流渣量高于保护渣的熔化速度，润滑层变的不稳定，并将最后破裂，使铸坯各部分一 ……装，产七卜，飞飞一图枯度与铸速的关系图 ℃ ，在结晶器内冷却不均匀，结果导致铸坯表面产生裂纹。因此，当流渣量刚好等于保护渣的熔化速度时，此时的铸速为生产的最佳铸速，其值由式给出，相应的流渣量即为实际所允许的保护渣最大消耗量二、。显然，对保护渣而言，在钢液表面具有较快的熔化速度和较低的粘度值，是至关重要的。保护渣的界面张力也是一项重要的物理化学指标，本文所推得的公式就是在假设保护渣对铸坯和结晶器壁都有良好润湿性的条件下导出的。若流渣的润湿性不好，表面张力和表面能过高，就会形成卷渣、局部碳富集等一系列铸坯表面缺陷。为此，有人建议往渣料中加入少量的金属氧化物如、和、等以降低渣系的表面张力和初晶温度 ‘ ’ 。此外，钢液及保护渣的密度也影响了润滑层的厚度，因此对它们的数值进行测定是很有必要的。最近我们开发了一套新方法，能较准确地测量出熔体密度的数值〔日 ’ ’ ，它将在今后有关连铸的研究工作中起一定的作用。上述对保护渣的一系列物理化学性质的要求，可以通过调整保护渣化学组成的方法来实现。通常连铸所用保护渣是以一一三元系为主，并在此基础上适当加入一些其它氧化物来调整其性能。因此可以根据三元相图的知识，大致判断一定组成渣系的初晶温度。其他的物理化学性质，如热容、表面张力、密度、粘度等，对三元系和多元系而言，至今仍是一片空白，影响了对此问题的进一步分析和讨论。因此，除了寻求一些方法从实验中了 ‘