固体粉状保护渣

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1981.01.002 北京钢铁学院学报 1981年第1期 固体粉状保护渣 综钢款研室金山同 辆 萝 木文较系统地研完了保护渣的几个要特准及其与钢锭质量之何的关系，并在 此研究、分析的海础上，提出了保护渣配方设计所要理僧的厚则。 一、前自 改善钢锭质量，不但要注意在浇注以前的工作，更为重要的是在浇注的过程中采取措施。 目前在浇注过程中可控因素不多，除控制浇注温度、浇注速度、浇注方法等外，保护浇注是 改善钢锭质量的有效方法之一。在各种保护浇注方法中，至今唯粉渣下保护浇注工艺得到广 泛采用(-、-2)。它在钢锭中的作用是：①防止模内钢液的氧化，②隔热保温，③溶 解上浮的夹杂物、钢液表面产生的氧化膜、或其它杂质，④改善钢锭表面质量；⑤在连铸结 晶器与铸坯相对运动时，液渣起润滑作用。从而可以改善钢锭的纯净度，得到良好的钢锭表 面质量，提高钢锭收得率，降低浇注温度或浇注速度，减少钢锭精整费用，免除钢锭模涂油 操作，节省钢锭模修理费，延长锭摸寿命。 粉渣下保护浇注的发展有以下几个特点：①从保护渣作用来看，由过去单纯保温或防止 二次氧化，发展到既能保温、防二次氧化，又能改善钢锭表面质量、吸收夹杂物。在连铸中 可起润滑作用；②在原料选择和利用上，由过去利用单一天然矿物或工业废渣，逐步发展到 由人工将几种原料合成为保护渣，同时十分注意原料成份的稳定及其物理形态，按照一定的 科学规律找出最经济、最合理的配方，③根据钢种、工艺（包括钢锭大小、浇注方法、浇注 温度、浇注速度)的要求，形成多种保护渣系列，还发展特殊用途（如改善钢锭底部的大型 夹杂物)的保护渣，④保护渣从粉状逐步过渡到粒状，以改善劳动条件和保护渣的吸水性， ⑤正在深入研究保护渣的性能与钢锭（成钢坯）质量之间的关系。 目前还缺乏系统论述保护渣的文章。本文试图通过分析保护渣的几个重要特性与钢锭质 量的关系，以期得到保护渣的正确配方。 二、保护遣儿个拿要特性与钢锭质量的关系 一般认为在浇注过程中使用保护渣具有三层结构，即粉状层一一烧结层—一熔融层，才 能比较充分地发挥保护渣上述四个（或五个）方面的作用。这是因为粉状层的多孔性，可以 有效防止钢液大量热辐射，改善钢锭头部缩孔形状，和进行低温或低速浇注（这对某些钢种是 本文1980年3月收到。 15

DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1981. 01. 002

必须的)，更为重要的是，由于粉状层存在，有效地提高了保护渣熔融层的温度，有利于发 挥此层的作用，否则熔融层裸露于大气中，液渣层表面结壳，易被卷入钢锭表面形成结疤， 由于熔融层保护渣氧化能力弱，能溶解夹杂物或氧化膜，因而提高了钢锭纯净度及表面质 量，并在模壁与钢锭之间形成厚薄均匀的渣衣，改善了传热条件，导致减少或分散钢锭凝固 过程的热应力，在连铸工艺中还可以在铸坯与结晶器相对运动中起润滑作用，加上能提高钢 锭弯月面曲率半径，这些都有利于消除钢锭的裂纹；另外，三层结构的存在，能隔断钢液与 空气的接触，防止钢液在模内的二次氧化。 下面从分析保护渣的几个重要特性入手，研究如何获得上述保护渣的三层结构，并使其 性能符合钢浇注过程及钢锭质量的要求。 1.熔融特性 保护渣的熔融特性包含熔融温度、熔融速度、熔融后均匀化程度及熔渣粘度等三方面内 容： (1)熔融温度： 固体粉渣熔化时的热量来自钢水，钢锭模内钢水的热容量远大于加入模内保护渣的热容 量，故只要保护渣的熔融温度低于钢锭模内钢水温度，就有可能熔融。 经测定，钢锭模或结晶器内各部位温度如图1。可 见要使保护渣熔化，特别是要保证在钢锭凝固层弯月 面处熔化，考虑需要有一定温差，这样对模注来说， 1 熔融温度一般低于1250℃，连铸一般要低于1200℃， 但低限通常在1050~1100℃左右，个别还更低些。 为了得到符合熔融温度要求的保护渣，研究较多 是化学组成的影响。通常保护渣的化学组成主要是 模注 连铸 Ca0、SiO2、Al2O3。无疑Ca0-Si02-A12O3三元 a1350℃ 1300℃ 系的等温液相线图将告诉我们低熔点区的化学组成。 b1450℃ b1400℃ 但问题是用工业原料、废渣或天然矿物作原料时，它 图1在浇注过程中，钢锭模 们除含CaO-Si02-A1,03(一般都大于80~90%) 或结晶器内各部位钢水温度情况 外，还含有其它杂质。能不能用CaO-SiO2-A12O3 三元系等温液相线图作为配方的指导？经测定六组（高炉水渣一煤灰、高炉水渣一珍珠 岩、白渣一珍珠岩、化铁炉渣一珍珠岩、高炉水渣一柳茅石墨、高炉水渣一穆棱石墨)不同 配比的熔融温度变化cs1,发现其各自低熔点区的化学成份，均分布在CaO-SiO2~A1zO,系 的低熔点区附近〔图2M)。另经很多作者C8~11研究，认为保护渣合适的基础化学成份 为： Ca0% Si02% A1203% 10-38 40-60 5-20 这与CO-SiO2-A1zO3系存在两个低熔点成份也很相似。所以，考虑选择原料的类型及其配 比时，应该用CO-SiO2-A12O,系等温液相线图作指导。通常保护渣基础化学成份合适， 熔融温度一般在1200士30℃。对于大钢锭，主要着眼于保温性能及防止二次氧化，对表面质 量又无特殊要求的钢种，适当配加一部分炭就可以直接加工使用。但由于钢种、锭型、浇注 工艺的不同，上述保护渣配方对某些钢种显然不符合要求。在需要进一步降低熔融温度时， 不用重新去探讨新的化学成份，只要在合理的基础化学成份上，加入熔点调整剂即可。通常 16

必 须的 ) , 更为重 要 的是 , 由于粉状 层存在 , 有效地 提高了保护 渣熔融层的温 度 , 有利于 发 挥此层 的作 用 , 否 则熔 融 层裸露 于大 气中 , 液渣 层表面结壳 , 易被卷 入钢锭表面形 成结疤 , 由于熔融 层保护 渣氧 化能 力弱 , 能溶 解夹 杂物或氧化膜 , 因而提 高 了钢锭纯 净 度 及表面质 量 , 并在 模壁 与钢 锭之间 形成 厚薄 均 匀的 渣衣 , 改 善了传热 条件 , 导致减少 或分散钢 锭凝 固 过 程 的热应 力 , 在 连铸工 艺 中还可 以 在铸坯 与结 晶器相 对运 动 中起润滑作用 , 加上 能提 高钢 锭弯月 面 曲率 半径 , 这 些都 有利 于消 除钢 锭的裂 纹 ; 另外 , 三层 结构 的存在 , 能 隔断钢 液与 空 气的 接触 , 防止 钢液 在模 内 的二 次 氧化 。 下 面从 分析保 护渣的几 个重 要特 性入 手 , 研 究如 何 获得上 述保护 渣的三 层结 构 , 并使 其 性能符合 钢浇注 过程 及钢 锭质量的要 求 。 1 . 熔胜特性 保 护渣的熔融特 性包含熔 融 温度 、 熔 融 速度 、 熔 融 后均匀化 程度及熔渣粘 度等三 方面 内 容 : ( D 熔 融温度 : 固体粉渣熔 化时 的热量来 自钢水 , 钢锭模 内钢 水 的热容 量远大于加 入模内保护 渣的热 容 量 , 故只 要保护 渣 的熔 融 温度低 于钢 锭模 内钢水 温度 , 就有可能 熔融 。 经测 定 , 钢锭 模 或结晶 器内 各部位 温度如 图 1 。 可 见要 使保 护 渣熔 化 , 特 别是 要保 证在钢 锭凝 固层 弯月 面处熔化 , 考虑 需要 有一 定温差 , 这 样对 模注 来说 , 熔 融 温度一 般 低于 1 2 5 0 ℃ , 连 铸一般 要 低于 12 0 0 ℃ , 但 低限 通 常在 1 05 0~ 1 1 0 ℃左 右 , 个别 还更低 些 。 为 了得 到符 合熔 融 温度要 求 的保护 渣 , 研 究 较多 是化学 组 成 的影 响 。 通 常保 护 渣 的化学组 成主 要 是 C a O 、 5 1 0 : 、 A 1 2 0 : 。 无 疑 C a o 一 5 1 0 : 一 A I : 0 3 三 元 系的 等温液 相线 图将告诉 我们 低熔 点 区的化学 组 成 。 但 问题是 用工 业原 料 、 废 渣 或天然 矿物 作原料时 , 它 们 除含C a O 一 5 1 0 : 一 A I : O : ( 一般 都大 于 5 0 一 9 0 % ) 外 , 还含有其它 杂质 。 能不 能用 C a O一 5 1 0 2 一 A l : O , 1 3 50七 1 4 5 0℃ 吕 b . 连铸 1毖0 0℃ 1 4 0 0℃ 图 1 在浇 注 过 程 中 , 钢锭 模 或结 晶器 内各部 位钢 水温度 情况 三元 系 等温 液相线 图 作为配方 的 指导? 经 测定六 组 ( 高炉水 渣一煤 灰 、 高炉水 渣一珍珠 岩 、 白渣一珍珠岩 、 化铁炉 渣一珍珠岩 、 高炉水渣一柳 茅 石 墨 、 高炉水 渣一穆棱石 墨 ) 不同 配 比的熔 融 温度 变化 〔 5 1 , 发 现其 各 自低熔 点 区的 化学成份 , 均 分布在C a O一 5 1 0 2 一 A I Z O 。 系 的低熔 点 区附近 〔图 Z M 〕 。 另经 很 多作者 〔 ` “ ~ ` , 1 研究 , 认 为 保护 渣合适 的 基 础 化学 成份 为 : C a O % 5 10 2 % A 1 2 O 3 % 1 0一 3 8 4 0一 6 0 5一 2 0 这 与 C a o 一 5 1 0 2 一 A I : O 。 系存在 两个 低熔 点成份 也很 相似 。 所 以 ,考虑 选择原 料 的类型及其 配 比 时 , 应 该用 C a O 一 5 1 0 : 一 A I : O 。 系等 温 液 相线 图作 指导 。 通常保护 渣基 础化学 成份 合适 , 熔 融 温度一般 在 1 2 0 土 30 ℃ 。 对 于大 钢锭 , 主 要 着眼于保 温性 能及 防止二 次 氧化 , 对表 面质 量 又无特 殊要 求的钢种 , 适 当配加 一 部分炭就 可 以 直接 加工使 用 。 但 由于钢种 、 锭 型 、 浇注 工 艺的不同 , _ 七述保 护 渣配 方对某 些 钢种显 然不符 合要求 。 在需 要进 一 步降低熔 融 温度 时 , 不用 重新 去探讨 新 的化学成份 , 只 要在 合理 的 基础 化学成份 上 , 加入 熔点调 整剂 即可 。 通常

SiO2 600 500 1400 1500 1800 700 1600 L500 名 Cao 0A10 图2CaO-Si02-A1203三元系等温液相线图 熔点调整剂有：苏打(Na2CO,)、食盐(NaCI)、冰品石(Na3AIF。)、氟化纳(NaF)、萤 石(CF,)、固体水玻璃、硼砂等。它们各白对保护渣熔点的影响见文献〔15〕。但从有效 性、经济性、综合性、方便等方面考虑，主要是入含钠调整剂（通常为苏打）。它对保护 渣的影响如图3。 还有关于在保护渣中添加炭对其熔点是否有 影响的问题，有两点需要探讨：一是不同种类炭 1200* (煤、焦炭、片状石墨、粒状石墨、炭黑等)有否 11803 影响及其差别，另一一点是炭数量的影响。从表1 及图4可知(2·)，无论炭的种类或炭的数量，对 目1160 保护渣熔融温度基木上都没有彤响。如果炭的添 B-4 x 1140 n-4A 加剂含炭不纯，特别是共杂质对保护渣基础化学 1120 成份的熔点有影响时，那就另当别论。 除化学成份影响保护渣熔融温度外，其它如 48121620NaC0% 粒度大小等还会有影响，这方而，待在粉体特性 一节中叙述。 乃-4型，高炉水渣一珍珠岩11 (2)熔融速度： n-型，高炉水渣一穆棱石墨1：1 图3Na:Cos对保护渣基础渣料熔 在国内外文献巾，谈到保护渣熔融特性： 融温度的影响 时，主要谈论熔融温度，对熔融速度谈的很 少，以致有人误解，认为只要熔融温度低，保护流就可以熔化，其实不尽然。熔融温度只能 解决在一定温度下熔化的可能性，能否在浇注时间内熔融，还取决于熔融速度。实际上，熔 融速度也是保护渣一项很重要的特性，它的大小直接关系到：①保护渣能否产生液渣层，能 否获得理想的三层结构保护渣，②保护渣吸收夹杂物后，夹杂物成份在渣中的“富化”程 度，©保护渣的消耗及渣衣厚薄。 当选好具有合话熔融温度的保护渣配方后，1果难以同时保证熔融速度合适（或是太 17

5 1 0 2 歇阵才\ 籍 该 1 4 0 0 、 飞 C a O 1 5 0 0 、 A l : O : 图 2 c a o 一 5 1 0 2 一 A 1 2 O 。 三 元系 等温 液相线 图 熔点调 整剂有 : 苏打 ( N a Z C O 。 ) 、 食 盐 ( N a C I ) 、 冰 叔. 石 ( N a 3 A I F 。 ) 、 氟化 纳 ( N a F ) 、 萤 石 ( C a F 。 ) 、 固体水 玻璃 、 硼 砂 等 。 它 们 各自 对 保护 渣 熔点 的影 响见 文 献 〔 ’ “ 〕 。 但从 有效 性 、 经 济性 、 综 合性 、 方便 等方面考虑 , 主 要是 加入 含钠调 整 剂 ( 通常 为 苏打 ) 。 它 对保护 渣的影 响如图 3 。 还有关于在保 护渣 中添加炭对 其熔点是 否有 1 2 0 0 1 1 3 0 胜一 洲 n 一 4 义 n , 4 几 八六曰U 九. 七 . 左 ù ,人, ,占上J 蛆效越翅p 影响 的问题 , 有两点 需要 探讨 : 一 是不 同种 类炭 ( 煤 、 焦炭 、 片状石 墨 、 粒状石 墨 、 炭 黑等 ) 有否 影响及 其差别 , 另一 点是 炭数 量 的影 响 。 从表 l 及 图 4可 知 〔 2 ” 〕 , 无论 炭 的种 类或 炭 的数 量 , 对 保护渣熔 融温 度从 木上都 没有影 响 。 如果 炭的添 加剂 含炭不纯 , 特 别是 其杂质 对保 护 渣墓 础化学 成份 的熔点有影响 时 , 那就 另 当别论 。 除 化学 成份 影 响保护 渣熔 融温度 外 , 其它如 粒 度大小等 还 会有影响 , 这 方而 , 待 在粉 体特 性 一 节中叙 述 。 ( 2) 熔 融 速度 : 在 国内外 文 献 中 , 谈到 保护 渣 熔 融 特性 时 , 主 要谈论 熔 融温 度 , 对熔 融速 度 谈 的很 1 1 2 0 ` 名 1 2 1 6 2 0 N a : C o : % U 一 4型 , 高炉水 渣一珍珠岩 1 , 1 n 一 J型 , 高炉 水渣一 穆棱石 墨 1 , 1 图3 N a : C o 3 对 保 护 渣墓础 渣 料熔 融温 度 的影 响 少 , 以 致有人误解 , 认为 只要 熔 融温 度低 , 保护 涟就 可 以 熔 化 , 其 实不尽 然 。 熔融 温度只 能 解决 在一定 温度 下熔 化 的可 能性 , 能 否在 浇注 时间 内熔 融 , 还取 决于 熔 融速度 。 实际 上 , 熔 融速 度也是保 护 渣一项 很 爪要 的特 性 , 它 的大 小直 接 关系到 : ① 保护 演 能否产 生 液 渣层 , 能 否 获得 理想 的三 层结 构 保 护 渣 , ②保护 渣吸 收 夹 杂物后 . 夹杂 物成 份 在渣 中 的 “ 富化” 程 度 , ⑧保护 渣 的消耗 显及 渣衣 厚薄 。 当选好 具有合 适熔 融 温度 的保 护 渣配方 后 , 如果 难 以 同时 保证熔 融速度合适 ( 或是太

表1 炭种类 M M+10% M+10% M十10% M+10% M+10% 煤 焦炭 片状石墨 粒状石墨 炭黑 熔融温度℃ 1238 1229 1239 1232 1222 1227 快，或是太慢)，那就必须找到延缓或加快熔融速度 的因素。保护渣熔融速度除与外界条件如钢水温度、 锭型大小、钢种、浇注速度（或拉速）等有关外，与 量1235 保护渣本身的因素有关。 1230 研究了-一些配方的熔融速度后：152小，发现 1225 保护渣中的炭是有效降低熔融速度的一种成份。这是 由于炭是耐高温材料，细粉状的炭粒吸附在渣料颗粒 10 18 的四周，阻碍了渣料之间的接触、融合，即在高熔点 (C)% 的成份与熔剂之间形成反应的阻挡层。随着碳量的提 图4炭对保护渣的熔融温度 高，或碳在一定数量下，其粒度越细，熔融速度就越慢 的彩响 (图5.6)〔5、2)。但炭的种类不同（如煤、焦炭、片 状石墨、粒状石墨、炭黑等)却影响不大（表2）〔2·)。所以可以用炭的数量及其粒度来调整 保护渣的熔融速度。根据钢种、锭型大小、浇注速度、温度、浇注工艺，保护渣中可以有不 同含碳量124~2】。一般连铸保护渣含炭量少于6%。在模注时，低碳钢一般少于8%， 中炭、高炭钢在9-16%范围。 表2 炭的种类 M+10%煤 M+10% M+10% M+10% M+10% 焦炭 片状石墨 粒状石墨 炭黑 熔融速度（秒） 39 32 42 39 41 M:高炉水渣55%珍珠岩45% 角 60 1300℃ a 60 1350℃ "4 75 40 30 009 60 14500 20 45 4 10 30 1350℃ 10 50100150200网目 (c)% C粒度 图5在不同温度下，炭对保护渣 图6炭粒度大小对熔融速度的影响 熔融速度的影响 18

表 l 炭 种 类 M M { 0 % 1 + 煤 M 1 + 0 % 焦 炭 0 十 M % 1 片状石墨 入 1 1 + 0 % 粒 状石 墨 M + 0 % 1 炭黑 2 8 熔 融温度 ℃ 1 3 { 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 3 1 3 1 9 9 快 , 或是太 慢 ) , 那就 必须 找到 延缓 或加 快熔 融速度 p 的因素 。 保护 渣 熔融 速度除与外界条件如钢水 温度 、 备 锭型大 小 、 钢 种 、 浇注 速度 ` 或拉速 , 等有关外 , 与 龚 保护 渣 本身的 因素有关 。 研 究 了一 些 配方 的 熔融 速度 后 : ` ” “ ’ 2 ` l , 发 现 保护 渣 中的炭 是 有效 降低 熔融 速度的一种 成份 。 这 是 由于炭 是耐 高 温材料 , 细 粉状 的炭粒 吸 附在渣料 颗 粒 的 四 周 , 阻 碍 了渣料之 间 的接触 、 融 合 , 即在 高熔点 的 成份 与熔 剂之 间形 成 反应 的 阻挡层 。 随 着碳 量的 提 高 , 或碳 在一 定数 量下 , 其粒度越 细 , 熔 融速度 就越 慢 〔图 5 . 6 ) 〔 ` s 、 忿 “ 〕 。 但 炭的种 类不 同 ( 如 煤 、 焦 炭 、 片 1 2 3 5 1 2 3 0 1 1 2 2 7 一 O - O 1 2 2 5 图 4 6 1 0 1 8 ( C ) 劣 炭对保 护渣 的熔融温度 的影 响 状石墨 、 粒状石 墨 、 炭 黑等 ) 却影 响 不大 ( 表 2 ) 〔 “ “ 〕 。 所 以可 以 用炭 的数量及其 粒度来调 整 保护 渣 的熔融 速度 。 根 据钢 种 、 锭 型大小 、 浇注速度 、 温 度 、 浇注工 艺 , 保护 渣中可 以 有不 同 含碳 量 c ` ” 艺 ` 一 2 ” l 。 一 般连 铸保 护 渣 含炭量 少于 6 % 。 在 模注 时 , 低碳钢 一般 少于 8 % , 中炭 、 高炭钢在 9一 16 % 范 围 。 表 2 * _ _ _ … 、 ; . , 。 。 , 二 ” M 十 1。% I M + 1。% } M + 1。% ! M + 10 % 石叱 口U 个护 `头 笋 1 I v l 个 i V 另, 遇长 抉 火 一 { 比 J 卜 , 一 雨 】 走斗 J 贬 , , . 当 匕 阳 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 步竺 _ _ _ _ ! - 勺坚卫里 _ _ 卜竺竺卫兰 _ 二 _ _ _ ~ 竺二 - _ _ 熔 融速 度 `秒 , { 3” ! 3 2 { 4 2 { 3 9 … 4 , M : 高炉 水渣 5 5 % 珍珠岩 4 5% 1 3 0 七 良 _ l 7 5 卜 巡 ! 翼叶 , / ’ - ` , } / 的,0的e0 知趁坟树必 宾尹尸 . 1 350℃ 即10 . 1压 ( e )拓 5 0 1 0仆 1 5 0 2 0 0 C粒度 网目 图 5 在不 同温 度下 , 炭对保 护渣 熔 融速度 的影响 图6 炭粒度大小对熔融 速度 的影 响

渣料的粒度也影响熔融速度。粒度越细，熔融速度越大（图7）〔61，这种规律对混合型 (几种原料机械混合)是正确的。但如果把混合型事先熔油，即所谓熔融型或加发热剂于混 合型中，渣料粒度大小就没有什么影响了（图8）【2]。 30 70 ●1300℃ 10 X1350℃ 5 60 △1410℃ D1450℃ 1 % 0.050.10.5 510 平均粒度茫米 40 ●--一混合型 口一一一熔融型 ■--发热型 30 图8混合型、溶融型发热 20 型保护渣粒度大小对 熔融时间的影响 10 在保护渣中添加发热剂，自然可以 提高熔融速度，并获得良好的钢锭表面 50 100 150 20 粒度网目 质量，但渣中金属与钢中氧反应，会州 图7在不同温度下，保护渣粒度大 加钢中夹杂物(2·、$)。 小与熔融速度的关系 这里还应提的问题是：①在一定熔 融温度范围内(1100一1200℃)，熔融温度与熔融速度之间没有对应关系，即不是熔融温度 低，熔融速度就快〔15)。②由于锭型大小不同，钢水热含量及钢水温度随时间的变化有很大 差别，因而也影响保护渣的熔融速度。故钢种一定，锭型不同时，对保护渣的熔融速度要求 也是不同的。 (3)熔融后均匀化程度及熔融的粘度： 保护渣熔融后的均匀化程度是指其成分是否均质，有否难熔的渣粒存在，它对钢锭或铸 坯的质量有很大的影响〔3·、82)如果保护渣的各自成份与液渣层的成份差异大，往往影响液 渣层的均匀化程度。作者作了对比试验【211，几种原料成份都近似于液渣层的(b)及几种原 料成份与液渣层差别较大的(a),在1400℃下加热，(b)试样在1分45秒后液渣层成份即均 匀化了，而()试样在2分45秒后还没有均匀化。另外，原料粒度过大（特别是高熔点的原 料)，几种原料各自粒度差别大，或助熔剂混合不匀，也会造成熔融层均匀程度差。所以要 求各种原料的粒度要相仿。还应指出在CaO-SiO,-A1zO3系保护渣中添加活量的MgO(在 5~10%),可以改善熔化时的均匀化程度(32)。 保护渣熔融后的物性（如粘度）在很大程度上决定钢锭质量的改善程度。工艺条件不同，对 此要求差别很大。一般连铸、注速快的模注、高合金钢模注，采用低粘度的保护渣，并且在 温度降低时，其值不应增加太快。通常在1300℃下，粘度为2.5~20泊之间（一般为中性 渣)。而炭钢及慢速浇注的低合金钢采用在1300℃下为500~1C00泊的酸性渣〔1)。保护渣粘 度不合适，会使渣衣厚薄不均。它与连铸坯的裂纹关系如图9。保护渣的粘度取决于化学成 份与温度。在合理基础化学成份范围内，提高CO含量，降低SiO2含量，能降低粘度〔4s)。 增加氟化钙、氧化纳成份有利于进一步降低粘度〔‘、33〕特别含有足够氧化纳的情况下，萤 石对降低粘度特别有效。这是由于单价Na+与F+离子把渣中硅酸盐网打碎成较小的碎片之 故。CaO-SiO2~A1:O3渣系的A12O3含量达到20%时，导致出现异相成份3CaOA12O3, 19

渣料 的粒 度也影 响 熔 融速 度 。 粒度越 细 , 熔 融速 度越 大 ( 图 7 ) 〔 ’ “ ] , 这 种 规律 对混 合型 ( 几种 原料 机 械混合 ) 是正 确的 。 但 如果 把混 合型 事先 熔融 , 即所 谓熔融 型 或加发 热剂 于 混 合型 中 , 渣料 粒 度大 小就 没有什 么影 响 了 ( 图8 ) r “ 吕 ] 。 门l二二厂尸「} l 一1 1 考} 口曰曰口 } 日门门门 一 臼口 门团1 考要要姿二口 洲器 二 「引 目 r~ 一杯尸 ,亡几 勺 一 T口口 八甘0 口, , 1 众 飞 宜留胜地 . 1 3 0 0 ℃ 城 1 3 5 0℃ 0 5 0 . 1 0 . 5 50钧60 翁侧浓翻软 . - 一混合型 . - 一发热型 1 5 1 0 。 平_ 均粒度 毫米 一熔徽型 、 、 口 凉泛于 、 、 ~ ~ 仪 一 ~ , 口抽. . 鑫 户 ~ . 月 j 图8 混合 型 、 熔 融型 发 热 型 保 护渣粒 度 大小对 熔融 时 间的影 响 5 0 1 劝0 1 5 0 么0 粒度 网 目 图7 在不 同温度 下 , 保 护 渣粒 度 大 小 与熔 融速 度的关 系 在 保护 渣 中添加 发热剂 , 自然可 以 提 高熔 融速 度 , 并 获得 良好 的钢锭 表 面 质 量 , 但渣 中金 属 与钢 中氧反 应 , 会增 加钢 中夹 杂物 〔 “ 。 、 “ ” 〕 。 这 里还应 提 的问 题是 : ① 在一定 熔 的加加钓 融 温度 范 围 内 ( 1 1 0 一 1 2 0 0 ℃ ) , 熔融 温度 与 熔融 速度 之间 没有对应 关系 , 即不 是 熔融 温度 低 , 熔融 速度就快 〔 ’ “ 〕 。 ② 由于锭型大小不 同 , 钢 水热 含量 及钢 水温 度随 时间 的 变化有很大 差 别 , 因而 也影 响保护 渣 的熔 融速度 。 故 钢种 一定 , 锭 型不 同时 , 对 保护 渣 的熔 融速度 要求 也是不 同的 。 ( 3) 熔 融后均 匀 化程 度及熔融 的粘 度 : 保护 渣熔 融后 的均 匀化程 度是 指其 成分是 否均 质 , 有否难 熔的 渣粒 存在 , 它 对钢 锭或铸 坯的质量 有很大 的影 响 〔 “ ` 、 “ “ 〕如 果保护 渣 的 各 自成 份与 液渣层的 成份差 异大 , 往往 影 响液 渣层 的均匀化程度 。 作者 作了对 比试 验 『2 ` ! , 几 种原料成 份都 近似 于液 渣层 的 ( b) 及几 种原 料成份 与 液渣层 差别 较 大的 ( a) , 在 1 4 0 0 ℃ 下 加热 , ( b ) 试样在 1分 45 秒 后 液 渣层 成份 即均 匀化 了 , 而 ( a) 试样在 2分 45 秒 后还没有均匀化 。 另外 , 原 料粒 度过 大 ( 特别 是高 熔 点的原 料 ) , 几种 原料 各自粒度差 另lJ大 , 或助熔剂 混 合不 匀 , 也会造成 熔融 层均 匀 程度 差 。 所 以 要 求 各种 原料 的粒度要相仿 。 还应指 出在 C a O一 5 10 2 一 A 1 2 0 。 系保护 渣 中添 加适 最的 M g O ( 在 5 ~ 10 % ) , 可 以 改善熔 化时 的均匀化 程度 〔 3 “ 〕 。 保 护 渣熔 融后 的物 性 ( 如 粘度 ) 在很 大程 度 上决定 钢锭 质 量的 改善 程度 。 工艺 条 件不 同 , 对 此要 求差 别 很大 。 一般 连 铸 、 注速 快 的模注 、 高 合金 钢模 注 , 采用 低 粘度的保护 渣 , 并 _ 「l 在 温度 降 低 时 , 其 值不 应 增 加 太快 。 通 常 在 , 3 0 0℃ 下 , 粘 度 为 2 . 5~ 20 泊之 间 ( 一 般 为中性 渣 ) 。 而炭 钢 及慢 速浇注 的低 合金 钢采用 在 1 3 0 0 ℃ 下 为5 0 ~ 1 0 0 。泊 的酸 性渣 〔 ’ 〕 。 保护 渣粘 度不 合适 , 会 使渣衣厚 薄不 均 。 它 与 连 铸 坯 的裂 纹关系 如 图 9 。 保护 演的 粘度 取决 于化 学成 份 与温度 。 在 合理 基础 化学 成份 范 围内 , 提高 C a O 含 量 , 降低 5 10 : 含量 , 能 降低 粘度 〔 ` 3 〕 。 增加 氟化钙 、 氧 化纳 成份 有利 于进 一 步降 低粘 度 〔 “ ` 、 “ “ 〕特 另」含有足 够氧 化 纳 的情 况下 , 萤 石对降低 粘 度特 别有效 。 这 是 由于单 价 N a + 与 F + 离子 把渣 中硅 酸盐 网打 碎成 较小 的碎 片之 故 。 C a O 一 51 0 : 一 A I : 0 。 渣 系的 A 1 2 0 。 含量达 到 20 % 时 , 一 导致 出现 异 相 成份 3 C a O A I : 0 3

在1530℃发生包晶转变，熔渣粘度上升【3)。 2.界面特性 在大气下或在液渣下浇注时，由于钢锭模或结晶 % 41250 器内钢一气界面与钢一渣界面特性的差别，造成弯月 。1300 面曲率半径、熔渣吸收夹杂物的可能性、渣模厚度及 ×1350 蒸10 粘模情况的不同，从而对钢锭的质量产生各种各样的 影响。 (1)界面特性对弯月面曲率半径的影响 1.0 2.0 3.0 由于界面张力的作用，钢水在锭模上升过程中， nt:泊/秒 形成向内壁突出的弯月面，其曲率半径大小与界面张 η：粘度，泊 力有关。 tt:熔融速度，秒 图9厚板坯纵裂纹同保护渣 在大气下浇注时，其凝固层的弯月面曲率半径为 物性的关系 r=5.43×102（oMs)厘米 (1) 在保护渣下浇注时为： rs=5.43×10-2〔PMws/(PMps)厘米 (2) OM/S =ON-OsCo80 (3) 式中 ·M,σs:分别为钢水和保护渣的表面张力 oM,s:为保护渣与钢水的界面张力 PM,Ps:分别为钢水和保护渣的密度 :保护渣对钢水的润湿角 假定凝固在过冷状态下进行，即1300℃左右，取σM=1407达因/厘米，P=7克/厘米3,0s= 413达因/厘米，ps=3.4克/厘米°，6=25°，代入(3)式得：σMs=1031达因/厘米，再代 入(1)、(2)式得出：r=0.71厘米，「s=0.92厘米。因此，在液渣保护浇注时凝固层弯月面 曲率半径比在大气下浇注要大。这样钢液在模内上升过程中，由于静压力作用，在弯月面向 模壁铺展时，同金属材料弯曲试验一样，曲率半径越大，在弯曲时裂纹产生可能性越小，因 此有利于改善钢锭的裂纹灵敏性。 (2)界面特性对保护渣吸收夹杂物或杂质的影响 保护渣达到充分吸收夹杂物，本身又不被卷向钢水而留在钢锭内，这取决于钢水一夹杂 物、夹杂物一炉渣、炉渣一钢水界面上界面张力大小。熔渣吸收夹杂物能力为： Ws/inc=os+oinc-as/inc (4) 夹杂物从钢水中排出的难易程度： WM/inc=oM+aine-Om/inc (5) 保护渣被卷入钢水的难易程度： WSM=OM+Os-OM/5 (6) 因此，如果满足下列条件，夹杂物就易于被保护渣吸收：·1+·s一·w/som+oine-Om/inc 式中， Os、CM、1nc:为保护渣、钢水、夹杂物的表面张力 ·Mws保护渣一一钢水的界面张力 gs11nc:保护渣一夹杂物的界面张力 OM1nc:钢水一夹杂物的界面张力 0

加100 级概斌岛 在 1 5 3 0℃发生包晶转变 , 熔渣 粘度上升 1 3 ` 】 。 2 . 界 面特性 在大气下 或在液 渣下浇注 时 , 由于 钢锭 模或结 晶 器 内钢一气界面 与钢一渣界面特 性的差 别 , 造成 弯月 面 曲率半径 、 熔 渣吸收 夹杂 物的 可能 性 、 渣 模厚 度 及 粘模情 况的不同 , 从 而对钢 锭的质量 产生 各种 各样的 影响 。 ( l) 界面特性对弯月 面曲率 半径 的影响 由于 界面 张 力的作用 , 钢水在锭模 上升 过 程 中 , 形成向内壁 突出的弯月 面 , 其 曲率半径 大小 与界面张 力有关 。 在大气下 浇注 时 , 其凝 固层 的弯月 面 曲率半径为 r = 5 . 4 s x l o 一 , ( 。 M / s ) 备厘米 在 保护 渣下 浇注 时为 : r s = 5 . 4 3 x 10一: 〔p M , 。 z ( p M一 p 。 ) 〕圣 ` 县 l ] 撇 么 1 2 5 0 0 1 3 0 Q 减 1 3 5 0 哭夭 ) 、 _ _ ” / t : 泊 /秒 , : 枯度 , 泊 · t , : 熔 融速度 , 秒 图9 厚 板坯 纵裂 纹 同保 护渣 物 性的关 系 ( 1 ) 厘米 仃材 2 5 = a F 一 a s e o s o 式 中 a M , a s : 分别 为钢水和 保护渣 的表 面张 力 u M / s : 为保护 渣 与钢水 的界 面 张力 p M , p s : 分 别为钢 水和 保护 渣的 密度 e : 保 护 渣对钢水 的润 湿角 假定凝 固 在过冷 状态 下进 行 , 即 1 3 0 0 ℃左右 , 取 a M = ( 2 ) ( 3 ) 1 4 0 7达 因 / 厘 米 , P 、 = 7克 /厘米 3 , a s 二 41 3达 因 /厘米 , p : = 3 . 4克 /厘 米 “ , 0 二 25 。 , 代入 (3 ) 式得 : 。 M , s = 1 0 31 达 因 /厘 米 , 再 代 入 ( 1 ) 、 ( 2) 式 得 出 : r = 0 . 71 厘 米 , r s = 0 . 92 厘 米 。 因此 , 在液 渣保护 浇 注 时凝 固层 弯月 面 曲率 半径 比在大 气下浇 注要大 。 这 样 钢液在 模 内上升 过 程 中 , 由于 静压 力 作用 , 在 弯月 面向 模 壁铺展 时 , 同金 属材料弯 曲试 验一 样 , 曲率半径越 大 , 在 弯曲时裂 纹产生 可 能性越 小 , 因 此 有利于改 善钢锭 的 裂纹 灵敏性 。 ( 2 ) 界 面特 性对 保护 渣吸 收夹杂 物或杂质 的影 响 保护 渣 达到充分吸 收 夹杂物 , 本 身又不 被 卷向钢 水而留在 钢锭 内 , 这 取决于钢水一夹 杂 物 、 夹杂物 一炉 渣 、 炉 渣一钢 水界 面 上界 面 张力大 小 。 熔 渣吸 收夹杂物 能力为 : W s 八 n e = a s + a l 。 。 一 a s / 1 n e ( 4 ) 夹 杂 物从钢 水 中排 出的难 易程度 : W M / 1 n e = a M + a : 。 。 一 a M / 1 n e ( 5 ) 保护 渣被卷 入钢 水的难 易程 度 : W s / M = a M + a s 一 a M z s ( 6 ) 因此 , 如 果 满足 下 列 条 件 , 夹 杂 物就 易 于 被保护 渣吸 收: 叭, + a s 一 6 M s/ a M + a : 。 。 一 a M八 n e 式 中 : a s 、 6 M 、 G : n C : 为保护 渣 、 钢水 、 夹杂 物 的表 面张 力 a M, : 保护 渣— 钢水 的界面 张 力 a s 门 。 。 : 保护 渣— 夹杂 物的界 面 张力 。 M / : 。 。 : 钢 水— 夹 杂物 的界面张 力

从保护渣吸收夹杂物的角度来看，最好选择oM/s最大，口1nc最小。在钢水成份及夹杂物 类型一定时，减少保护渣的表面张力最为有利。 根据I36~31所做旋转浸入试验，在CaO-SiO2-A1,O,系保护渣中，加入氧化物 (B,O3、NazO、TiOz、Fe2O3)或氟化物(NaF、LiF、CaF2、MgFz),研究对吸收 氧化铝夹杂物的影响（图10），其效果为：B,O,>NazO>TiO2>Fe2O3,NaF>LiF> CaF2>MgF2 X10-2 X104 米 15 12 。B016% 米1o LiF 10 e2O3 Na:O 明 B2O3 CaF: Ti0,% 赵 5 原始渣料 Mgl:4 1450℃ a 180转/分 10 2030 30 60 90 时间分一 氛化物% 图10 在CaO-SiO2-AlzO3系熔渣中加入某些氧化物 或氟化物对吸收A12O3夹杂物的影响 【3]作者还研究了碱度对A12O3夹杂物溶解的影响，指出，碱度高有利于吸收夹杂物， 并在生产中对钢板进行超声波探伤证实。 (3)渣衣厚度和粘模问题 保护渣基本参数之一是渣衣厚度。它与熔融温度、粘度、熔融速度、化学成份、渣对钢 和模壁（或结品器壁）的附着力有关。 渣友不宜过厚，过厚降低了散热，导致减少铸坯外壳的强度，不利于防止裂纹。但渣衣 较厚，并能在间隙中较长时间内处于液态或粘状，则有利于连铸时铸坯与结晶器之间的润滑 (因为粉渣消耗量（渣衣厚度）×摩擦力=常数)。保护渣与模壁（或结晶器）之间润滑性 愈好，渣衣在模壁上粉附的可能性也愈大。在CaO-SiO-A1zO,系中CaFz超过一定数值 后，会产生此种现象。而炉渣保持玻璃态，则有利于从钢锭模中剥离。 根据以上分析，浇注要求保护渣不粘附在钢锭模壁上，弯月面曲率半径大些，液渣吸收 夹杂物多些，有一定厚度的渣衣。这些要求之间有一定矛盾，从吸收夹杂物多些，提高弯月 面曲率半径，希望σM/s大些、σs小些好。而从不粘模及有一定厚度渣衣考虑，又希望σM/S 小些、σs大些为好。所以要综合起来加以考虑。 保护渣与钢水之问界而张力受渣与钢水组成的影响，对CO-SiO2-A1zO,系渣而言， 除加少量FeO、MnO时，急剧降低了界面张力外，加入CaO、A1zOs几平不影响界面张 力（图11）【3。钢水成分对界面张力影响如图12139一4】。除锰外，加入碳、硅、磷、钒、钛 等元素均降低CaO-SiO2~A12O3系熔渣与钢水之间的界面张力，而硫、氧作用更为显著。 所以从界面特性角度研究保护渣性能，希望保护渣中氧化铁、氧化锰之类含量很少才行。 3。粉体特性 一般保护渣以粉体形式使们（即使们粒状，但浇注过程受热后往往也转变为粉状）。 但粉体特性对保护渣使川性能的影响，并未引起注意，目前还没有专门文献论述。粉体本身 21

从保护 渣吸 收 夹杂 物 的角度来看 , 最好选 择 a M / s 最大 , a 卜L , 【。 。 最小 。 在钢 水成 份 及夹杂物 类型一 定时 , 减少 保护 渣 的表 面张 力最 为有利 。 根 据 〔 “ “ ~ “ 7 ]所做旋 转浸 入 试 验 , 在 C a O 一 5 1 0 2 一 A I : 0 3 系 保 护 渣 中 , 加 入 氧 化 物 ( B : O 。 、 N a Z O 、 T I O ; 、 F e : 0 3 ) 或 氟化 物 ( N a F 、 L I F 、 C a F Z 、 M g F Z ) , 研 究 对吸 收 氧 化 铝 夹 杂 物 的影 响 ( 图 1 0 ) , 其 效 果 为 : B Z O 3 ) N a Z O ) T i o : ) F e Z O 3 , N a F ) L I F ) C a F : > M g F : 。 X 1 0 一 ` 户 谷 户 又丫 . J 夕丫曰/ 创/启七 卜l|e1-|L | | n ù亡」 ō l禅 ”, 祝股胜兴国侧瑙 X t o 一 : 1 4口 八`n .R 八勺ù任盆一, 司土占, .兴似恻\ 喇遂神一 原始渣料 1 4 5 0 ℃ 1 8 0转 /分 1 0 2 0 3 0 时 faJ 分 / 斜撇% 在 C a O 一 5 10 2 一 A I : O 。 系 熔渣 中加入 某 些氧化 物 或 氟化 物对吸 收A 1 2 O 3 夹 杂 物 的影 响 - 尸一 介」J n I “ ” ] 作者 还研 究 了碱 度对 A l : 0 3 夹杂 物溶解的 影响 , 指 出 , 碱 度高 有利 于吸 收 夹杂物 , 并在生 产 中对 钢 板进 行超 声 波探伤 证 实 。 ( 3) 渣衣 厚度 和 粘 模问题 保 护 渣 垫本参 数 之一 是渣 衣厚 度 。 它 与熔 融温 度 、 粘度 、 熔 融速 度 、 化学成份 、 渣 对钢 和模 壁 ( 或结 .钻器壁 ) 的附 着力有关 。 渣 衣不 宜过 厚 , 过厚 降低 了散 热 , 导致 减少铸 坯外 壳 的强度 , 不 利 于防止 裂 纹 。 但 渣衣 较厚 , 并能在 间隙 中较 民时 间内处于液 态 或粘状 , 则有利 于 连铸时铸坯 与结 晶 器 之 间的 润滑 ( 因为粉 渣消耗 显 ( 渣 衣厚度 ) x 摩擦 力 二 常数 ) 。 保护 渣与 模壁 ( 或 结 晶器 ) 之 间润 滑性 愈好 , 渣 衣在 模 壁上 粘 附的 可 能性 也愈 大 。 在 C a O 一 5 10 一 A 1 2 O 。 系 中 C a F Z超 过一 定数值 后 , 会产 生此 种现 象 。 而炉 渣保 持玻 璃 态 , 则 有利于 从钢 锭模 中剥离 。 根据 以 上分析 , 浇注 要求 保护 渣不 粘 附在 钢锭 模 壁 _匕 弯月 面 曲率 半径 大些 , 液渣 吸 收 夹 杂物多些 , 有一定 厚 度 的渣 衣 。 这些 要求之 间有一 定矛 盾 , 从吸 收夹 杂 物 多些 , 提高 弯月 面 曲率 半径 , 希望 a M s/ 大些 、 a 。 小 些好 。 而 从不粘 模及 有一定 厚度 渣衣 考虑 , 又希望 a M / S 小些 、 a s 大些为好 。 所 以 要综 合 起来加 以考虑 。 保 护 渣与钢 水之 问界而张 力受 渣 与钢水 组 成 的影 响 , 对 C a O 一 5 1 0 : 一 A l : 0 3 系 渣而 言 , 除加少 量 F e O 、 M n O 时 , 急 剧 降低 了界面 张 力外 , 加 入 C a O 、 A l : 0 3几 乎不 影响 界面张 力 ( 图 1 1) 下“ R l 。 钢 水成 分对 界面 张 力影响如 图 12 [ 3 , 一 屯 ` 3 。 除 锰外 , 加入碳 、 硅 、 磷 、 钒 、 钦 等元素 均 降低 C a O 一 5 1 0 : 一 A I : 0 3 系熔 渣与钢 水 之 问的界面张 力 , 而硫 、 氧作 J 一 月更 为显 著 。 所 以 从界 面特 性角度 研 究保护 渣 性 能 , 希 望保 护 渣 中氧化 铁 、 氧化锰之 类 含量很 少才 行 。 3 . 粉 体特 性 一般 保护 渣 以 粉体形 式 使 川 ( 即使 用 粒状 , 但 浇 注过 程受热 后 往往 也转 变 为粉状 ) 。 但粉体特性 对保护 渣使 川性 能 的影 响 , 并未 引起 注意 , 目前还 没有专 门文 献论 述 。 粉 体本身

具有既不同于固体，也不同于气体或液体的运动规律。 构成粉体特性的因素有：粒子大小、粒子间的相互作 1200 用力、粒子充填状态、粒子的表面能等。粒子大小是粉 1000 体最基本的特性：。 800 (1)粉体特性对熔融温度的影响 600 假定固体粒状保护渣在熔点T温度下有1克保护渣 400 Feo 熔化时，考虑忽略表面能变化，其熔融功即该系统自由 200 010203040506070 能变化（即固体与溶液自由能之差）为： 蓉加量（重景%） Fs:-FIT=P(Vi-Vs) (7) 式中： Fs、Fr为周体，溶液的自由能，P为压力 图11 钢液与CaO-Si2O-A120s 系熔渣界面张力与熔渣成分 Vs、V,为固体与溶液的体积 的关系 米 米1200 1200 1000 没 800 800 m 1200 HSAKAO- 600 600 函 1000 斗POPEL 400 400 800 200 20406080100 600 200 添加量（重量%） 400 200 01 23 0 0.04 0.060.120,16 (%S〕 (%0) 图12钢液与CaO-SiO2~A1,O3系渣的界面张力与钢中元素含量的关系 如果考虑dm克粉体保护渣转为液体时表面积变化， 假定粒子为球形，其半径为「，则： d m (Fs:-FsT)+ads=p(Vi-Vs)dm (8) 式中：口为保护渣表面张力，d为粉渣的比重。那么液渣量变化为： dm=4πr2 x drxd 粉渣的表面积减少为： ds=8rdr 代入方程式(8)则： 4rr2×dr×d(Fs:-Fir)+o8rrar=p(Vi-Vs)4πr2×drxd (Fs-FIT)rd=p(V:-Vs)rd-20 (9) 假定由于粒度大小变化引起熔融温度变化，那么自由能对温度的偏微分为： （6)-红 at T rs,=+-m(o5) () 22

具有既不同于 固体 , 也不同 于气体或液 体 的运动规 律 。 构 成粉 体 特 性的 因素有 : 粒子 大小 、 粒 子 间 的相互 作 用 力 、 粒子 充填状 态 、 粒 子的 表面 能等 。 粒 子大 小是 粉 体最 基 本的特 性 。 ( l) 粉 体特 性 对熔融 温度 的影 响 假定 固 体 粒状保 护 渣在 熔点 T 温 度 下 有1克 保护 渣 熔 化时 , 考虑 忽略表面 能 变化 , 其熔 融功 即该 系统 自由 能变 化 ( 即 固体与溶液 自由能 之差 ) 为 : F s t 一 F f 丁 = P ( V , 一 V s ) ( 7 ) 式 中 : F 、 . 、 F , : 为固 体 , 溶液 的 自由能 , P 为压 力 V s 、 v ` 为 固体 与溶液 的体积 鞋 喀 、 云 今. . .习` `叮江匕蒸 } }卜} 胭l ! 1} } } 卫5 ` 人 浏! 。 。 } _ 」\ 叹 月. . . .抽 一 魔 口` - - . 钱州〕 , 、 、 、 电 卜. 心 . ! . 一目 .l l. 叮 l l 万〕 添加皿(重址% ) 图1 1 钢 液与C a ( ) - 5 1 : O一 A 1 2 O : 系熔 渣界 面 张 力与熔 渣成 分 的关 系 兴 翅1 2 00 皿 1 0 0 0 泪 名0 0 l 」} l }} l 军 . ` . ~ . . l L 卫 。 . 阅~ . . . . . 呱卜从 \ 叫k功 、 j荞 叹权哭 汗 兴 1 30 0 粤: : 。。 典10 。 喇 貂鹦时瀚 珠长米阿 2060804 殊叔米值 Z Q 4 0 6 0 8 0 I O U 添加t ( 重里% ) 、一 、L \ 巨 .“n甘汽U 钾兴似妹 即406 2 3 4 5 〔% S 〕 } } 口门怪如扫 -口 二P O P E L 刃曰口旧 一 1 ! U — 址 _ 尸 . , 口口园口 } 口圈口图园口口口 口口口日〔 二〕}, , 户三习仁〕 l 节厂 ~ 泣〕 「 门 口口巨口口口口口 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 1么 0 . 16 (% 0 〕 图 12 钢 液 与 C a O 一 5 1 0 : 一 A 1 2 0 3 系渣 的界面 张 力 与钢 中元素含 量 的关系 如 果考虑 d m 克粉 体保护 渣 转 为液 体时 表面 积变 化 , 假定粒 子为球 形 , 其半径 为 r , 则 : d m ( F s : 一 F s : ) + a d s 二 p ( V , 一 V s ) d m ( s ) 式 中 : o 为保 护 渣表 面张 力 , d 为粉 渣 的比 重 。 那 么液渣 量变 化 为 : d m = 4 兀 r 2 x d r x d 粉 渣 的表 面积 减少为 : d s = 8 兀 r d r 币七入 方程式 ( 8 ) 则 : 续兀 r 2 x d r x d ( F s : 一 F i T ) + 仃 s 兀 r a r = p ( V ; 一 V s ) 4 兀 r 2 x d r x d 或 ( F s : 一 F ; 丁 ) r d = p ( V , 一 V s ) r d 一 Z a ( 9 ) 假定 由于粒度 大 小变 化 引起熔 融温 度 变化 , 那 么 自由 能对 温度 的偏微 分 为 : ( 。佘 一 ) T 二 气宁 二 F S ! 二 F S 二 `卜 T , ( a氛 s 一 ) T ( 口氢 ` ) 。 二 上号冲 一

Fi=FsT+(t-T)ot 将Fs:与F:代入方程式(9)得： 〔(s:-F:)+(t-T) a(Fs-F) at rd=P(V:-vs)rd-20 (10) T 将式(10)两边除r、d,并将(7)式对应值代入方程式(10)，移项后得： (t-T) 0(Fs-F =-2 rd T 从热力学第一定律可知，熔融时能的变化是熔融潜热Q熔融，如保护渣分子量为M,则 对1克物质： [cF. a(Fs-F) Q埯腋 MT 那么《-T0）譬-阳 Q熔雕一 rd 因此颗粒半径变化引起熔点降低△T为： AT= 2oMT rdQ培融 (（11) 所以保护渣的熔融温度变化与粒子半径、渣粒比重、熔融潜热Q熔融成反比，与友面张力、 分子量成正比。实验也证实了保护渣粒子愈小，熔融温度就愈低如图131」。 (2)对熔融速度的影响 1240 保护渣熔融时，其熔融速度与一定体积 2 内不同粒子之间接触点数成正比。假定保护 1225 渣仅由两种原料A、B组成，相应的粒子数 袋110 量为NA、N,半径为rA、rB,密度为PA· PB,及A粒子周围的B粒子总数目为nB, 1195 两粒子混合比为（重量比），那么 1180F Nefaf (12) 0 306090120150180 如果B粒子周围接触A粒子数目为n·,那么 平均网目%目/时 nA=nPaf/(1+af) (13) 图13保护渣颗粒大小对控融温度的影响 所以在一定体积内某粒子附近接触另外粒子的数目与半径立方成正比。而熔融速度与粒子间 的接触点数成正比。故粒度大小对熔融速度有很大影响。从另一角度也可以证实此现象，假定 保护渣粒的平均半径为，此时体积为V,=冬r,如果悠化沿着球体表面向里进行，那么 在某一时间还有体积V:=号x(:-Y)'未被熔化，显然熔融部分的体积为V=V,-V, 所以 V,-=100 V (14) 23

, ; , t = F s T + 。卜 T ) ( 。从 ` ) _ 1 将 F : 。 与 F , 。 代入 方程 式 ( 9 )得 : T 、、 l 了 . 〔 `’ 早 5 ` 一 F 「 1 , · ` , 一 T , ( a ( F s 一 F f ) a t r d 二 P ( V , 一 v s ) r d 一 Z a ( 10 ) 将式 ( 10 ) 两 边除 r 、 d , 并将 ( 7) 式 对应 值 代入方 程式 ( 10 ) , 移项 后得 : ( t 一 T ) } ~ 匹乓月鱼 飞 = 一织 ! 口〔 l 中 f o 匕 口 i 从热 力学 第 一 定 律可 知 , 熔 融时 能 的变化 是 熔 融潜热 Q熔融 , 如保 护 渣分 子 量为 M , 则 对 1克物质 : a ( F s 一 F r ) a t Q 熔融 M T T 勺! .1 月1 [ 那 么 ( t 一 ’ r ) Q 熔融 M ` r 一 妙r d 因此 颗 粒半径 变化 引起 熔点 降低 △ T 为 : 八 T Z a M T 一 r d Q熔融 ( 1 1 ) 所 以 保护 渣 的熔 融 温 度变 化与粒 子 半径 、 渣 粒 比 重 、 熔 融 潜热 Q熔触成 反 比 , 与 表面张 力 、 分 子量成 正 比 。 实验 也证 实了保护 渣粒 子愈 小 , 熔 融 温度 就愈 低如 图 131 ’ “ } 。 ( 2 ) 对 熔 融速度 的影 响 保护 渣 熔 融时 , 其 熔融 速度 与一 定体积 内不 同粒 子之 间接触 点 数成 正 比 。 假 定 保护 渣仅由两 种原 料 A 、 B 组成 , 相 应 的粒 子数 t 为N 、 、 N 。 , 半径 为 r , 、 r B , 密度 为 p ^ · p 。 , 及 A 粒 子周 围 的 B粒子 总数目为 n ” , 两粒子混 合 比为 f( 重量 比 ) , 那 么 1 2 40 p 蛋 ` , , “ 簇 : : : 。 1 1幼5 1 1 3 0 苏生 = 一 货名 旦 f = a f ( 12 ) 土 、 B I A 尸 A 如 果 B粒子周 围接 触 A 粒 子数 目为 n ` , 那么 n ` = n ” a f / ( 1 + a f ) ( 1 3 ) 图1 3 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 平均网目写 目/时 保 护渣颗粒 大小对 熔 融 温 度 的 影响 所 以 在一 定体积 内某粒 子 附近 接触 另外粒子 的数 目与半径 立 方成正 比 。 而 熔 融速度 与粒 子间 的接触 点 数成 正 比 。 故 粒 度大 小对 熔融 速度 有很 大影 响 。 从 另一 角度 也可以 证 实此 现 象 , 假定 _ . _ , _ , 、 . _ , … , _ _ 二 _ … _ 、 . _ 。 4 . , _ . 、 二 、 _ 、 _ 二 _ _ _ _ _ . _ _ _ _ ` 保护 渣粒 的平均 半径为 r , 此时 体积 为v : = 污 一 兀 r 3 , 如果 熔化沿 着球 体 表面 向 里进 行 , 那 么 在某一 时 间 还有 体积 V : 二 所 以 4 、 , 、 。 , 、山 . 、 , . _ . , . 、 _ . ~ _ 二 , , , , _ 、 , , 丁一 兀 (r 一 Y ) “ 禾做 烙化 , 显 然 烙 触 邵分 时体 积 为 V = V , 一 V Z , J X ù 0 一 V 1 一 V : V : ( 1 4 )

式中X%即表示熔渣重量百分数。把上述V2V,关系式代入(14)式得： Y-(1-100） (15) 根据 Y=√2DCot (16) 式中 Y:熔融时反应层厚度。D:扩散系数，C0:保护渣某粒子与另一粒子发生熔融时 的表面浓度，则 (15)与(16)式相等，则： 100-X2DCot=Kt (1-1900) 2DCo =K (17) r2 熔融常数K与2成反比，即粒度愈小，熔融速度就愈快。图7是成份相同四组不同温度 的保护渣，其熔融速度随粒度变化的情况。 (3)对保温性能的影响 保护渣粉体是由渣料固体颗粒与气相组成，因此传热状况受渣料导热系数、温度、渣料 K 之间的接触状态、气相性质及气、固相比率及分布的影响，按Ro11r经验公式：e=r”, (式中：e为气孔率%，r为粒子半径)，即在临界半径(10-304)以内时，K、n均为常数， 所以保护渣渣料粒度愈小，气孔率愈高。若e=70%,根据Ridgway-Tabnk公式，4z】 e=1.072-0.1198Kp+0.00431K,(式中：Kp为一个质点与邻近质点的接触点数)， 可求出Kp=3.5,即一个质点与邻近质点的接触点数仅3.5。从固体渣料传热来看，由于接 触面积很少，它对保护渣保温性能影响很少。这种多孔物质的传热与气孔率及气孔大小关系 很大，…气孔率愈大，保温性能愈好，·在一定气孔率下，气孔直径愈小，由于在一定厚度条件 下，固体被气孔隔开层数就愈多，那么辐射传热率就愈低，保温性能就愈好。而气孔大小除 本身结构原因外，主要受渣料粒度影响。渣料粒度愈小，保温性能愈好。 氵(4)对铺展性影响 在浇注时，~保护渣能否自动铺展开，·不仅对钢锭表面形成夹渣有直接影响，也会影响保 护渣的其它作用的发挥。 保护渣的铺展性主要取决于粒子的粒度与粒子间相互作用力。粒度大铺展性好，而粒子 间作用力愈大，铺展性变坏，在保护渣一般粒度条件下，粒子间作用力主要受摩擦力的影响。 在有水份存在时，超过一定数量（如1%以上）也会严重受气膜附着力的影响。除此之外， 提高保护渣中含炭量或加入气体发生剂对改善铺展性有好处。 从以上分析可知，粒度愈小，有利于降低保护渣熔融温度，提高熔融速度及保温性能， 却不利于铺展性，而且会使粉尘数量增加。 三、保护渣配方设计的模式图及分析 通过以上分析可知，保护渣配方有规可循，我们归纳成如图14所示的模式图。 1.根据相图、经验及工艺条件的要求，确定合理基础化学成份。目前对连铸保护渣， 其基础化学成份大致为S,=0,85-1.0,如图14。而模铸由于锭型大小、钢种差别、以 24

式 中X % 即 表示 熔渣 重 量 百分数 。 把 上述 V : V : 关系式 代入 ( 1 4) 式 得 : Y 一 ( 卜 丫 1 0 0 一 X 1 0 0 ) ( 1 5 ) 根据 式 中 Y : 的 表面 浓度 , Y = 训 ZD C d 无 熔 融时 反应 层厚 度 。 D : 扩 散 系数 ; C o : 则 ( 16 ) 保护 渣某 粒子 与另一 粒子发生 熔融 时 ( 巧 ) 与 ( 1 6 ) 式`目等 , 则 : ( Z D C o r 2 1 一 到匡西三二、 “ 二 丝些生 = K t V 1 0 0 / r : = K ( 1 7 ) 熔 融常数 K 与 r “ 成反 比 , 即 粒度 愈 小 , 熔融 速度 就愈 快 。 图 7 是成份相 同 四 组不 同温度 的 保护 渣 , 其熔 融速 度随粒 度变 化 的情况 。 ( 3 ) 对 保 温性能 的影 响 保护 渣 粉体是 由渣料 固体颗 粒与 气相组 成 , 因此 传热 状况 受渣料 导热 系数 、 之 间的接 触状 态 、 气相 性质 及 气 、 固相 比率 及分布的影 响 , 按 R ol l e r 经验公 式 : 温 度 、 渣 料 K “ = 万石 ( 式 中 : 。 为气孔 率% , r 为粒子半径 ) , 即在临 界半径 ( 10 一 30 件 ) 以 内时 , K 、 n 均 为常数 , 所 以 保 护 渣 渣 料粒 度愈 小 , 气孔 率愈 高 。 若 。 = 70 % , 根 据 R i d g w a y 一 T a b n k 公式 , 14 “ 〕 。 = 1 . 0 7 2 一 o . l z g s K p + o . o o 4 3 l K 若 , ( 式 中 : K p 为一 个质 点 与邻近 质点 的接 触点数) , 可求 出 K p = 3 . 5 , 即 一个质点与 邻近 质 点 的接 触 点数仅 3 . 5 。 从 固体 渣料传热来 看 , 由于接 触面 积很 少 , 它对 保护 渣保 温性能 影 响很 少 。 这 种多孔 物质 的传热 与 气孔率 及气孔 大小 关系 很大 ,~ 气 孔率愈大 厂保温性能愈好 , 在一定 气孔 率下 , 气孔 直径愈 小 , 由于在 一定 厚度条件 下 , 固体被气孔隔开 层数 就愈多 , 那 么辐射 传热率就 愈 低 , 保 温性 能就愈好 。 而 气孔大 小除 本身结构原 因外 , 主 要 受渣料粒度 影 响 。 渣 料 粒度愈 小 , 保 温性能愈 好 。 (4 ) 对铺展 性影响 在浇庄则二, 一 保护 渣 能否 自动铺 展开厂不 仅 对钢 锭表 面形 成夹渣 有直 接影 响 , 也会影 响保 护 渣 的其 它作 用的发挥 。 保护 渣的铺展 性 主要取 决 于粒子 的粒 度与 粒子 间相互 作用力 。 粒度 大铺展性 好 , 而粒子 间作用 力愈大 、 铺展 性变坏 , 在 保护 渣一般 拉度 条件下 , 粒 子间作用力主要受 摩擦力的影响 。 在有水份存在 时 , 超 过一 定数 量 ( 如 l % 以 上 ) 也会严 重 受 气膜 附 着力 的影 响 。 除此 之外 , 提高保护 渣中 含炭量 或加 入气体发生剂对 改善铺展 性有好 处 。 从 以 上 分析可 知 , 粒度愈 小 , 有利 于 降低保 护渣 熔融 温度 , 提高 熔融 速度 及保 温性能 , 却不 利于铺展 性 , 而且 会使 粉尘 数 量增加 。 三 、 保 护渣配 方 设 计 的模式 图及 分 析 通 过 以 上分 析可 知 , 保护 渣 配方有规可循 , 我们归 纳成 如图 14 所 示 的模 式图 。 1 . 根据相 图 、 经验 及工 艺 条件的要 求 , 确定 合理 基础 化学成 份 。 目前 对连铸 保护 渣 , 其基础 化学 成份 大致 为 C a O 5 1 0 : = 0 . 85 一 1 . 0 , 如 图 14 。 而 模铸 由于 锭型大小 、 钢种 差 别 、 以