D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1982.01.016 北京铜铁学院学报 1982年第4期 我国保护渣研制的若干问题 炼钢教研室金山同韩郁文王辄宗 西安治金建筑学院囊守谦 摘 要 本文讨论了我国保护渣研究的各阶段的特点，和当前保护渣技术停滞不前的原 因。进而就保护渣的成分设计、原料选摔及组合格式、保护渣离散及铺展性、保护 渣增炭等问题，提出了提高保护渣水平的一些意见。 在注锭过程中使用固体粉状保护渣在我国已有近20年的历史，与国际上比较（国际上是 50年代末期提出并开始使用的，当时称Po wder Casting法)我国此项技术起步并不晚， 也进行了大量渣系的试验，取得一些成绩，但目前存在技术停滞不前的状况。本文从分析保 护渣的研究现状出发，讨论当前保护渣研究中存在的问题及进一步提高保护渣配制水平的一 些想法。 一、我国保护渣发展的几个阶段及其特点 我国保护渣的发展大致经过下面几个阶段： 1.初始阶段。六十年代初，我国开始用粉状保护渣代替传统的焦油涂模或木框保护的浇 注方法，这种粉状保护渣（通常为石墨矿粉）是用天然单一矿物原料制备而成，在浇注过程 中渣粉始终保持固体粉状，一般不存在液渣，浇后钢锭表面光滑程度有时较好，有时却有大 量凸凹不平的渣坑或其它表面缺陷，但开坯后钢坯表面质量往往优于用焦油涂模或木框保护 浇注时的情况，如表1，可见效果比较显著，但废品率仍很高〔1〕。 表1 试 验 良锭量， 废 品 量， 吨 废品总量， 废品率 浇注方法 锭 数 吨 裂纹 拉裂 夹杂 吨 % 木框浇注 30 424.2 146.75 146.75 34.56 炭黑浇注 32 418.8 17.778 ÷23.774 84.345 71.907 17.18 *吴元增、李秀斐等同志参加了其中部分实验。 152
北 京 钢 铁 学 院 学 报 年第 期 我国保护渣研制的若干问题 炼 钢 教 研 室 金 山 同 韩郁 文 王 抓宗 西 安冶金建筑学院 衰守赚 摘 要 本文讨论 了我 国保 护渣研 究 的各 阶段 的特点 ， 和 当前保 护渣技术 停 滞不 前 的原 因 。 进 而 就保 护渣 的成 分 设计 、 原 料选择及 组 合格 式 、 保 护渣 离散及 铺展 性 、 保 护 渣 增炭等问题 ， 提 出 了提 高保 护渣水平 的一 些 意见 。 在注锭过程 中使 用 固体粉状保护 渣在 我 国 已有近 年的历史 ， 与 国际 上 比较 国际 上是 年代末期 提 出并开 始使 用 的 ， 当时 称 法 我国此项技 术起步 并不晚 ， 也进行 了大量 渣系的试 验 ， 取得一些成绩 ， 但 目前存在技 术停滞 不前的状 况 。 本文 从分析保 护渣 的研究 现状 出发 ， 讨 论 当前保护渣研究 中存在 的问 题 及进 一 步提高保护 渣 配 制水平的一 些想法 。 一 、 我 国保 护渣 发 展的 几 个阶段 及 其 特点 我国保护 渣的发展 大致经 过下面几个阶段 初始阶段 。 六 十年代初 ， 我 国开 始用粉状保护渣 代替传统 的焦 油 涂模 或木框保护 的浇 注 方法 ， 这 种粉状保护 渣 通 常为石 墨矿粉 是 用天然单一矿 物原 料制备而成 ， 在浇注 过程 中渣粉 始终保待固体粉状 ， 一 般不存在液渣 ， 浇后 钢锭 表面光滑程 度有时较好 ， 有时 却有大 最 凸 凹 不平 的 渣坑 或其它表 面 缺 陷 ， 但开坯后 钢坯表 面质量 往 往 优于 用焦油涂模 或木框保护 浇注 时 的情 况 ， 如 表 ， 可见效果 比较显著 ， 但废 品率仍 很高 〔 〕 。 表 废 品 率 浇注方法 木框浇注 炭黑 浇 注 兰…步笠…军 一 一 ‘牲 一 吧 卜， 一 …“ 竺 一 ‘ · ‘ · “ · 了 · ” …，弊， · ”件 补 吴 元 增 、 李秀 哭 等同 志参加 了其 中部分 实 脸 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1982．04．016
2.人工合成保护渣阶段。当时受液渣保护浇注及初始阶段含碳粉渣所取得结果的启发， 故在：含碳的天然矿物原料基础上，加入调整剂，人工合成在浇注过程依靠钢水温度能自熔的 粉状保护渣。即所谓石墨渣保护浇注。这时钢锭质量又得到进一步改善，如表21！。但当 时要使粉渣在浇注过程熔化却是一件很困难的事。为了在浇注过程有液渣存在，主要措施是 在某一原料基础上加入大量的调整剂（如萤石、苏打、水玻璃等)，从技术上讲，主要在调 整剂的数量、种类上下功夫，并逐步形成这样一个概念，认为熔点愈低，在模内熔化速度就 愈快，保护渣的质量就愈好。所以当时注意力是在追求低熔点的配方，并以熔点高低来决定 保护渣好坏。 表2 钢锭合格率 名 浇 注合 格串 炉 数 钢锭合格串% 备 注 木框浇注 359 97.9 1962年 大冶钢厂 石墨渣保护浇注 295 99.38 甭庆钢铁公司 木框 浇注 1963年 二、三季度 97.63 平炉二车间 石墨渣保护浇注 1964年 99.63 钢坯质 量 厂名 浇 注方法 检查件数 组织良好 有缺陷但合格 不合格 重庆钢铁 木框浇注(1963年上半年) 490 44.2 35.8 20 公司平炉 二车间 石墨渣浇注(1963年四季度) 152 71.3 26.3 2.4 大冶 油 煮木框 29 89.96 石 墨 524 99.5 钢厂 石 墨 渣 24 100 此阶段也曾进行种多基础渣料的组合研究，效果不甚显著。 经过一段时间的摸索，产生出效果较好的具有代表性配方一“721”，其配方及性能 如表3。 表3 配 比 熔速 粒 度 化学成分 熔点℃ (1350℃) 原料名称重量百分比 分一秒 石墨粉 70 ≤100目 周定炭36~38、挥发物≤4.5、 灰分50~60、S≤0.1、水分≤0.1 1168 水玻璃粉 10 ≤1mm Na2O22~28、Si0z54~71、 57"~1′20" A1203≤1模数2一3 ~1218 20 ≤1mm CaF2≥75、SiO2≤15、 萤石粉 Ca0≤1、S≤0.01 153
人工 合成保护 渣阶段 。 当时受液渣保护 浇注 及初始阶段 含碳粉渣所取得结果 的启发 ， 故在 含碳 的天 然矿 物原料基础 上 ， 加 入 调 整剂 ， 人工 合成在浇 注过程依靠钢水温度能 自熔 的 粉状 保护 渣 。 即所 谓石墨 渣保护 浇 注 。 这时钢 锭质量 又得 到进 一 步 改善 ， 如表 ’ 。 但 当 时要使 粉渣在浇注 过程 熔 化却是 一件很 困难 的事 。 为 了在浇注 过程有液渣存在 ， 主 要措施是 在某一原 料基础 上加入 大量 的调 整剂 如萤石 、 苏打 、 水玻璃等 ， 从技术上讲 ， 主要 在调 整剂 的数量 、 种 类上下功夫 ， 并逐 步形成这样一个概念 ， 认为熔点愈低 ， 在模 内熔 化速度就 愈快 ， 保护 渣 的质量 就愈好 。 所 以 当时注意力是在追求低 熔点 的配方 ， 并 以熔点高低来决定 保护演好坏 。 表 钢 锭 合 格 率 厂 名 浇 注 合 格 率 … 木 框 浇 注 大 冶 钢 厂 … － 」石墨 渣保护 浇 注 炉 数 … 钢 锭 合 格 率 …备 注 重庆钢 铁公司 平炉二车间 木 框 浇 注 石墨渣保护 浇注 …一纂一卜六翼暑一 ’卫 终 … 二卫一 芫馨 季· 钢 坯 质 量 …一器 一 厂 名 浇 注 方 法 检查件数 组织良好 有缺陷但 合格 不合格 重庆钢铁 公司 平炉 二车间 木框 浇注 年上半年 石 墨 渣 浇注 年四季度 大 冶 钢 厂 此 阶段 也 曾进行种 多基础 渣 料的组 合研究 ， 效果 不甚显著 。 ‘ 经 过一段 时 间 的摸 索 ， 产生 出效果 较好 的具有代表性配 方－ “ ， ， 其 配 方 及性能 如 表 。 表 配 。匕 …熔 逮 一 万 。 粒 度 于匕 学 成 分 熔点 ℃ ℃ 原 料各 称 …重量 百 分 比 …分一秒 赢 … 不弓…腐要律粼愁孰一 水 萤 玻 石 璃 粉 粉 … ’ 。 ’ 《 《 《 、 模 数 一 、 酥一扩 ， 刃 》 、 、 《 、 《
“721”保护渣在全国很快推广，对大锭小锭，普钢或合金钢都有一定适应性，钢锭表 面质量也有很大改善，这说明此配方具有一定科学性。如液渣存在能有效地改善钢锭的表面 质置，保护渣中有较高含炭量，因此带来诸如铺展较好、保护渣不易烧结及粘模、模内易形 成还原气氛、具有一定熔化速度等好处。但在推广和使用过程中，遇到的共同问题是因保护 渣中含碳量高，带来钢锭不同部位的增碳，影响钢材质量，此外，性能也不稳定。这说朗我 们对渣的性能规律还没有完全掌握，特别是钢锭底部质量一直存在比较严重的问题，钢锭底部 缺陷往往占整个钢锭缺陷的60~85%，见表4【」。 表4 渣 合 计 头 中 尾 修磨量 平均 修 占总修 平均 修 占总修 平均 修 占总修 平均 系 数 (以170mm2 每支 每支 磨量%修磨量 每支 磨量%修磨量 每支 为一掌面计) 修磨量 量 量 量 磨量% 修磨量 721 27 56.9 2.11 4.7 8.3 0.17 7 0.15 48.2 84.7 1.79 811 26 98.7 3.80 17.818.1 0.69 18.4 18.6 0.71 62.5 63.3 2.40 8020 25 71.1 2.84 13.7 19.3 0.5516.3 22.9 0.65 41.1 57.8 1.64 为了改变这种状态，提高保护渣配制水平，虽然进行了多种原料或调整剂排列组合，试 验了异常多的保护渣的品种，但效果不大，究其原因，有以下几点： (1)在保护渣配制上，追求低熔点配方所采取的办法是加入过量的熔点调整剂， 如“721”保护渣中该数量达30%，其结果虽能得到液渣以及由此带来的好处，但也不可避 免带来一系列隐患，如粘模、烧结层过厚，铺展性不理想、污染环境等。这些隐患在一定条 件下（特别是在保护渣中炭降下来时）要暴露出来。所以正确的方法是在调整好基础渣的前提 下，加适置的调整剂。而且对含石墨矿粉为基础渣料的保护渣，要调整到合适的熔融特性， 用低熔点调整剂能达到，用其它碱性氧化物也可以达到。后者还可以避免上述很多缺点，从 图1可见，石灰或高炉水渣去代替萤石，在较大配比范围内变动均能得到熔融特性更好的保 护渣，故认为只有加入低熔点调整剂能得到较好熔融特性的概念是不完全的，盲目加入过量 调整剂是不合理的。 (2)目前广泛使用的“721”保护渣，上述弊病有时并不严重的反映出来，这是由于保 护渣含有较高的炭。炭在保护渣中的作用表现在：调整熔化速度，改善铺展性，减少烧结倾 向，因而，可减少形成钢锭表面夹渣的可能性，减少粘膜的可能性，在模内形成还原气氛， 即使钢锭模表面有氧化铁皮存在，渣中有二氧化碳气体或氧化铁存在，均可被还原，有利于 防止二次氧化及钢锭皮下气泡或夹杂的产生。可见炭能抑制过量调整剂带来的某些不利因 素，所以前一段配制保护渣一般均含炭20%以上。但高炭带来钢锭各部位不同程度的增炭，降 低保护渣中含炭量已势在必行。可是，如果不了解炭在保护渣中的作用，找不到代替炭的作 用的措施，必然在含炭量降下来后，除增炭问题解决外，其它有关性能都遭到削弱，加上保 护渣基础渣设计不合理，调整剂加入量过大，势必加剧这种矛盾。处理好这种矛盾实际上是 解决上阶段保护渣技术停滞不前的关键所在， (3)长期以来对保护渣性能与钢锭质量之间的关系认识不清楚。配制保护渣带有一 154
勺 ” 保 护 渣在全 国很快推广 ， 对大锭 小锭 ， 普钢 或合金钢都有一定适 应 性 ， 钢锭表 面质最 也有很大 改善 ， 这说 明此 配方具有一定科学 性 。 如液渣存在能有效地改善钢锭 的表面 质 ， 保护 渣 中有较高含炭量 ， 因此带来诸如铺展较好 、 保护渣 不 易烧结及粘模 、 模 内易形 成还原气氛 、 具有一定熔 化速度等好处 。 但在推广 和 使用 过程 中 ， 遇到的共 同问题是 因保护 渣 中含碳盘 高 ， 带来钢锭 不同部位 的增碳 ， 影响钢材质量 ， 此外 ， 性能也 不稳定 。 这说 明我 们对渣的 性能规律还没 有完 全掌握 ， 特别是钢锭底部质量 一直存在 比较严 重 的问题 ， 钢锭底部 缺陷往往 占整个钢锭缺 陷的 一 ， 见 表 ’ 。 表 · … 一 龙 蘑 一 箭、 … 、 一 执 一 … 一 、 、 抓训面悬丽 杏 二生件 竺 簿…一墨竺生 里鲜 阵竺 道…圳 退 卫 塑一 … 矍 生到 遏 州 …巡一州 浑 翌旦 辈…燮赞…竺二黛阵竺 全上典 一 些二 共望生巨了里 竺阵竺黔些到卫州掣兰拜巴 型竺竺丑一些 “ · ” ‘ · ‘ ” · “ … ” · ‘ “ · “ “ · … “ 性竺生巴竺 为 了改变这种状态 ， 提高保护 渣 配制水平 ， 虽然进行 了多种原料或调 整剂排列 组合 ， 试 验 了异 常多的保护渣 的品种 ， 但效果 不大 ， 究 其原 因 ， 有以 下几 点 在保 护渣 配制 上 ， 追求低 熔点 配方所采取 的办法是 加入 过 量 的 熔 点 调 整 剂 ， 如 “ 户 保 护 渣 中该数量 达 ， 其 结果 虽能得 到液渣 以 及 由此 带来 的好 处 ， 但 也 不可 避 免带来一系列 隐患 ， 如粘模 、 烧 结层 过厚 ， 铺展 性不理想 、 污 染 环境等 。 这 些 隐患 在一定 条 件下 特别是在保护 渣 中炭降下来 时 要暴露 出来 。 所 以 正 确的方法是 在调 整好 基础 渣 的前提 下 ， 加适盆 的调 整 剂 。 而且对 含石墨 矿粉为基础 渣 料的保护 渣 ， 要调 整到合适 的熔融 特性 ， 用低熔点调 整剂能 达到 ， 用 其它碱性氧 化物也可 以达到 。 后 者还 可 以 避免 上述很多缺点 ， 从 图 可见 ， 石灰 或高炉水渣去代替萤石 ， 在较大 配 比范围 内变动 均能得 到熔融特性更好 的保 护渣 ， 故认为只 有加入 低熔点 调 整 剂能得 到 较好熔融 特性 的概 念是 不完全 的 ， 盲 目加入 过量 调 整剂是 不合理 的 。 目前广泛使用 的 “ ” 保护 渣 ， 上述弊病有时 并不严 重 的反映出来 ， 这是 由于保 护渣 含有较高的炭 。 炭在 保护渣 中的作 用 表现在 调 整熔 化速度， 改善铺展 性， 减少烧结倾 向 ， 因而 ， 可减少形成钢锭表面 夹渣 的可能 性， 减 少 粘膜 的可能性， 在模 内形成还原气氛 ， 即使钢 锭模表面 有氧 化铁皮存在 ， 渣 中有二氧 化碳气体 或氧 化铁存在 ， 均可被 还原 ， 有利于 防止二次氧 化及钢 锭皮 下气泡 或夹 杂 的产生 。 可见炭 能抑 制 过量 调 整剂 带 来 的 某些不利 因 素 ， 所 以前一段 配制 保 护渣 一 般均含炭 以 上 。 但高炭带来 钢 锭各部位 不 同程度 的增 炭 ， 降 低保 护渣 中含炭量 巳势在必 行 。 可是 ， 如果 不 了解炭在保护渣 中的作 用 ， 找 不到代替 炭的作 用 的措施 ， 必然 在 含炭 量降下来后 ， 除增 炭问题解决外 ， 其它 有关 性能都 遭 到 削弱 ， 加 上保 护渣 基础渣 设计不合 理 ， 调 整 剂加入量过大 ， 势必 加剧这 种矛盾 。 处理好这种矛盾实际 上是 解决 上阶段保护渣技 术停滞 不前的关键所在 ， 长期 以来 对保护渣性能 与钢锭质量之 间的关 系认识 不清楚 。 配制保护渣带有一
定盲目性，判断保护渣好坏的标准也不甚科学，通常是凭眼睛观察钢锭表面的光滑程度，来 衡量保护渣的好坏。其实，钢锭表面在一定允许几何形状下，其质量主要取决于表面或皮下 纯净度，应该由开坯后钢还表面质量不能用钢锭表面光滑程度去衡盘。用8020渣浇注钢锭底 部表面光滑程度远远优于用“721”保护渣的钢锭，但两者底部平均修磨量（见表4)几乎 一样。因此用钢锭表面光滑程度这个不正确的概念来衡量保护渣好坏，势必把一部分很好的 保护渣人为地淘汰，反回来给认识保护渣的规律带来思想上的混乱。 1400rX 1300 装 1200 1100 。精毛石曼矿粉一高炉水渣 。穗校石量矿静一石灰 %“721”保护渣 20 30 40 Ca0% 。穗枚石量矿粉一石灰 ☑“721#保护渣 120 80 60 40 10 公 30 40 50 Ca0%· 图】以含石墨矿粉为基础加入碱性氧化物后熔融特性与“721”保护渣的对比 3.开始注意研究保护渣机理的阶段。技术上长期处于停滞状态及大量试验积累，认识 到很需要做一些基础性工作。不仅要测试几个常规物化性能，而且很需要研究原料特性、组 合格式、保护渣结构、保护渣一钢界面反应等问题，在性能上除粘度、表面张力、熔融温 度、熔融速度等外，在试验过程中还发现其它一些属性如铺展性或离散性能、传热特性、与 钢液间元素交换、粉体运动规律以及有关性能等，对保护渣改善钢锭质量作用很大，也需要 研究。所以这阶段开始从单凭经验配渣转为在一定理论指导下进行配渣。 155
定盲 目性 ， 判断保护 渣好坏 的标准也 不甚 科学 ， 通 常是凭 眼睛观察钢 锭表面 的光滑程度 ， 来 衡 量保 护 渣的好 坏 。 其实 ， 钢锭表面 在一定允许几何形状 下 ， 其质量主要取决于 表面 或皮下 纯净度 ， 应 该 由开坯后 钢 坯 表面质 量 不能 用钢 锭表面 光滑程度去衡 量 。 用 渣 浇注钢锭底 部表面光滑程度远远优于 用 ，’ ， 保护 渣 的钢锭 ， 但 两者底部 平 均 修磨量 见 表 几乎 一样 。 因此 用钢锭表面 光滑程度这个 不正 确的概念来衡量 保护渣好坏 ， 势 必把 一部分 很好 的 保护 渣人为地 淘汰 ， 反 回来 给认识 保护 渣 的规律带来思 想 上的混 乱 。 止 侧川块翻 ” 柳毛石里矿粉－离护水渡 。 穆校石易犷粉－ 石灰 日匆 “ ” 保护泣 有一一一节尸 一嘴。 穆梭石必矿 侨一石灰 “ 移 保护渔 。日 且，二山舀勺‘翻、‘ 注叮昨的‘扭， 划块恻距补︶ 叱 图 以含石 墨矿粉为基础 加 入 碱性 氧化 物后 熔融特性与 “ ” 保 护渣 的对 比 开始 注意研究 保 护 渣机 理 的阶段 。 技 术上长期 处于停滞状 态 及大量 试 验 积累 ， 认识 到很需要做一些 基础 性工 作 。 不仅要测 试 几 个 常规物 化性能 ， 而且很需要 研究原 料特性 、 组 合格 式 、 保 护 渣 结构 、 保 护 渣一钢界 面反 应 等问题 ， 在 性能 上除粘度 、 表 面 张 力 、 熔 融温 度 、 熔融 速度等外 ， 在试 验 过程 中还 发现其它 一些 属 性如 铺展 性或 离散性能 、 传热 特性 、 与 钢液间元素交换 、 粉体运动 规律 以及 有关性能 等 ， 对保 护 渣改善钢 锭质量 作 用很大 ， 也擂要 研究 。 所 以这 阶段 开 始 从单凭经验 配渣 转为在一定 理论 指 导下进行 配渣
二、合理配制保护渣需要考虑的儿个问题 一个好的保护渣所必备的条件，除了其成分组成要合理、原料选择和组合格式要合适、 要选择好相应的加工工艺外，还要了解浇注工艺变化（如浇注温度、速度、锭型、浇注方 法)或在配方成分波动时，保护渣特性的变化情况。以便分析出现的问题，针对不同情况调 整配方。为此，合理配制保护渣需要考虑以下几个方面的问题。 1.保护渣的成分设计 保护渣由各种氧化物组成，是根据钢锭质量对保护渣在浇注过程中行为的要求来决定其 成分的。如要求保护渣在钢锭浇注过程中能吸收钢中夹杂物，净化钢锭纯度；能减少钢锭表 面裂纹及其缺陷等。故成分上首先要使保护渣在浇注条件下能熔化，并保证保护渣是还原性 的，吸收的夹杂物在渣中应是非饱和的，尽可能离饱和度远些。另一方面液渣要具有一定的物 理性能，即具有合适的粘度和表面张力。 对以CaO-SiO2-A12O3系为主的保护渣来说，其中其它氧化物所占比例不大，可先不 加考虑。从图2可见，A1,03含量在10-20%、碱度在0.25-1.2左右时，一般开始熔化温度 均低于1400℃。在低碱度范围内，A1203含量超过20%后，熔融温度急剧升高：而在高碱度 范围（如0.81-1)内，A1O,含量在相当大范围，甚至达到到40%左右，熔融温度都不会 超过1400℃。 Ca0r ☑1400t 40%A%0 -3%A64 20%4%9 1%4A03 图2CaO-SiO,-A1zO3系组成与熔点 在用各种天然原料组成保护渣时，从图3（图3是18个系列二种原料组成保护渣的熔融 温度变化)可见，碱度在0.2-0.8范围内，熔融温度在1150℃-1250℃，比图2所示的熔融温度 要低150-250℃，这与天然原料含有其它杂质有关。从图3中还可以看出，由于原料特性不 同（包括某些成分的差异），各种原料组合成的保护渣其熔融温度可相差]00℃左右，在碱度 小于0.2和大于0.8后，熔融度温升高比较快，但添加调整剂后，碱度变化至1.2左右仍可满足 要求。如果原料选择得好，照样可以在广泛范围内调整成分，均可符合保护渣熔融温度的 要求，这为调整保护渣的其它性能及形成保护渣系列打下基础。关于天然原料中A1,O。含量 变化对熔融温度的影响，与前述情况一致，即在碱度高的保护渣中要比在碱度较低的保护渣 中增加A1:O3对熔融温度影响要小（见图4)。 156
二 、 合理 配 制保 护渣 需要 考虑的几 个 问题 一个好 的保护渣所必 备的条件 ， 除 了其成分组成要 合理 、 原 料选择和组 合格式要 合适 、 要选 择好 相应 的加工工 艺外 还要 了解浇注工 艺 变化 如 浇注温度 、 速度 、 锭 型 、 浇 注 方 法 或在 配方成 分 波动 时 ， 保护 渣特性的变化情 况 。 以便分析 出现的 问 ‘ 题 ， 针对 不 同情况调 整 配方 。 为此 ， 合 理配制保 护 渣需要考虑 以 下几 个方面 的问题 。 保护波 的成分设计 保 护 渣 由各种氧 化物组成 ， 是 根据钢 锭质量 对保 护 渣在 浇注过程 中行为 的要求来决定 其 成分 的 。 如要求保护 渣在钢 锭浇 注过程 中能 吸收钢 中夹 杂物 ， 净化钢 锭纯度， 能减少钢 锭表 面 裂纹 及 其缺 陷等 。 故成分 上首先要使 保 护 渣在 浇注 条件下能熔 化 ， 并保证 保护 渣是还 原 性 的 ， 吸 收 的夹 杂物在渣 中应 是非饱 和的 ， 尽可能 离饱 和度远些 。 另一方面液渣要具有一定 的物 理性能 ， 即具有合适 的粘度和 表面张力 。 对 以 一 一 。 系为主 的保护渣来 说 ， 其 中其它氧 化物所 占比 例 不大 ， 可先不 加考虑 。 从 图 可见 ， 。 含 量 在 一 、 碱 度在 一 左右时 ， 一 般开始熔化温度 均低 于 ℃ 。 在 低 碱度范围 内 ， 含量 超过 后 ， 熔融 温 度急剧 升高 而 在 高 碱度 范围 如 。 一 内 ， 含量 在 相 当大范 围 ， 甚 至 达 到到 左右 ， 熔 融温 度 都 不会 超过 ℃ 。 、 ， 龟 ， 帅 ’ ” ， 、 ， 、 恤 众刹 ， 七 归 脚 》 娜 七 图 一 一 系组 成与熔 点 在 用 各种天然原 料组 成保护 渣时 ， 从 图 图 是 个系列二种原 料组成保护 渣 的熔融 温度变化 可见 ， 碱度在 一 范围 内 ， 熔融 温度在工 ℃一 ℃ ， 比 图 所示 的熔融温度 要低 一 ℃ ， 这 与天 然原 料 含有其 它 杂质有关 。 从 图 中还 可 以看 出 ， 由于原 料特性不 同 包括 某些 成分 的 差异 ， 各种原料组合成 的保护 渣其 熔 融温度可 相差 ℃左右 ， 在碱度 小于 和大于 后 ， 熔融度温升高 比较快 ， 但 添 加调 整剂后 ， 碱度变化至 左右仍可满足 要求 。 如果原 料选 择得好 ， 照样可 以 在 广 泛 范围 内调 整成分 ， 均可符 合 保 护渣熔融温度 的 要求 ， 这 为调 整保护 渣 的其它性能 及形成保护 渣 系列打 下 基础 。 关于天然原 料中 含量 变化对熔融温度 的影 响 ， 与 前述情况 一致 ， 即在碱度高 的保 护 渣 中要 比在碱度较低 的保护 渣 中增 加 对熔融 温度影 响要 小 见 图 。 母
博一孙代一个法系 1400 口符号去示保护湾加深加剂 婚 1300 融 温 度 1200 1100 0.1 0.20.30.40.0.60.70.80.91.01.11.2 Cao/Sio. 图3二种天然原料组合成保护渣的熔融温度 ◆NaO R=0.66 CaFa 熔 1320 ·B04 融 1280 翠 110叶 温 1240 R=1.02 度 1200 1000 初站融培 1160 900 温度 01015202530 粉清中！：0，含量% 5 1015 添加剂数量（⅓）一 图4A1,03含量对保护 图5 调整剂对保护渣的 渣熔融温度的影响 熔融温度的影响 添加调整剂可降低熔融温度，其降低程度与基础渣设计水平有关，基础渣设计愈合理， 调整剂降低熔融温度的作用就愈少。此外，除BzO,外、NazO、CaF2、冰晶石等含量在8% 以内，对降低悴融温度作用不大，但可较大幅度地降低初始熔融温度。炭对保护渣熔融温度 基本上没有什么影响。而熔化速度照样受渣中CO含量的影响，增加其含量熔化速度加快， 在CaO/SiO2>0.6,CaO含变化较小却可达到较快的熔化速度（图6），提高A1zO,含 量，有降低熔化速度的趋势（图7），但难以看出调整剂对比有什么明显作用。 其次，保护渣的成分与粘度的关系，从图7可见，在符合熔融要求的可能成分范围内， 即CaO/SiO2<1时，所谓硅酸盐炉渣，保护渣的粘度随着CaO等碱性氧化物含量增加而迅 速降低，从实测结果可知大致从几百泊降到几泊，可见此因素对保护渣粘度的彩响极大，而 氧化铝、二氧化硅等的含量增加虽可提高粘度，但远没有CO影响大（图8）。而添加剂可 极有效地降低粘度值，并且在浇注温度波动(1400-1500℃)时，对此值影响较小，这对保 证工艺的稳定有利(7)。 157
每一 种抓 一 弓代 丈一 个泣系 口 符 号谈示 保护 沽 加添加剂 八 了 了 ‘ 沪 、 补卜卜 ﹄ 了 、 、 户心 。 、 、 少 产产 一 勺 一 一 一 ， 二 尹尹 落认 舌 止犷资 一 。 度融温熔℃ 图 二 种 天 然原 料组 合成 保 护渣 的熔融温度 聊 ︵﹃ 二 熔 地 温 度 二 初始 悠 退度 兮 粉液代 ，， 含里 图 含量对 保 护 渣 熔 融温 度 的影 响 添加荆数组 《 》 图 调 整 剂对 保 护渣 的 熔 融温 度 的影 响 添加调 整 剂可降低 熔融 温度 ， 其 降低 程度与 基础 渣设 计水平有关 ， 基础 渣设计愈 合理 ， 调 整 剂降低 熔 融 温 度 的作 用就 愈少 。 此 外 ， 除 外 、 、 、 冰 晶石等 含量 在 以 内 ， 对 降低 熔 融 温度作 用 不大 ， 但 可较大 幅度地 降低 初始熔融 温 度 。 炭对保护 渣熔融温度 基本 没 有什么影 响 。 而熔 化速 度照样受渣 中 含量 的影 响 ， 增 加其 含量 熔化速度加快 ， 在 ， 含量 变 化较小却可 达 到较快 的熔 化速 度 图 ， 提 高 ， 含 量 ， 有降低 熔 化速 度 的趋势 图 ， 但 难 以看 出调 整 剂对 比有什么 明显作 用 。 其次 ， 保护渣 的成 分 与 粘 度的关 系 ， 从 图 可 见 ， 在符 合熔融要求 的可能 成 分 范围 内 ， 即 时 ， 所谓硅 酸盐 炉渣 ， 保 护渣 的粘度随 着 等碱性氧 化物 含量 增 加而迅 速降低 ， 从实测 结果可知 大致 从几百 泊 降 到几泊 ， 可见此 因素对保 护 渣 粘 度 的影 响 极大 ， 而 氧 化铝 、 二氧 化硅 等的 含量 增 加 虽可提高粘度 ， 但远没有 影响大 图 。 而 添 加 剂可 极有效地 降低 粘度值 ， 并且 在 浇注温度 波动 一 ℃ 时 ， 对此 值 影 响较 小 ， 这 对 保 证工 艺的稳 定有利 〔 〕
每一种符号代表一个清系 70 60 融速 度 0 秒 30 20 10 D 0.1 0.20.30.40.50.00.70.80.91.01.11.2 Cao/SiO: 图6保护渣中化学成分与熔化速度 40 动 30 盆 20 粘 加A1,0,Si0 10 ￥A渣 ·B渣 毯COMgOMno Na,0K,0等 温度 16 1520253035 A1,0,含量 图7A12O,含量对保护 一实线为硅酸盐炉渣 渣熔化速度的影响 图8添加氧化物与保护渣粘度的关系 有关炭成分设计问题，保护渣中炭是重要的，但数量不宜过多，根据钢中含量高低来决 定。 因此，从保护渣成分设计角度来说，核心是控制CO含量，因它极大地影响熔融特性及 保护渣物化性能。其次是在调整好基础渣的前提下，加入适量调整剂，以克服过量调整剂带 来的弊病。最后在处理好该渣的铺展性等性能基础上，降低今炭骨。 2.原料选择及组合格式 保护渣原料选择和组合格式，在一定意义上讲，比合理的成分组成更重要，这是因为即 使在相同成分条件下，由于原料特性（包括种类、粒度、原料处理条件等）及组合格式（包 括原料数目、类型及组合方式等)不同，其熔融特性差别很大，而且浇注过程铺展性也与原 料属性有关，所以了解原料的特性及其组合格式是达到保护渣优化设计的必不可少的条件。 (1)原料特性的影响。 158
每一 种符号代 表一个涛 系 入 ，内内仙 熔 。 、 、 速触 ﹄﹄ 八 、 、 目 城 一 ， 一 、 。 度 秒 ‘ 、 气户 笋 、 、 、 心 · 羞 保 护渣 中化学成分 与熔化速度 从。 ︸ 附 度粘 人 渣 渣 石乙 等 侧协溜坟组 温 度 含谁 国 含量对保 护 － 实线为 硅 酸盐 炉渣 渣熔化速度 的矛响 图 添 加 氧化 物与保 护渣枯度 的关 系 有关 炭成 分设 计问 题 ， 保 护 渣 中炭 是 重要 的 ， 但 数最 不 宜过 多 ， 根据 钢 中含量 高低来决 定 。 因此 ， 从保 护渣成分 设 计 角度来 说 ， 核心 是控 制 含量 ， 因它 极大地影 响熔 融特性及 保 护渣物化性能 。 其次是 在调整好 基础渣 的前提 下 ， 加入适 量 调 整 剂 ， 以 克服过量 调 整剂带 来 的弊病 。 最后 在 处理好该 渣 的铺展 性等性能 从础 土 ， 降低 含炭 锻 。 耳料 选择及组合格式 保护 渣原料选 择和 组合格 式 ， 在一定意义 上讲 ， 比 合理 的成 分组成 更 重要 ， 这 是 因为即 使 在 相同成分 条件下 ， 由于原料特 性 包括 种 类 、 粒 度 、 原料处理 条件 等 及 组合格 式 包 括 原料数 目 、 类型 及组合方式 等 不 同 ， 其熔融特 性差 别很大 ， 而且 浇注过程铺展 性也与 原 料属性有关 ， 所 以 了解 原料 的特 性及 其组合格 式是 达 到保 护 渣优 化设计的必 不 可少 的 条件 。 原 料特 性 的影 响
首先，同一原料经不同处理后，其熔融特性有差别（如表5），在与其它原料组成保护 渣时，这种属性仍然存在（图9），。原料粒度大小会严重影响熔融特性（图10），粒度愈 小，熔融温度愈低。在某保护渣中，某中一种原料粒度大小也会影响该渣的熔化速度（图11）， 可见，粒度是能显著改变保护渣熔融特性的一个因素。 表5 名称 处理方式 熔融温度℃ 差值℃ 未膨胀 1497 珍珠岩 127 在1100℃下膨胀 I370 未膨胀 1109 页岩 97 在1200℃下膨胀 1312 缓冷 1378 高炉渣 64 在水中急冷 1314 此外.即使方相同，但由于选择原料不同，也会造成该渣其些物理特性的差别。如保 护渣与钢水接触时要发生传热，假定A和B保护渣传热系数不同，在某一瞬间，其温度场分 布如图12，如果该渣熔区间温度为T,一T2的话，那么A与B渣相应厚度为m1mz和m1ms, 而后者大于前者，故同一成分保护渣如果它的热阻大往往薄层熔化，烧结层也薄，反之相 反，因此熔化特性就有差别。问时，这种特性也会影响保温性能。 卡处理 13: /原料经处理 M1220 品 1200 ℃118 1160 1140 0.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1 Cao/SiO, 图9保护渣原料经热处理后的溶融温度变化 (2)原料组合格式 所谓原料组合格式是指原料数目及组合方式。配制某一成分的保护渣，可采用不同数目 的原料，而原料数目对保伊渣熔轴性能是有影响的。在相同成分条件下，原料数目愈少，熔融 温度愈低，熔融速度愈快（图13、11），可见，在保护渣配方设计时，原料数目选择是一项 关键技术。考虑到单一原料符合配方成分是极罕见的，故用两种原料配制成保护渣的基础 渣，是现实的，也是最理想的。 159
沪 丫 甲， 首先 ， 同一原料经 不 同处理后 ， 其熔融特 性有差 别 如表 ， 在与其它原料组成保护 渣时 ， 这种属 性仍然存在 图 。 原料粒度大小会严 重影 响熔融 特 性 图 ， 粒 度 愈 小 ， 熔融 温 度愈低 。 在某 保护 渣 中 ， 某 中一种 原料粒度大 小也会影响该渣 的熔化速度 图 ， 可见 ， 粒 度是能显著改 变保护 渣熔融特 性的一个因素 。 表 二压可二习了二下可矛二…二全吵返生一 差 值 ℃ 未膨胀 。 珍 珠 岩 … － － 卜 － 一 … 在 ℃ 下膨胀 一 页岩 …、 蠢贯辈 膨胀 缓 冷 …一洪馨一… 高炉渣 在水 中急冷 此孙 ， 即使配方 相同 ， 但 由于选 择原料不 同 ， 也会造成该渣其些物理特性 的差 别 。 如保 护渣与钢水接触 时要 发生传热 ， 假定 和 保 护渣传热系数不 同 ， 在某一瞬 间 ， 其温度场 分 布如图 ， 如果 该渣熔 融 区 间温度为 、 一 的话 ， 那 么 与 渣 相应 厚度为 和 ， 而后 者大于前者 ， 故 同一成分 保护 渣 如果 它 的热 阻大往 往 薄层熔 化 ， 烧 结 层 也薄 ， 反 之 相 反 ， 因此 熔 化特 性就 有差 别 。 同时 ， 这 种特 性也会影 响保温性能 。 未处理 孟七 烙 融 卫 ， 口 度 ℃ 生 、 原料经 叭处理 ‘ 一 口 目‘ ‘ 曰 ‘ 吐 。 · ， · · 图 保 护渣 原料经 热处理 后 的熔 融 温 度 变化 原料组合格 式 所谓 原料组合格式是 指 原料数 目及 组合 方 式 。 配 制 某一成分 的保护 渣 ， 可 采 用 不同数 目 的原 料 ， 而原料数 目对 保 如、 渣熔 触 性能 准有影 响 的 。 在 相同成分 条件 下 ， 原料数 目愈 少 ， 熔融 温度愈低 ， 熔融速 度愈快 图 、 以 ， 见 ， 在保 护渣 配方设计时 ， 原料数 目选择是一项 关键技 术 。 考虑 到单一原 料符 合配 方成 分 是 极罕 见 的 ， 故用 两 种原 料配 制成 保 护 淹 的 基础 渣 ， 是 现实 的 ， 也是最 理 想 的
1220 g1180 30 1160 20 1140 10 100 150250 <0.10.1-0.20.21-0.40.61-0.8 平均网目 某一原科粒度 图10 不同粒度下，保 图11某保护渣中，其中一原料粒 护渣的熔融温度 度的变化对熔化速度的影响 500 1380 猫 ·五种原料组成的粉渣 1360 融 ×四种原料组成的粉泸 金烫皮 1340 。二种原料组成的粉渣 4一种原料组成的粉渣 度 1320 游海 ℃ I310 1280 B 1260 500 1240 液 1220l mmm 0 0.2. 0.40.c0.81.01.2 0 10 20 30 距离（mm) CaO/SiO: 图12在钢锭模内保护渣厚 图13 在相同成分条件下，不同原料 度方向上的温度分布 数目对保护渣熔融温度影响 对机械混合的粉渣来说，熔融过程速度主要取 。五种原料组成的粉渣 决于形成低熔点接触数目，在两种原材料颗粒数目 100F X四种原料组成的粉菠 相同条件下，可能形成低熔点接触点数目的机率是 培 。二种原科组成的扬滋 常 80 最大的，这种机率大小与原料数目、密度、粒度、 △一种原料组成的粉泣 相对原料的化学成分等因素有关。 油 60 度 但用二种原料组成Ca0-SiO2~A1zO,系保 40 护渣时，可以有下面三种纽合方式：碱性多组元成 在 分组成原料（如水泥、高炉水渣等）+酸性多组元 20 组成的原料（如煤灰、珍珠岩、石墨矿粉），碱性 0.2 0.40.60.81.01.2 较纯物质（如石灰)+酸性多组元成分的原料：酸 Cao/SiO, 性纯物质（石英）+碱性多组元成分组成的原 图14在相同成分条件下不同原料数 料。 目对保护渣熔融速度影响 160
铆游卜 协 ， 、 饭 软 ， 、 、 水 川﹃， 划朋欲︵映︶ 山勺电孟‘，内己即 、 毛 日 、 平均 网目 图 不 同牡度 下 ， 保 护渣的熔 融温 度 图 口 口 目 目 吧 ，尸性，丁丫 下一 石 户 ， 。 ， 刃 石 一 某一原料拉度 某保 护渣 中 ， 其 中一 原料粒 度的变化对 熔化速度 的影 响 漆 ‘ 五种原 料组成 △一种 原 内」流日‘︺︸ 已弓︸砚 口队。目，，、 ℃融度熔温 、卜、，、 龟‘、、 和喂奋 叼 妈 蛆 ’ 墉十密 卜 钢 液 距 离 图 在 钢 锭 模 内保 护渣厚 度方 向上 的温 度分布 、 在 相 同成分 条件下 ， 不 同原 料 数 目对 保 护渣 熔融温 度影 响 对机械混合 的粉渣来说 ， 熔融过程速度主要取 决于形成低熔点接触 数 目 ， 在 两种原材料颗 粒数目 相 同条件下 ， 可 能形成低熔点接触点数 目的机率 是 最 大 的 ， 这 种机率大小与原 料数目 、 密度 、 粒度 、 相 对原 料的 化学 成分等因素有关 。 但 片二 种原料组成 一 一 。 系保 护 渣时 ， 可 以有下面三 种组合方 式 碱性多组元成 分 组成原 料 如 水泥 、 高炉水渣等 酸性多组 元 五种原料组 成的 粉渣 四 种原料组 成的 粉 渣 。 二种原料组成的 粉渣 △ 一种原料组 成的 粉渔 熔触速度秒 组成 的原 料 如煤灰 较 纯物质 如石灰 性纯 物质 石英 料 。 、 珍珠岩 、 石 墨矿粉 ， 碱性 酸性多组元成分 的原 料 酸 十 碱性 多组 元 成 分 组 成 的原 图 月 在 相 同成分 条件下不 同原 料数 目对保 护渣熔融速 度 影 响
通常认为多组元成分原料组合成保护渣是合适的，因它比纯物质熔点要低。但实际上通 过人工合成模拟试验证实，这几种组合格式都是可行的，这在思路上有一个突破，即保护渣 配制时可以用较纯物质，这样在配制保护渣时，控制化学成分要比两种多组的成分要容易得 多，包括A12o3含量在内。 ,¨上述讨论的问题是一个非常重要但长期被忽略的问题，在合理化学成分前提下，保护渣 熔触特性很大程度上决定于原料特性及其组合。 3.保护渣的高散性能及铺展性 :当钢水进入钢锭模与保护渣接触时，由于钢水从汤道冲出而产生的爆发力，往往使部分 保护渣贴在模底，不能随钢水及时上浮，这是造成钢锭底部的所谓核桃状缺陷及轧制后尾部 裂纹多的原因之一，因此保护渣与钢水一接触时的离散性能是极为重要的。当钢水在模内缓 慢上升时，保护渣要及时铺展开，这样不至于钢水直接暴露大气中而氧化，生成氧化膜翻转 到钢锭表面而成为缺陷。 作为粉状保护渣，从内因来看，它的离散或铺展性能即粒子间附着力大小决定于含水 量，静电吸力，分子间引力以及潮解、反应、再结晶等物理化学变化造成的“固体桥”。超过 一定含水量后，其因素往往影响很大° 假如考虑水分均匀附着在粉粒的表面，形成厚为δ的水膜，粉粒直径为R,而形成水的 有效半径为X(见图15)，那么在接触点上的附着应力为： e=k1-e)kT geR pwy+{1+3n PW 式中：k配位数 e气孔率% R颗粒直径 W水分重量白分数% T表面张力（重力单位） g P、Pw为保护渣及水分的密度 因此，保护渣的铺展性或离散性能与含水量，粉体种类、大小及气孔老有关。从公式可 知，减少保护渣的容重，增加气孔率或增大粉体颗粒直径均有利于提高保护渣的离散性能或 铺展性，提高含水量，显着地影响保护渣铺展性。但水分含量在0.4%左右。实测结果说 明，其影响是很微弱的（图16）〔7〕。 计算值实测值水分% 1.9 6 0.7 g0.4 过 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 气孔率飞 15颗粒间的附着模型 侧]G粉渣的附首应力与气孔率、水分的关系 161
通常认为多组元成分原料组合成保护 渣是 合适的 ， 因它 比纯物质熔点要低 。 但实际 上通 过 人工 合成模 拟试 验证实 ， 这几 种组合格 式都 是可 行 的 ， 这 在思路 上有一个突破 ， 即保护 渣 配制 时可 以 用较纯物质 ， 这样在配制 保护 渣时 ， 控 制 化学 成分要 比两种多组的 成分要 容易得 多 ， 包括 。 。 含量 在 内 。 ‘ 上述讨论的问题是一 个非常重要 但 长 期被 忽略的 问题 ， 在 合理 化学 成 分前提 下 ， 保护 渣 熔融特 性很大程度 上决定 于原 料特 性及 其组合 。 保 护滋 的离徽 性能 及铭展 性 川 当钢水进入 钢 锭模与保 护渣接触 时 ， 由于钢 水从 汤道冲出 而产生的爆发力 ， 往往使部分 保护 渣 贴在模底 ， 不 能随 钢水 及 时 上 浮 ， 这 是造成钢 锭底部的 所谓核桃状 缺 陷及 轧制后 尾部 裂纹多的原 因之一 ， 因此 保 护 渣与 钢水一 接触 时的 离散性 能是 极为 重要 的 。 当钢水在模内缓 慢 上升 时 ， 保护 渣要 及 时铺展开 ， 这 样 不 至于 钢水直接暴露大气 中而氧 化 ， 生成氧化膜翻 转 到钢锭 表 面 而成为缺 陷 。 作为粉状 保护 渣 ， 从 内因来看 ， ‘ 已的 离散或铺展 性能 即粒子 间附着力大 小 决 定 于 含水 量 ， 静 电吸 力 ， 分子 间 引力以及 潮解 、 反 应 、 再 结晶等物理 化学 变化造成的 “ 固体桥 ” 。 超 过 一定 含水量后 ， 其 因素往往影响很大 “ 假 如考 虑水 分 均匀 附 着在 粉粒 的 表 面 ， 形成 厚为 乙的 水膜 ， 粉粒 直 径 为 ， 而形成水 的 有效半径 为 见 图 ， 那 么在 接触点 上的 附着应 力为 几， 、，了‘ 。 二 杯丁 一 一 式 中 配位 数 。 气孔 率 颗 粒 直 径 水分 重量 百分数 ， ，，， 一 、 ， ， 、 、 衣 附氏刀 ‘ 逛 刀 早 位 、 为保 护 渣 及 水 分的 密度 因此 ， 保 护 渣 的 铺展性 或 离散性 能 与 含水量 ， 粉体种类 、 大 小及 气 孔 率有关 。 从公 式 可 知 ， 减少保护 渣的 容 重 ， 增 加气孔率 或增大 粉体颗粒 直径 均有利 于 提高保 护 渣的 离散性能或 铺展 性 ， 提高 含水量 ， 显著地影 响保护 渣 铺展 性 。 但 水 分 含量 在 左 右 。 实 测 结 果 说 明 ， 其影 响是 很 微弱 的 图 〔 〕 。 计算值 实侧值水分吸， 兴祝国、 卜安枷只创 气孔率 。 图巧 颗 粒 间 的 附着模 型 图拓 粉 渣 的附着应 力与气孔 率 、 水分 的关 系
