连铸结晶器保护渣发展趋势

    连铸技术以其高效、节能、优质、易于实现自动化和智能化等诸多优点，受到冶金界的高度重视。与之相配套的连铸结晶器保护渣也得到了相应的发展，且成为不可或缺的冶金辅助材料。
    冶金工作者从20世纪60年代开始就研究连铸结晶器保护渣，最早使用在德国迪林根钢厂的连铸机上。早期的保护渣是用火力发电厂的烟灰掺入熔剂制成的，之后又试制成掺10%萤石、7.5%苏打和30%硅酸盐水泥等材料，其余仍是烟灰的混合体。这是第一代粉状连铸用结晶器保护渣。它存在因各组分的比重差异而造成成分偏析、易吸水返潮、铺展性差且性能不一致、使用时会产生气体、容易形成铸坯的皮下气孔、不便采用自动化加渣技术、影响生产和使用现场的环保等问题。
    1976年，德国一公司用喷雾干燥法首先研制出空心颗粒结晶器保护渣，平均粒径0.5mm。它具有无粉尘、堆比重小、流动性好、成分均匀、不吸水及有利于自动加料等优点。同期，日、美等国开发了预熔型实心颗粒渣，采用挤压机或圆盘造粒机生产这类产品。我国于1973年9月开始使用进口产品，并从1981年起自己研发并生产连铸结晶器保护渣。
    连铸结晶器保护渣的品种繁多（1）按基料的化学成分可分为：SiO2-A1203-CaO系、SiO2-A12O3-FeO系、SiO2-A1203-Na2O系，其中以前者的应用最为普遍。在此基础上加入少量添加剂（碱金属或碱土金属氧化物、氟化物、硼化物等）和控制熔速的炭质材料（炭黑、石墨和焦炭等）。（2）按保护渣的形状可分为粉状渣（机械混合成型）、颗粒渣（挤压成型的产品呈长条形，圆盘法成型的产品呈圆形，喷雾法成型的产品呈空心圆颗粒）。（3）按使用的原材料可分为原始材料混合型、半预熔型和预熔型。（4）按其使用特性，根据钢种特性、连铸设备特点和连铸工艺条件可分为各种规格的保护渣（低、中、高碳钢保护渣和特种钢专用渣）、发热型开浇渣等。
    配制和生产连铸结晶器保护渣的原则、原料及其基本工艺流程配制和生产连铸结晶器保护渣应遵循具有合理的熔化温度、熔化速度和在结晶器中的熔融层结构；稳定且适宜的粘度；合理的结晶温度和矿物组成及矿相结构；足够吸收钢中夹杂物的能力；它的加工、使用应符合卫生及环保要求等。生产保护渣的原料有天然矿物、工业废物及工业废品等几大类。按其构成材料的功能可将它分成基料（水泥熟料、硅灰石、石英粉、长石、电厂灰、高炉渣、镁砂、玻璃粉等），熔剂（主要有纯碱、冰晶石、萤石及含氟化合物等），熔速控制剂（炭黑、石墨和焦炭等）。预熔型结晶器保护渣的生产工艺是：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-筛分-成品包装。
    连铸结晶器保护渣的冶金功能包括以下方面结晶器中加入的保护渣一般会形成原始渣层、烧结层和液渣层三层结构，最上面的原始渣层结构松散，具有良好的绝热保温作用；隔绝空气，防止钢水二次氧化；净化钢渣界面，吸附钢液中夹杂物；润滑凝固坯壳并改善凝固传热。充填于气隙中的渣膜对凝固坯壳能起到良好的润滑作用，减少拉坯阻力；从而防止坯壳与结晶器壁的粘结。同时，因熔渣进入坯壳与结晶器壁之间，使气隙不在存在，热阻减少，从凝固坯壳向结晶器壁的传热得到改善，使坯壳均匀生长，有利于减少铸坯裂纹的形成。
    连铸结晶器保护渣的主要理化及技术指标（1）碱度。一般定义，为组分中（R=CaO%/SiO2%）的比值。它是反映保护渣吸收钢液中夹杂物能力的重要指标，同时电反映了保护渣润滑性能的优劣。通常碱度大，吸收夹杂物的能力也大，但它的析晶温度变大，导致传热和润滑性能恶化。（2）粘度。它是衡量保护渣润滑性能的重严指标。目前通常采用旋转法测定或根据经验公式计算。现在大多测其在1300℃条件下的值，常用保护渣的粘度（1300℃）为0.05-0.15Pa.s。它受化学成分和温度的控制，生产中主要靠助熔剂来调节。要想得到高质量铸坯并不发生粘结漏钢，必须要选择合适粘度的保护渣。保护渣粘度过低，液渣大量流入缝隙，造成渣膜不均匀，局部凝固变缓，导致凝固坯壳变形，引起纵裂和拉漏事故；粘度过大，会使铸坯表面粗糙。（3）熔化温度。它包括烧结起始温度、软化温度或叫变形温度、半球点温度和流动温度。实际应用中是将渣料制成φ3x3mm的标准试样，在显微镜中测定。当以一定的升温速度使试样加热到由圆柱形变为半球形时的温度，称为熔化温度。连铸生产中通常将保护渣的熔化温度控制在1200℃以下。它主要受保护渣的成分、碱度以及Al203含量等因素的影响，熔化温度过高，润滑作用差并且不均匀。（4）结晶温度（析晶温度）。它是影响凝固坯壳导热的重要参数。对裂纹敏捷性特强的包晶类钢种应使用结晶温度高的保护渣。它主要受化学成分的影响，尤其是碱度，通常可以在测保护渣粘度时进行。当保护渣在降温过程中，从粘度—温度曲线上发现熔渣有结晶现象。在这一点，熔渣变得不流动，且此刻测粘度已不可能，就将这一点的温度定义为结晶温度。（5）熔化速度。通常用一定质量的试样在测定温度下完全熔化所需的时间来表示。保护渣在结晶器中的熔化速度与渣料的组成及熔化温度有关。它是实现保护渣在结晶器中形成合理的三层结构的重要参数。为改善保护渣的熔化均匀性，应当通过调整渣料组成及改进加工粉料工艺以及采用预熔渣等途经加以解决。（6）表面张力和界面张力。保护渣的表面张力是影响钢渣分离、液渣吸收夹杂物并使之从钢液中排除的重要参数。从利于分离钢中夹杂物的观点出发，钢液的表面张力应尽可能大些；熔渣的界面张力应尽可能小。它取决于渣化学成分，一般采用渣中的活性成分Na2O和CaF2来调整和降低熔渣的表面张力。测定方法有静滴法、气泡最大压力法、悬滴法等。（7）密度。它的大小直接影响到保护渣在结晶器中的保温性和防止钢水二次氧化的重要参数，测定时可取50g渣料经漏斗流入250ml的玻璃量筒内，测出体积后可计算其密度（g/m3）。保护渣的堆比重一般为500-900Kg/m3。（8）粒度及颗粒尺寸分布。粒度组成是最重要的性能之一，因为它对保护渣的熔化速度和钢液面上未熔化部分的绝热性能有重要影响。大多数保护渣基本组成部分的粒度在0.1mm，小的在0.06mm以下，最大不超过0.3mm。某些保护渣的最大粒度在0.32mm以上，但其比例不超过5%。（9）铺展性。理想的保护渣应具有良好的铺展性。它可均匀覆盖在结晶器中的钢水表面，利于形成均匀的熔渣层结构。它取决于保护渣的配方、粒度和水分等因素，一般可用一定容积内的保护渣从规定高度下漏到平板上铺散的面积来衡量。（10）水分。它是供应商必须满足用户的一个最基本且十分重要的指标，当水分超标后不得使用。因为它直接影响到保护渣的熔化和使用特性，会造成铸坯的皮下气孔等质量问题，严重时致使钢中增氢，导致漏钢的发生。通常要求在105℃条件下测得的含水量不大于0.5%。（11）渣耗量。它是衡量保护渣润滑状况优劣的重要指标。如因渣耗偏低，润滑不良，往往会导致漏钢。渣耗量取决于浇铸的钢种、铸坯尺寸、结晶器振幅和频率、拉速及保护渣自身的性能等。
    使用连铸结晶器保护渣的有关注意事项如下（1）用户应向供应商详细提供钢种特点和相关数据、铸机的技术参数、生产工艺条件等。（2）根据钢产量估算保护渣用量。一次进货不宜过多，存放场地要有防潮设施，切忌受潮。（3）进货时要请供应商提供规范的质保书，并对理化指标等抽样核查。（4）进库房时一定要按进货时间和品种分类存放，以免误用而发生设备和产品质量事故。（5）如有特殊情况，使用存放了半年以上的保护渣时，应烘干处理并在使用前检测水分含量。（6）生产现场人员要指定专人在连铸进行过程中有规律地计算渣耗量和测定液渣层厚度。当发现异常现象时报告有关责任人，以便采取措施。（8）在连铸过程中，往结晶器中加渣时一定要做到勤加、少加，并使保护渣在结晶器中均匀铺散，确保黑渣操作，不得让表面渣色变红发亮。（9）操作中，一定要有人在现场认真观察结晶器中的渣况，发现渣结团或过粘，要根据具体条件进行调整或换渣操作。如发现弯月面区域有严重结渣圈现象，可先用专用工具轻轻敲动，使液渣流入，然后方可将渣条捞出。（10）用户要对保护渣的使用情况进行详细记录并作出评价，以便供方改进产品质量。