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实验项目一：冶金炉渣性能研究一、保护渣在浇注过程中的功能有：(1)防止钢水再氧化；(2)减少钢液面的热损失，防止钢液面过早凝固结壳；(3)溶解吸收钢水表面的夹杂；(4)控制钢坯的传热速度，减少钢坯凝固层厚度方向上的温度梯度产生的热应力；(5)在结晶器与坯壳之间起润滑作用。对模注保护渣来说主要是前3种功能，而连铸保护渣则具有所有的功能。 模注保护渣可分为上注保护渣和下注保护渣，按其性能有绝热型与吸收型两种。模注保护渣与连铸保护渣按原料及制备方法不同，有以发电厂飞灰或石墨矿粉等为基的粉状保护渣，合成保护渣，预烧结、预熔保护渣与颗粒保护渣。使用最广泛的是合成的粉状保护渣和颗粒保护渣。二、钢种其钢水特性及其凝固特点有别，从而决定了对保护渣性能方面的要求。1低碳钢首先钢中w(C)0.08或0.06。这类钢高温机械性能好，凝固过程中不存在严重的相变体积变化，内应力及裂纹敏感性小，故通常以较高拉坯速度进行生产，以提高生产率。基于低碳钢本身的凝固特点和质量要求，设计时主要考虑渣的润滑及消耗。较高拉速要求尽量增大结晶器热流，加速钢水凝固，防止粘结漏钢，这要求保护渣结晶温度低、凝固温度适中，以确保低碳钢结晶器保护渣在950以上处于非晶体状态，使发生粘结漏钢的可能性最小。在高速浇注时，为使足够的液态保护渣能流人铸流和结晶器内表面之问的区域，确保良好的润滑和足够的消耗，通常保护渣粘度选择较低的范围。另外，此类钢种初生铁素体坯壳中P、S偏析小，初生坯壳强度高，铸坯振痕较深，故应使用保温性能较好的保护渣，提高弯月面初生坯壳温度，有利于减轻振痕过深带来的危害。因此，连铸低碳钢满足以上各要求，就要通过设计具有一定的传热性能、良好的保温性能、良好的非金属吸收、良好的润滑和性能稳定的保护渣来获得。2中碳钢中碳钢钢水凝固过程中发生8相变，体积强烈收缩，此钢种裂纹敏感性大，容易产生表面裂纹，特别是高拉速时。避免纵横向裂纹是首要考虑的问题，为此，中碳钢用保护渣设计的重点应放在控制从铸坯传往结晶器的热流上，限制结晶器热通量，希望保护渣具有较大热阻。因此，应选用凝固温度高、结晶温度也高的保护渣，利用结晶质膜中的“气隙”，使保护渣传热速度减缓，有助于减小铸坯在冷却过程中产生的热应力。3高碳钢此钢种的特点是热强度差；浇铸温度和浇铸速度较低；同时容易产生粘结漏钢。高碳钢容易粘结，这与初始生成的坯壳凝固收缩小有关。故高碳钢保护渣设计的重点应放在保证润滑上。为此，设计该保护渣的粘度和凝固温度要低些，渣膜玻璃化倾向要大些，以保证良好的润滑性能，但也要考虑高硫钢热强度差的特点，适当调节保护渣的热阻。另外，由于高碳钢液相线温度低，浇铸温度较其它钢种要低，保护渣性能设计也要考虑此温度的影响，为了防止钢水冻结，高碳钢要使用隔热性能好的保护渣，体积密度要低，碳的加入量可稍高些甚至可达20左右。4特殊钢特殊钢钢水成分相差较大，这种类型的保护渣配方较为复杂，往往根据钢的用途及易出现缺陷的状况而特殊配制，例如不锈钢，硅钢及含Nb、V、Ti及稀土的钢种等。三、保护渣的研究与发展随着当今国外轧钢技术的发展，“全连铸”已成为钢铁厂发展潮流，节能降耗，缩短工艺流程，提高生产效率。实现连铸坯的热送、热装以至直接轧制，以进一步提高成材率。连铸坯热装一般可降低能耗4512，直接轧制可降低能耗843“而且还可以减少板坯库存，缩短生产周期，加快资金周转。持别是CSP(薄板坯连铸一轧制技术)的发展不仅减少了加热环节，而且可减少投资1934，生产成本可降低6080美元t(钢)58。连铸保护渣性能直接影响连铸钢水的温度、成分的稳定性能、钢材表面质量、净化钢水杂质，开发连铸保护渣的性能对钢材的节能降耗，降低成本，净化钢液，提高钢材表面质量具有显著的作用。同时减少了钢铁工业因设备陈旧而带来严重的环境和社会问题。国内钢铁公司所使用的保护渣因性能不稳定，分析方法不完善，质量缺陷多。产生的问题主要集中在表面缺陷，这与保护渣特性直接有关。对于中碳钢而言，由于结晶器弯月面处钢水冷却时相变收缩大，坯壳生长不均匀，坯壳脱离开结晶器壁而形成凹坑和纵裂。弯月面处冷却强度过大或保护渣渗入不均匀都不利于坯壳均匀收缩。从板坯的外观来看，表面振痕不平整，振痕深度不均匀，说明浇注过程中液面波动大，铸速变化较频繁，加渣不够均匀9。为确保钢铁公司所使用的保护渣效性能稳定，分析方法准确，质量缺陷少，本文综述了保护渣化学组成、保护渣矿物组成、保护渣熔化性能、保护渣熔渣池深度性能、保护渣熔渣的均匀性和渗入、高拉速连铸保护渣的研制、保护渣熔渣的粘度性能的研究技术成果及应用。四、钢种与保护渣的关系1保护渣化学组成研究连铸结晶器保护渣的主要成分为CaO，Sio：，AlzO。，Na。O(或LizO)，CaFz及碳颗粒，它们用来分离熔融小球，从而延迟熔化速度。添加Na。O和CaF。来降低熔化速度和所形成渣的粘度10。根据保护渣化学成分来预测熔化温度及粘度，保护渣的化学成分的测试在国内外不统一，方法也不完善。高速保护渣配制原则是在Ca口SiOz-Al：o。渣系的基础上，限制Na。O、CaFz加入量，加人适量的BaO、Li：o、K：O、MgO等助熔剂，以满足高速连铸对保护渣的要求。之所以不用NazO、CaFz等调整保护渣的粘度和熔融温度是因为大量使用CaF。会引起枪晶石等高熔点物质析出，从而破坏熔渣的玻璃性、恶化润滑条件。另外，F对浸入式水口侵蚀也很严重。而熔渣中加入大量的Na。O会导致霞石(Na：O。Al。O。SiO：)的析出，不利于结晶器的润滑。故一般保护渣中Na20含量不大于10113。研究表明12|，通常在高速连铸保护渣中加入一定量的Li：O、MgO等以降低保护渣的粘度和熔化温度，同时Li。O、MgO还可降低初晶析出温度，扩大液态渣润滑区，限制渣中F含量。在渣中加入一定量的Li：0，随着Li。O加入量的增加，渣子粘度下降，同时稳定性增强。实验表明在不含Li。o的渣中加入lLi。O之后可使保护渣l 300时的粘度下降50。研究还表明133，Li：O除具有强降低保护渣粘度的作用外，还具有稳定保护渣粘度的作用，降低保护渣随温度波动。使保护渣在较大的温度范围内具有良好的流动性，有利于稳定生产，这一点对Al脱镇静钢的生产尤其重要。在青海西宁特殊钢股份公司的生产实践证明，使用含Li。0为l的保护渣，使方坯连铸的裂纹由3下降到015。保护渣的熔化速度一般用碳来调节，加入碳的种类、数量、粒度对保护渣熔化速度影响很大口4|。在研究保护渣特性基础上，采取添加Na。C03、Li：O、硅藻土和减少碳加入量的办法来提高保护渣的熔化速度，这种保护渣用于板坯连铸机，最大拉速可达5 mrain。2保护渣矿物组成研究当结晶器保护渣受到高温加热时，其化学成分发生反应，形成其它的矿物相15161，形成的主要矿物相为枪晶石(Cao)。(SiO。)。CaF。)，假硅灰石(CaOSi02)，针钠钙石(Na20(CaO)。(SiOz)。H20)，钙铝黄长石(CaO)2A120。Si02)和三斜石霞(Na。OA1203(Si02)2)。所形成的矿物相的性质对保护渣的熔化温度及熔化速度有影响。导致对连铸坯拉速有影响，影响钢材的表面质量，经过对结晶器和铸坯问所形成的玻璃状熔渣进行退火确定了液态渣凝固时形成的相，所形成的主要相和上述一致。硅酸盐结晶理论认为17，保护渣熔渣连续冷却结晶是一种过冷结晶，结晶出来的晶体的化学成分与熔体本身的成分并不一致，而且在熔体结晶的整个过程中，在不同的阶段结晶出不同的矿物，而且有一定的析出顺序保护渣成分对形成晶体熔渣结晶过程的影响因素可从热力学条件和动力学条件两方面进行分析。热力学条件认为相对于某种保护渣来说，改变一种成分含量，如果该成分为析出晶体的组成成分，增大该成分含量，意味着形成晶体的离子浓度增大，该成分很可能促进保护渣析晶实验中增大CaO、CaF：质量分数，能促进枪晶石的析出，增大Na。O、AI。O。质量分数，促进霞石析出，都属于这种机理。动力学条件认为相对于某种保护渣来说18，如果改变一种成分含量，该成分不是析出晶体的组成成分，增大该成分含量，对于形成晶体的离子浓度影响不大，但改变了保护渣的粘度，改变了晶体析出的动力学条件，从而影响保护渣析晶如增大K。O、Li。o质量分数，降低了保护渣粘度，降低了晶体组分离子迁移位阻，促进保护渣析晶MgO、MnO等能与渣中其它成分形成熔点较低的黄长石，橄榄石，镁蔷薇灰石等，降低了保护渣的熔化温度，相当于减小了保护渣的过冷度，抑制晶体析出。Ba0能显著降低保护渣的凝固温度和粘度，增大渣的玻璃化率任何一种组分的改变，都应从动力学和热力学两方面来考虑，如增大CaO质量分数既增大了晶体析出的热力学条件，又降低保护渣粘度，改善了晶体析出的动力学条件，促进保护渣结晶而增大Si0。含量，增大了枪晶石(Ca。F：Si：O，)的组分浓度，但增大了保护渣的粘度，增大了晶体组成离子的迁移位阻，这种作用更大，即抑制保护渣析晶保护渣结晶矿相分析表明，碱度增大，CaF：含量增大，有利于枪晶石生成，促进保护渣结晶Na。O促进黄长石和枪晶石的析出，有利于霞石的析出；A1。O。抑制枪晶石生成，促进霞石生成；Li：O促进枪晶石生成，促进硅灰石生成；KzO促进枪晶石生成，促进黄长石生成，抑制硅灰石生成；MgO能抑制枪晶石的析出，促进硅灰石析出；MgO、BaO、MnO抑制保护渣的结晶3保护渣熔化性能研究在连铸过程中，保护渣的熔化温度对结晶器内钢液表面上熔化渣层的厚度和结晶器与坯壳之间的渣膜厚度有直接的影响，从而影响坯壳的表面质量1：保护渣向结晶器和坯壳之间的流入量和保护渣的消耗量，随着渣的熔化温度的下降，保护渣的消耗量增加。为了保证在钢液表面保持一定厚度熔化渣层厚度，目前青海西宁特殊钢股份公司使用的保护渣的熔化温度一般在1 0101 200。铸坯传热面积与周长愈小，保护渣的熔化速度要求愈高，保温性能也要求愈好；铸坯断面小，拉速高，熔化速度要求快；铸坯断面愈大消耗量愈低，熔化速度可以低一些。要保证在连铸时有足够的熔渣层厚度，与之对应的是保护渣相应的熔化速度并不是越快越好，否则会影响保温性能，容易形成冷皮及造成皮下夹渣多，振痕深等缺陷。保护渣的熔化性能，特别是保护渣的熔化速度，对保护渣的性能有重大影响，这是因为它们控制着熔渣池的深度也就是控制着熔渣渗入结晶器与铸坯问隙的速度z。熔化试验结果表明，覆盖钢水表面的保护渣形成了多层结构，颗粒状及粉状保护渣都为多层结构。研究人员发现了许多试验配比方法来来确定保护渣的熔化速度，通过以下几点可以加快熔化速度：降低自由碳含量；增加碳粒子的半径；改变碳的类型；降低熔化温度(其结果也降低了粘度)；增加矿物组成的粒度；通过增加浇注速度来增加重直热通量。4保护渣熔渣池深度性能研究多数情况下保护渣的熔融结构为3层21|：熔渣层、烧结层和粉渣层，熔渣层厚度主要通过加入炭质材料的数量来控制。熔渣层过厚或过薄不仅影响铸坯的表面质量，同时也对连铸工艺的稳定及事故的产生都有重要的影响。因此在连铸过程中，要求保护渣有一定的厚度，而且是稳定的熔渣层，尤其是浇铸无缺陷铸坯时，对熔渣层厚度的控制更为重要。在普通拉速下(0912 mmin)22|，为保证结晶器中液渣的正常渗入，液渣层厚度一般应在820mm23。为保证传热、润滑的稳定，保护渣消耗量一般在0306 kgm“2引，且浇注低碳钢时渣的消耗量应比浇注中碳钢时高一些，在钢水弯月面上形成熔渣池，该池用作渗入结晶器一铸坯间隙的液态渣的储存容器。重要的是渣池应足够深，以便在任何时候都可提供足够的渣流(对于较高的拉坯速度来说，渣池深度大于20 mm)。用“蘸渣”试验的方法，确定熔渣池深度。研究发现2526|，该熔池的深度在结晶器内各不相同，不管位置如何变化，结晶器熔渣池的深度h随着控坯速度的增加、保护渣的熔化温度的降低、熔化速度的增加而增加。熔池深度还受流人结晶器一铸坯间隙的液态渣膜厚度及结晶器尺寸的影响。研究在浇注速度变化过程中熔池_深度的变化，并观察到，随着拉坯速度的增加，开始时润滑坯壳所需的渣量也增加，这就造成渣深度减小。但是，由较高拉速所造成的较高热通量会使熔化速度加快，逐渐增深渣池的深度，这样，最终会达到比原来渣池深度更深一些的稳定的渣池。保护渣液渣层的厚度对吸收夹杂物和钢液面传热有重要影响。钢中的夹杂物上浮到钢液表面与液渣层接触时，液渣可以吸收一部分夹杂物瞳728|。较厚的液渣层对夹杂物的吸收有利。必须指出，保护渣吸收夹杂物的能力是有限的。如果Alzos夹杂物，以非常大的群聚态出现它就不会被熔渣吸收，而在结晶器液面变化时钢液被捕捉造成板坯缺陷。随着液渣层厚度增加，保护渣对钢液面的保温效果变差。这是由于液渣层的对流传热系数很大保护渣的绝热作用主要由固态的烧结层和原渣层来完成2引。当液渣层厚度增加时，其上部的烧结层和原渣层的厚度相对降低，故此保护渣的绝热性能降低。保护渣的绝热性能对于钢中夹杂物能否避开凝固壳的捕捉而上浮到钢液面有着重要影响。根据对弯月面处钢的散热情况进行分析30|，其热传递主要受凝固壳与结晶器间的热阻和顶部保护渣热阻的影响。保护渣的熔化性能对液渣层厚度影响很大因而对保护渣的绝热性能影响很大保护渣的液渣层厚度由其熔化速度和消耗量所决定。当保护渣熔化速度高而消耗量低时，液渣层厚度大，绝热性能则差，故易形成夹杂。5保护渣熔渣的均匀性和渗入研究保护渣是由多种不同的原料组成，在熔化过程中，很容易产生分熔现象。若保护渣的熔化均匀性差，易熔的成分首先熔化而流失，难熔的残留部分烧结成为烧结物，容易在弯月面附近卷入坯壳造成夹渣缺陷和铸坯严重的纵裂3川。所以目前所使用的保护渣，无论是粉渣、实心渣、空心粒渣或预熔渣，都希望保护渣能够混合均匀，以减少在连铸过程中产生的分熔现象。在连铸过程中液态渣渗入结晶器一铸坯间隙是关键工艺，这是因为它能确保铸坯和结晶器间的良好润滑及均匀的热传导，否则就会造成钢材表面缺陷及粘钢拉漏，液态渣在结晶器向下运动期间被引入结晶器一铸坯间隙，而且，在结晶器向上运动期间，液态渣又被推出(特别是粘性渣)，但是，液态渣受到钢水弯月面向结晶器运动的阻力，这就部分或全部的密封了间隙。影响熔渣渗入的因素有浇注速度，温度，熔渣池的深度，熔渣池膜厚度，结晶器震动频率。此外，还应指出只有当渣附着在_铸坯时，才能得到良好的渗入及润滑(也就是说接触角小于90度)。研究表明32】，对由粘度和拉坯速度确定的保护渣渗入来说，有一种最佳范围，而且保护渣的渗入与最低摩擦力和最小表面积缺陷一致，当参数(A口。2)的值为05(Pas)(mrain)2，并热流值和摩擦力在该区域内最小时，保护渣渗入最稳定。钢材的质量最稳定331。6保护渣熔渣的粘度研究粘度是决定渣消耗量和均匀渗入的重要性能之一。它直接关系到熔化后的渣在弯月面区域的行为，对铸坯的表面质量有明显的影响。如铸坯表面振动痕迹的形状，结晶器铜壁与铸坯坯壳间均匀渣膜的形状，熔渣层吸收和溶解非金属夹杂物以及对浸入式水口的腐蚀等，其中影响最为重要的是对渣膜厚度和均匀性的影响。为了吸收钢液中上浮的夹杂物，要求保护渣的粘度尽可能低，但是低粘度的保护渣对水口的侵蚀不利。为防止卷渣，在允许的条件下使用高粘度渣。但粘度不能太高，否则会使保护渣渣耗降低，熔渣流人量减少，渣膜变薄且不均匀，引起摩擦力增大，结果会使坯壳受力，造成纵裂缺陷甚至漏钢。对于相同的拉速，铸坯的断面增大，渣的单耗量下降，因此粘度应低一些。保护渣的粘度，必须与浇注的钢种、连铸机的类型、连铸的工艺参数和保护渣的熔化特性相匹配。研究表明34：粘度和拉速应满足A可一135的关系，此时结晶器的传热稳定，磨擦力较低并较稳定。7 高拉速连铸保护渣的研制目前以高拉速、高效率、高质量为核心的高效连铸技术已成为连铸生产的方向35。要实现高速浇铸，需采取相应的技术措施，开发适合于高拉速连铸的保护渣则是其中之一。针对西宁特殊钢股份公司上三流高拉速板坯连铸机这一情况，进行了高拉速连铸保护渣的研究。高速与常速连铸保护渣在化学成分及理化性能方面差别很大，高速连铸要求保护渣在高拉速或拉速变化较大的情况下仍能维护足够大的渣耗，否则会造成粘结漏钢或引起铸坯纵裂等表面缺陷；结晶器壁与坯壳间的渣膜厚度适宜且分布均匀，以降低结晶器磨擦力并使其导热均匀；保护渣应具有适宜的熔渣层厚度，防止高拉速时熔渣供应不足，导致固态渣流入结晶器壁与坯壳产生缝隙；保护渣要有良好的溶解、吸收夹杂物的能力，且在吸收夹杂物后其物性保持稳定。根据板坯规格和拉速范围(1820 mmin)，通过对高拉速保护渣的研究，分别对高效连铸保护渣的性能进行讨论，得出结果：半球温度(熔点)为9801 110，1 300粘度为01n095(Pas)，析晶温度小于1 100，熔化速度为1315 s，熔渣层厚度为1012 mill，自由碳为1338。试验比较结晶器保护渣试样的化学成分和保护渣在结晶器中熔化时从原始保护渣取渣的矿物性能。采用振动粘度测定法确定出1 300时保护渣的粘度，用高温显微镜确定出开始熔化温度，主要指标如表l所示。一般连铸结晶器保护渣的碱度范围为060150，化学成分范围：训(Si02)在3045，硼(A1203)在75015，硼(F)在18 o4，Na。O小于10以下。连铸保护渣的矿物组成主要是玻璃状组织。目前连铸采用最广泛的保护渣是硅酸盐基加CaO、AIzOs、CaF：、碱金属氧化物等的渣。浇铸过程中保护渣的矿物成分由于其化学成分的变化而变化。因此，对保护渣在浇铸过程中性能变化研究具有重要意义。表l保护渣的化学成分和主要性能Table 1 Chemical composition and main character of mould powder保护渣试样口w(CaO)w(Si02)w(A1203)w(Na20+K20)w(F) w(Ca0)w(Si02)(1300)(Pas)ftA为初始工业保护渣33934.44.05.04.70.990.851100A1为结晶器保护渣36.239.38.36.24.20.920.90B为初始工业保护渣33.427.83.88.42.71.200.351030B1为结晶器保护渣38.632.28.17.92.51.200.56注：上述不足100的其它成分为MnO、MgO、C、Ti02含量8 结语(1)应用高性能结晶器保护渣是提高炼钢厂连铸坯质量的一个关键性因素。结晶器保护渣的化学、物理、热力学、动力学性能及其制备工艺，对保护渣的功能有着十分密切的关系。通过有效地控制各种影响因素及选用合适的制备工艺，就能生产出功能好的的保护渣，进而可在连铸生产中生产高质量连铸坯，并防止拉漏事故的发生，有利于创造连铸绿色新工艺。(2)调整、控制连铸保护渣与钢水之间的相互作用，是设计和开发新型结晶器保护渣的基础。通过调节保护渣的颗粒形状、烧结性能、体积密度和控制未熔化保护渣层的厚度和透气性，可以防止结晶器内钢水散热和提高保护渣的绝热性能。(3)在连铸坯表面上凝固的保护渣，其剥离难易程度，对板坯表面缺陷的发生率有重大影响。为提高铸坯质量，设计保护渣时应选择合适的成分，以降低保护渣和板坯表面之间的可润湿性及粘附性，使板坯表面上的凝固渣容易剥离下去。(4)深入研究稀土氧化物对保护渣物性影响的基础上，通过对原材料的分析及选择，采取了降低保护渣氧化性和添加特殊熔剂以增强保护渣吸收，溶解稀土氧化物对夹杂物吸收能力等技术措施，开发了具有低凝固温度、低析晶温度的预熔型保护渣是今后发展的方向。球团矿具有强度好、粒度均匀、形状规则、含铁品位高、还原性好等优点，在高炉冶炼中可起到增产节焦、改善炼铁技术经济指标、降低生铁成本、提高经济效益的作用。为适应钢铁工业快速发展、高炉精料技术和合理炉料结构的要求，近年来，球团矿作为优质原料得到青睐和高度重视，一些钢铁厂正在积极筹建或扩大球团矿产能。 实验项目二：球团矿的制备及性能测试铂片法所采用的是直接加热观察法，即在加热元件铂片上放置渣样，用铆接在铂片上的热电偶测温，以大电流、小电压来实现控温。在铂片上方置低倍显微镜，通过目镜直接观察渣样熔化情况，渣样完全熔化时的温度，即为该渣样的熔点。即简单地通过：单相自动控温器斗变压器_铂片来实现。312铂片法测试仪条件：(1)试粒粒度：05mm(35粒)；(2)升温速度：50min(在1000以上时)；(3)测温方式：直接测温；(4)温度控制系统：单相自动温控器(KSY一4D一16型)、大电流变压器(DDG一1型)、数显温度表。 球团矿是含铁炉料发展最快的原料。据统计，在世界炉料的新增产能中，球团矿产能明显提高。目前，我国年产球团矿5000万吨左右，占高炉炉料比例13左右，球团矿使用比例未达到高炉综合炉料优化的比例。我国有37家企业63座竖炉生产球团矿(绝大多数为8m2竖炉，最小4m2，最大16m2)，总容积5665 m2，生产球团矿3170万吨左右，2座带式焙烧机(包钢162 m2和鞍钢3216 m2)，生产球团矿330万吨左右；14套链箅机回转窑(首钢47m35Om和59m38.0m、承德35m300m、新兴铸管公司35m300m、鞍钢弓矿一球6.lm400m和弓矿二球