王淑滿

摘要：連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣是一種以硅酸鹽為基的并含有多種熔劑和骨架材料的功能性材料。保護(hù)渣在連鑄結(jié)晶器內(nèi)發(fā)揮著絕熱保溫、防止鋼液氧化、控制傳熱、潤滑鑄坯的作用，是促進(jìn)連鑄技術(shù)發(fā)展、保證連鑄工藝順行及鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵性材料?；诖耍疚木瓦B鑄結(jié)晶器保護(hù)渣研究進(jìn)展及趨勢(shì)方面的內(nèi)容進(jìn)行了分析探討，以供參閱。

關(guān)鍵詞：連鑄結(jié)晶器；保護(hù)渣；研究進(jìn)展；趨勢(shì)

引言

鋼鐵的制造從模鑄生產(chǎn)到連續(xù)鑄鋼，使鋼鐵的生產(chǎn)更加高效化。在這個(gè)過程中連鑄結(jié)晶器的發(fā)明使鋼鐵生產(chǎn)由間斷式生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)生產(chǎn)?？梢哉f連鑄結(jié)晶器是整個(gè)連鑄過程的“心臟”，而連鑄保護(hù)渣和浸入式水口的配合使用是維持連鑄結(jié)晶器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵之一。

1連鑄保護(hù)渣的基本功能

①可以防止鋼液特別是鋼液彎月面的二次氧化。保護(hù)渣加入到結(jié)晶器內(nèi)的鋼液面上，熔化后形成一定厚度的液渣層，并均勻覆蓋鋼液面，該液渣層起到了隔絕鋼液與空氣接觸的作用，進(jìn)而可防止鋼液的二次氧化。②絕熱保溫。在高溫鋼液面上加入保護(hù)渣，由于三層或多層結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，可減少鋼液的輻射熱損失，降低鋼水的過熱度。為此，在保護(hù)渣操作中，要求液渣層上有一定厚度的粉渣層，即黑渣操作。提高保護(hù)渣的保溫性，可提高結(jié)晶器彎月面溫度，可減少渣圈的生成或過分長大。尤其是在澆鑄高碳鋼時(shí)，提高保護(hù)渣的絕熱保溫性能，對(duì)改善鑄坯潤滑是有利的。增加保護(hù)渣中的配碳量、改變碳質(zhì)材料的種類、加入發(fā)熱元素或降低保護(hù)渣的體積密度，均可以提高保護(hù)渣保溫性。③保護(hù)渣吸收夾雜的能力。為防止鋼液上浮的夾雜物被卷入凝固殼，造成鑄坯表面或皮下缺陷，保護(hù)渣熔化形成的液渣層應(yīng)具有吸收和同化鋼液中上浮的非金屬夾雜的能力。不同鋼種上浮的夾雜不同，對(duì)保護(hù)渣物性的影響是不同的。④保護(hù)渣具有均勻傳熱的功能。保護(hù)渣熔化形成的液渣，若能均勻流入結(jié)晶器壁與凝固坯殼間，便能形成均勻的渣膜，可以減小上部的傳熱速率，加大下部傳熱速率，從而改善傳熱的均勻性，提高鑄坯質(zhì)量。近來通過保護(hù)渣成分的調(diào)整，已可實(shí)現(xiàn)控制渣膜的傳熱速率。在控制渣膜傳熱上采用的技術(shù)主要有提高保護(hù)渣堿度，以提高保護(hù)渣的凝固溫度、析晶溫度和析晶率，降低渣膜的有效熱傳導(dǎo)率。

2連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣現(xiàn)狀及趨勢(shì)

2.1熔化過程的揮發(fā)問題

現(xiàn)有的研究主要是通過高溫質(zhì)譜儀或熱重分析等，方法研究其熔化過程揮發(fā)物的生成，這些試驗(yàn)手段可以研究分析熔化過程的揮發(fā)物種類及含量，但其升溫速度極慢（高溫質(zhì)譜儀的升溫速度僅為4-5℃/min，熱重分析儀的升溫速度也僅為20-30℃/min。然而，實(shí)際連鑄過程鋼液面上的連鑄保護(hù)渣在高溫鋼水的作用下易生成揮發(fā)物，而且鋼液面上的液渣更新速度較快，揮發(fā)物的生成情況勢(shì)必受到影響，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的條件無法模擬這一熔化過程，也無法研究分析揮發(fā)物的生成情況。雖然，Schulz等研究指出當(dāng)在保護(hù)渣中添加AL2O3能夠抑制揮發(fā)物性氟化物的生成，但在實(shí)驗(yàn)室中無法研究是否可以在連鑄保護(hù)渣中添加這些特殊組分來抑制有害揮發(fā)物的生成，解決揮發(fā)帶來的危害。所以，現(xiàn)有解決氟揮發(fā)問題只能依靠減少渣中氟化物開發(fā)無氟或低氟保護(hù)渣。

2.2現(xiàn)有熔渣的表面張力計(jì)算主要是通過組分加和的方法

然而，熔渣的表面張力與其熔渣結(jié)構(gòu)有關(guān)，雖然程紅艷等指出熔渣的表面張力與熔渣中離子和離子團(tuán)的靜電勢(shì)有關(guān)，也考慮了硅酸根離子團(tuán)靜電勢(shì)的變化，但未提出新的基于熔渣結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型，這并不利于表面張力的準(zhǔn)確計(jì)算。而鋼渣界面張力測試比較困難，所采用的X射線座滴法，并無通用設(shè)備，往往需要研究者根據(jù)需要而改裝設(shè)備，這也限制了該方法的應(yīng)用，導(dǎo)致界面張力的研究比較欠缺。

2.3為了解釋連鑄保護(hù)渣的一些現(xiàn)象利于后續(xù)的研究開發(fā)

近年來冶金工作者開始了連鑄保護(hù)渣熔渣結(jié)構(gòu)的探究。Mills闡述了連鑄保護(hù)渣的熔渣結(jié)構(gòu)，但其對(duì)結(jié)構(gòu)的描述是引用了硅酸鹽璃結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)。而常規(guī)的硅酸鹽玻璃組成相對(duì)比較簡單，玻璃中的SiO2為主要組成其質(zhì)量分?jǐn)?shù)往往大于70%，僅含有少量的Ca0、Na2O等來調(diào)節(jié)玻璃的性能。但在連鑄保護(hù)渣中SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)往往小于50%，除了Ca0、Na2O等組分之外還含有CaF2和AL2O3等特殊組分，硅酸鹽玻璃和CaO-SiO2基連鑄保護(hù)渣的結(jié)構(gòu)上勢(shì)必會(huì)存在一定的差異，這些結(jié)構(gòu)的存在勢(shì)必對(duì)熔渣的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生影響，但卻缺乏系統(tǒng)的研究。

2.4高鋁鋼連鑄問題和渣中氟造成的危害問題

不管高鋁鋼澆鑄采用哪種策略勢(shì)必要增加渣中的AL2O3含量，而本團(tuán)隊(duì)的研究表明增加渣中AL2O3的含量有助于抑制渣中氟釋放造成的危害，這就表明當(dāng)改變CaO-SiO2渣系中的AL2O3含量開發(fā)CaO-AL2O3-SiO2渣系和CaO-AL2O3渣系保護(hù)渣，有可能有助于同時(shí)解決保護(hù)渣面臨的兩大難題。然而將CaO-SiO2渣系轉(zhuǎn)變?yōu)镃aO-AL2O3-SiO2基和CaO-AL2O3以基保護(hù)渣之后，渣中各組分對(duì)各渣系保護(hù)渣的結(jié)構(gòu)和性能的影響尚缺乏系統(tǒng)的研究。

2.5熔渣的流變行為與其結(jié)構(gòu)相關(guān)

然而現(xiàn)有的大部分研究主要考慮了組分變化對(duì)流變性能的影響，但欠缺從結(jié)構(gòu)層面系統(tǒng)的研究熔渣的流變行為。此外，隨著渣系的轉(zhuǎn)變，熔渣的結(jié)構(gòu)勢(shì)必發(fā)生改變，這些結(jié)構(gòu)上的變化會(huì)對(duì)熔渣的流變性能產(chǎn)生何種影響尚缺乏系統(tǒng)的研究。

2.6連鑄保護(hù)渣的結(jié)晶特性主要通過CCT和TTT曲線來研究

然而，在實(shí)際結(jié)晶器內(nèi)的熔渣是在非等溫條件下凝固結(jié)晶，CCT和TTT曲線無法表征這一凝固結(jié)晶過程。DHTT試驗(yàn)可以用于研究連鑄保護(hù)渣在非等溫條件下的凝固結(jié)晶特性，但這種方法尚處于研究階段，建立合適的試驗(yàn)方法及選擇合適的評(píng)估參數(shù)尚需要進(jìn)一步的研究。

結(jié)束語

綜上分析連鑄保護(hù)渣作為一種須滿足多種行為要求的功能材料，幾十年的發(fā)展己從經(jīng)驗(yàn)逐漸轉(zhuǎn)化為科學(xué)，從宏觀的理化性能控制到微觀的熔渣結(jié)構(gòu)控制，但對(duì)熔渣成分、性能與結(jié)構(gòu)間的關(guān)系還缺乏系統(tǒng)的研究，這將是今后研究的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王謙.含鈦不銹鋼連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣的研究[C].全國連鑄技術(shù)研討會(huì)論文集，北京：中國金屬學(xué)會(huì).2013

[2]董金剛，王謙，劉蘅.高堿性高玻璃化連鑄保護(hù)渣組成與性能關(guān)系及其應(yīng)用[C].第五屆全國連鑄學(xué)術(shù)年會(huì)，北京：中國金屬學(xué)會(huì)，2014

[3]萬恩同.連鑄稀土處理鋼的專用保護(hù)渣[J].世界金屬導(dǎo)報(bào)，2012（03）