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品种钢优特钢连铸保护渣技术(1)

2009-08-21 11:03阅读:
来源:制钢参考网

1.保护介质的工艺功能是什么?
  保护介质有以下主要功能:
  (1)把液体金属与空气隔开防止二次氧化;
  (2)减少中间包、结晶器钢液面的热辐射损失,防止表面结壳;
  (3)吸收从钢液中上浮的夹杂物;
  (4)在结晶器铜壁与凝固坯壳之间起润滑作用。
  为完成上述功能,保护介质必须具备有良好的物理性能。
 
2.保护浇注有哪些方法。其含义分别是什么?
  概括地说有四种:
  (1)气体保护法。目前常用氩气、氮气作为保护气体,因其对于钢液是惰性气体,它与钢液中的活泼元素(如Al、Ti、Si、Mn)不发生化学反应;作为钢包→中间包或中间包→结晶器的保护气体,保护气体中的[O2]<l%,才能有效地防止二次氧化,起到保护作用。
  (2)液体保护剂。液体保护剂可分为三类:矿物油、植物油和合成油。合成油一般是矿物油的混合物。
  小方坯连铸机敞开浇注的结晶器目前广泛使用菜籽油作润滑保护剂。油流到结晶器四周的铜壁并附着其上形成油膜,当油膜与高温坯壳接触就裂解,油挥发成含CH化合物的还原性气体,在弯月面
起防止空气二次氧化的作用,同时有碳沉积在铜壁上,当结晶器向下运动时,油或碳被挤入到坯壳与结晶器壁之间起润滑作用。菜籽油用量一般为0.2—0.3L/t钢。
  (3)固体保护剂。中间包钢液面用覆盖剂(如碳化稻壳)或双层结构的覆盖渣,结晶器采用保护渣,均可防止二次氧化。目前浇注优特钢品种均采用专用结晶器保护渣进行保护浇注。
  (4)物理保护法。连铸生产优特品种钢的过程中,采用较多的物理保护方法是:钢包→中间包采用A1一C质长水口,将长水口插入中间包熔池里100mm左右,机械地把注流与空气隔开,同时避免了注流冲击到中间包熔池面引起的钢水裸露和飞溅造成的二次氧化。
  保护的关键是钢包滑动水口与长水口连接部位密封状况,该区域是空气最容易进入的部位。因长水口内径大未被钢流充满,如同一个抽气泵把空气从接缝处吸入。为防止在接缝处吸入空气,可采用下述办法解决:
  1)接缝处使用耐火纤维密封圈;
  2)接缝处使用金属环并通氩气;
  3)在接缝处直接通氩气;
  4)在接缝严密处通人氩气,使长水口顶部区形成正压区。
    
3.钢包→中间包使用长水口保护的效果如何?
  连铸优特品种钢的过程中,钢包→中间包使用长水口保护浇注后的效果体现在如下几个方面:
  (1)减少了钢中总氧量。铸坯中总[0]在使用长水口时为20~25×10-6,在敞开浇注时为40~50×10-6。总[0]减少,说明铸坯中A1203夹杂少了。
  (2)减少了钢中酸溶铝损失。钢包→中间包钢水[Al]损失,对塞棒钢包,用长水口为0.0054%,敞开浇注为0.0119%。对滑动水口钢包,用长水口为0.0018%,敞开浇注为0.0196%。采用长水口后,由于[A1]氧化少了,几乎消除了铸坯皮下A1203夹杂。用火焰清理铸坯表面发现,使用长水口保护的95%铸坯无皮下夹杂,而未用的为63%。
  (3)减少了渣中Al203含量。使用长水口浇注,中间包渣中A1203达20%~25%,结晶器渣A1203<10%;而敞开浇注时,中间包渣中A1203为30%~40%,结晶器渣A1203为10%~20%。结晶器保护渣中A1203降低,改善了渣子流动性,传热均匀,减少了铸坯纵裂和漏钢,同时也降低了A1203堵水口的概率。
  (4)由于夹杂物的减少,提高了产品的质量。
  (5)减少了钢水温度损失,减少吸[N]10~30×10-6,且有利于稳定操作和安全生产。
   
4.结晶器保护渣与浸入式水口的作用有哪些?
  结晶器保护渣的作用是:
  (1)隔绝空气,保护结晶器液面不受空气二次氧化;
  (2)绝热保温;
  (3)吸收钢液中上浮的夹杂物;
  (4)润滑凝固坯壳并改善凝固传热。
  结晶器保护渣必须与浸入式水口配合使用,钢包(大包)向中间包注入钢水时也采用浸入式水口。
  浸入式水口的作用是:
  防止注流的二次氧化,避免注流将钢液面上的浮渣带入铸坯,并可使结晶器内液面平衡,防止注流冲刷凝固层造成漏钢和拉裂。
   
5.保护渣的主要理化性能指标有哪些项目?
  检验保护渣理化性能的指标主要有:
  (1)熔化温度。由于多组分的熔渣通常没有固定的熔点,因而把具有一定流动性时的温度定义为“熔化温度”,通常称之为“半球点”。
  (2)熔化速度。熔化速度是指保护渣在一定温度下单位时间内其熔化的量。
  (3)分熔倾向。渣粉在熔化过程中总是低熔点的组分先熔化,高熔点的组分后熔化,由此会破坏熔渣层的均匀性。
  (4)黏度。黏度是指保护渣在一定温度下的粘滞程度,一般是在1300℃时测定的。
  (5)表面张力。表面张力是研究渣一钢界面现象和界面反应的重要参数。


6.保护渣在结晶器中的机理是什么?
  当固体粉状保护渣加入结晶器后,吸收高温钢水热量,迅速地在钢水面上形成液渣层。液渣层之上是烧结层(亦称过渡层,其中包括半熔层),最上面则是松散的粉状层,这就是常说的三层结构。
  在连铸过程中,钢水在结晶器内形成坯壳,初始坯壳是在钢液与保护渣交界之处开始形成的,故起到了隔绝空气,防止钢水二次氧化的作用。保护渣随着结晶器的振动,从弯月面处流人结晶器和坯壳的气隙中。由于结晶器的冷却作用,熔渣沿着结晶器壁在初生的坯壳表面形成凝固的渣皮。渣皮随着结晶器向下振动而被带到下方,在坯壳与结晶器之间形成了保护渣层,随着拉速的提高,钢水与结晶器壁的热交换加强,坯壳表面升温,此时的保护渣层被加热而形成熔融状态的渣膜,用来润滑铸坯坯壳与结晶器壁,防止“黏结”现象产生。结晶器上部,由于坯壳紧贴结晶器壁而受到急剧冷却,而下部由于坯壳的收缩产生的气隙,致使热阻增加,导出热量减少。恰好渣膜均匀地填充其中,既减少了结晶器上部的热传导又加速了结晶器下部的热传导,促进坯壳的均匀生长,防止热裂纹的产生。
  随着拉坯连续进行,保护渣不断地被带出结晶器。为保证连续浇注必须不断地分批向结晶器内添加相应量的保护渣。通常保护渣耗量为吨钢0.5kg左右。为了保证各渣层具有合适的厚度,添加新保护渣时要做到勤加、少加,黑渣操作。
   
7.高拉速连铸保护渣有哪些特点?
  当拉速大幅提高时,钢液面上液渣层厚度会随拉速提高而减薄,成渣速度跟不上,液渣来不及补充到规定的厚度,这样会引起坯壳和铜板之间渣膜很薄甚至没有导致黏结漏钢事故。同时也使铸坯纵裂纹的发生概率增加。因此随着拉速提高,应设法保持保护渣的消耗量,以稳定液渣层厚度。具体如:提高渣的熔化速度,以控制液渣层厚度在10~20㎜之间,保证流入坯壳和铜板之间渣量稳定。降低渣的熔点,半球点温度小于1150℃。降低渣的黏度,在1300℃的黏度小于0.1Pa·s。
8.包晶钢连铸保护渣有哪些特点?
  包晶钢在凝固过程中发生L+δ→γ的包晶反应,坯壳体积收缩大。γ比δ线收缩量增加3.8%。较大的体积收缩常引起坯壳大量的断续凹坑,还易引起表面纵裂纹。因此包晶钢连铸用保护渣应具有能改善铸坯传热,加强保护渣的结晶性能,液渣层流人通道均匀,渣耗稳定。
  
9.低碳钢对保护渣性能设计有哪些要求?
  首先低碳钢的钢中[C]<0.08%或0.06%。这类钢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,加速钢水凝固防止黏结漏钢,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,使发生黏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入铸流和结晶器内表面之间的区域,确保良好的润滑和足够的消耗,通常保护渣黏度选择较低的范围,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。
10.中碳钢对保护渣性能设计有哪些要求?
  中碳钢的钢水凝固过程中发生δ—γ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,避免纵横向的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,利用结晶器膜中的“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。
   
11.高碳钢对保护渣性能设计有哪些要求?
  高碳钢的特点是热强度差,浇铸温度和浇铸速度较低,同时容易产生黏结漏钢,高碳钢容易黏结,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,设计该保护渣的黏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,浇铸温度较其他钢种低,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。
   
12.特殊钢对保护渣性能设计有哪些要求?
  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置。
    
13.不锈钢连铸中该选用何种保护渣?
  不锈钢中含有Cr,Ti和Al等易氧化元素,生成的Cr2O3,TiO2和A12O3等均为高熔点氧化物,使钢水发黏;当保护渣吸收溶解这些夹杂物达到一定程度后,就会析出硅灰石和铬酸钙等高熔点晶体,破坏了液渣的玻璃态,导致保护渣熔点明显升高,液渣随之而变稠,渣子结壳,影响铸坯的表面质量。为此用于不锈钢浇注的保护渣应具有净化钢中Cr2O3和TiO2等夹杂物的能力,在吸收溶解这些夹杂物后仍能保持保护渣性能的稳定。浇注含铬不锈钢可采用CaO—SiO2一A12O3一Na2O—CaF2系的保护渣,并配入适量的B2O3,可以降低液渣的黏度,并能使凝渣恢复玻璃态,不再析晶。消除了Cr203的不利影响,保持了保护渣的良好性能。


14.连铸保护渣的组成和化学成分有哪些?
  连铸保护渣是一种以硅酸盐为基料的并含有多种熔剂和碳质骨架材料的功能性材料,是钢铁冶金连铸过程中的关键辅料,主要用于连铸结晶器内,在钢液面上熔化,一般形成液渣层、烧结层、熔渣层三层结构,正常连铸条件下,熔渣在弯月面处填入结晶器与铸坯间的间隙,对铸坯表面质量及连铸工艺的顺行具有重要影响。连铸保护渣主要由基料、助熔剂和碳质材料三大部分组成,含有CaO、Si02、Na20、CaF2、A1203、MgO等化学组分。
   
15.连铸保护渣按照制作工艺及外观分为几类?
  连铸保护渣按制作工艺及原料分为机械混合型和预熔型,按外观特征分为粉末渣和颗粒渣,其中颗粒渣又分为实心颗粒渣和空心颗粒渣。
  机械混合型保护渣,其特点是成本低,但使用效果稳定性难于保证,此外,对环境污染较严重;预熔型保护渣是将各种造渣料混合均匀后熔化,冷却后加入碳质材料得到的保护渣,进一步可以通过加入添加剂制得颗粒状保护渣,特点是制作工艺复杂,成本较高,但成渣均匀性优于机械混合型。
  
16.连铸保护渣在连铸过程中有何作用?
  连铸保护渣从加入到离开结晶器这一过程中所发挥的作用可归结为:
  (1)对结晶器钢液面绝热保温,避免冷凝;
  (2)保护钢液面不受空气二次氧化;
  (3)吸收钢液中上浮的夹杂物;
  (4)润滑铸坯与结晶器;
  (5)均匀和调节凝固坯壳向结晶器的传热。
  在上述诸多功能中,最重要的是吸收夹杂、润滑及控制传热。
  
17.连铸保护渣主要物化性能指标有哪些?
  连铸保护渣主要物化性能指标有:
  (1)熔化特性(熔点和熔速);
  (2)流动特性(黏度、凝固温度);
  (3)结晶性能(结晶温度及晶体状态);
  (4)铺展性和透气性能。
18.影响保护渣吸收钢中夹杂物的主要因素有哪些?
  连铸保护渣的重要功能之一是快速吸收从钢液上浮至渣一钢界面的夹杂物并保持高温物理性能的稳定。连铸保护渣吸收A1203夹杂物的能力主要决定于保护渣的黏度和原始渣中A1203的初始含量。保护渣的黏度越低(碱度越高)、渣中初始A1203含量越低,保护渣吸收夹杂物能力越强。
    
19.连铸保护渣控制传热的机理是什么?
  通过保护渣削弱弯月面区域热流密度的机理包括:固渣膜厚度增加,可增大热阻;渣膜中析出晶体对红外辐射的散射和渣膜对红外辐射的吸收可降低辐射传热;结晶体内的微孔和界面极大地削弱晶格振动,从而减弱传导传热;当与结晶器壁接触的渣膜为晶体时,由于晶体密度大于玻璃体密度,因此晶体的收缩导致渣膜与结晶器壁间产生气隙,增大了渣膜与结晶器壁的接触热阻;当与结晶器壁接触的渣膜为晶体时,由于晶体表面粗糙度比玻璃体高,减少了结晶器壁与渣膜的接触面积,也增大了渣膜与结晶器壁的接触热阻。


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