炉渣冶金性能测试实验报告院系: 冶金与资源学院班级：冶105指导老师：组长：组员：实验地点: 安徽工业大学炉渣冶金性能测试文献综述1目前连铸保护渣的状况1. 1国外状况鉴于连铸保护渣技术在现代连铸技术中的重要地位, 工业发达国家将连铸保护渣技术列入高科技范畴, 各研究所、高等院校和企业都投入大量人力、物力进行开发研究。
欧洲煤钢联在20 世纪80 年代末、90 年代初投入大量资金对保护渣原材料、基本组成及特性、在连铸过程中的行为作用和连铸保护渣工业化生产等17 个项目进行了系统研究, 取得了很好效果, 促进了连铸技术的发展;美国材料协会从1996 年开始研究和建立连铸保护渣生产和使用技术标准, 大大促进了保护渣技术的发展; 日本和韩国除了进行大量保护渣基础理论研究外, 还不断开发连铸保护渣生产的在线检测和控制技术。
这些研究和开发一方面形成了连铸保护渣的产业( 如英国Foseco、德国Metal-lurgica 和Stollberg、韩国Stollburg、日本板田和品川等一批生产工艺先进、开发能力较强的连铸保护渣专业化生产厂) , 另一方面大大促进了保护渣理论的深化和提高。
总之, 国外主要进行了三方面的工作:( 1) 进行保护渣基础理论研究, 其目的是开发出适合各种连铸品种和工艺要求的保护渣;( 2) 采用了计算机模拟技术及专家系统, 进行结晶器内保护渣熔化特性模拟及保护渣成分设计;( 3) 建造先进的保护渣生产厂, 生产性能稳定和高质量的保护渣, 并使之商品化, 我国各钢厂进口的保护渣多数从这些厂购进。
目前工业发达国家已经做到连铸保护渣系列化、商品化。
1. 2国内状况我国连铸保护渣自1972 年开始研制, 至今已有30多年的历史, 已经具有研究开发保护渣的能力, 并建成了一批保护渣生产厂。
除了个别品种的保护渣需从国外进口外, 国产保护渣基本上能满足目前国内连铸生产的需要, 而且在保护渣基础理论研究方面有所创新。
如为解决高铝钢、1Cr18Ni9Ti 等高合金钢连铸中出现的保护渣吸收夹杂物和润浸的矛盾, 提出了高碱性、高玻璃化保护渣的理论, 并应用到生产实践中, 收到良好效果。
我国现有连铸保护渣生产厂近30 家( 初略统计) 。
国内许多钢厂都有自己的保护渣生产厂, 如鞍钢、武钢、宝钢、攀钢、本钢、济钢、邯钢等, 研制及生产连铸保护渣, 以满足本企业生产的特殊性和灵活性, 适应钢材市场的多样性要求。
连铸保护渣之所以受到如此重视, 一是因为连铸生产对保护渣的使用性能要求很高, 不同的钢种、不同的机型要使用不同性能的保护渣; 二是因为连铸保护渣对连铸生产顺行和铸坯表面质量的提高起着关键作用。
目前我国应用的保护渣主要是预熔型保护渣, 外形以雾化空心颗粒为主, 国内板坯铸机大部分采用这种渣型。
还有部分实心颗粒渣和粉状渣在使用, 但大多用在方坯铸机上。
我国在连铸保护渣技术方面虽然取得一些进步, 但与工业发达国家相比还有相当大的差距, 存在着许多亟待解决的问题。
( 1) 保护渣开发及生产技术人员不足无论是保护渣开发人员, 还是生产厂及钢厂的保护渣技术人员都很缺乏, 有些保护渣生产厂根本没有开发能力, 仅靠模仿和购买保护渣配方维持生产, 跟不上连铸工艺及品种的变化, 影响了连铸的发展。
20 世纪90 年代初期, 我国连铸品种极为单调, 连铸坯产量不高, 保护渣品种也不多, 所以矛盾不突出。
而现今, 由于连铸品种的扩大、连铸比的提高以及对铸坯质量的高要求, 一般钢厂都需要4～7 种保护渣, 较大的钢厂则需要10 余种保护渣。
许多钢厂由于缺乏保护渣方面的技术人员,造成连铸保护渣选择不当或使用不当, 引起连铸工艺不顺、事故不断及铸坯质量差等问题, 甚至由于保护渣的问题使一些品种不能及时投产。
( 2) 保护渣的检测手段缺乏目前国内保护渣生产厂普遍缺乏必备的检测手段, 有些生产厂连最基本的熔点、粘度和化学成分等都不能检测, 全靠经验生产, 造成保护渣的稳定性差, 给连铸生产带来很多困难。
( 3) 连铸保护渣研究工作比较薄弱目前我国从事保护渣基础研究的单位不多,保护渣生产厂基础研究缺少技术人员和资金的支持。
特别是合金钢连铸保护渣的研制生产难度大,需求量少, 开发研究工作明显不足。
2连铸保护渣的发展方向随着世界连铸技术的迅速发展, 国外在保护渣的研究方面, 采用了很多先进手段, 如: 热态模拟、计算机仿真、微型连铸等, 使保护渣的产品质量大幅度提高。
( 1) 普遍向适应大断面、高拉速的保护渣品种发展。
提高连铸拉坯速度可在不增加大量投资的情况下, 大幅度提高生产效率。
在国外, 满足大板坯高于2m/ min 以上拉速和薄板坯3～6m/ min拉速的新型保护渣品种已成功投入使用。
( 2) 向低氟少钠等环保功能型的保护渣品种发展。
氟的化合物绝大多数有毒, 保护渣在熔化过程中, 一部分以气体形式挥发, 一部分以“渣衣”形式进入二冷水和轧钢系统, 污染空气和水源, 破坏臭氧层, 腐蚀设备, 并对人体造成伤害。
( 3) 保护渣在品种上, 追求相同或近似条件下, 尽可能采用通用型保护渣, 以利于生产组织和质量的稳定。
但在特定条件下, 针对性加强。
国外对于同机型保护渣品种的使用更加细化, 钢种的针对性更强, 低、中、高碳钢, 低碳含铝钢, 低合金钢等都采用不同品种保护渣; 而国内区分不细, 使用方法有欠科学, 不利于长远质量水平的提高, 生产中经常出现保护渣性能恶化现象, 还有可能造成生产事故。
3保护渣的熔化特性和使用性能3. 1保护渣在结晶器内的熔化特性保护渣熔化过程示意图见图1[ 1]。
从图1 可见, 保护渣在熔化时由4 层组成, 分别是固态渣层、烧结层、半熔化层和液态渣层。
如果将半熔化层和液态渣层之间的富碳层算在内, 也可以说在熔化时由5 层组成。
无论是粉渣还是颗粒渣, 都是由这4 层或5 层组成。
结晶器与坯壳间的渣膜由固态渣膜和液态渣膜组成。
固态渣膜又由玻璃质膜和晶体质膜组成。
固态渣膜对传热有影响。
3. 2连铸保护渣的性能保护渣在凝固时的性能包括粘度G1300℃、凝固温度Ts 和结晶温度Tc, 三者合理搭配保证铸坯的润滑并调节从铸坯传往结晶器的热流。
润滑情况与液渣渗入结晶器与坯壳间的多少和渗入的均匀性有关。
生产过程中, 高碳钢( [ C] > 0. 4%) 板坯容易粘结, 粘结与润滑不良有关。
高碳钢保护渣设计的重点应注重在保证润滑上。
降低Ts对保证润滑有利。
降低CaO/ SiO2, 减少氟含量, 提高B2O3 都有利于降低Ts[ 2]。
高碳钢容易粘结与初始生成的坯壳凝固收缩小有关, 含碳量对坯壳有效厚度的影响见图2[ 3]; 低中碳钢尤其是中碳钢( 即包晶钢板坯容易产生表面裂纹, 特别是高拉速时。
低中碳钢容易产生表面裂纹, 与高温时D→C的相变收缩大有关。
为了消除表面裂纹, 低中碳钢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。
4如何选择使用和评价保护渣4. 1保护渣对铸坯质量的影响保护渣选用适当与否, 对连铸生产和铸坯质量将产生重要影响。
保护渣对铸坯质量的影响主要发生在结晶器内, 其中又以表面质量为甚。
保护渣的选用对连铸生产和铸坯质量的影响主要有:( 1) 粘结性漏钢。
生产实践表明, 由于保护渣不良引起的粘结是板坯和大方坯连铸漏钢的主要原因。
保护渣的熔化温度偏高或熔化速度偏低, 会导致液渣层过薄, 从而造成漏钢。
( 2) 表面纵向热裂纹。
该缺陷发生在结晶器内, 是由于结晶器内生成的坯壳厚度不均匀, 张应力集中在某一薄弱部位造成的。
在设备条件和操作因素不变的条件下, 保护渣熔化特性选用不当,液渣层厚薄不一, 造成渣膜厚度不均, 使局部坯壳变薄产生纵裂。
纵裂产生与熔渣粘度和拉坯速度有关, 连铸板坯时, G·T值应控制在0. 2～0. 35Pa4如何选择使用和评价保护渣4.2保护渣对铸坯质量的影响保护渣选用适当与否, 对连铸生产和铸坯质量将产生重要影响。
保护渣对铸坯质量的影响主要发生在结晶器内, 其中又以表面质量为甚。
保护渣的选用对连铸生产和铸坯质量的影响主要有: ( 1) 粘结性漏钢。
生产实践表明, 由于保护渣不良引起的粘结是板坯和大方坯连铸漏钢的主要原因。
保护渣的熔化温度偏高或熔化速度偏低, 会导致液渣层过薄, 从而造成漏钢。
( 2) 表面纵向热裂纹。
该缺陷发生在结晶器内, 是由于结晶器内生成的坯壳厚度不均匀, 张应力集中在某一薄弱部位造成的。
在设备条件和操作因素不变的条件下, 保护渣熔化特性选用不当,液渣层厚薄不一, 造成渣膜厚度不均, 使局部坯壳变薄产生纵裂。
纵裂产生与熔渣粘度和拉坯速度有关, 连铸板坯时, G·T值应控制在0. 2～0. 35Pa国连续铸钢的迅速发展、连铸品种不断扩大以及新连铸机的投产, 经常会遇到如何选择保护渣和评价保护渣的问题。
因为连铸保护渣的通用性很差, 又没有一个统一的标准, 即使选择浇注钢种和断面相同的保护渣, 但由于拉速、钢水质量和设备参数的不同, 同样不能生产出表面质量好的铸坯。
如果保护渣选择不当, 不仅造成铸坯表面缺陷多、修磨量大, 而且使连铸工艺难以顺行, 事故频繁,严重时连铸无法进行, 所以对连铸保护渣的选择应给予充分重视。
5鞍钢保护渣的应用与研发现状5. 1保护渣熔化性能研究熔化温度、凝固温度和结晶温度是表征连铸保护渣在结晶器内行为的重要性能指标。
熔化温度直接影响结晶器内弯月面上方的渣层传热和熔渣层的产生, 与连铸保护渣的绝热保温性能和润滑性能密切相关[1,2]。
而凝固温度和结晶温度则控制结晶器与铸坯之间渣膜的分布和结构, 是控制结晶器和铸坯之间传热与润滑的重要参数。
通过测定熔渣的熔化温度、凝固温度和结晶温度, 研究连铸保护渣的熔化温度、凝固温度和结晶温度之间的关系。
熔化温度高于凝固温度和结晶温度。
凝固温度和结晶温度之间的关系与连铸保护的玻璃性能有关。
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: 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1010 ºC ~ 1200 ºC。
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。