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炭质材料对熔化速度的影响规律是：炭量越多， 炭的粒度越小和比表面积越大，则降低熔化速 度的作用越强烈。常用的炭质材料降低熔化速 度的顺序是：碳黑>高炭石墨> 土状石墨。。
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3.3 保护渣粘性特征
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保护渣粘度是控制结晶器与铸坯之传热和润滑的 重要参数。粘度过大，熔化的保护渣不易渗入 结晶器和铸坯之间的缝隙内，铸坯的润滑条件 恶化，导致坯壳不易从结晶器内拉出，甚至造 成粘性漏钢事故。粘度过低，熔化的保护渣大 量流入结晶器和铸坯之间，铸坯润滑和传热不 均，导致表面裂纹产生，产生废品。
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硅氧离子团结构图
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氧化物对保护渣熔体网络的作用
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3 连铸保护渣的物理和化学性质
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连铸过程对保护渣的物理及化学性质有一定的要 求。保护渣的熔化温度、粘度及表面张力的大 小取决于渣的化学成分。保护渣的研制和使用 过程要对其密度、熔化温度、粘度、表面张力 和溶解吸收非金属夹杂物能力等基本性质进行 测定。除了上述几个基本性质之外，保护渣的 熔融速度、熔融模型以及导热性也是衡量保护 渣性能的主要指标。
用于连铸保护渣的原材料种类繁多，分为天然矿 物（如石灰石、萤石、硅灰石、石英砂等）和 人造矿物（工业废渣、水泥熟料、玻璃粉、人 造硅灰石等）。
6Leabharlann 连铸技术保护渣组成、性能与原料选择之间的关系
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保护渣的物性指标主要包括成分、熔点、熔速、 粘度等，这些指标主要取决于 CaO、SiO2、 Al2O3的百分含量、组成助熔剂和熔速调节剂 的成分及加入量。不同的钢种、断面或拉速对 保护渣的特性要求差别比较大，相应地，保护 渣的化学成分变化也很大。
9.0
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1.完全离子溶液模型 (1)熔渣完全由正、负离子构成，正离子为
Ca2+、Fe2+、Mn2+等金属离子。负离子为 O2-、S2-、F-及SiO44-、PO43-、AlO2-， Fe02-，没有比SiO44-更复杂的硅氧离子: (2)正负离子相间分布: (3)熔渣是完全溶液。
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碱度是影响保护渣溶解Al2O3 能力的主要因 素，随着碱度的增大，吸收 Al2O3 的能力增 大，碱度为 1.0~1.1 时，吸收速度达到最大 值，当碱度大于 2 时，吸收 Al2O3的速度却 呈下降趋势。保护渣中 F-和 Na+的含量对吸 收 Al2O3速度有明显的影响。资料表明，F可以使复合硅氧离子解体，大大降低熔渣的粘 度，特别是熔渣吸收 Al2O3后仍然能够保持 较低的粘度，其效果要好于 Na+。碱度指数 Bi由下式给出：
正规离子溶液模型 (1)熔渣由简单的正离子Fe2+, Mn2+, Mg2+,
Ca2+, Si4+, P5+及唯一的负离子O2-组成; (2)各离子完全无序的分布于O2-周围，与完全离
子溶液模型一样，即混合熵与完全离子溶液一 样: (3)各种正离子与O2-的作用力不等，因此其混 合热不等于零。
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保护渣的网络结构
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下列因素可以增大保护渣溶解吸收 Al2O3 的能 力： （1） 低粘度的保护渣 （2） 氟化物含量的增加（其中 NaF>LiF>CaF2） （3） 用 Li2O 取代 Na2O （4） 提高保护渣碱度 （5） 降低初始 Al2O3含量。
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熔渣中的离子种类及相互作用力
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离子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取决于它 的综合矩（离子电荷/离子半径）。离子的综 合矩越大，说明它的静电场越强，与异号离子 的引力越大。
离子 离子半径/nm 综合矩×102（静库/cm）
SiO44- 0.279
6.9
O2-
0.132
7.3
Ca2＋ 0.106
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保护渣 η—T 曲线
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对 AB 段和 CD 段分别进行线性回归，得到的回归直线 斜率绝对值分别为 I1 和I2，把 I1 和 I2 分别定义为 粘度高温稳定指数和粘度低温稳定指数，I1 和 I2 的 物理意义可分别理解为高温时和低温时单位温差熔渣 粘度的变化。结合 I1, I2 和 A,G,D 点，粘度曲线基 本可以定量描述。
结晶器保护渣
东北大学
2012年4月6日
1保护渣的作用
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1) 防止钢液面受空气的再氧化。 2) 对裸露的钢液绝热保温。 3) 吸收和熔解非金属夹杂物。 4) 在结晶器和坯壳间起润滑作用，使铸坯能顺
利拉出。 5) 控制传热的速度和均匀性。
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保护渣熔化模型示意图 1—固态渣层;2—烧结 层;3—半熔化层;4—液态 渣层;5—钢液;6—坯壳; 7—玻璃质渣膜;8—晶体 质渣膜;9—渣圈
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3.1 保护渣密度
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保护渣的密度大约为 2800~3200kg·m-3。密 度的温度系数大约为每升高 100℃降低 5kg·m-3。熔渣的密度与保护渣成分和原材 料选择有关。
松散的粉末保护渣或者颗粒状的保护渣的密度称 为“容重”，它不仅与成分有关，而且与粉末的 粒度或者颗粒的大小及致密度有关。
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3.2 保护渣熔化特性
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熔化温度
大多数板坯保护渣的熔化温度控制在 1050~1200℃。通常用半球点温度定义保护 渣的熔化温度。
一般常用助熔剂对降低熔化温度的次序为： NaF>Na5Al3F14>Na2CO3>NaCl>CaF2
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熔化速度是保护渣的一个重要性能，它是控制熔 渣层厚度、渣膜均匀性和渣耗的主要手段。保 护渣的熔化速度，主要依靠配入炭质材料来控 制的。保护渣中游离碳含量对于熔化速度具有 极大的影响，保护渣组成的矿物学本性也决定 着熔化速度。
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(1)孤立四面体SiO44-。没有公共的顶角与其它 的四面体连接，是相互隔离的，硅氧数量之比 为Si:O= 1:4; (2)双四面体SiO44-。两个SiO44-四面体之 间有一个O2-为共用，硅氧数量比为Si:O= 1:3.5; (3)孤立环状。由三个或三个以上的SiO44四面体彼此共用两个顶点而组成封闭的平面孤 立环，硅氧数量之比为Si:O= 1:3.5;
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表1 高拉速连铸对保护渣性能的要求
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表2 铸坯缺陷与保护渣性能之间的关系
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2 保护渣原料选择和化学组成
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保护渣一般由三部分组成：基料、助熔剂和熔速 调节剂。基料以 CaO—SiO2—Al2O3系的物 质为基础，另外加入适量的 Na2O，CaF2， B2O3 等化合物作助熔剂，来调节熔点和粘 度。根据各钢种及操作工艺加入一定量的碳素 材料作为熔速调节剂、要求加入时铺展性好。
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相图中大致的标出了模铸保护渣和连铸保护渣的 成分范围，由图中的等温线可以看出，这两个 范围内三元物系的熔点都较低，连铸保护渣存 在于一个以硅灰石(CaO Si02)形态存在的低 熔点区，该区域内Ca0大致为30~50%, Si02为30~60%, A1203≤20%，熔点大 致在1300~1500℃。由于该区域中Si02的 含量高达30%以上，属于硅酸盐熔体。硅离 子的配位数为4，每一个硅离子存在于4个氧 离子的包围之中，构成硅氧四面体[Si04]4。
在温度低于转折点时的粘度实际上已经不是经典意义的 粘度，应称为表观粘度，简称为粘度，粘度稳定指数 实际应为表观粘度稳定指数，简称粘度稳定指数。
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保护渣 lnη—1/T 曲线
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3.4 保护渣界面性质
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保护渣界面性质指保护渣的表面张力及保护渣与 钢水的界面张力。要使熔融的保护渣溶解吸收 弯月面处的夹杂物如 Al2O3，Cr2O3，TiO2 等，必须使熔渣对这些夹杂物具有良好的润湿 性，即熔渣能很快的捕捉它们，避免或减少这 些夹杂物在弯月面处被卷入凝固壳。
角必须大，这样才能在浇注过程中使得熔渣和钢 液界面间的固体夹杂物的去除达到最佳，同
时还需要一个保护渣覆盖层，用于润湿和溶解夹 杂物。从界面能的角度看，接触的角度越大
（~130°），越有利于夹杂物的去除。
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在熔融的 CaO-SiO2-Al2O3系统下，Al2O3和钢 液间的接触角约为 160°，表明保护渣的存 在促进了夹杂物的分离。研究表明，无论液态 保护渣的成分如何，只要接触角大于 90°， 都有利于钢液中的固体颗粒上升至钢-渣界面 上，这意味着保护渣总是润湿 Al2O3颗粒 的。
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（2）粘度曲线形状的定量描述 结晶器保护渣(S 渣)的粘度曲线。A 点为
1300℃熔渣粘度，通常所指的粘度即为 A 点 粘度, G 点为拐点（粘度突变点），D 点粘度 为 5Pa·s 。 粘度热稳定性是就 G 点附近的粘度变化情况而 言，而且很少对粘度稳定性进行定量研究。曲 线形状代表粘度的变化规律，曲线的倾斜度意 味着熔渣温度的改变时粘度的变化速率。
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保护渣的粘度应该控制在一定的范围，连铸保护 渣的粘度在 1300℃时，一般都小于 1Pa·s。 连铸保护渣的粘度应该与浇铸钢种、结晶器断 面形状和尺寸、结晶器振动方式相配合。研究 发现，低碳铝镇静钢连铸保护渣的最佳粘度 （1300℃）满足下式：
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化学稳定性差的保护渣，熔渣吸收钢水中上浮的 非金属氧化物后，通常粘度变大，熔渣流动性 变差，渗入结晶器铜板与铸坯间的渣量减少， 可能引起铸坯质量缺陷；如果吸收的 Al2O3 夹杂很多，有可能在液相渣膜中形成霞石类固 相颗粒，恶化铸坯润滑，可能引起铸坯质量缺 陷，严重时造成粘结漏钢。