連鑄保護(hù)渣課件

1、第一章第一章 連鑄保護(hù)渣概述連鑄保護(hù)渣概述第二章第二章 連鑄保護(hù)渣的理論基礎(chǔ)連鑄保護(hù)渣的理論基礎(chǔ)第三章第三章 連鑄保護(hù)渣的物化特性及對(duì)鑄坯連鑄保護(hù)渣的物化特性及對(duì)鑄坯 質(zhì)量的影響質(zhì)量的影響第四章第四章 連鑄保護(hù)渣在結(jié)晶器內(nèi)的行為連鑄保護(hù)渣在結(jié)晶器內(nèi)的行為第五章第五章 連鑄保護(hù)渣的生產(chǎn)連鑄保護(hù)渣的生產(chǎn)第六章第六章 連鑄保護(hù)渣的系列化設(shè)計(jì)連鑄保護(hù)渣的系列化設(shè)計(jì)第七章第七章 連鑄保護(hù)渣性能的測試方法連鑄保護(hù)渣性能的測試方法第八章第八章 連鑄保護(hù)渣的最新進(jìn)展連鑄保護(hù)渣的最新進(jìn)展第一節(jié)第一節(jié) 連鑄保護(hù)渣的發(fā)展及現(xiàn)狀連鑄保護(hù)渣的發(fā)展及現(xiàn)狀第二節(jié)第二節(jié) 連鑄保護(hù)渣的類型及特點(diǎn)連鑄保護(hù)渣的類型及特點(diǎn)第三節(jié)第三

2、節(jié) 連鑄保護(hù)渣的冶金作用連鑄保護(hù)渣的冶金作用國外：從1962年歐洲開始，法國“東方”在1963年采用浸入式水口保護(hù)澆注技術(shù)，1965年日本在連鑄機(jī)上應(yīng)用了粉末保護(hù)渣澆注。國內(nèi)：1972年應(yīng)用浸入式水口保護(hù)澆注，70年代中期得到迅速的發(fā)展。連鑄保護(hù)渣從60年代問世，70年代是其研究和應(yīng)用比較活躍的時(shí)期，80年代由于高速來連鑄、高溫連鑄要實(shí)現(xiàn)熱送或直軋，以及特鋼連鑄等技術(shù)對(duì)保護(hù)渣提出了更高的要求。保護(hù)渣的發(fā)展與現(xiàn)狀保護(hù)渣的發(fā)展與現(xiàn)狀第一節(jié)第一節(jié) 保護(hù)渣的化學(xué)組成保護(hù)渣的化學(xué)組成第二節(jié)第二節(jié) 保護(hù)渣的三元相圖保護(hù)渣的三元相圖第三節(jié)第三節(jié) 熔渣的離子結(jié)構(gòu)模型熔渣的離子結(jié)構(gòu)模型第四節(jié)第四節(jié) 熔渣的物化特

3、性熔渣的物化特性保護(hù)渣類型保護(hù)渣類型發(fā)熱渣絕熱渣預(yù)熔渣燒結(jié)渣粉渣粉渣顆粒渣顆粒渣實(shí)心形實(shí)心形空心形空心形保護(hù)渣保護(hù)渣（外形）（外形）第一節(jié)第一節(jié) 熔化特性及對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響熔化特性及對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響第二節(jié)第二節(jié) 粘度特性及對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響粘度特性及對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響第三節(jié)第三節(jié) 結(jié)晶特性及對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響結(jié)晶特性及對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響第五節(jié)第五節(jié) 礦物特性及對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響礦物特性及對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響第四節(jié)第四節(jié) 傳熱特性及對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響傳熱特性及對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響 第一節(jié)第一節(jié) 連鑄過程中鋼液彎月面的形狀連鑄過程中鋼液彎月面的形狀 第二節(jié)第二節(jié) 坯殼及鑄坯表面振痕的形成坯殼及鑄坯表面振痕的形成 第三

4、節(jié)第三節(jié) 結(jié)晶器和鑄坯間渣膜的形成和作用結(jié)晶器和鑄坯間渣膜的形成和作用第一節(jié)第一節(jié) 保護(hù)渣原料種類及要求保護(hù)渣原料種類及要求第二節(jié)第二節(jié) 連鑄保護(hù)渣的配制及加工連鑄保護(hù)渣的配制及加工第三節(jié)第三節(jié) 連鑄保護(hù)渣的使用連鑄保護(hù)渣的使用第四節(jié)第四節(jié) 連鑄保護(hù)渣的選擇連鑄保護(hù)渣的選擇第一節(jié)第一節(jié) 板坯連鑄保護(hù)渣板坯連鑄保護(hù)渣第二節(jié)第二節(jié) 方坯連鑄保護(hù)渣方坯連鑄保護(hù)渣第三節(jié)第三節(jié) 低合金連鑄保護(hù)渣低合金連鑄保護(hù)渣第四節(jié)第四節(jié) 彈簧鋼連鑄保護(hù)渣彈簧鋼連鑄保護(hù)渣第五節(jié)第五節(jié) 不銹鋼連鑄保護(hù)渣不銹鋼連鑄保護(hù)渣第六節(jié)第六節(jié) 超低碳鋼連鑄保護(hù)渣超低碳鋼連鑄保護(hù)渣第七節(jié)第七節(jié) 高碳鋼連鑄保護(hù)渣高碳鋼連鑄保護(hù)渣第一節(jié)

5、保護(hù)渣的物性的測定第二節(jié)第二節(jié) 保護(hù)渣的熔化特性的測定保護(hù)渣的熔化特性的測定第三節(jié)第三節(jié) 保護(hù)渣粘度的測定保護(hù)渣粘度的測定第四節(jié)第四節(jié) 保護(hù)渣結(jié)晶特性的測定保護(hù)渣結(jié)晶特性的測定第五節(jié)第五節(jié) 保護(hù)渣表面張力的測定保護(hù)渣表面張力的測定第一節(jié)第一節(jié) 高速連鑄保護(hù)渣高速連鑄保護(hù)渣第二節(jié)第二節(jié) 薄板坯連鑄保護(hù)渣薄板坯連鑄保護(hù)渣一、發(fā)熱渣 1. 組成 硅酸鹽和氟化物，配入金屬氧化劑。 2. 特點(diǎn) 1） 優(yōu)點(diǎn) 當(dāng)粉渣與鋼液接觸時(shí)，靠粉渣中的鋁粉和硅鈣粉氧化發(fā)熱，形成熔渣層，且不會(huì)使鋼液面溫度下降，利于消除鋼液面上的冷皮；由于結(jié)晶器鋼液面熱狀況的改善，形成熔渣層的時(shí)間短，增加了熔渣與鋼液接觸的時(shí)間，利于發(fā)揮保

6、護(hù)渣在鋼液面的功能。 2） 缺點(diǎn) 由于配入氧化劑，可能引起鋼液表面的含氧量增高，不利于去除夾雜物；此種渣成本較高，如配料不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)猛烈燃燒，結(jié)晶器表面產(chǎn)生大量的煙氣和火焰，液面狀況不易觀察，影響澆鋼工人的操作。 1. 1. 預(yù)熔渣預(yù)熔渣 這種渣是將含這種渣是將含CaoCao和和SiOSiO2 2 的材料、氟化物和其他含的材料、氟化物和其他含NaNa+ + 的材料按一定的材料按一定的化學(xué)成分要求配渣再經(jīng)以下工藝流程制造：的化學(xué)成分要求配渣再經(jīng)以下工藝流程制造：粉末原料混合造球入爐熔化預(yù)熔渣料粉碎混合加炭質(zhì)材料顆?；稍镱A(yù)熔顆粒渣優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1 1） 其化學(xué)成分和相成分均勻，在結(jié)晶器內(nèi)能均勻熔化，

7、形成穩(wěn)定其化學(xué)成分和相成分均勻，在結(jié)晶器內(nèi)能均勻熔化，形成穩(wěn)定的熔渣層，結(jié)晶器與鑄坯間形成的渣膜較均勻，從而獲得表面質(zhì)量良好的的熔渣層，結(jié)晶器與鑄坯間形成的渣膜較均勻，從而獲得表面質(zhì)量良好的鑄坯。鑄坯。2 2） 對(duì)鋼種和連鑄工藝參數(shù)的適應(yīng)較強(qiáng)，保護(hù)渣成品不易吸潮，儲(chǔ)對(duì)鋼種和連鑄工藝參數(shù)的適應(yīng)較強(qiáng)，保護(hù)渣成品不易吸潮，儲(chǔ)存期長。存期長。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 生產(chǎn)工藝復(fù)雜，產(chǎn)品價(jià)格高于混合型粉渣很多，推廣使用受到了生產(chǎn)工藝復(fù)雜，產(chǎn)品價(jià)格高于混合型粉渣很多，推廣使用受到了限制。限制。燒結(jié)渣燒結(jié)渣 燒結(jié)型粉渣的生產(chǎn)程序如下： （1） 在化學(xué)成分相當(dāng)穩(wěn)定的粉狀混合物中拌入大約5%焦末和18%水分 （2） 通過圓

8、盤造球機(jī)將混合料造成小球 （3） 通過蓖式燒結(jié)機(jī)對(duì)預(yù)處理的混合物進(jìn)行燒結(jié) （4） 把燒結(jié)物磨細(xì)到適宜的粒度范圍 （5）通過加入某種有機(jī)物水溶液，將粉狀燒結(jié)渣與一定數(shù)量的細(xì)炭粉進(jìn)行混合造球，然后烘干優(yōu)點(diǎn)：其熔化均勻性好，在連鑄中應(yīng)用取得了良好的效果。但其生產(chǎn)比較復(fù)雜，故使用范圍受到了一定的限制。 保護(hù)渣在連鑄過程中起到五大冶金作用： 一、防止鋼液面受空氣的再氧化二、對(duì) 鋼液有絕熱保溫作用三、吸收和溶解非金屬夾雜物四、在結(jié)晶器壁與坯殼間起潤滑作用五、控制傳熱的速度和均勻性保護(hù)渣加到鋼液面要求盡快的形成熔渣層并均勻覆蓋在鋼液面上，使鋼液與空氣隔離，在這個(gè)過程中，尤其應(yīng)注意保護(hù)鋼液的彎月面。氧的傳遞也

9、可以 通過熔渣間接輸送，它主要取決于熔渣中的氧化鐵的含量，使用含氧化鐵高的保護(hù)渣對(duì) 鑄坯的質(zhì)量是不利的。鋼液表面的凝固和彎月面出生坯殼的提前凝固對(duì)鑄坯的表面將產(chǎn)生不良的影響。因?yàn)殇撘褐械纳细A雜物有可能被凝固的鐵的結(jié)晶體捕集，形成一個(gè)由金屬和氧化物組成的硬殼結(jié)構(gòu)，它被卷入坯殼后造成嚴(yán)重缺陷。渣的保溫作用可以通過覆蓋鋼液面上的具有溫度低，體積密度小的粉末層來實(shí)現(xiàn)。炭在保護(hù)渣中起到隔離作用，控制粉渣的熔化速度，阻止粉末層燒結(jié)，使其在液渣上始終維持一粉渣層，充分發(fā)揮其絕熱保溫的功能。進(jìn)入結(jié)晶器的鋼液不可避免的帶入非金屬夾雜物，它包括由澆注系統(tǒng)帶入的耐材和脫氧產(chǎn)物。如不能將其溶解和吸收被卷入坯殼會(huì)形成

10、表面和皮下夾雜缺陷。從熱力學(xué)觀點(diǎn)來看，硅酸鹽系熔渣是能吸收和溶解這些非金屬夾雜物的。鋼液面上的液態(tài)渣填充到結(jié)晶器和坯殼間的 潤滑功能十分重要。其潤滑作用與形成的渣膜的厚度、均勻性和結(jié)構(gòu)有關(guān)，其實(shí)實(shí)際上是流體潤滑。這要求熔渣具有玻璃態(tài)的性能，熔渣內(nèi)不應(yīng)有高熔點(diǎn)出現(xiàn)。由于結(jié)晶器和鑄坯之間形成渣膜，坯殼向水冷結(jié)晶器銅壁的傳熱和敞開澆注比較有很大的變化，傳熱的均勻性得到了改善。返回本章 熔化溫度熔化溫度1）定義：爐渣為多元系，故其熔化溫度是一個(gè)溫度）定義：爐渣為多元系，故其熔化溫度是一個(gè)溫度區(qū)間，無恒定溫度。爐渣的熔點(diǎn)是指完全熔化的溫區(qū)間，無恒定溫度。爐渣的熔點(diǎn)是指完全熔化的溫度。度。2） 測定方法：

11、分析法、淬火法、熱絲法、半球法測定方法：分析法、淬火法、熱絲法、半球法及差熱分析法。較精確的方法為熱分析法、差熱分及差熱分析法。較精確的方法為熱分析法、差熱分析法及淬火法。析法及淬火法。3） 對(duì)與簡單的渣系，可以利用它們的相圖直接查對(duì)與簡單的渣系，可以利用它們的相圖直接查出它們的熔點(diǎn)。出它們的熔點(diǎn)。2、熔渣的粘度 1） 定義：全稱為粘度系數(shù)。即對(duì)于一個(gè)各層流動(dòng)速度不等的流股，各層間的內(nèi)摩擦力的大小正比于垂直于流股方向的速度梯度及接觸面積。 即： f=Adxdv 式中 f內(nèi)摩擦力， N A接觸面積， m2 粘度系數(shù)， Pas or Ns/m ，泊 粘度與溫度的關(guān)系式為：=B0expE/（RT）

12、式中 B0指前系數(shù) E粘流活化能，J/mol R氣體常數(shù)，R=8.314J/(mol.K) T絕對(duì)溫度， K 保護(hù)渣的主要成分為 CaOAl2O3SiO2三元系粘度曲線，圖中做出了堿度為 0.5 及 1 的等堿度線。當(dāng) Al2O3含量一定的話，提高渣的堿度可使粘度降低。 CaOAl2O3SiO2三元系在不同溫度下的粘度值可根據(jù)上圖查得。圖中的虛線上對(duì) A 之值，實(shí)際是參數(shù) B 之值。 渣系的粘度為：=0.1TexpTB310或 =2.303+ A+ T+TB310 2） 測量方法：一般采用圓柱旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)。 如圖如圖2-5物理特性1.熔化溫度2.粘度3.熔渣的表面張力4.熔渣金屬液面的界面張力5

13、.熔渣的密度6.熔渣的熱容化學(xué)特性化學(xué)特性1.熔渣的堿度2.熔渣的氧化能力及還原能力3.熔渣溶解氣體的能力熔渣的表面張力 1） 定義：液體表面層的質(zhì)點(diǎn)總是受到液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的引力，將其拉向液體內(nèi)部，上液體的表面積縮小，作用在單位長度上的力稱為表面張力。它的單位為：牛頓/米 ， （N/m） 2） 計(jì)算方法：=ixi N/m ii 物質(zhì)的表面張力， N/m xii 物質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)。 3） 表面張力曲線： 4） 測定方法：最大氣泡壓力法，拉環(huán)法。 如圖如圖2-6熔熔渣渣金金屬屬液液面面的的界界面面張張力力 1） 定定義義：兩兩凝凝聚聚相相間間（液液液液或或液液固固）存存在在的的張張力力稱稱為為界界面面

14、張張力力 金金屬屬與與熔熔渣渣間間的的界界面面張張力力屬屬于于液液液液相相間間的的界界面面張張力力。它它是是由由于于液液相相及及界界面面的的組組成成及及結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的不不同同引引起起的的。 2） 測測定定方方法法：靜靜滴滴法法 acos2212221 2222cosbabaa （如圖（如圖2-7） 熔渣的密度 1）松散的粉末的保護(hù)渣或顆粒渣的密度又稱容重。故 =m/v m保護(hù)渣的質(zhì)量，Kg 保護(hù)渣的容重，m3 v保護(hù)渣的體積，Kgm-3 2、固態(tài)渣的密度： 渣=3.97 (%Al2O3)+33.2(%CaO)+71.3(%CeO2)+51.2(%Cr2O3)+35.0(%MgO)+54.0(%M

15、nO)+ 22.7(%Na2O)+52.0(%Fe2O3)+59.0(%FeO)+23.2(%SiO2)+23.9(%P2O5)+42.2(%TiO2)+ 48.7(%V2O5)+28.0(%CaF2)+46.0(%FeS) 其密度大約為 28003200Kg/m3，密度的溫度系數(shù)大約為每升高 100降低 5Kg/m3. 熔渣的熱容： 熔渣的熱容與其組成關(guān)系不大，而溫度的影響則較大，用以下公式近似計(jì)算 Cp=0.276（T-273）+0.56710-3（T-273）2 KJ/（KgK） 1） 表示方法： I最簡單的方法：R=2%SiOCaO II準(zhǔn)確表示方法光學(xué)堿度：是衡量熔渣中的氧離子相對(duì)自

16、由程的指標(biāo)。 =ixi 式中 i氧化物 i 的理論光學(xué)堿度 xi正離子的當(dāng)量分?jǐn)?shù) 2、熔渣的氧化能力及還原能力 熔渣的氧化能力及還原能力是用熔渣中 FeO 的活度來衡量的。圖： 1） 表示方法：OaLFeO%0 0%LaOFeO 1、 氧化渣與還原渣的判斷方法： 實(shí)平OO% 氧化渣 實(shí)平OO% 還原渣 如圖如圖2-81、熔渣溶解氣體的能力 1、溶解氫的能力： 堿性渣中：H2O（g）+（O2-）=2（OH-） 酸性渣中：H2O（g）+SiOSi=SiOH+HOSi 結(jié)論：堿性強(qiáng)吸收氧量強(qiáng) 酸性強(qiáng)吸收氧量強(qiáng) 中性吸收氧量少 2） 溶解氮的能力： CONNCO23212323322 COCNNCO2

17、121232122 限制性環(huán)節(jié)：渣中需存在 O2-及 C 結(jié)論：酸性渣或無碳的條件下熔渣的含氮量低，但為了避免增加渣中的含氮量，從而降低渣中的含氮量應(yīng)使保護(hù)渣的堿度控制低些。 熔化特性 對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響一、粘度特性三、對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響二、粘度的計(jì)算一般指在指定溫度下渣一般指在指定溫度下渣完全熔化所需要的時(shí)間。完全熔化所需要的時(shí)間。 熔化溫度熔化速度熔化溫度的影響因素返回目錄返回目錄結(jié)晶特性對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響返回目錄返回目錄保護(hù)渣應(yīng)該具有良好的玻璃態(tài)，這樣才能保保護(hù)渣應(yīng)該具有良好的玻璃態(tài)，這樣才能保證渣膜的潤滑功能，使鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)向下證渣膜的潤滑功能，使鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)向下的運(yùn)動(dòng)的過程中受到盡可能

18、低摩擦力。鑄坯的運(yùn)動(dòng)的過程中受到盡可能低摩擦力。鑄坯所受到的摩擦力包括了固體摩擦力和液體摩所受到的摩擦力包括了固體摩擦力和液體摩擦力，前者由結(jié)晶器與固相渣膜間的接觸，擦力，前者由結(jié)晶器與固相渣膜間的接觸，或者是渣膜不連續(xù)而出現(xiàn)鑄坯直接接觸所引或者是渣膜不連續(xù)而出現(xiàn)鑄坯直接接觸所引起，后者則為液相渣膜內(nèi)的渣膜內(nèi)的剪應(yīng)力。起，后者則為液相渣膜內(nèi)的渣膜內(nèi)的剪應(yīng)力。如果保護(hù)渣結(jié)晶能力強(qiáng)，易于析出晶體，不如果保護(hù)渣結(jié)晶能力強(qiáng)，易于析出晶體，不僅對(duì)固體摩擦有不利影響，而且也不可能增僅對(duì)固體摩擦有不利影響，而且也不可能增大液相渣膜內(nèi)的剪應(yīng)力。大液相渣膜內(nèi)的剪應(yīng)力。結(jié)晶率高的保護(hù)渣，往往晶體結(jié)晶率高的保護(hù)渣，

19、往往晶體的析出溫度也高，從而溫度高的析出溫度也高，從而溫度高的保護(hù)渣不僅增大固體渣膜與的保護(hù)渣不僅增大固體渣膜與結(jié)晶器接觸的摩擦力，而且使結(jié)晶器接觸的摩擦力，而且使液體渣膜的剪應(yīng)力增大，從而液體渣膜的剪應(yīng)力增大，從而對(duì)渣膜的潤滑性有很大的破壞對(duì)渣膜的潤滑性有很大的破壞作用，進(jìn)而使鑄坯穿鋼的發(fā)生作用，進(jìn)而使鑄坯穿鋼的發(fā)生率提高。率提高。 傳熱特性 對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響一、礦物特性一、礦物特性二、二、 對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響1、 相同化學(xué)成分的保護(hù)渣由于各自的成分不同而具有不同的熔化速率 2、結(jié)晶器的潤滑取決于渣的熔化溫度范圍和粘度，而這二者有都取決于礦物特性，傳熱也受到礦物特性的影響。 由

20、于各種礦物具有不同的導(dǎo)熱系數(shù)，從而影響鑄坯的凝固。導(dǎo)熱系數(shù)按順序排列：硅灰石鈣黃長石尖晶石霞石。 增大渣的堿度使硅灰石相區(qū)縮小， 而尖晶石和霞石相區(qū)擴(kuò)大，因此降低了熱傳導(dǎo)系數(shù)，使結(jié)晶器熱流減少了，從而減少了縱裂。 選擇的原則為： 1）原材料的成分應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定； 2）原材料中含有害物質(zhì)應(yīng)盡量少，特別是Al2O3，F(xiàn)e2O3和S等含量； 3）在保護(hù)渣使用過程中不應(yīng)釋放有害物質(zhì)污染環(huán)境； 4）來源廣泛，價(jià)格便宜。 幾種原材料的特點(diǎn)： 1、水泥熟料：成分穩(wěn)定，雜質(zhì)少，活性強(qiáng)及熔化均勻，是連鑄保護(hù)渣理想原料，易吸潮變質(zhì)，保管時(shí)間不宜過長。 2、硅石灰：成分穩(wěn)定，含有害物少，價(jià)格便宜，來源廣泛。是連鑄保護(hù)渣理

21、想原料，但用它制成的保護(hù)渣熔化均勻性和反應(yīng)性不如水泥熟料優(yōu)越。 3、玻璃粉：成分非常穩(wěn)定，有害雜質(zhì)少，來源廣泛，價(jià)格便宜，是連鑄保護(hù)渣理想的原料。 4、高爐渣：是工業(yè)廢料，熔化均勻，是較好的保護(hù)渣原料，且其成分不穩(wěn)定，有害雜質(zhì)高于以上三種原料，逐漸減少用量或淘汰。 5、電廠灰：工業(yè)廢料，便宜廣泛，且經(jīng)過燒結(jié)容重較輕。但成分不穩(wěn)定，含有害雜質(zhì)高，目前很少被采用。 一、保護(hù)渣原材料的選擇二、保護(hù)渣常用的原材料組成及性能三、人工合成的保護(hù)渣由于連鑄技術(shù)的發(fā)展和完善，對(duì)鑄坯要求越來越高，故對(duì)保護(hù)渣提出了很高的要求。目前保護(hù)渣的不足之處為： 1） 原料成分波動(dòng)大，制成保護(hù)渣成分波動(dòng)大，性能不穩(wěn)定； 2）

22、 有原料的種類和組成的限制，對(duì)保護(hù)渣品種開發(fā)受到一定的限制； 3） 由于原料的限制（如原料結(jié)晶水及有害雜質(zhì)等） ，給配渣帶來困難； 4） 用電爐冶煉出的預(yù)熔渣，不僅成本高，技術(shù)難度大，而且由于氟化物和 Na2O 的揮發(fā)而使保護(hù)渣性能波動(dòng)，很難控制在最小范圍內(nèi)。 為了克服其不足之處，把金屬氧化物、金屬氟化物和堿金屬的碳酸鹽組成的原料，在沖天爐內(nèi)熔化成所需要的基料，再按使用的目的，將冶煉成的基料配入小量的熔劑及炭質(zhì)材料，制成各種需要的保護(hù)渣，也有無需進(jìn)行調(diào)整直接制成產(chǎn)品（即預(yù)熔渣） 。 連鑄保護(hù)渣的配制連鑄保護(hù)渣的配制連鑄保護(hù)渣的加工二、絕熱渣（混合型粉渣）二、絕熱渣（混合型粉渣） 1. 組成組成

23、 含有堿性和酸性氧化物的粉末原含有堿性和酸性氧化物的粉末原料的基礎(chǔ)上配入螢石、冰晶石、碳酸鈉和炭質(zhì)料的基礎(chǔ)上配入螢石、冰晶石、碳酸鈉和炭質(zhì)材料。材料。 2 . 特點(diǎn)特點(diǎn) 1）生產(chǎn)此種渣必須保證配渣原）生產(chǎn)此種渣必須保證配渣原料的化學(xué)成分穩(wěn)定，制渣工藝嚴(yán)格。其直接導(dǎo)料的化學(xué)成分穩(wěn)定，制渣工藝嚴(yán)格。其直接導(dǎo)致保護(hù)渣的熔化狀況不良，結(jié)晶器內(nèi)鋼液面上致保護(hù)渣的熔化狀況不良，結(jié)晶器內(nèi)鋼液面上出現(xiàn)嚴(yán)重的分熔現(xiàn)象；如果配炭量低，不能有出現(xiàn)嚴(yán)重的分熔現(xiàn)象；如果配炭量低，不能有效的控制粉渣的熔化速度。效的控制粉渣的熔化速度。 2） 混合型粉渣的混合型粉渣的 制作工藝簡單，原料選擇的余地大，保護(hù)渣的制作工藝簡單，

24、原料選擇的余地大，保護(hù)渣的價(jià)格低。價(jià)格低。粉渣：粉渣比顆粒狀的絕熱性能好，粉渣：粉渣比顆粒狀的絕熱性能好，同時(shí)它的表面積大，化渣快，所以粉同時(shí)它的表面積大，化渣快，所以粉渣多用于高速鑄機(jī)及低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的渣多用于高速鑄機(jī)及低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的澆注，不宜用于裂紋敏感性強(qiáng)的鋼，澆注，不宜用于裂紋敏感性強(qiáng)的鋼，如中碳鋼和不銹鋼。其缺點(diǎn)是開始加如中碳鋼和不銹鋼。其缺點(diǎn)是開始加入結(jié)晶器是產(chǎn)生粉塵和火焰，和顆粒入結(jié)晶器是產(chǎn)生粉塵和火焰，和顆粒渣相比保護(hù)渣的成分有不均勻分布的渣相比保護(hù)渣的成分有不均勻分布的危險(xiǎn)，易造成凝固坯殼不穩(wěn)定冷卻，危險(xiǎn)，易造成凝固坯殼不穩(wěn)定冷卻，鑄坯表面有可能產(chǎn)生裂紋。鑄坯表面有可能產(chǎn)生裂紋

25、。 顆粒渣：熔化均勻性好，灰顆粒渣：熔化均勻性好，灰塵少，不污染環(huán)境，而且渣膜塵少，不污染環(huán)境，而且渣膜均勻改善潤滑效果，多用于低均勻改善潤滑效果，多用于低拉速和裂紋敏感性高的鋼種。拉速和裂紋敏感性高的鋼種。與粉渣比較，絕熱保溫性能差，與粉渣比較，絕熱保溫性能差，成渣速度慢，不適合高拉速用成渣速度慢，不適合高拉速用的保護(hù)渣。的保護(hù)渣。空心形：它不僅具有絕熱保溫空心形：它不僅具有絕熱保溫性能和凈化環(huán)境的作用，而且性能和凈化環(huán)境的作用，而且其流動(dòng)性和在結(jié)晶器內(nèi)鋪展性其流動(dòng)性和在結(jié)晶器內(nèi)鋪展性也優(yōu)于其他渣但成渣速度慢，也優(yōu)于其他渣但成渣速度慢，很難與流入坯殼和結(jié)晶器之間很難與流入坯殼和結(jié)晶器之間的渣

26、量保持平衡，易引起鑄坯的渣量保持平衡，易引起鑄坯產(chǎn)生缺陷，不適合用于高拉速產(chǎn)生缺陷，不適合用于高拉速鑄機(jī)用：與顆粒渣一樣有分熔鑄機(jī)用：與顆粒渣一樣有分熔現(xiàn)象，而且空心球里有空氣，現(xiàn)象，而且空心球里有空氣，熔化時(shí)不能完全排除，易使鑄熔化時(shí)不能完全排除，易使鑄坯產(chǎn)生表面和皮下氣孔。且其坯產(chǎn)生表面和皮下氣孔。且其生產(chǎn)成本高，制造工藝復(fù)雜。生產(chǎn)成本高，制造工藝復(fù)雜。實(shí)心形：實(shí)心顆粒渣克服了以上三種形實(shí)心形：實(shí)心顆粒渣克服了以上三種形狀保護(hù)渣的缺點(diǎn)，具有良好的絕熱保溫狀保護(hù)渣的缺點(diǎn)，具有良好的絕熱保溫性能，不污染環(huán)境，且成渣速度快和熔性能，不污染環(huán)境，且成渣速度快和熔化均勻性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有良好的鋪化

27、均勻性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有良好的鋪展性和生產(chǎn)工藝簡單成本低的優(yōu)勢。因展性和生產(chǎn)工藝簡單成本低的優(yōu)勢。因此此渣適用于低、中碳鋼和高拉速的鑄此此渣適用于低、中碳鋼和高拉速的鑄機(jī)。但顆粒尺寸應(yīng)嚴(yán)格控制，一般在機(jī)。但顆粒尺寸應(yīng)嚴(yán)格控制，一般在100800um，最好取，最好取200400um，否，否則絕熱保溫性能下降。則絕熱保溫性能下降。基料基料炭質(zhì)材料炭質(zhì)材料熔熔 劑劑保保護(hù)護(hù)渣渣的的組組成成作用：基料作為基本添加材料作用：基料作為基本添加材料 基料堿性材料堿性材料酸性材料酸性材料水泥熟料水泥熟料 硅灰石硅灰石 高爐渣高爐渣 石英砂石英砂 玻玻 璃璃 硅石粉硅石粉 熔劑具有助熔作熔劑具有助熔作用用作用作

28、用：熔劑常用的有螢石、蘇打、熔劑常用的有螢石、蘇打、冰晶石、硼砂等冰晶石、硼砂等 （1）隔熱保溫作用。隨著保護(hù)渣中炭質(zhì)材料的增加，其隔熱保溫性能增強(qiáng)，炭黑優(yōu)于石墨；（2） 控制保護(hù)渣熔化速度的作用。炭黑類優(yōu)于石墨類；（3） 控制保護(hù)渣熔化物性的作用；（4）控制保護(hù)渣熔融模型的作用。保護(hù)渣的熔融模型與炭質(zhì)材料的種類和數(shù)量有關(guān)；（5）影響保護(hù)渣的鋪展性能。隨著保護(hù)渣中炭質(zhì)材料的增加，其鋪展性能得到改善；（6）減緩保護(hù)渣在結(jié)晶器壁結(jié)渣圈的作用。炭黑類優(yōu)于石墨類。作用：作用：炭質(zhì)材料炭質(zhì)材料石墨石墨炭黑炭黑焦炭粉焦炭粉根據(jù)根據(jù)三元系相圖三元系相圖的切線規(guī)則及連線規(guī)則，此相圖可分為七個(gè)獨(dú)立的部分。的切線

29、規(guī)則及連線規(guī)則，此相圖可分為七個(gè)獨(dú)立的部分。在圖中用實(shí)線的連接線劃分出這七個(gè)獨(dú)立的部分：在圖中用實(shí)線的連接線劃分出這七個(gè)獨(dú)立的部分：1 1） S SCSCSCASCAS2 2是具有一個(gè)三元共晶點(diǎn)（點(diǎn)是具有一個(gè)三元共晶點(diǎn)（點(diǎn)2 2）的三元系。）的三元系。2 2） CSCSCASCAS2 2C C2 2ASAS也是具有一個(gè)三元共晶點(diǎn)（點(diǎn)也是具有一個(gè)三元共晶點(diǎn)（點(diǎn)4 4）的三元系。）的三元系。3 3） CSCSC C2 2S SC C2 2ASAS是具有一個(gè)二元異分熔點(diǎn)化合物（是具有一個(gè)二元異分熔點(diǎn)化合物（C C3 3S S2 2）的三元系，此）的三元系，此體系內(nèi)有一個(gè)三元共晶點(diǎn)（點(diǎn)體系內(nèi)有一個(gè)三元

30、共晶點(diǎn)（點(diǎn)5 5）及三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)（點(diǎn)）及三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)（點(diǎn)3 3）。）。4 4） S SA ACASCAS2 2此體系中的在二元系中是穩(wěn)定化合物，但在某一定濃度的此體系中的在二元系中是穩(wěn)定化合物，但在某一定濃度的三元素中將轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的化合物。此獨(dú)立三元系內(nèi)有一個(gè)三元共晶點(diǎn)三元素中將轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的化合物。此獨(dú)立三元系內(nèi)有一個(gè)三元共晶點(diǎn)（點(diǎn)（點(diǎn)1 1）及一個(gè)三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)（點(diǎn)）及一個(gè)三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)（點(diǎn)7 7）。）。5 5） C CC C2 2S SC C1212A A7 7此體系內(nèi)有兩個(gè)二元異分熔點(diǎn)化合物（此體系內(nèi)有兩個(gè)二元異分熔點(diǎn)化合物（C C3 3A A及及C C3 3S S），在），在兩個(gè)三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)（點(diǎn)

31、兩個(gè)三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)（點(diǎn)1414，1515），一個(gè)三元共晶點(diǎn)（點(diǎn)），一個(gè)三元共晶點(diǎn)（點(diǎn)1313）。）。 6 6） C C2 2S SC C2 2ASASCACAC C1212A A7 7此四元系在相圖中為一四邊形，它是一個(gè)獨(dú)立此四元系在相圖中為一四邊形，它是一個(gè)獨(dú)立的部分，此體系內(nèi)有一個(gè)三元共晶點(diǎn)（點(diǎn)的部分，此體系內(nèi)有一個(gè)三元共晶點(diǎn)（點(diǎn)1212）及三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)（點(diǎn)）及三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)（點(diǎn)1111）。）。7 7） A ACASCAS2 2C C2 2ASASCACA此體系內(nèi)還有兩個(gè)不穩(wěn)定化合物（此體系內(nèi)還有兩個(gè)不穩(wěn)定化合物（CACA2 2及及CACA6 6），），有兩個(gè)三元共晶點(diǎn)（點(diǎn)有兩個(gè)三元共晶點(diǎn)（點(diǎn)6 6

32、，1010）及兩個(gè)三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)（點(diǎn)）及兩個(gè)三元轉(zhuǎn)熔點(diǎn)（點(diǎn)9 9及及8 8）。）。連鑄過程中存在低熔點(diǎn)區(qū)連鑄過程中存在低熔點(diǎn)區(qū)MM處處（圖（圖2 22 2），經(jīng)很多冶金學(xué)者，經(jīng)很多冶金學(xué)者研究，認(rèn)為保護(hù)渣合適的基礎(chǔ)化學(xué)成分為：研究，認(rèn)為保護(hù)渣合適的基礎(chǔ)化學(xué)成分為： CaOCaO% SiO% SiO2 2% Al% Al2 2O O3 3% 10 1038 4038 4060 560 52020在考慮學(xué)則原材料的類型及其配比時(shí)，應(yīng)該用在考慮學(xué)則原材料的類型及其配比時(shí)，應(yīng)該用SiOSiO2 2CaOCaOAlAl2 2O O3 3系的等溫液相線作指導(dǎo)。下面我們進(jìn)一步分析連鑄保護(hù)系的等溫液相線作指導(dǎo)。下

33、面我們進(jìn)一步分析連鑄保護(hù)渣合適的熔點(diǎn)范圍。在渣合適的熔點(diǎn)范圍。在MM區(qū)域：區(qū)域：A A點(diǎn)雖比點(diǎn)雖比B B點(diǎn)熔點(diǎn)低，但考慮點(diǎn)熔點(diǎn)低，但考慮在澆注過程中吸收夾雜物（在澆注過程中吸收夾雜物（AlAl2 2O O3 3）后，）后，A A點(diǎn)液相線熔點(diǎn)提高點(diǎn)液相線熔點(diǎn)提高B B點(diǎn)快得多，故寧愿選擇熔點(diǎn)高的點(diǎn)快得多，故寧愿選擇熔點(diǎn)高的B B點(diǎn)成分；同時(shí)也是為了改點(diǎn)成分；同時(shí)也是為了改善吸收夾雜物的能力，把渣中的含量從善吸收夾雜物的能力，把渣中的含量從20%20%降到降到10%10%?？傊?，?？傊?，希望澆注過程中結(jié)晶器內(nèi)熔渣吸收夾雜物后的成分變化不要希望澆注過程中結(jié)晶器內(nèi)熔渣吸收夾雜物后的成分變化不要在高熔點(diǎn)

34、區(qū)內(nèi)。在高熔點(diǎn)區(qū)內(nèi)。一、熔渣離子結(jié)構(gòu)的依據(jù)一、熔渣離子結(jié)構(gòu)的依據(jù)二、熔渣中離子的種類及相二、熔渣中離子的種類及相互作用力互作用力三、熔渣的離子結(jié)構(gòu)模型三、熔渣的離子結(jié)構(gòu)模型1） 熔渣可以導(dǎo)電，并有一定的電阻。電渣重熔及電弧爐煉鋼均是通過熔渣導(dǎo)電而獲得高溫。2） 熔渣可以電解，當(dāng)電解熔渣時(shí)，在陰極析出金屬，在陽極析出氧氣，說明熔渣中至少存在金屬正離子及氧負(fù)離子。3） 熔渣可以作高溫原電池的電解質(zhì)，說明熔渣是由離子組成。4） 當(dāng)向金屬熔渣界面通入電荷時(shí)，可以改變金屬熔渣的界面張力，稱為毛細(xì)現(xiàn)象，說明金屬熔渣間的反應(yīng)是離子反應(yīng)，熔渣中存在著離子。1） 正離子。均為簡單的金屬正離子，正離子。均為簡單的

35、金屬正離子，如如CaCa2+2+，F(xiàn)eFe2+2+，MnMn2+2+，MgMg2+2+等。它們等。它們都是由金屬氧化物離解而生成的：都是由金屬氧化物離解而生成的：2 2） 負(fù)離子。簡單的負(fù)離子有負(fù)離子。簡單的負(fù)離子有O O2-2-，S S2-2-，F(xiàn) F- -。它們是由氧化物，硫化物及。它們是由氧化物，硫化物及氟化物離解而得到的氟化物離解而得到的; ;復(fù)雜的負(fù)離子復(fù)雜的負(fù)離子有：有：SiOSiO4 44- 4-，POPO4 43- 3-，AlOAlO2 22- 2-，F(xiàn)eOFeO2- 2-等。等。其中其中SiOSiO4 44-4-還能聚合為更加復(fù)雜的硅還能聚合為更加復(fù)雜的硅氧復(fù)合離子，如：氧復(fù)

36、合離子，如：Si Si2 2O O7 76-6-，Si Si3 3O O9 96-6-，Si Si4 4O O12128- 8-，Si Si6 6O O181812-12- 等。等。熔渣中含量最高的酸性氧化物是 SiO2,因此復(fù)雜的負(fù)離子是以 SiO44-為主.當(dāng) SiO2的含量不斷增加時(shí),會(huì)造成熔渣中的 O2-不足,使 SiO2變?yōu)?SiO44-的反應(yīng)發(fā)生困難,這時(shí) SiO44-會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng),釋放出 O2-以使 SiO2變?yōu)?SiO44-反應(yīng)得以進(jìn)行，硅氧復(fù)合離子的聚合反應(yīng)有： SiO44-+ SiO44-= Si2O76- + O2- Si2O76-+SiO44-=Si3O96-+2 O

37、2- Si3O96-+ SiO44-= Si4O128-+2 O2- SiO44-是正四面體結(jié)構(gòu), Si2O76-是兩個(gè)相連的四面體結(jié)構(gòu), Si3O96-, Si4O128-, Si6O1812-是又正四面體構(gòu)成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。 (SiO32-)n是由正四面體構(gòu)成的鏈狀結(jié)構(gòu)。(Si4O116-)n是由正四面體構(gòu)成的環(huán)組成鏈狀結(jié)構(gòu)。(Si2O52-)n是正四面體構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。SiO2則是三度空間的晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)復(fù)合硅氧離子由正四面體結(jié)構(gòu)變?yōu)槿瓤臻g的晶體結(jié)構(gòu)時(shí),其氧與硅的比值是逐漸減少的,由 SiO44-的Si/O=4 變?yōu)?SiO2的 Si/O=2。 因此可得到結(jié)論:當(dāng)熔渣中的氧硅之比逐漸減少時(shí),

38、其硅氧離子的結(jié)構(gòu)變的愈復(fù)雜。如圖所示： 熔渣中各離子之間的作用力可以用靜電勢來衡量。 靜電勢是離子的電荷數(shù)與半徑的比值。 下表列出了各種離子的靜電勢。 由于同中電荷的離子相互排斥，異種電荷的離子相互吸引的作用力是不等的。. 離子半徑（10-10m）及其靜電勢（I=z/r） 離子 K+ Na+ Ba+ Ca+ Mn2+ Fe2+ Mg2+ Cr2+ Fe3+ 離子半徑 r 1.39 0.95 1.43 1.06 0.91 0.75 0.65 0.64 0.60 靜電勢 I 0.72 1.05 1.40 1.89 2.20 2.67 3.08 4.69 5.04 離子 Al3+ Ti4+ Si4+

39、 P5+ O2- S2- F- PO43- SiO44- 離子半徑 r 0.50 0.68 0.41 0.34 1.32 1.74 1.36 2.76 2.79 靜電勢 I 6.00 5.88 9.76 14.71 1.52 0.74 0.74 1.09 1.44 P5+, Si4+, Al3+, Fe3+離子的靜電勢分別為 14.71,9.76,6.00,5.00,有很強(qiáng)的極化能力,它們強(qiáng)烈地吸引O2-而形成具有共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的復(fù)合離子PO43-,SiO44-,AlO2-,FeO2-,這些復(fù)合離子由于離子半徑大而使靜電勢較弱。 O O O OSiOSiO+（CaO）=2OSiO+Ca2+ O O

40、 O 硅酸鹽渣的基本結(jié)構(gòu)是硅氧四面體，SiO44-，SiO 鍵長為 1.62A，OO 鍵長為 2.7A，當(dāng)四面體上的氧原子與其它四面體共用時(shí)屬于原子晶體結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)熔化時(shí)斷裂，并且熔渣中各種金屬陽離子促進(jìn)其斷裂，陽離子越多形成游離的 SiO44-四面體結(jié)構(gòu)也越多，陽離子越少，形成復(fù)雜的硅氧離子團(tuán)的可能性就越大。硅氧陰離子團(tuán)的復(fù)雜程度視渣的成分而定。硅酸鹽物理化學(xué)中，根據(jù)各組分對(duì)熔渣結(jié)構(gòu)的作用將熔渣組成劃分為三類： 1） 結(jié)網(wǎng)物，也稱網(wǎng)絡(luò)形成體，如 SiO2，B2O3； 2） 中性物，如 Al2O3，Cr2O3，TiO2； 3） 破網(wǎng)物，也稱網(wǎng)絡(luò)外體，如 Na2O，K2O，Li2O，CaO，B

41、aO，SrO。 渣中的破網(wǎng)物增多，提供了多余的氧離子，使得硅氧四面體的聚集狀態(tài)發(fā)生變化，用系數(shù) F 可形象的描述這種變化。其中，隨著 F 的增大，硅氧離子團(tuán)從復(fù)雜的聚集狀態(tài)向簡單聚集狀態(tài)轉(zhuǎn)變。如表所示： F=%mol（Na2O+3B2O3+3Cr2O3+MnO+ZnO+2CaF2+3Al2O3+2TiO2+ CaO+BaO+SrO+MgO+2SiO2）/%mol（2B2O3+2Cr2O3+2Al2O3+TiO2+SiO2） 表SiOF/值與熔渣結(jié)構(gòu)關(guān)系 結(jié)構(gòu) 硅氧陰離子 SiOF/ 鍵氧離子數(shù) 島狀 SiO44- 4：1 1 簇狀 Si2O76- 3.5：1 1 環(huán)狀 SiO32- 3：1 2

42、 鏈狀 SiO3 3：1 2 層狀 Si2O5 2.5：1 3 框狀 SiO2 2：1 4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度決定了熔渣的粘度和玻璃化傾向，可根據(jù)上表確定在調(diào)整熔渣粘度、玻璃化傾向時(shí)應(yīng)該加入的氧化物種類及數(shù)量。例如為提高渣的玻璃化傾向，可適當(dāng)?shù)慕档驮膲A度、加入適量的 B2O3、Al2O3等物質(zhì)，為降低年度，可添加適量的 Na2O，Li2O，BaO 等。 完全離子溶液模型完全離子溶液模型正規(guī)離子溶液模型正規(guī)離子溶液模型完全離子溶液模型是前蘇聯(lián)學(xué)者捷姆金在完全離子溶液模型是前蘇聯(lián)學(xué)者捷姆金在19461946年年提出來的，它主要內(nèi)容是：提出來的，它主要內(nèi)容是：1 1） 熔渣完全由正、負(fù)離子構(gòu)成，正

43、離子為熔渣完全由正、負(fù)離子構(gòu)成，正離子為CaCa2+2+，F(xiàn)eFe2+2+，MnMn2+2+等金屬離子。負(fù)離子為等金屬離子。負(fù)離子為O O2-2-，S S2-2-，F(xiàn) F- -及及SiOSiO4 44-4-，POPO4 43-3-，AlOAlO2 2- -，F(xiàn)eOFeO2 2- -，沒有比，沒有比SiOSiO4 44-4-更復(fù)雜更復(fù)雜的硅氧離子；的硅氧離子；2 2） 正、負(fù)離子間分布；正、負(fù)離子間分布；3 3） 熔渣是完全溶液。熔渣是完全溶液。根據(jù)完全離子溶液模型，用統(tǒng)計(jì)的方法，可以推根據(jù)完全離子溶液模型，用統(tǒng)計(jì)的方法，可以推導(dǎo)出計(jì)算熔渣組元活度的公式，導(dǎo)出計(jì)算熔渣組元活度的公式，例如例如:

44、: 熔渣的 FeO 的活度為： 2222OFeOFeFeOxxaaa 式中 32325223232522222232.OFeOAlOpSiOOFeOAlOPSiOOOMgOMnOCaOFeOFeOFeFennnnnnnnnnnnxnnnnnnnx 上式只能應(yīng)用于 SiO2小于 10%的溶液中，當(dāng) SiO2超過 20%時(shí)，必須引入活度系數(shù)： 2222OOFeFeFeOxa 式中22OFe由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：17. 053. 1lg4422SiOOFex 式中 23424444FeOPOAlOSiOSiOxxxxx 魯門斯頓及科熱烏諾夫分別提出了正規(guī)溶液模魯門斯頓及科熱烏諾夫分別提出了正規(guī)溶液模型。正

45、規(guī)溶液模型的要點(diǎn)是：型。正規(guī)溶液模型的要點(diǎn)是：1 1） 熔渣由簡單的正離子熔渣由簡單的正離子FeFe2+2+，MnMn2+2+，CaCa2+2+，SiSi4+4+，MgMg2+2+，P P5+5+及唯一的負(fù)離子及唯一的負(fù)離子O O2-2-組成；組成；2 2） 各正離子完全無序的分布在各正離子完全無序的分布在O O2-2-周圍，與完周圍，與完全離子溶液模型一樣，即混合熵與完全離子溶全離子溶液模型一樣，即混合熵與完全離子溶液一樣；液一樣；3 3） 各種正離子與各種正離子與O O2-2-的作用力不等，因此其混的作用力不等，因此其混合熱不等于零。合熱不等于零。根據(jù)正規(guī)溶液模型，熔渣中的氧化物等于正離根

46、據(jù)正規(guī)溶液模型，熔渣中的氧化物等于正離子的活度。子的活度。例如例如: :對(duì)于 FeO，MnO，CaO，MgO，SiO2，P2O5六種氧化物所組成的渣系，存在著 Fe2+，Mn2+，Ca2+，Si4+，Mg2+，P5+及 O2-，各氧化物的活度為： 4422222SiSiSiOCaCaCaOFeFeFeOxaxaxa 2255522222PPOPMgMgMgOMnMnMnOxaxaxa 各氧化物的正離子的活度系數(shù)由以下計(jì)算公式計(jì)算： 225422224225242242210500lglg5900lg2180lglg50.1090. 518. 21000lgCaFePSiCaMnFeMgSiFe

47、MnPCaSiMgCaSiMnFexTxxxxTxTxxxxxxxT 保護(hù)渣是由各種氧化物保護(hù)渣是由各種氧化物和氟化物組成的多組元和氟化物組成的多組元體系，其熔化過程不是體系，其熔化過程不是在一個(gè)固定的溫度下完在一個(gè)固定的溫度下完成的。一般采用半球點(diǎn)成的。一般采用半球點(diǎn)溫度來定義保護(hù)渣的熔溫度來定義保護(hù)渣的熔化溫度。化溫度。1 1）B B2 2O O3 3對(duì)保護(hù)渣的軟化點(diǎn)和對(duì)保護(hù)渣的軟化點(diǎn)和 熔化溫度均有很大影響熔化溫度均有很大影響2 2）CaFCaF2 2降低渣的熔化溫度降低渣的熔化溫度3)3)BaOBaO對(duì)保護(hù)渣的熔化溫度的對(duì)保護(hù)渣的熔化溫度的 影響也很明顯影響也很明顯4 4）LiLi2

48、2O O對(duì)熔化溫度的影響對(duì)熔化溫度的影響B(tài) B2 2O O3 3加入量為加入量為10%10%以以下時(shí)，對(duì)熔化溫度的下時(shí)，對(duì)熔化溫度的影響顯著。每增加影響顯著。每增加1%1%的可降低熔化溫度約的可降低熔化溫度約2525，超過，超過10%10%后影后影響較小，而對(duì)保護(hù)渣響較小，而對(duì)保護(hù)渣軟化點(diǎn)的影響，在軟化點(diǎn)的影響，在20%20%以下比較明顯。以下比較明顯。 堿度大，堿度大，CaFCaF2 2的影響較大的影響較大向保護(hù)渣加入一定數(shù)量的BaO，不僅能抑制晶體的析出，促進(jìn)對(duì)鑄坯的潤滑，而且還具有明顯的助熔作用。LiLi2 2O O是一種強(qiáng)助熔劑，是一種強(qiáng)助熔劑，即使渣中的含量低即使渣中的含量低時(shí)，對(duì)熔

49、化溫度也時(shí)，對(duì)熔化溫度也有較大的影響。有較大的影響。在連鑄生產(chǎn)的過程中，改變結(jié)晶器保在連鑄生產(chǎn)的過程中，改變結(jié)晶器保護(hù)渣的組成，并同時(shí)測出不同組成的護(hù)渣的組成，并同時(shí)測出不同組成的保護(hù)渣所對(duì)應(yīng)的摩擦力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)結(jié)保護(hù)渣所對(duì)應(yīng)的摩擦力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)結(jié)晶器和鑄坯之間的摩擦力與結(jié)晶器保晶器和鑄坯之間的摩擦力與結(jié)晶器保護(hù)渣的軟化點(diǎn)有很大的關(guān)系護(hù)渣的軟化點(diǎn)有很大的關(guān)系如圖如圖：摩：摩擦力與鑄坯縱裂的對(duì)應(yīng)關(guān)系擦力與鑄坯縱裂的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖如圖：因：因?yàn)樵谠た胯T坯側(cè)的溫度和靠結(jié)晶器為在渣膜靠鑄坯側(cè)的溫度和靠結(jié)晶器的溫度為一定時(shí)，降低保護(hù)渣的軟化的溫度為一定時(shí)，降低保護(hù)渣的軟化點(diǎn)則潤滑層的厚度增加，從而降低了點(diǎn)則

50、潤滑層的厚度增加，從而降低了連鑄過程中所受的的摩擦力。連鑄過程中所受的的摩擦力。1 1、 鑄保護(hù)渣的粘度對(duì)結(jié)鑄保護(hù)渣的粘度對(duì)結(jié)晶器內(nèi)發(fā)生的冶金行為晶器內(nèi)發(fā)生的冶金行為包括液渣流入和消耗，包括液渣流入和消耗，潤滑，夾雜物吸收和產(chǎn)潤滑，夾雜物吸收和產(chǎn)生重要的影響。生重要的影響。2 2、 護(hù)渣化學(xué)成分對(duì)粘護(hù)渣化學(xué)成分對(duì)粘度的影響度的影響材料 晶體結(jié)構(gòu) 相對(duì)密度 微粒尺寸um 熔點(diǎn) 純度 BN 六角形 2.26 0.53 3000 99.5 C（石墨） 六角形 2.52 3650 1）SiO2的影響2）Al2O3的影響3）MgO的影響4）MnO的影響5）BaO的影響6）CaF2的影響在連鑄保護(hù)渣的R的

51、范圍內(nèi)，增加SiO2的含量，粘度增大。熔渣的粘度隨Al2O3含量的增加而升高：Al2O3的含量低，粘度增加量?。籄l2O3含量高，粘度增加量小。當(dāng)原始渣的粘度低時(shí)，渣的粘度并不隨Al2O3的含量的增加而增大；原始渣的粘度高時(shí)，Al2O3含量增加，渣的粘度會(huì)急劇上升。 連鑄保護(hù)渣的R一般均在中性或堿性渣的范圍， Al2O3在含量在10%以下 ，這類渣中加入MgO可以降低保護(hù)渣的粘度。在與此同時(shí)應(yīng)減少CaO的含量。MgO的含量不應(yīng)過高，一般在6%10%的范圍內(nèi)。能降低渣的熔化溫度，使熔渣在較寬的溫度范圍內(nèi)保持均勻液態(tài)。部分合金鋼連鑄保護(hù)渣配入BaO，目的是降低渣的熔化溫度和粘度，增大渣的玻璃化態(tài)。

52、但BaO含量不宜過高。無論酸性渣或堿性渣，CaF2都能使粘度降低，但對(duì)酸性渣CaF2降低粘度的作用更大，渣中CaF2含量在010%范圍時(shí)，增加CaF2含量對(duì)降低粘度的影響最大；CaF2的含量超過20%時(shí)，降低粘度的影響就減弱了。 粘度表觀粘度是一個(gè)隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系式：是一個(gè)隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系式： TBTAexp 粘度系數(shù)；粘度系數(shù)；sPa T絕對(duì)溫度；絕對(duì)溫度；K lnA 和和 B組分摩爾分?jǐn)?shù)組分摩爾分?jǐn)?shù) LT熔渣的液相線溫度； ST熔渣的固相線溫度。 SLTTTTTBTA exp表觀1）鑄坯表面振動(dòng)痕跡的性狀）鑄坯表面振動(dòng)痕跡的性狀保持粘保持粘度在度在 0.51sPa（1300）范圍內(nèi)

53、。）范圍內(nèi)。 2）結(jié)晶器銅壁與鑄坯殼間均勻渣膜的）結(jié)晶器銅壁與鑄坯殼間均勻渣膜的形狀和性狀。形狀和性狀。 3）熔渣層吸收和溶解鋼液中上浮的非）熔渣層吸收和溶解鋼液中上浮的非金屬夾雜金屬夾雜粘度盡可能低，但對(duì)水口粘度盡可能低，但對(duì)水口的腐蝕顯然不利。的腐蝕顯然不利。 4）對(duì)浸入式水口的腐蝕）對(duì)浸入式水口的腐蝕粘度不宜太粘度不宜太低。低。 *結(jié)晶溫度 *結(jié)晶率*結(jié)晶溫度的影 響因素 是指保護(hù)渣液體，冷卻過程中開始析出晶體的溫度。 液體渣冷卻過程中在某一溫度下析出晶體的比率。 1） 化學(xué)成分2） 保護(hù)渣的結(jié)構(gòu)因素化學(xué)成分引起析晶的內(nèi)因：R=CaO/SiO2的比值提高，結(jié)晶溫度升高。對(duì)于幾種人工合成渣

54、DTA分析表明：提高R2O/（SiO2+Al2O3）可以降低保護(hù)渣的結(jié)晶溫度，其中R為Li、Na、K（堿金屬）。在硅酸鹽熔體中，網(wǎng)絡(luò)的連接緊密程度對(duì)熔體析晶有重要的作用，一般說網(wǎng)絡(luò)外體（如Li2O、Na2O、MgO、CaO、BaO等氧化物）含量低，連接緊密程度愈大，在熔體冷卻過程中愈不易調(diào)節(jié)成為有規(guī)則的排列，越不易析晶；反之，網(wǎng)絡(luò)短列愈多，熔體愈易析晶。在連鑄過程中，結(jié)晶器的傳熱對(duì)工在連鑄過程中，結(jié)晶器的傳熱對(duì)工藝操作和鑄坯的質(zhì)量均產(chǎn)生重要的藝操作和鑄坯的質(zhì)量均產(chǎn)生重要的影響。在整個(gè)澆注過程中，鋼水彎影響。在整個(gè)澆注過程中，鋼水彎月面出形成的熔渣層要保持足夠的月面出形成的熔渣層要保持足夠的厚度

55、以保證其連續(xù)流入鑄坯厚度以保證其連續(xù)流入鑄坯/ /結(jié)晶器結(jié)晶器的氣隙，而對(duì)于一定成分的保護(hù)渣的氣隙，而對(duì)于一定成分的保護(hù)渣熔渣層厚度取決于各渣層的傳熱，熔渣層厚度取決于各渣層的傳熱，流入氣隙的熔渣形成玻璃層，結(jié)晶流入氣隙的熔渣形成玻璃層，結(jié)晶層和液渣層，結(jié)晶器熱流則要受各層和液渣層，結(jié)晶器熱流則要受各渣層和各層導(dǎo)熱系數(shù)的影響。渣層和各層導(dǎo)熱系數(shù)的影響。保護(hù)渣的傳熱特性的差異使結(jié)晶器傳熱變化所致。鑄坯縱裂水平與結(jié)晶器的關(guān)系如圖所示因此，可以通過調(diào)整保護(hù)渣成分，改善其傳熱特性達(dá)到優(yōu)化鑄坯質(zhì)量的目的。rrddpMM/22達(dá)因/厘米 將此式的單位換算成法定單位 Pa，則附加壓力為：rpM/1 . 0

56、Pa R 的具體計(jì)算可根據(jù)計(jì)算式可根據(jù)下面關(guān)系求得。假定做 1/4 圓弧的扇形的外力為 F，則： MprF22 鋼液的靜壓力可由流體靜力學(xué)公式求得。Mp分解在x方向和y方向上的力分別為 xMp和 yMp，即： xMpgrM22； yMpgrM412 Mp grppMyMxM22254. 0 以a表示合力的方向，則： 1423arctanyMxMppa， 由于處于平衡狀態(tài)時(shí)，MpF ，根據(jù)以上式子的關(guān)系，則有： grgrMMMM/699. 154. 022 式中： M鋼液的密度，3/cmg g重力加速度，2/scm 此式表明了彎月面曲率半徑與金屬液的表面張力的關(guān)系。鋼液的表面張力和密度夠可以測定

57、，或近似求得。如取鋼液的表面張力1403M達(dá)因/厘米（1 達(dá)因/厘米=10-3牛/米），在過冷彎月面溫度為 1300時(shí)的密度3/0 . 7cmgM，則由上式計(jì)算的彎月面曲率半徑cmr768. 0。 由于作用在鋼液與熔渣接觸的界面上的附加壓力是由金由于作用在鋼液與熔渣接觸的界面上的附加壓力是由金屬和熔渣的界面張力屬和熔渣的界面張力sM /所引起的。通過力的分解與合所引起的。通過力的分解與合成，作用在彎月面上的鋼液靜壓力成，作用在彎月面上的鋼液靜壓力Mp與總的外壓保持平與總的外壓保持平衡，即：衡，即：sMppp，假定彎月面的斷面取，假定彎月面的斷面取 1/4 圓弧的扇形圓弧的扇形進(jìn)行計(jì)算，則：進(jìn)行

58、計(jì)算，則：grsMsM/699. 1 如圖32 鋼液彎月面由于 靠近水冷結(jié)晶器銅壁而受到強(qiáng)制冷卻，凝固成初生的薄殼，在鑄坯拉出的過程中，彎月面薄殼受到鋼液靜壓力的作用而恢復(fù)變平。連鑄過程的特點(diǎn)之一就是使用振動(dòng)結(jié)晶器，結(jié)晶器上下振動(dòng)的振幅一般是620mm，振動(dòng)頻率為60120次/分。為了使鑄坯愛結(jié)晶器上下振動(dòng)的過程中不致產(chǎn)生拉裂和粘結(jié)，一般要使結(jié)晶器向下運(yùn)動(dòng)的最大速度比給定的拉坯速度大，這種現(xiàn)象稱為“負(fù)滑脫”。在 結(jié)晶器的振動(dòng)作用和保護(hù)渣的干擾下，彎月面凝固薄殼發(fā)展成為帶有振動(dòng)痕跡的坯殼。振痕的存在對(duì)鑄坯表面質(zhì)量的有很大的影響，因?yàn)檎窈鄢Ｊ菣M裂紋產(chǎn)生的地方，也易造成“夾渣”缺陷。特別是不銹鋼板坯

59、的振痕處，常伴隨著微裂紋、夾渣以及偏析等缺陷。關(guān)于坯殼及振痕形成，國外進(jìn)行了大量的研究，對(duì)振痕形成的機(jī)制有著不同的觀點(diǎn)。二次彎月面的形成鑄坯出現(xiàn)振痕二次彎月面的形成鑄坯出現(xiàn)振痕鋼液向彎月面頂端溢流造成振痕鋼液向彎月面頂端溢流造成振痕 初生的彎月面薄殼反彎造成的振痕初生的彎月面薄殼反彎造成的振痕 當(dāng)結(jié)晶器向上運(yùn)動(dòng)期間，彎月面的凝固薄殼在某一當(dāng)結(jié)晶器向上運(yùn)動(dòng)期間，彎月面的凝固薄殼在某一瞬間高于正常的鋼液面，如圖：瞬間高于正常的鋼液面，如圖：,nm，這樣就使下部，這樣就使下部凝固殼延伸形成一層極薄的凝固膜或者半熔態(tài)的表凝固殼延伸形成一層極薄的凝固膜或者半熔態(tài)的表面，從而導(dǎo)致所謂“二次彎月面”面，從而

60、導(dǎo)致所謂“二次彎月面”ba和和cb的形成?；〉男纬??；a和和cb的曲率半徑也上由附加壓力的曲率半徑也上由附加壓力p和鋼液靜壓力和鋼液靜壓力Mp的的平衡來確定，當(dāng)結(jié)晶器振動(dòng)變?yōu)橄蛳逻\(yùn)動(dòng)時(shí)，弧平衡來確定，當(dāng)結(jié)晶器振動(dòng)變?yōu)橄蛳逻\(yùn)動(dòng)時(shí)，弧ba和和cb立即被強(qiáng)制互相接觸，由于“負(fù)滑脫”的作用，使立即被強(qiáng)制互相接觸，由于“負(fù)滑脫”的作用，使cb和和ba焊合，這樣就形成了嵌入的凝固殼焊合，這樣就形成了嵌入的凝固殼,cba，如圖，如圖32：這就是一般在鑄坯表面上出現(xiàn)的“振痕”。：這就是一般在鑄坯表面上出現(xiàn)的“振痕”。這種水平面淺的振痕與結(jié)晶器每次振動(dòng)引起的。這這種水平面淺的振痕與結(jié)晶器每次振動(dòng)引起的。這種觀