1.連鑄保護(hù)渣的作用是什么?
在澆鑄過(guò)程中,要向結(jié)晶器鋼水面上不斷添加粉末狀或顆粒狀的渣料,稱為保護(hù)渣。保護(hù)渣的作用有以下幾方面:(1)絕熱保溫防止散熱;(2)隔開(kāi)空氣,防止空氣中的氧進(jìn)入鋼水發(fā)生二次氧化,影響鋼的質(zhì)量;(3)吸收溶解從鋼水中上浮到鋼渣界面的夾雜物,凈化鋼液; (4)在結(jié)晶器壁與凝固殼之間有一層渣膜起潤(rùn)滑作用,減少拉坯阻力,防止凝殼與銅板的黏結(jié);(5)充填坯殼與結(jié)晶器之間的氣隙,改善結(jié)晶器傳熱。一種好的保護(hù)渣,應(yīng)能全面發(fā)揮上述五個(gè)方面作用,以達(dá)到提高鑄坯表面質(zhì)量,保證連鑄順行的目的。
2.對(duì)保護(hù)渣熔化模式有何要求?
在連鑄過(guò)程中加入到結(jié)晶器的保護(hù)渣,要完成上述五個(gè)方面的功能,必須要求保護(hù)渣粉有規(guī)定的熔化模式,也就是要求在鋼水面上形成所謂粉渣層—燒結(jié)層一液渣層的所謂三層結(jié)構(gòu)。添加到結(jié)晶器高溫鋼液(1500℃左右)面上低熔點(diǎn)(1100~1200℃)的渣粉,靠鋼液提供熱量,在鋼液面上形成了一定厚度的液渣覆蓋層(約10~l5mm),鋼水向粉渣層傳熱減慢,在液渣層上的粉渣受熱作用,渣粉之間互相燒結(jié)在一起形成所謂燒結(jié)層(溫度在900~600℃),在燒結(jié)層上粉渣接受從鋼水傳遞的熱量更少,溫度低(<500℃),故保持為粉狀,均勻覆蓋在鋼水面上,防止了鋼水散熱,阻止了空氣中的氧進(jìn)入鋼水。在拉坯過(guò)程中,由于結(jié)晶器上下振動(dòng)和凝固坯殼向下運(yùn)動(dòng)的作用,鋼液面的液渣層不斷通過(guò)鋼水與銅壁的界面而擠入坯殼與銅壁之間,在銅壁表面形成一層固體渣膜,而在凝殼表面形成一層液體渣膜,這層液體渣膜在結(jié)晶器壁與坯殼表面起潤(rùn)滑作用,就像馬達(dá)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)加了潤(rùn)滑油一樣。同時(shí),渣膜充填了坯殼與銅壁之間氣隙,減少了熱阻,改善了結(jié)晶的傳熱。隨著拉坯的進(jìn)行,鋼液面上的液渣不斷消耗掉,而燒結(jié)層下降到鋼液面熔化成液渣層,粉渣層變成燒結(jié)層,再往結(jié)晶器添加新的渣粉,使其保持為三層結(jié)構(gòu),如此循環(huán),保護(hù)渣粉不斷消耗。 3.如何實(shí)現(xiàn)使結(jié)晶器保護(hù)渣粉形成所謂“三層結(jié)構(gòu)”?要發(fā)揮保護(hù)渣5個(gè)方面功能,就必須使添加到結(jié)晶器渣粉形成“三層結(jié)構(gòu)”。要形成“三層結(jié)構(gòu)”關(guān)鍵是要控制保護(hù)渣粉的熔化速度,也就是說(shuō),加入鋼液面的渣粉不要一下子都熔化成液體,而是逐步熔化。為此,一般都是在保護(hù)渣中加入碳粒子作為熔速的調(diào)節(jié)劑。碳粒子控制熔速的快慢決定于加入碳粒子種類和數(shù)量。碳是耐高溫材料,極細(xì)的碳粉吸附在渣粒周圍,使渣粒之間互相分隔開(kāi)來(lái)阻礙了渣料之間的接觸、融合,使熔化速度變緩。如果加入碳粉不足,渣層溫度尚未達(dá)到渣料開(kāi)始燒結(jié)溫度,碳粒子就已燒盡,則燒結(jié)層發(fā)達(dá),熔速過(guò)快,液渣層過(guò)厚。如果加入碳粉過(guò)多,渣料全熔化后尚有部分碳粒子存在,則會(huì)使燒結(jié)層萎縮,燒結(jié)層厚度過(guò)薄。加入碳粉數(shù)量適中時(shí),在燒結(jié)層中有部分碳粒子燒盡,其余部分渣料尚受碳粒子的有效控制,這樣就會(huì)得到合適厚度的燒結(jié)層和液渣層。配碳材料有石墨和碳黑兩種。石墨顆粒粗大,粒度為60~80μm,其分隔和阻滯作用較差,但開(kāi)始氧化溫度較高(約560℃),氧化速度較慢,在高溫區(qū)控制熔速能力較強(qiáng)。碳黑為無(wú)定型結(jié)構(gòu),顆粒很細(xì)(0.06~0.10μm),分隔和阻滯作用強(qiáng),開(kāi)始氧化溫度較低(500℃),氧化速度快,所以碳黑在渣層溫度較低區(qū),控制熔速能力強(qiáng),在高溫區(qū)控制效率較低,即使增加配入量,其改善效果也是有限的。一般配入的碳粉量為4~7%。
4.影響保護(hù)渣吸收鋼水中夾雜物有哪些因素?
浸入式水口注流在結(jié)晶器內(nèi)引起鋼水對(duì)流運(yùn)動(dòng),上浮到結(jié)晶器鋼渣界面上的夾雜物,由于結(jié)晶器液面的波動(dòng),可能會(huì)被卷入到凝固殼,造成鑄坯皮下夾雜或表面夾渣,影響表面質(zhì)量。因此,希望上浮到鋼渣界面的夾雜物很快被液渣層吸收、溶解。要使上浮到鋼渣界面的夾雜物,迅速轉(zhuǎn)移到液渣中去,這個(gè)過(guò)程決定于:(1)鋼渣界面接觸面積;(2)液體渣的黏度;(3)渣子溶解夾雜物的能力。也就是說(shuō),渣子流動(dòng)性越好,鋼渣接觸面積越大,夾雜物就越易進(jìn)入渣中。只要夾雜物一進(jìn)入渣中,渣子能迅速吸收溶解,而渣子溶解夾雜物的能力主要決楚、于渣子化學(xué)成分,也就是CaO和SiO2含量,(CaO%/ SiO2%稱為堿度)以及渣中原始Al2O3含量。生產(chǎn)試驗(yàn)指出,堿度增加,渣子溶解Al2O3夾雜物能力增大,當(dāng)堿度大于1.1,則溶解Al2O3能力下降;渣中原始Al2O3含量大于10%,則渣子溶解Al2O3迅速下降。因此配制保護(hù)渣時(shí),應(yīng)使渣子CaO%與SiO2%之比在0.9~1.0,原始的Al2O3含量盡可能低,一般應(yīng)小于10%。結(jié)晶器鋼水面上液渣層對(duì)Al2O3夾雜溶解能力究竟有多大?研究指出:當(dāng)CaO%/ SiO2%=0.9~1.0時(shí),渣中Al2O3含量大于20%,就有高熔點(diǎn)的化合物析出,使渣子熔點(diǎn)升高,黏度增大,也就不能再吸收上浮的夾雜物。然而,在澆鑄過(guò)程中,結(jié)晶器保護(hù)渣不斷消耗,也不斷吸收上浮夾雜物,而使渣子被Al2O3富集。為了保持渣子具有良好的吸收Al2O3能力,而又不改變?cè)有阅埽刹扇∫韵麓胧?1)配制渣粉時(shí),選擇合適原料,應(yīng)盡可能降低原始渣中的Al2O3含量;(2)適當(dāng)增加渣粉消耗,沖稀渣中Al2O3含量;(3)澆鑄過(guò)程中隨渣中Al2O3富集,可采用結(jié)晶器換渣操作。
5 結(jié)晶器液渣層厚度的作用及其測(cè)定方法有哪些?
保護(hù)渣要達(dá)到良好的使用效果,必須有合乎實(shí)際需要的液渣層厚度。液渣層過(guò)厚或過(guò)薄都會(huì)使板坯產(chǎn)生表面縱裂紋。如板坯拉速為1.2~1.5m/min,液渣層厚度小于5mm,板坯縱裂紋明顯增加(由50mm/m增加到200mm/m),液渣層厚度6~15mm,縱裂紋幾乎消失,液渣層大于20mm,縱裂紋又有所增加。液渣層厚度小于某一值,沿結(jié)晶器周邊形成的渣圈,會(huì)使彎月面液渣流入坯殼與銅壁之間的通道堵死,致使液渣不能順利流入坯殼表面而形成均勻的渣膜,則可能在相應(yīng)的鑄坯表面上產(chǎn)生縱裂紋。那么液渣通過(guò)彎月面下流的通道不被堵死所需的液渣厚度是多少呢?根據(jù)理論計(jì)算指出,拉速小于lm/min,液渣層厚度為5~7mm,拉速大于lm/min,液渣層厚度為7~15mm。這與生產(chǎn)實(shí)踐所測(cè)的臨界液渣層厚度是一致的。在生產(chǎn)中測(cè)定液渣層厚度的方法:把一根鋼絲和一根銅絲(或鋁絲)綁在一起,插入結(jié)晶器渣層中,由于液渣溫度比銅的熔點(diǎn)高,所以銅絲熔化,量出銅絲熔化的長(zhǎng)度即為液渣層厚度。由于板坯結(jié)晶器斷面各點(diǎn)鋼水溫度是不一樣的(如浸入式水口區(qū)域和結(jié)晶器邊部),液渣層厚度也不相同,因此可測(cè)定不同位置的液渣層厚度。
6 保護(hù)渣是如何起潤(rùn)滑作用的?
澆鑄過(guò)程中結(jié)晶器上下振動(dòng),鑄坯向下運(yùn)動(dòng),在凝固殼表面與銅壁之間產(chǎn)生了摩擦,使坯殼與銅壁黏結(jié),使拉坯阻力增大,輕者導(dǎo)致坯殼產(chǎn)生裂紋,重者會(huì)使坯殼拉裂。因此在坯殼與銅壁之間必須要進(jìn)行潤(rùn)滑,這個(gè)作用只有靠保護(hù)渣來(lái)實(shí)現(xiàn)。要保證良好的潤(rùn)滑,在凝固殼與銅壁之間必須有一層性狀合適、厚度均勻的液態(tài)渣膜。結(jié)晶器鋼液面上的液渣層是不斷供給液渣膜的源泉。為此要保證結(jié)晶器彎月面附近液渣流入坯殼與銅壁之間的通道暢通,不受銅壁周圍的渣圈堵塞。那么潤(rùn)滑渣膜是如何形成的呢?當(dāng)把鋼水澆滿結(jié)晶器就形成了初生坯殼,向液面添加保護(hù)渣粉,則渣粉熔化形成了一層液渣層,靠近銅壁四周的液渣冷卻形成了渣圈,隨著結(jié)晶器向下運(yùn)動(dòng),渣子逐漸被擠入到坯殼與銅壁之間以致完全為渣子充填。銅壁溫度低,靠近銅壁一側(cè)的渣殼保持為固體渣皮,而凝殼表面溫度高,靠近坯殼一側(cè)渣子是液態(tài)渣膜,具有流動(dòng)性。這樣結(jié)晶器銅壁與坯殼之間靠液態(tài)渣膜來(lái)滑潤(rùn),它隨鑄坯拉出而消耗掉,而附著在銅壁上的固體渣皮隨結(jié)晶器振動(dòng)而基本上不消耗。在渣膜不斷消耗的同時(shí),鋼液面液渣經(jīng)彎月面通道不斷向下補(bǔ)充,形成了穩(wěn)定液態(tài)渣膜。渣膜的厚度與渣子黏度、拉速、結(jié)晶器振動(dòng)等因素有關(guān)。知渣子黏度一定,拉速增加,渣膜厚度增加;而拉速一定,黏度增加,則渣膜厚度減少。一般渣膜厚度50~200μm,渣子消耗為0.4~0.6kg/t。,因此,要使渣膜對(duì)凝固坯殼的潤(rùn)滑處于最佳狀態(tài),則渣膜厚度,渣子消耗、渣子黏度三者要配合適中。當(dāng)結(jié)晶器振動(dòng)一定的情況下,黏度(η)和拉速(V)應(yīng)配合適當(dāng),低黏度與低拉速,或高黏度與高拉速搭配均不可取,以兩者的乘積η·V作為指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)潤(rùn)滑狀況,η·V值過(guò)小或過(guò)大,均表示渣膜厚度和消耗不適當(dāng),潤(rùn)滑狀況不良。
7 保護(hù)渣成分的設(shè)計(jì)原則是什么?
要實(shí)現(xiàn)保護(hù)渣的五個(gè)功能,關(guān)鍵是配制合適成分的保護(hù)渣?,F(xiàn)在普遍應(yīng)用于連鑄的保護(hù)渣渣料是以CaO-SiO2-Al203三元化合物組成的渣系為基礎(chǔ)的。并含有適量的Na2O、CaF2、K20等化合物。這種渣料熔化后呈弱酸性或中性的液渣,對(duì)鋼水的潤(rùn)濕性好,渣子黏度隨溫度變化平緩。連鑄保護(hù)渣基本由三種物料組成:(1)基礎(chǔ)渣料。含CaO、SiO2、Al203基本渣料。按CaO-SiO2-Al203三元相圖,這三種化合物成分范圍是:Ca0 10~38%,Si0240~60%,Al203小于l0%。熔點(diǎn)高于1300℃以上。(2)助熔劑。如Na2O、CaF2能降低渣子熔點(diǎn)和黏度。根據(jù)資源情況,也可選用LiO2、K20、BaO、NaF、B2O3等作助熔劑,加入量的多少視其渣子熔點(diǎn)而定。(3)調(diào)節(jié)劑。碳粒子為熔速調(diào)節(jié)劑。加入量為5~7%。根據(jù)鋼種的要求,通過(guò)實(shí)驗(yàn)把保護(hù)渣合適的各化合物含量確定下來(lái)。
8 配制保護(hù)渣所用的主要原料是什么?
作為配制保護(hù)渣的原料有:天然礦物、工業(yè)廢物和工業(yè)產(chǎn)品。已作為基礎(chǔ)渣料的原料有:水泥、水泥熟料、硅灰石、長(zhǎng)石、石英、電廠煙道灰、高爐渣、電爐白渣等。作為助熔劑輔助材料有:燒堿、螢石、重晶石、冰晶石、硼砂、碳酸鋰等。熔速調(diào)節(jié)劑有天然石墨、碳黑、燈黑等。
9 保護(hù)渣對(duì)連鑄坯質(zhì)量有何影響?
保護(hù)渣是加入到結(jié)晶器鋼水面上,保護(hù)渣的好壞主要是影響鑄坯的表面質(zhì)量:(1)鑄坯表面縱裂紋:縱裂紋是來(lái)源于結(jié)晶器彎月面區(qū)初生坯殼厚度的不均勻性。鋼水面上液渣不能均勻流入分布到鑄坯四周,導(dǎo)致凝固殼厚薄不均,在坯殼較薄之處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,當(dāng)應(yīng)力超過(guò)凝殼的高溫強(qiáng)度時(shí)就產(chǎn)生了裂紋。研究指出,結(jié)晶器鋼液面上的液渣層保持5~15㎜,可以顯著減少板坯表面縱裂紋。縱裂還與渣子黏度(η)、熔化速度(tf)和拉速(V)有關(guān)。有人指出:η/tf比值愈大,縱裂指數(shù)愈小。如渣子溫度1300℃,η/tf=1,縱裂指數(shù)為6,η/tf=2,縱裂指數(shù)為0。有人認(rèn)為:對(duì)連鑄板坯η·V控制在2~3.5。方坯η·V控制在5,可使渣膜均勻,傳熱穩(wěn)定,潤(rùn)滑良好,可顯著減少裂紋。(2)夾渣:鑄坯夾渣可分為表面夾渣和皮下夾渣。夾渣尺寸大小不等。由幾毫米到十幾毫米,夾渣在表面深淺也不一樣。夾渣嚴(yán)重危害產(chǎn)品表面質(zhì)量,因此在熱加工之前必須予以清除。結(jié)晶器坯殼卷入渣子,是夾渣的重要來(lái)源。如坯殼表面形成了渣斑,此處導(dǎo)熱性差、凝殼薄,形成了一個(gè)高溫“熱點(diǎn)”,是造成出結(jié)晶器坯殼漏鋼原因之一。鑄坯表面夾渣物組成主要是鈣長(zhǎng)石和鈣黃長(zhǎng)石,這兩個(gè)化合物中A12O3均大于20%,它們?nèi)埸c(diǎn)分別為1550℃和1590℃,容易使渣子結(jié)團(tuán)。在結(jié)晶器液面波動(dòng)太大,浸入式水口插入太淺,液面翻動(dòng)會(huì)把渣子卷入?!盁掍撨B鑄火焰切割高效節(jié)能技術(shù)”被國(guó)家科技部列入重點(diǎn)科技成果推廣項(xiàng)目。本技術(shù)產(chǎn)品在數(shù)家煉鋼企業(yè)成功應(yīng)用,扭轉(zhuǎn)了過(guò)去鋼坯切割燃?xì)庀亩?、切割割縫大、切割斷面粗糙、氧氣壓力高、工場(chǎng)粉塵多、噪音大、環(huán)境污染重、割具損壞多、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等狀況,顯示出巨大的節(jié)能降耗威力和卓越的環(huán)境保護(hù)效果。該技術(shù)具有以下特點(diǎn):1、工藝先進(jìn):切割中火焰集中,切割速度快;切割斷面光潔,上緣不塌邊,下緣掛渣少,成材率高;可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,切割與連鑄拉速相匹配。2、節(jié)省鋼材:切割方坯和板坯割縫可保持在3mm左右,每噸鋼材可減少0.5公斤以上割損。3、節(jié)約能源:節(jié)能連鑄割嘴的燃?xì)鈮毫?span style="">是其他割嘴的1/2至1/3,氧氣壓力是其他割嘴的1/2,可節(jié)省燃?xì)?0%以上,節(jié)省氧氣40%-50%,切割中可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷火與點(diǎn)火。
10 連鑄保護(hù)渣有哪幾種類型?
根據(jù)設(shè)計(jì)的保護(hù)渣組成,再選用合適的原料經(jīng)過(guò)破碎、球磨、混合等制作工序就制成了保護(hù)渣。有四種類型。(1)粉狀保護(hù)渣:是多種粉狀物料的機(jī)械混合物。在長(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中,由于受到長(zhǎng)時(shí)間的震動(dòng),使不同比重的物料偏析,渣料均勻狀態(tài)受到破壞,影響使用效果的穩(wěn)定性。同時(shí),向結(jié)晶器添加渣粉時(shí),粉塵飛揚(yáng),污染了環(huán)境。(2)顆粒保護(hù)渣:為了克服污染環(huán)境的缺點(diǎn),在粉狀渣中配加適量的黏結(jié)劑,做成似小米粒的顆粒保護(hù)渣。制作工藝復(fù)雜,成本有所增加。(3)預(yù)熔型保護(hù)渣:將各造渣料混勻后放入預(yù)熔爐熔化成一體,冷卻后破碎磨細(xì),并添加適當(dāng)熔速調(diào)節(jié)劑,就得到預(yù)熔性粉狀保護(hù)渣。預(yù)熔保護(hù)渣還可進(jìn)一步加工成顆粒保護(hù)渣。預(yù)熔保護(hù)渣制作工藝復(fù)雜,成本較高。但優(yōu)點(diǎn)是提高保護(hù)渣成渣的均勻性?! ?4)發(fā)熱型保護(hù)渣:在渣粉中加入發(fā)熱劑(如鋁粉),使其氧化放出熱量,很快形成液渣層。但這種渣成渣速度不易控制,成本較高,故應(yīng)用較少。
11 連鑄保護(hù)渣主要理化性能有哪些?
保護(hù)渣配制好后,要測(cè)定渣子的理化性能,主要的理化指標(biāo)有以下幾項(xiàng):(1)化學(xué)成分:各牌號(hào)的保護(hù)渣,應(yīng)分析化學(xué)成分,各氧化物的含量應(yīng)在所規(guī)定的范圍內(nèi),這是最起碼的指標(biāo)。(2)熔化溫度,將渣粉制成Φ3×5mm的試樣,在專門儀器上把試樣加熱到圓柱體變?yōu)榘肭蛐蔚臏囟龋x達(dá)到半球點(diǎn)的溫度叫熔化溫度。(3)黏度:它表示渣粉熔化成液體的流動(dòng)性能。而渣子流動(dòng)性對(duì)熔渣吸收夾雜物和坯殼的潤(rùn)滑效果有重要影響。通常是用扭擺黏度計(jì)或旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定1300℃渣子的黏度,來(lái)比較不同渣子的流動(dòng)性。(4)熔化速度:熔化速度是衡量渣子熔化過(guò)程的快慢,關(guān)系到結(jié)晶器鋼液面上能否形成穩(wěn)定的三層結(jié)構(gòu)和需要的液渣層厚度?! ?span style="">熔速可用標(biāo)準(zhǔn)試樣在規(guī)定溫度(如1300℃或1400℃)下完全熔化成液體所需的時(shí)間來(lái)表示。也可用一定重量的保護(hù)渣粉,加熱到規(guī)定溫度,在單位面積和時(shí)間內(nèi)形成液渣量來(lái)表示。(5)鋪展性:它表示粉渣加到鋼液面上的覆蓋能力和覆蓋的均勻性??梢杂靡欢ㄈ莘e內(nèi)的保護(hù)渣粉,從規(guī)定高度下流到平板上鋪散的面積來(lái)衡量。(6)水分:保護(hù)渣粉容易吸潮。吸附水分量超過(guò)規(guī)定要求(如0.5%),渣粉會(huì)結(jié)團(tuán),危及使用效果。
12 如何控制保護(hù)渣的水分?
保護(hù)渣水分分為吸附水和結(jié)晶水兩類。水分可使保護(hù)渣粉結(jié)團(tuán)、質(zhì)量變壞。應(yīng)限制水分小于0.5%?;现械哪承┪镔|(zhì)如蘇打、固,體水玻璃等吸附水的能力甚強(qiáng)。當(dāng)吸附水后,使粉渣裹卷成團(tuán),對(duì)連鑄操作帶來(lái)麻煩。保護(hù)渣吸水主要決定于原料種類和粒度。粒度愈細(xì),吸水率愈大,200目時(shí),水泥吸水率為0.41%,固體水玻璃為3.24%,螢石為0.45%,蘇打?yàn)?5.9%,石墨微量??刂扑址椒ǎ涸系暮婵緶囟炔坏陀?10℃。適當(dāng)延長(zhǎng)烘烤時(shí)間。烘烤后的原料應(yīng)及時(shí)配料、混勻,配好的渣粉應(yīng)及時(shí)密封包封。對(duì)質(zhì)量要求較高的鋼種,保護(hù)渣原料最好烘烤到800℃以上,以去除結(jié)晶水,或采用預(yù)熔型保護(hù)渣。