连铸保护渣概述

第45卷 第8期 2010年8月钢铁Iron and SteelVo l.45,N o.8Aug ust 2010小方坯连铸中碳钢铸坯表面缺陷与保护渣性能选择孔祥涛1, 周 德1, 陈 宏2, 张宝全2, 诸葛铭毅1, 孙其松1(1.首钢技术研究院,北京100043; 2.首钢第二炼钢厂,北京100041)摘 要:首钢二炼钢160mm 160mm 小方坯连铸使用高碳钢类型FR K 45型保护渣生产碳质量分数为0.35%~0.50%钢时,连铸坯表面出现大量的纵向裂纹和横向凹坑缺陷。

通过降低连铸机拉速,提高保护渣的碱度,延缓保护渣熔化速度,改善铸坯坯壳与结晶器壁之间渣膜的传热等技术措施,使铸坯的表面缺陷得到了有效的控制。

关键词:中碳钢;连铸;保护渣;表面缺陷中图分类号:T F 777.1 文献标志码:A 文章编号:0449 749X(2010)08 0099 05Surface Defect of Billet and Property of Protecting Slag forContinuous Casting of Medium Carbon SteelKON G Xiang tao 1, ZH OU De 1, CH EN H ong 2,ZH ANG Bao quan 2, ZH UGE M ing y i 1, SUN Qi song 1(1.Shougang Resear ch Institute of T echnolog y,Beijing 100043,China;2.Shougang N o.2Steel M aking P lant,Beijing 100041,China)Abstract:A lo t of surface long itudinal cr acks and transver se pits wer e o bser ved o n 160mm 160mm billets contai ning 0.35% 0.50%carbon,which was pro duced using hig h car bo n steel pr otecting slag in No.2steelmaking plant of Shougang G ro up.T hese sur face defects have been effectiv ely contr olled by improv ing the basicity o f mo uld po w der,pr olonging the disso lve rate of mould powder and impro ving t he heat tr ansfer betw een mould w all and billet shell.Key words:medium steel;co nt inuous cast ing;mould po wder;sur face defect作者简介:孔祥涛(1975 ),男,硕士生,工程师; E mail :k xt1975@ ; 收稿日期:2009 09 20首钢二炼钢160mm 160mm 断面方坯铸机在浇注碳的质量分数为0.35%~0.50%的中碳钢时,由于保护渣性能不合适,造成连铸过程中大量铸坯表面出现纵向裂纹和横向凹坑等表面缺陷,占到总量的25%,给后道工序和产品质量带来不良影响,也给公司带来很大的经济损失。

板坯连铸结晶器保护渣卷渣及其影响因素的研究随着不断发展的钢铁行业，板坯连铸结晶器已经成为一种常用的设备，用于生产高品质的板坯。

然而，一些现象，如回转炉渣卷渣的破裂和渗漏，已经引起广泛的担忧。

因此，有必要研究这种现象的影响因素，以保护渣卷渣免受损害。

研究表明，连铸结晶器中出现渣卷渣破裂和渗漏的原因有很多。

首先，主要原因是结晶器内部压力太大，导致渣卷渣破裂。

其次，渣卷渣不足，以及渣卷渣中残存的气体，也会导致渣卷渣破裂。

此外，渣卷渣不能正确维护，也会导致渣卷渣破裂。

另外，也存在其他一些因素，会导致渣卷渣渗漏。

首先，结晶器周围的温度过高，导致渣卷渣失去弹性，从而导致渗漏。

其次，渣卷渣中残存的气体不能被及时排出，也会导致渗漏。

此外，表面污染也会导致渣卷渣渗漏。

要保护渣卷渣，最主要的是正确维护。

首先，应检查结晶器内部压力，以确保安全，并确保渣卷渣可以有效地均匀分布。

其次，渣卷渣必须按规定的时间、频率和数量添加和更换，以确保渣卷渣充足。

此外，必须确保渣卷渣处在适宜的温度下，以减少渗漏。

最后，要定期检查渣卷渣表面，确保表面无污染危害。

本文研究了板坯连铸结晶器保护渣卷渣的影响因素。

渣卷渣可能会破裂和渗漏，这种现象的原因有多种，其中主要原因是结晶器内部压力太大，以及渣卷渣不足、渣卷渣中残存的气体以及维护不当。

要保护渣卷渣，主要是正确维护，如检查结晶器内部压力，按时、按频率、按数量添加和更换渣卷渣，保持温度适宜，以及定期检查渣卷渣表面，以防止渣卷渣受损害。

以上就是关于《板坯连铸结晶器保护渣卷渣及其影响因素的研究》的3000字文章。

保护渣的性能测定一、保护渣的作用1）绝热保温向结晶器液面加固体保护渣覆盖其表面，减少钢液热损失。

由于保护渣的三层结构，钢液通过保护渣的散热量，比裸露状态的散热量要小10倍左右，从而避免了钢液面的冷凝结壳。

尤其是浸入式水口外壁四周覆盖了一层渣膜，减少了相应位置冷钢的聚集。

2）隔绝空气，防止钢液的二次氧化保护渣均匀地覆盖在结晶器钢液表面，阻止了空气与钢液的直接接触，再加上保护渣中碳粉的氧化产物和碳酸盐受热分解溢出的气体，可驱赶弯月面处的空气，有效地避免了钢液的二次氧化。

3）吸收非金属夹杂物，净化钢液加入的保护渣在钢液面上形成一层液渣，具有良好的吸附和溶解从钢液中上浮的夹杂物，达到清洁钢液作用。

4）在铸坯凝固坯壳与结晶器内壁间形成润滑渣膜在结晶器的弯月面处有保护渣的液渣存在，由于结晶器的振动和结晶器壁与坯壳间气隙的毛细管作用。

将液渣吸入，并填充于气隙之中，形成渣膜。

在正常情况下，与坯壳接触的一侧，由于温度高，渣膜仍保持足够的流动性，在结晶器壁与坯壳之间起着良好的润滑作用，防止了铸坯与结晶器壁的粘结;减少了拉坯阻力;渣膜厚度一般在50~200μm5）改善了结晶器与坯壳间的传热在结晶器内，由于钢液凝固形成的凝固收缩，铸坯凝固壳脱离结晶器壁产生了气隙，使热阻增加，影响铸坯的散热。

保护渣的液渣均匀的充满气隙，减小了气隙的热阻。

据实测，气隙中充满空气时导热系数仅为0.09W/m·K，而充满渣膜时的导热系数为1.2W/m·K，由此可见，渣膜的导热系数是充满空气时的13倍。

由于气隙充满渣膜，明显地改善了结晶器的传热，使坯壳得以均匀生长。

二、保护渣的构成1）液渣层当固体粉状或粒状保护渣加入结晶器后与钢液面相接触，由于保护渣的熔点只有1050℃~1100℃，因而靠钢液提供的热量使部分保护渣熔化，形成液渣覆盖层。

这个液渣覆盖层约10~15mm厚，它保护钢液不被氧化，又减缓了沿保护渣厚度方向的传热。

在拉坯过程中，结晶器上下振动。

我叫保护渣，是钢铁工业冶金辅料大家庭中的一员，可由以SiO2、CaO、Al2O3为主要成分的硅酸盐基料，如水泥熟料、硅灰石、长石、石英、火山灰等配制而成。

根据形态的不同，我分为粉末型、实心颗粒型和空心颗粒型。

根据基料加工和熔剂配入方式的不同，我的生产方法有预熔型、混合型和烧结型。

混合型就是将各种原材料混合均匀、磨细、烘干或成浆、喷雾造粒；预熔型就是将原料和熔剂进行预熔，去除其中的挥发物，形成保护渣的基料，配入少量熔剂和炭质材料，制成各种需要的产品系列；烧结型生产方法既避免了无氟预熔渣在炉内下料困难、流动性差、基料熔化不均的现象，又可解决混合型生产方法中熔剂在使用过程中挥发大和水分难去除的问题。

在连铸作业时，每吨钢水中我的用量只有一公斤左右，虽然我的用量很少，却是影响连铸稳定生产和改善铸坯表面质量的关键，好比炒菜时的味精，有了我的参与，才能“烹饪”出平整光洁的铸坯。

我被加入至结晶器之后，在高温钢液的热量作用下，逐渐升温并发生烧结、熔化，在结晶器钢液面上形成双层、三层或多层的渣层结构，然后流入铸坯与结晶器壁的间隙中，在结晶器壁的冷却下，靠结晶器壁侧凝固形成固态渣膜，宛如鸡蛋清和鸡蛋壳之间的那层内膜，横亘在坯壳与结晶器之间，润滑铸坯并控制铸坯的传热。

随着结晶器振动和拉坯的进行，液渣和部分固渣膜被带出结晶器下口，在二冷水作用下与铸坯分离，由此完成保护渣的消耗过程。

我在进出结晶器的过程中，所发挥的作用可归结为：对结晶器钢液面绝热保温，避免钢液面结壳凝固；保护钢液面不受空气二次氧化；吸收钢液中上浮的夹杂物；润滑运动的铸坯；均匀和调节凝固坯壳向结晶器的传热。

而人们对于我的研究、生产和使用，就是如何有效地发挥这五项功能，确保不出现漏钢等生产事故并获得无缺陷的连铸坯。

根据连铸作业中所浇钢种、铸坯断面形状、大小、拉速和振动参数等的不同，技术人员经常为我量身打造在熔渣粘度、表面张力、熔化温度、熔化速度以及熔化均匀性等方面的特殊性能，并形成一系列专用保护渣，如高速连铸结晶器保护渣、超低碳钢用连铸结晶器保护渣、薄板坯连铸结晶器保护渣……以便更好地适应连铸技术的发展，满足对产品的更高要求。

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）粘度。

粘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—钢界面现象和界面反应的重要参数。

对连铸结晶器保护渣渣层的分析[摘要]连铸结晶器保护渣的主要功能包括：使结晶器壁与铸坯壳之间保持润滑；控制结晶器与铸坯之间的热交换；保持结晶器顶部处于绝热状态；防止钢水二次氧化；吸收钢水中上浮到液面的夹杂物。

其中两个最为重要的功能是保持结晶器壁与坯壳间的润滑和控制传热。

[关键词]连铸结晶器保护渣铸坯中图分类号：tf777.1 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）07-0256-011、引言固态结晶器保护渣的结晶比对铸坯与结晶器之间的热流量有重要影响。

某些特定钢种的保护渣是根据该钢种特有的冷却条件而设计的。

有鉴于此，结晶器保护渣的组织结构和凝固特性具有重要意义。

结晶器保护渣中的晶体成分愈多，结晶器保护渣结构愈疏松，从而降低保护渣内的辐射传热。

中碳钢结晶器保护渣具有较高的结晶比，保护渣层内的传热较为均匀，有利于降低连铸坯内的纵裂纹的形成。

结晶器凝固保护渣的取样位置位于结晶器以下部位。

通过分析渣样横截面可以看出沿渣膜厚度方向存在着不同的结晶形态。

对于非中碳钢结晶器保护渣而言，并不需要太高的保护渣结晶比。

实际上在铸坯壳出结晶器之前要达到足够的厚度常常需要较高的传热速率。

因为浇铸这些钢种时的拉坯速度较高（>1.3m／min）。

现已对结晶器保护渣的结晶情况即结晶倾向进行了实验室和工厂的实验研究。

试验室的大部分试验研究，均是在对保护渣控制加热或控制冷却的试验条件下进行，然后再对凝固的保护渣进行分析研究。

在对保护渣的结晶研究中广泛使用了差热分析方法（dta）。

在本研究中，为了确定液态结晶器保护渣在冷却时的结晶温度，在实验时将保护渣的温度变化与参照试样进行了对比。

采用差热分析的方法研究表明，结晶器保护渣的结晶趋势随cao／sio2的比值、li2o、tio2和zro2含量的增加而增强，随b2o3含量的减少而增强。

fonseca等人对自己所采取的保护渣样进行了研究，结果表明，中碳钢保护渣结晶层厚度和保护渣层总厚度均比低碳钢保护渣高。

高铝钢连铸结晶器保护渣研究概况付孝锦;光华【摘要】高铝钢连铸保护渣开发主要有三种思路,即“反应性”的 CaO-SiO2渣系保护渣、“非反应性”的 CaO-Al2 O3渣系保护渣以及“弱反应性”的CaO-SiO2-Al2 O3渣系保护渣。

分别介绍了在这三种思路下进行的高铝钢保护渣的理论和应用研究以及不同渣系高铝钢保护渣的优缺点。

最后指出：从工艺顺行的角度,CaO-SiO2渣系保护渣仍是浇铸高铝钢的主要选择。

%There are mainly three slag systems to study mold fluxes for high aluminum steels,which are “reactive”CaO-SiO2 slag system,“non-reactive”CaO-Al2 O3 slag system and“weakly reactive”CaO-SiO2-Al2 O3 slag system.The theo-ry and application research on mold fluxes of different slag systems for high aluminum steels and the advantages and disadvan-tages were introduced respectively.Finally,it is pointed out that mold fluxes of CaO-SiO2 slag system is the predominant choices in casting high aluminum steels.【期刊名称】《内江师范学院学报》【年(卷),期】2016(031)004【总页数】6页(P19-24)【关键词】高铝钢;保护渣;CaO-SiO2渣系;CaO-Al2O3渣系;CaO-SiO2-Al2O3渣系【作者】付孝锦;光华【作者单位】内江师范学院化学化工学院，四川内江 641199;重庆大学材料科学与工程学院，重庆沙坪坝 400044【正文语种】中文【中图分类】TF7770 引言近年来，高铝含量的钢种成为开发的热点，典型的钢种有：1)铝含量为0.5%～2.0%的C-Mn-Al系相变诱发塑性钢(Transformation Induced Plasticity， TRIP)[1]；2)铝含量0.5%～1.5%的电工钢[2]；3)铝含量为0.7～1.1的38CrMoAl合结钢[3]；4)铝含量为2.0%～2.5%的20Mn23Al无磁钢[4-5]；5)铝含量高达5%的不锈钢20Cr5Al钢[6].由于此类钢中铝含量极高(为传统铝镇静钢的10～50倍)，钢中Al极易与渣中SiO2等氧化性物质发生反应使得渣中SiO2含量减少、Al2O3含量增加，加上钢中大量夹杂物的上浮，导致保护渣成分及性能发生较大变化，影响浇铸工艺顺行及铸坯表面质量.在这种情况下，如何确保连铸保护渣在发生渣-钢反应及吸收上浮夹杂物后性能的稳定，成为此类保护渣研究的焦点.通常，保护渣以CaO、SiO2二元系为主，配以CaF2、Na2O、Li2O、B2O3等助熔剂，以及少量的Al2O3、MnO、MgO等组元和一些其它不可避免的杂质(如Fe2O3)组成.在高铝钢连铸过程中，由于钢水中的Al具有很强的还原性，当其在钢渣界面与熔渣接触时，可发生类似下面的氧化还原反应[4]：这些反应导致保护渣中以SiO2为代表的部分组分被钢水中的Al还原，生成的Al2O3进入到保护渣中.SiO2的减少使得保护渣的碱度(CaO/SiO2)增加，恶化保护渣的玻璃化效果；MnO等助熔剂含量的降低会使保护渣熔化温度明显升高；Al2O3含量的增加会促使保护渣的粘度急剧上升.针对高铝钢浇铸过程中保护渣性能变化的特点，保护渣的设计主要有以下几种思路：A)“反应性”的CaO-SiO2渣系保护渣；B)“非反应性”的CaO-Al2O3渣系保护渣；C)“弱反应性”的CaO-SiO2-Al2O3渣系保护渣.其主要成分范围如图1[7]所示.2.1 保护渣成分及含量对理化性能的影响最初并没有针对高铝钢开发专门的连铸结晶器保护渣，而是使用常规保护渣.例如，U.S. Steel Gary Works在进行高铝TRIP钢的第一次试验生产时，使用的是SiO2含量35%、CaO含量20%、Al2O3含量5%的常规CaO-SiO2渣系保护渣[8].然而，由于发生严重的渣-钢反应,导致保护渣的成分及性能激变，使得浇铸的铸坯表面质量很差，出现了严重的纵裂纹和横裂纹，甚至出现了粘结[8].因此，必须开发专门的高铝钢保护渣来浇铸这类钢种.开发CaO-SiO2渣系保护渣，其关键在于浇铸过程中渣-钢反应达动态平衡后熔渣的性能可以满足高铝钢浇铸的需要.因此，研究主要集中在保护渣的组成(成分及含量)和工艺条件(钢种、拉速等)对渣-钢反应的影响及由此引起的保护渣性能(传热、润滑等)的改变并最终影响铸坯表面质量等方面.王家荫等[9]研究了20管线钢中加铝量的变化对保护渣中Al2O3含量、碱度、熔化温度及粘度的影响.保护渣成分：w(CaO)=30.78%，w(SiO2)=33.90%，w(Al2O3)=3.16%，w(CaF2)=7.44%，w(MgO)=2.26%，w(T. Fe)=1.81%，碱度(R)=0.91.结果表明：随着钢中Al含量的增加，熔渣中Al2O3含量明显增加；当w(Al) > 3%时，熔渣中Al2O3的增加变缓，并渐渐达到饱和.随着钢水中Al含量增加，保护渣碱度和熔点升高，当铝含量超过1.5% 时，碱度及熔点增加变缓；保护渣粘度随钢中Al含量的增加而增加.Itoh等[10]在研究了含铝量高达5%的20Cr-5Al钢种后指出，减少保护渣中SiO2含量，可以减轻SiO2与钢水中Al元素的反应，防止熔渣中Al2O3含量的急剧增加，有助于维持保护的渣粘度稳定. Kinoshita等[11]采用低碱度(R=0.8)的保护渣浇注631不锈钢(w(Al)=1.03%，w(C)=0.8%)，能够对铸坯进行良好的润滑并防止漏钢.在E2钢保护渣中加入含量为5%～8%的MnO，以稳定保护渣的碱度并降低粘度和熔点，改善保护渣的性能，稳定铸坯的表面质量[9,12].何生平等[13]通过热力学计算表明，当渣中w(MnO)>3%时，MnO能有效抑制熔渣中SiO2被钢水中的Al还原.然而，Blazek等[14]意图通过加入MnO以抑制渣中SiO2的反应时，效果并不明显.Kim 等[15]研究了高Al钢与CaO-SiO2渣系高铝钢结晶器保护渣的反应，发现初渣中的CaO/SiO2比、Al2O3含量以及温度都不是影响反应量的主要因素，对渣-钢反应影响最大的是钢中[Al]含量.当w(Al)<1.8%时，钢水中Al的传质是反应的限制性环节；当Al=4.8%时，在渣-钢反应界面发现明显的MgAl2O4析出，它延缓了进一步的反应，因此，对于Al>4.8%的高铝钢而言，限制性环节是渣中的传质.Becker等[8]研究了在A1-TRIP钢的浇铸过程中低碱度保护渣(w(CaO)=20%，w(SiO2)=35%， w(Al2O3)=5%， R=0.57) 中CaO、SiO2、Al2O3含量的变化.指出浇铸开始后10min内渣中CaO含量基本不变，SiO2含量急剧减少，Al2O3含量急剧增加.保护渣由原来的CaO-SiO2渣系变为CaO-Al2O3渣系.Zhang等[16]研究了w(Al2O3)/w(SiO2)对Al-TRIP钢保护渣粘度及粘流活化能的影响，模拟Al-TRIP钢保护渣浇铸过程中成分的改变，结果表明随着w(Al2O3)/w(SiO2)增加，保护渣粘度及粘流活化能单调上升，反应到达平衡后，粘流活化能为85 kJ·mol-1，粘度为1.437 Pa·s，超过常规板坯连铸保护渣的粘度，对连铸工艺的顺行不利.Yu等[17-18]研究了高铝TRIP钢的粘度和热流变化特征，Li2O、B2O3含量及w(Al2O3)/w(SiO2)对高铝TRIP钢保护渣粘度的影响，发现Li2O的含量对保护渣的碱性有较大的影响，Li2O含量高，熔渣碱性增强，在较低的w(Al2O3)/w(SiO2)时粘度发生转折.B2O3可以使熔渣的过热度较大，有利于稳定保护渣的粘度.保护渣中同时加入适量的B2O3和Li2O，可发挥多组分协同效应，稳定Al2O3的两性特征，使熔渣粘度维持在合理的范围.Wang等[1]研究了高Al含量TRIP钢连铸保护渣的凝固行为，研究渣系在凝固过程中易析出CaF2晶体，具有较强的结晶能力.由于容易析出CaF2晶体，使得浇铸过程中渣条严重，导致熔渣很难流进结晶器壁与铸坯坯壳之间，从而引发各种铸坯表面缺陷.杨波等[19]研究了高铝含量的TRIP钢在连铸过程中保护渣Al2O3含量的变化对于渣膜传热性能的影响.结果表明：当Al2O3含量从3%增加到20%时，保护渣的热流密度明显降低；当Al2O3含量从2%增加到30%时，热流密度先增加后减少；随w(Al2O3)/w(SiO2)比值的增大热流密度逐渐降低；在该实验条件下有CaF2晶体析出.周鉴等[20]研究了高铝钢保护渣的结晶矿相，发现保护渣中初始SiO2含量较高，保护渣玻璃性较好；随着浇铸进行，保护渣中SiO2含量减少、Al2O3含量增加，玻璃性变差；熔渣中的Li2O易与F-形成LiF晶体；CaF2的含量较高时，易产生CaF2晶体.王欢等[21]研究了含铝TRIP钢结晶器保护渣的粘度特性，结果表明：随着Al2O3质量分数由3%增加到17%，综合碱度R<1的保护渣粘度先增加再减小，而R≥1的保护渣粘度变化较小；随着Al2O3质量分数由17%增加到30%，保护渣粘度快速增大；随着w(Al2O3)/w(SiO2)的增大，保护渣的粘度呈先快速减小而后快速增大的趋势.2.2 典型高铝钢保护渣的现场应用Omoto[2]研究低碳电工钢(含铝量高达1%以上的低碳钢)保护渣，针对渣钢反应使熔渣结晶温度升高，在结晶器内壁形成粗大渣圈，使得熔渣流入不畅、润滑不足甚至引起漏钢等问题，采用低碱度(R=0.65)、低粘度(0.2 Pa·s)的保护渣，增加保护渣的消耗，并在保护渣中加入5.7%的Li2O以抑制其结晶性能，实现了多炉连浇.对于液相线温度比一般碳钢低80～100 ℃的高铝高锰型无磁钢，施威[22]比较了两种不同的高铝无磁钢连铸保护渣(A渣和B渣).A渣的熔点1 028℃，粘度为0.17 Pa·s；B渣熔点1 000 ℃，粘度为0.15 Pa·s,其中A渣易结块、变性，润滑性能不良，致使铸坯发生粘结漏钢；B渣粘度和熔点较低，在中包温度1 455 ℃，拉速0.78 m·min-1时能够满足连铸工艺需要.张宇斌等[5,23]使用5.0%B2O3，碱度0.5～0.6、熔化温度1010℃、粘度0.215 Pa·s的无磁钢20Mn23AlV保护渣在0.6～0.65 m·min-1拉速下能较好满足连铸要求.于雄[24]在保护渣中利用B2O3+Li2O熔剂以有效地降低保护渣的初始粘度和熔化温度，在0.5～0.65 m·min-1条件下，浇铸高铝高锰无磁钢20Mn23AlV，液渣层厚度稳定，渣耗正常，无明显渣条，铸坯表面无明显裂纹及凹陷等现象；而当拉速增大到0.7 m·min-1时，则形成粗大渣圈，保护渣消耗降低，铸坯表面存在纵裂纹，恶化了铸坯表面质量.拉速的增加，使得结晶器内钢液流性增强，加强了渣-钢反应的动力学条件，使反应量增加，导致熔渣中Al2O3的过多富集，提高了保护渣的熔点，恶化了结晶性能.针对裂纹敏感性强的高铝TRIP钢，Fu 等[25]通过控制反应后保护渣的结晶性能以抑制传热实现缓冷，采用初始碱度为0.84的保护渣在拉速0.8～0.9 m·min-1条件下浇铸铝含量0.8%～1.0%、碳含量0.08%～0.115%的高铝TRIP钢，开浇11 min渣-钢反应即达到动态平衡，除01坯前7.4 m有少量凹陷外，其余铸坯的表面没有凹陷及裂纹产生，铸坯的表面质量良好.另外，通过对反应前初渣和反应后终渣进行水浸实验，分析其中的F-浓度和pH，发现反应后高Al2O3含量的终渣能够通过自身的固氟作用和对废水中氟的吸收，降低废水中氟的含量，减轻对环境的污染[26].对高铝稀土钢而言，钢液中除了Al元素外，还原性较强的稀土元素如Ti、Re等也易于与渣中的SiO2等还原性物质发生反应，使得保护渣性能变化更加显著.张晨等[27]采用w(CaO)20%～40%、w(SiO2)30%～50%、w(Al2O3) <8%的保护渣，并在其中添加B2O3和MnO，使得在不可避免的渣-钢反应平衡后仍可以实现一定的冶金性能，避免引起铸坯产生夹渣、裂纹等表面缺陷或拉坯阻力过大而造成的漏钢事故，从而生产出高质量的铸坯.3.1 理论基础为从根本上解决问题，将保护渣在浇铸过程中因为反应引起的成分改变而导致的性能变化降到最低，维持保护渣使用过程中性能的稳定性，Street等[28]提出“非反应性”(non-reactive)高铝钢保护渣的思想，尽量减少甚至避免保护渣与钢水中的活泼元素发生反应.熔渣中与钢水中的Al发生反应的物质主要是SiO2，而大部分的工业原料中都或多或少含有SiO2.为了使渣-钢反应得到抑制，就要降低渣中的SiO2含量在较低的水平.然而，SiO2是熔渣中重要的网络形成物，对熔渣的粘度和结晶性能有着重要影响，进而影响保护渣的润滑和传热，因此，不能够一味降低SiO2的含量，应当将其控制在一个适当的范围内，且积极寻找具有与SiO2性质类似的替代物，该替代物应与Al反应轻微甚至不反应.Al2O3不会和Al反应，且Al2O3是两性物质，还具有与SiO2的Si-O网络结构类似的Al-O四面体网络结构，因此，在一定程度上可用Al2O3代替SiO2构建CaO-Al2O3渣系保护渣.3.2 非反应性渣系日本川崎关于高铝钢保护渣的专利[29]指出，当渣中w(SiO2)< 7%时，高铝钢钢水中Al与保护渣中SiO2不反应或反应轻微.王欢等[30]通过热力学分析及钢-渣界面反应试验证明，当保护渣中w(SiO2)< 6%时为非反应性保护渣.王强等[31]开发针对20Mn23AlV钢的高Al2O3、低SiO2(w(SiO2)=5.11%)含量保护渣，模拟研究了浇铸前后主要成分和性能变化，结果显示：反应前后新开发的高铝钢连铸保护渣SiO2减少了0.7%， Al2O3增加了6.46%，保护渣的熔化温度、黏度和结晶率分别增加了62℃、0.66 dPa·s和15%；保护渣反应前后主要成分及性能变化相对现用保护渣小，可用于高铝钢的连铸生产.朱祖民等[32]在专利中提出了w(SiO2)< 2%的高铝钢保护渣，且w(Al2O3+CaO) > 50%，用SrO、BaO、MgO吸收Al2O3等夹杂物以维持熔渣的粘度稳定性.但因CaO-Al2O3渣系保护渣本身熔点高、低SiO2含量导致玻璃性不足影响润滑，在实际应用中存在保护渣易结渣圈，渣耗偏低，影响连浇炉数的问题.为了解决低SiO2含量的CaO-Al2O3渣系保护渣熔点高、结晶性强的问题，人们进行了一系列理论研究.于雄等[33]通过添加适量的酸性氧化物B2O3协调熔渣的性能，结果显示，当w(B2O3)为4%～10%时，随着B2O3的含量增加，保护渣熔点、粘度、粘流活化能均降低，渣膜热流密度增加；保护渣的等温转变曲线(TTT曲线)向孕育时间增加方向移动，晶体生长速率降低，在实验条件下，增加B2O3的含量可抑制保护渣中CaF2的析出.F-对非反应性高铝钢保护渣的理化性能有重要影响[34]，研究表明，w(F-)为5.8%～8.8%时，F-含量每增加 1%熔点降低4.5℃，粘度降低0.004 Pa·s；渣膜热流密度随F-含量的增加而增加，特征时间降低；结晶动力学分析说明析晶按照1维方式生长.王欢等[35]研究了非反应性高铝钢保护渣中Li2O的含量对结晶行为及传热的影响，结果表明：当w(Li2O) < 2%时，增加 Li2O 的含量可减弱保护渣的结晶能力；而在w(Li2O)为2%～5%时，增加 Li2O 含量会缩短析晶孕育时间、升高结晶温度、增大临界冷却速度和结晶速率常数，也就是促进了保护渣的结晶.同时发现，在w( Li2O)为2%～5% 范围内增加 Li2O 的质量分数，非反应性保护渣的最大热流密度、平均热流密度及特征时间均减小.MgO对高铝钢非反性保护渣理化性能也有重要影响，王欢等[36]研究显示：试验渣系熔点1 060～1 180℃，在w(MgO)为2%～8%之间，每增加 1%的(MgO)熔点约升高20℃；在 w(MgO)为2%～8%之间，保护渣粘度和粘流活化能都是先下降后增大，最低点对应的MgO 的含量为 6%.增加 MgO 的含量，保护渣的析晶孕育时间延长，有助于减弱浇铸过程中渣条的发展.渣膜厚度和结晶率随着 MgO 含量的增加而降低，渣膜传热特征时间、最大热流密度和平均热流密度都增大. Fu等[37]研究了CaO/Al2O3值对非反应性高铝钢保护渣w(SiO2)=6%结晶性能的影响，发现随着CaO/Al2O3比的增加，渣膜厚度先减小后增加；保护渣在CaO/Al2O3=1.5时结晶能力最弱，当CaO/Al2O3比大于或小于1.5时，保护渣结晶能力逐渐增加；随着CaO/Al2O3比的增加，析出晶体类型由CaF2、LiAlO2逐渐发展到铝酸钙系列晶体及CaO；为减少渣条产生及提高渣耗，保护渣CaO/Al2O3为0.9～2.0时比较合适.3.3 现场应用于雄等[24]使用SiO2含量为4.37%的非反应性CaO-Al2O3渣系高铝钢保护渣进行了20Mn23AlV无磁钢(w(Al)为1.5%～2.5%)的连铸试验，铸坯表面有少量裂纹、无明显凹陷；但钢液面的保护渣有少量的结团现象，液渣层厚度较薄，渣耗偏低，安全起见，仅浇铸了35min便换用CaO-SiO2渣系保护渣进行浇铸.Liu等[38-39]采用非反应性高铝钢保护渣(w(CaO+Al2O3)=56.3%，w(SiO2)=3.5%，w(B2O3)=10.3%，CaO/Al2O3=1.0)浇铸裂纹敏感性强的高铝的高铝TRIP钢(铝含量为0.9%，碳含量为0.1%)，虽然在改善铸坯质量方面效果明显，但存在渣圈粗大、润滑不足、渣耗偏低、不能进行连续浇铸的问题.由于CaO-SiO2渣系保护渣反应强烈，成分及性能变化剧烈，而CaO-Al2O3渣系保护渣结晶性太强，导致不能进行连浇，因此，设计一种介于反应性CaO-SiO2渣系和非反应性CaO-Al2O3渣系渣之间的CaO-SiO2-Al2O3渣系保护渣(即弱反应性保护渣，less-reactive)，使其在发生相对较弱的反应后，其性能仍然能够满足铸坯润滑和渣耗的需要，并能够最终改善铸坯表面质量，是高铝钢保护渣研究的另一思路.刘奇等[40]基于CaO-SiO2-Al2O3三元系相图设计了SiO2含量为 20%的CaO-SiO2-Al2O3连铸保护渣，采用热丝法模拟了CaO/Al2O3比对该渣系保护渣结晶行为的影响.结果显示，随着CaO/Al2O3比的增加，保护渣的结晶性增强；CaO/Al2O3为0.7～1.3时，凝固固相分数较小，具有与现用工业渣相似的润滑作用.综合考虑其传热与润滑作用，高铝钢保护渣中CaO/Al2O3比的适合范围应为0.7～1.3.何生平等[13]研究的双高(高碱性、高玻璃化)保护渣，即在CaO-SiO2-Al2O3渣系保护渣(其主要成分CaO为26.02%，SiO2为15.53%，Al2O3为18.04%)的基础上，采取多组分且各组分的含量相当的配渣原则，增加保护渣中B2O3、BaO 及SrO等物质的含量，特别是用MnO抑制SiO2与钢水中Al的反应.使用该渣在0.4～0.5 m·min-1的条件下浇铸碳含量0.3%～0.4%，铝含量0.7%～1.2%的高铝钢，渣条少，渣面活跃，铸坯表面及皮下质量正常.王谦等[41-42]发明了分别针对Al含量为0.5%～3.5%和1.0%～3.5%的高铝钢连铸保护渣，其主要成分含量分别是CaO 15%～40%，SiO2 3%～15%，Al2O3 10%～20%和CaO 15%～35%，SiO2 10%～25%，Al2O3 12%～15%.将上述保护渣在国内某钢厂分别用于实际生产，在浇铸过程中结晶器液面状况良好，保护渣性能稳定，生产的铸坯表面及皮下质量良好，铸坯原始合格率达99%以上.高铝钢保护渣最令人困扰的问题就是在浇铸过程中会发生严重的渣-钢反应，导致成份及性能的显著改变.尽管如此，从工艺顺行的角度，目前使用的高铝钢保护渣仍以反应性的CaO-SiO2渣系保护渣为主.在设计此类保护渣时，应重点考虑钢中铝含量及拉坯速度对反应量的影响.非反应性的CaO-Al2O3渣系保护渣在高铝钢浇铸中有很好的应用前景，但仍需进一步研究以解决该渣系本身结晶过强，消耗偏低，连浇炉数低的问题.【相关文献】[1] Wang W, Kenneth B , Alan C. 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高档连铸保护渣的主要原料（基料）DCS 产品简介1、以优质硅石（SiO2≥99%）和优质石灰石（CaCO3≥97%）为原材料，以洁净的电为能源，在高温下熔融合成SiO2+CaCO3--- CaCO3+CO2 ↑. DCS 为硅灰石（硅酸钙）系列产品。

人工合成硅灰石比天然硅灰石具有稳定的化学成份，物相结构均匀。

熔融隐晶质玻璃体，以电为能源，杂质极少。

烧失量几乎为零，是理想的冶金连铸保护渣基料，同时也是焊条涂药等最理想的原料。

2、借助人工合成的硅灰石生产工艺，根据不同种类保护渣基料的要求，本公司经过先进配方的设计，其它少量特殊原料的选择，可以生产出多种型号保护渣基料，并根据用户要求，可以调节CaO/SiO2 的比值，重要的是，同时可加入Na2O 、BaO、 Li2O、 Al2O3、 MnO 、CaF2(F)等原料，一次合成。

满足用户对不同钢种的特殊要求。

3、连铸保护渣分为四类：粉状保护渣、颗粒保护渣、发热型保护渣、预熔型保护渣。

本公司生产为预熔型保护渣，是保护渣分类中的最优级。

预熔型保护渣，是将各种造渣原料硅石、石灰石，纯碱，萤石等混匀后放入预熔炉（电炉）熔化成一体，经水淬冷却后干燥磨细，并添加适当熔速调节剂（石墨或碳黑），就得到预熔性粉状保护渣，预熔保护渣还可进一步加工成中空颗粒保护渣。

预熔保护渣制作工艺复杂，成本较高。

但优点是提高保护渣成渣的均匀性。

无粉尘飞扬，不污染环境。

4、连铸保护渣的作用是，在浇注的过程中，要向结晶器钢水面上不断添加粉末状或颗粒状的渣料（保护渣），它的作用有以下几个方面：（1）绝热保温防止散热；（2）隔开空气，防止空气中的氧进入钢水发生二次氧化，影响钢的质量；（3）吸收溶解从钢水中上浮到钢渣界面的夹杂物，净化钢液；（4）在结晶器与凝固壳之间有一层渣膜起润滑作用，减少拉坯阻力，防止与铜板的粘结。

（5）充填坯壳与结晶器之间的气隙，改善结晶器传热。

一种好的保护渣，应能全面发挥上述五个方面作用，以达到提高铸坯表面质量，保证连铸顺行的进行。