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1、连铸保护渣基础理论 及其应用研究的前沿与热点谢 兵连铸技术研究所，重庆大学材料学院重庆市，中国400044www.cquccti.com;bingxie@cqu.edu.cn10/1/20211二十年前，保护渣被人们认为是“blackmagic”，在那时，人们只知道保护渣的简单作用，但没有从科学上理解保护渣是如何发挥作用的。今天，在全世界冶金工作者的共同努力下，我们对保护渣的基本功能及其基本原理有了更为深刻的认识。1.润滑铸坯2.控制传热3.吸收夹杂4.绝热、防氧化连铸保护渣的作用1.润滑与传热；2.吸收夹杂与侵蚀耐火材料；3.环境友好与控制保护渣物理性能。目前，连铸保护渣研究于
2、发展的三大前沿问题1.通过保护渣的传热与润滑1.1保护渣的传热性能结晶器中的传热是非常重要的，铸坯与结晶器间的水平传热的良好控制可以避免纵裂纹的产生，纵向传热可以影响振痕深度、针孔的形成、金属熔池的深度、液渣向结晶器与铸坯间通道的填充以及润滑。结晶器铸坯间传热结晶器内通过保护渣渣膜的水平传热一般涉及两大机理：晶格传热和辐射传热1.有的研究者认为保护渣晶体层的存在会显著减少辐射传热。2.也有人认为，晶体层的存在对结晶器/渣膜界面热阻的影响要大于对辐射传热的影响。这是因为密度变化导致空隙增加。晶体控制传热的机理晶体对红外电磁波的反射；晶体界面的不完整性对传导传热的阻力；密度：结晶相>
3、玻璃体结晶时产生收缩，导致了：晶体内存在缩孔结晶器侧渣膜表面粗糙－等同于产生气隙有时，气隙的产生不是由于钢的收缩而是保护渣渣膜的收缩。渣膜的构造浇铸中碳钢、低碳钢用保护渣及其结晶率对热阻的影响有时红外辐射传热的比例会达到50%;研究得出辐射传热系数kR可用下式表述(当αd＞3，α为吸收系数，d为渣膜厚度)：式中，σ为波尔兹曼常数，n为折射指数(一般为1.6)，T为温度(K),E为消光系数或液体渣膜及玻璃态渣膜的吸收系数。关于红外热辐射消光系数对于通过渣膜的水平传热，是一个非常关键的参数，通常受到渣膜的结晶率的控制。结晶率非常高的渣膜的辐射传热系数将会降到传导传热系数的10~20%
4、左右。但如果晶体层不存在的话，辐射传热系数还会大于传导传热系数。因而，在目前的研究条件和应用条件下，渣膜中存在部分结晶层是控制辐射传热的有效手段。如前所述，由于渣膜的收缩，在结晶器/渣膜界面将会出现气隙，由气隙产生的热阻将会显著影响水平传热，同时也就等同于增加渣膜的结晶率及渣膜厚度。因此影响通过渣膜水平传热的主要因素有：渣膜厚度(决定于渣膜的结晶率、导热率、凝固温度、转折温度)和结晶器/渣膜界面热阻(取决于结晶率和渣膜厚度)。1.2保护渣的结晶性能保护渣结晶性能是保护渣渣膜控制传热的非常重要的参数。一般来讲，保护渣的凝固温度Ts、析晶温度Tc、转折温度Tb是影响结晶器润滑与传热的
5、重要物性。关于保护渣组份与Ts、Tc和析晶率关系的研究中，碱度(CaO/SiO2)、Li2O、BaO、SiO2、CaO、Al2O3对Ts、Tc和析晶率的影响，各研究者得到的结论基本一致，即：提高碱度，Ts、Tc升高，保护渣的结晶倾向增大，故降低保护渣碱度能抑制晶体的析出。各种组分对结晶温度Tcr的影响碱度对结晶温度的影响凝固温度(Ts或Tc)一般可由差热分析方法求得。有文献报道,由DTA得到的凝固温度一般等同于转折温度，但有时比转折温度要高80℃。渣膜的厚度随转折温度的增加而增加，这一发现可以用于控制水平传热。转折温度与粘度的关系裂纹敏感性钢种应该使用转折温度较高的保护渣，而黏结
6、性钢种以及易鼓肚钢种应该使用具有低转折温度的保护渣。其他钢种则需使用转折温度在这两者之间的保护渣。渣膜中结晶物质的量取决于渣中的化学组分，可用时间－温度－转变曲线(TTT)。TTT曲线可由金相法以及热电偶法(HTT)确定。结晶组分的分数及数量可以通过光学显微镜法确定。该项技术的优点在于实验中的试样量很少，可以达到很大的冷却和加热速度，这样的冷却速度类似结晶器中渣膜所经历的状况。因而可以用于确定保护渣的TTT曲线。TTTcurvesobtainedthroughdoublehotthermocoupletechnique:(a)45%CaO,41%SiO2,7%Al2O3,7%Na
7、2O;(b)44.5%CaO,44.5%SiO2,4%Al2O3,7%Na2O;(c)39.6%CaO,40.9%SiO2,6.9%Al2O3,9.6%Na2O,1%CaF2;(d)44%CaO,44%SiO2,7%Al2O3,5%Na2Oand43%CaO,43%SiO2,7%Al2O3,7%Na2O在高温下形成等轴晶(A型)；从每一个热电偶上生长出的柱状晶(B型)；多面体晶(C型)；在较高过冷度下可观察到非常细小的晶体(D型)。连续冷却曲线同TTT曲线的比较在结晶器中，固态渣
