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特钢厂模铸用保护渣 蔡燮鳌　缪新德　吴小林 Shielding Powered Slag for Ingot Mold Casting at Special Steel Works Cai Xieao, Miao Xinde and Wu Xiaolin(Jiangyin Xingcheng Iron and Steel Co Ltd, Jiangyin 214432) 　　60年代前期，国内各特钢厂都采用焦油木框、石蜡草圈等保护浇铸，钢锭表面质量差，尤其是低倍皮下气泡、翻皮、夹杂等缺陷一直困扰着钢锭质量的提高。60年代中期探索用固体粉状保护渣，用石墨尾矿做基料加萤石和固体水玻璃，高碳型“721”石墨渣就是当时普遍采用的混合型保护渣。使用后钢锭表面质量较过去有很大提高。20多年来，特别是1981年冶金部特钢第2届铸锭会后，经各厂、科研单位和大专院校的共同开发研究，目前已开发出各种不同类型的模铸保护渣，基本满足了生产的需要，同时也大大缩短了与国外在这一方面的差距。 1　保护渣基料的选择和使用原则 1.1　保护渣基料的选择　　为保证保护渣的稳定性，基料的选择十分重要。由于模铸条件的要求，保护渣应具有低碱度、高粘度，其熔点在1 100～1 250 ℃。基料的主要化学成分为：SiO2 30%～60%；Al2O3 5%～20%；CaO 10%～30%。　　目前国内普遍采用的保护渣基料有高炉水渣、电厂灰、石墨尾矿、水泥熟料、硅灰石、蛭石、珍珠岩等。据有关研究单位指出水泥熟料和硅灰石较好，但价格较高。煤资源较稳定且未经收集漂珠的电厂粉煤灰，再适当配加其它基料、熔剂和碳质材料亦能获得价廉质量较好的保护渣，如周庄炼钢保材厂生产的ZF-12复合渣就是一例，性能稳定，含碳量低，钢锭表面质量好，头部增碳和帽头切损少。1.2　保护渣常用的熔剂　　在SiO2-Al2O3-CaO三元系相图中基础成分熔点高，且各厂钢种、锭型和浇铸工艺不同，因此必须在基础成分上添加适量的熔剂来调整熔点和粘度。熔剂对保护渣的各种性能有较大的影响。因此，必须把熔剂对保护渣的熔点、粘度和吸收夹杂的能力加以综合考虑。　　各种熔剂对保护渣3种性能的影响的研究结果如下：　　(1) 常用各种熔剂对保护渣熔化温度的降低强度的次序：B2O3＞Na2O＞BaO＞CaF2＞MnO。　　(2) 常用各种熔剂对保护渣粘度的降低强度的次序：CaF2＞B2O3＞MnO＞Na2O＞BaO。　　(3) 常用各种熔剂对Al2O3的吸收能力大小的次序：B2O3＞CaF2＞Na2O＞BaO＞MnO。　　目前关于熔剂加入量的研究还不能做到准确的定量关系。因为各种熔剂加入保护渣中产生相互作用-混合效应，只在某一量和某一范围效果较好。而某一熔剂加入量过多时适得其反，能使保护渣产生高熔点物质。例如，CaF2加入量过多时，可能生成枝晶石；Na2O加入量过多时，可能生成霞石。为了避免这种现象，保护渣熔剂加入的原则是：加入的种类多而每种量要少。　　从有效性、经济性、综合性等方面考虑，国内目前普遍采用含钠熔剂(苏打、碱)和萤石。1.3　保护渣中的碳　　所有国家“通用型”的保护渣均含有碳。除低碳钢种和连铸保护渣外，不应把碳降得太低，一般在15%～30%。　　碳在保护渣中对熔融速度的影响，不同种类的碳几乎没有什么区别，只是随着数量增加，粒度减细、熔速变慢。但是，对保温性能石墨类优于普通碳质材料，而碳黑类又优于石墨类。另外在选用碳质材料时还得考虑价格因素。 2　生产中保护渣的几个问题 2.1　钢液增碳　　碳在保护渣中起到调整熔速，改善铺张性，润滑模壁，提高保温性能，产生还原气氛等作用。但是，也出现钢锭不同部位的增碳现象，尤其是头部更为严重。1976年后大连、齐钢、大冶等厂相继指出：高碳保护渣钢锭头部增碳，是影响钢材质量，提高成材率的最大障碍。我厂1986年前使用含碳高达26%的穆林MB2-5渣，钢锭头部增碳也十分严重。　　为了搞清增碳机理，北京科技大学、重庆大学等高等院校对不同含碳量的保护渣进行了试验，其结果是：　　(1) 固体粉渣与高温钢液接触产生高温溶解增碳。　　既然碳与钢液接触时的增碳是一个溶解过程，它就应遵循溶解理论：　　碳的溶解速度 　　扩散系数 式中　r ——碳粒直径；S ——界面积；δ ——边界层厚度；N ——阿佛加德罗常数；C饱 ——碳在钢中饱和浓度；CX ——钢液中原有碳浓度；R ——气体常数；η ——钢液粘度。　　从上式可以看出：钢液温度愈高，碳的扩散速度愈快，保护渣中碳含量愈高，钢液的增碳速度愈快。　　(2) 固体粉渣与红热钢锭接触时，产生高温扩散增碳。此过程应遵循菲克扩散定律：　　　　　　dn/dt=D.F (CS-CX)式中　F——接触面积；D——扩散系数；CS