基本功能有:①隔绝空气,防止结晶器钢水液面的二次氧化。②隔热保温,防止钢液面凝固。③吸收溶解上浮至钢水液面的非金属夹杂物。④充填坯壳与结晶器之间的间隙,改善铸坯表面质量。⑤在结晶器与坯壳之间形成液渣膜,起润滑作用,减少拉坯阻力,防止坯壳与铜板黏结等。
在连铸过程中加入结晶器的保护渣,在钢液面上堆积形成粉末渣层,具有绝热保温的作用。随后,结晶器保护渣的温度会逐渐升高,直至达到熔化温度,保护渣形成熔融渣层,当熔化完全后会形成液渣层。液渣从钢液面上的熔渣池流入新生坯壳和结晶器铜壁的间隙形成渣膜,靠近铸坯一侧的液渣在铸坯表面高温的作用下,仍然保持液渣状;靠近结晶器铜壁一侧的渣膜在结晶器的强冷作用下急冷凝固形成固态渣膜。
结晶器保护渣基本上以二氧化硅、氧化钙、三氧化二铝为基料,再添加适量的碱土氧化物(Na2O、Li2O、K2O等)、氟化物(CaF2、NaF等)、碳质材料(石墨、炭黑)等配制而成(见表)。
组成 | CaO | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | MgO | Na2O+K2O | F- | C |
含量/% | 25~45 | 25~45 | <8 | <3 | <4 | 5~10 | 2~8 | 4~8 |
制作保护渣的原料有天然矿物、工业产品及副产品、预熔原料。根据结晶器保护渣的外观形态,可分为粉末渣、颗粒渣和空心颗粒渣。
广泛使用的保护渣基本上是以硅酸盐为主,以氟化物、纯碱等低熔点物质作助熔剂或稀释剂,再配加碳质材料起隔离、骨架和绝热的作用。结晶器保护渣应具有特定的理化性能。①熔化温度。根据拉速和钢种的不同,结晶器保护渣的熔化温度在900~1200℃范围。一般将半球点温度作为熔化温度的参考温度。②黏度。是保护渣最重要的性能之一,它与保护渣消耗量和连铸工艺参数密切相关,结晶器保护渣的黏度一般在0.1~1帕·秒。③熔化速度。保护渣的熔化速度是确定钢水液面熔渣层厚度的重要指标,影响熔化速度的最重要因素是碳质材料种类及其含量,随着其含量的增加,熔化速度将减慢。适当的熔化速度应能使结晶器内钢液面上保持6~15毫米厚的液渣层。
自20世纪60年代德国首次在连铸过程中采用浸入式水口和结晶器保护渣进行浇注以来,保护渣的制作和使用技术都得到了很大的发展,研制出了适应不同铸坯断面、钢种和浇铸工艺制度的保护渣,使铸坯的质量得到极大改善。