第五章覆蓋劑

主講人：龔偉第五章覆蓋劑鋼鐵冶金研究所煉鋼生產(chǎn)中的覆蓋劑一、鑄鋼冒口覆蓋劑二、連鑄中間包覆蓋劑一、冒口覆蓋劑鑄造生產(chǎn)中為延長冒口內(nèi)金屬液的凝固時(shí)間覆蓋在冒口金屬液表面的覆蓋材料叫覆蓋劑。覆蓋劑有兩種：保溫覆蓋劑和發(fā)熱覆蓋劑。

定義保溫覆蓋劑為低導(dǎo)熱材料構(gòu)成，如膨脹珍珠巖、膨脹石墨等。發(fā)熱覆蓋劑除低導(dǎo)熱材料外，加入一定比例的發(fā)熱材料，在金屬液的熱作用下，氧化劑提供氧使還原劑氧化發(fā)熱，延長冒口內(nèi)金屬液的凝固時(shí)間。在不同保溫覆蓋劑的情況下，口收縮成“碟形平底或半球形底，即，冒口縮口形狀呈近似U形。明顯延長冒口頂部結(jié)殼時(shí)間，使冒口中鋼水長時(shí)間處在大氣壓力作用之下，大大提高了冒口的補(bǔ)縮效率，有利于鑄件中的氣體和夾雜物上浮，達(dá)到了凈化鋼水的目的，而獲得健全的鋼件，降低了廢品率。特點(diǎn)酸化石墨：酸化石墨呈六角網(wǎng)狀片，同時(shí)，隨著受潮而氧化分解，尤其遇到高溫時(shí)反應(yīng)更為劇烈，體積迅速分層膨脹2～2.5倍，使覆蓋劑具有良好的鋪展性。而且受熱時(shí)密度變的很小，導(dǎo)熱性能差，浮在鋼液上面能很好地形成一個(gè)絕熱層，從而達(dá)到減少冒口頂部熱損失的目的。粉煤灰：進(jìn)一步增強(qiáng)覆蓋劑的鋪展性，接觸鋼液后,能迅速均勻地浮在上面，并在數(shù)秒種之內(nèi)很快形成三個(gè)熱反應(yīng)層(液渣層、置換層、保溫層)，液渣層的形成起兩個(gè)作用：一是能使保溫層以比較純凈的低導(dǎo)熱物質(zhì)存在；二是防止覆蓋劑中含的碳滲入鑄鋼件中。因此，粉煤灰在覆蓋劑中具有形成渣液、發(fā)熱、保溫三種功能。保溫材料鱗片石墨：呈黑灰色鱗片狀，是碳的同質(zhì)變體，其最大特點(diǎn)是熔點(diǎn)高(3700±100)℃，它浮在液渣層上面，使之很少浸入鑄鋼件中。膨脹珍珠巖：是一種具有微孔結(jié)構(gòu)的硅系顆粒材料。當(dāng)其投入到高溫環(huán)境中時(shí)，其中的玻璃質(zhì)巖石中的水分變成高壓蒸汽向外擴(kuò)散，巖石迅速軟化至粘稠狀態(tài)，形成了既允許水汽脹大，又不允許大量逸出,能夠充分膨脹的玻璃態(tài)。其作用主要是為了減輕容重，形成均勻分布的微氣孔，降低了輻射熱損和對流熱損，以利于保溫；同時(shí),由于其耐火度低，在高溫下呈玻璃相存在，會(huì)導(dǎo)致保溫冒口套輕度燒結(jié)，有利于保溫冒口套呈塊狀脫落。保溫材料覆蓋劑中的發(fā)熱材料主要有鋁粉和氧化鐵粉等，在冒口中鋼液的高溫作用下，發(fā)熱材料發(fā)生反應(yīng)而放出大量的熱量，使覆蓋劑溫度迅速升高，從而降低冒口表面鋼液的熱量損失，延緩冒口中鋼液溫度下降的時(shí)間。發(fā)熱材料從反應(yīng)熱力學(xué)的角度來看，盡管覆蓋劑中的發(fā)熱材料在鋼液的溫度下能夠發(fā)生鋁熱反應(yīng)，但相對而言，覆蓋劑中發(fā)熱材料的含量要比保溫材料的含量低的多。因此，從動(dòng)力學(xué)方面考慮，覆蓋劑中的發(fā)熱材料的放熱很難進(jìn)行。為此，在覆蓋劑中還添加了一種含氟的觸發(fā)劑，以加快覆蓋劑中放熱反應(yīng)的引燃時(shí)間，并保證反應(yīng)順利、完全進(jìn)行。觸發(fā)劑成分范圍MgOSiO2Fe2O3Al2O3CaOC7~1020~243~520~305~1211~18中間包覆蓋劑中間包覆蓋劑隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們對鋼的性能要求越來越高、越來越細(xì)。相應(yīng)的，對煉鋼輔助材料的要求也日趨多樣化、精細(xì)化。原本粗放型中間包覆蓋劑也已經(jīng)受到重視，新的覆蓋劑不斷從實(shí)驗(yàn)室走向連鑄生產(chǎn)。中間包覆蓋劑作用

絕熱保溫、防止鋼液面結(jié)殼。覆蓋劑有顯著的絕熱保溫作用。覆蓋劑覆蓋在鋼水表面，防止鋼水裸露在空氣中，使鋼水溫度迅速下降，造成鋼水溫度過低，液面結(jié)殼、水口凍結(jié)。未熔化的粉渣比熔渣起到更大的保溫作用。隔絕空氣、防止鋼水二次氧化。覆蓋劑加入后，形成透氣性差的液渣層，將鋼水與空氣隔絕開，防止了鋼水的二次氧化，減少了鋼水的夾雜物。中間包覆蓋劑作用吸收鋼液面上的非金屬夾雜物。覆蓋劑在鋼水表面形成一定厚度的熔渣層，可以吸附上浮到鋼水表面的非金屬夾雜物、耐火材料顆粒等浮游物，起到凈化鋼水的作用。而且中間包越大，鋼水在其中停留的時(shí)間越長，覆蓋劑吸收夾雜的作用越明顯。普通中間包覆蓋劑此類中包覆蓋劑為酸性，主要成分為SiO2、Al2O3、CaO、MgO和C；其中w（SiO2）>40%，w（C）=15%~40%，w（CaO）/w（SiO2）<0.5。普通中間包覆蓋劑特點(diǎn)以炭化稻殼為代表，此類中包覆蓋劑保溫效果特別好，因?yàn)槠鋲A度低，熔渣導(dǎo)熱系數(shù)小；碳含量高，使用時(shí)熔化速度低，粉渣保持時(shí)間長；體積密度極低，粉渣導(dǎo)熱系數(shù)小。堿性中間包覆蓋劑隨著市場的發(fā)展,對鋼質(zhì)的要求越來越高,普通的酸性覆蓋劑已不能滿足生產(chǎn)高附加值鋼材的需要。酸性覆蓋劑的最大優(yōu)點(diǎn)是保溫效果好,最大缺點(diǎn)是不能凈化鋼水,甚至還可能污染鋼水。對于鋁鎮(zhèn)靜鋼：使用酸性覆蓋劑會(huì)發(fā)生如下反應(yīng):3(SiO2)+4[Al]=2(Al2O3)+3[Si]使用堿性覆蓋劑會(huì)發(fā)生下列反應(yīng):Al2O3+CaO=CaO·Al2O3普通中間包覆蓋劑特點(diǎn)炭化稻殼由于密度過低，使用時(shí)粉塵嚴(yán)重，現(xiàn)在使用較少。現(xiàn)在常用的是由酸性材料如石英、電廠灰，加入碳質(zhì)材料配制而成。普通中包覆蓋劑主要用于對鋼中夾雜物要求不高的普通鋼種。幾種堿性中包覆蓋劑的理化性能堿性覆蓋劑的最大缺點(diǎn)是保溫性差，其導(dǎo)熱系數(shù)為酸性的2倍；其次是容易結(jié)殼。無碳中包覆蓋劑硅鋼、汽車板鋼是高附加值的超低碳、高潔凈度的鋼，其C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在(2.0~4.0)×10-5之間，因此，對中包覆蓋劑又提出一個(gè)要求：不能對鋼水增碳。一般地，中包覆蓋劑由基料和炭質(zhì)材料組成。它在使用過程中顯示出的性質(zhì)和狀態(tài)，如熔化速度、熔化均勻性、層狀結(jié)構(gòu)和傳熱保溫等，都與碳質(zhì)材料有關(guān)。中包覆蓋劑中碳質(zhì)材料作用控制覆蓋劑的熔化速度；隔熱保溫作用；影響覆蓋劑的鋪展性能；減緩覆蓋劑燒結(jié)、結(jié)殼。如果覆蓋劑不含碳，最直接的問題就是覆蓋劑粉末將快速熔化，保溫層急劇減少，保溫效果惡化。所以必須有