宽板连铸机结晶器保护渣选用分析.doc

宽板连铸机保护渣性能要求及评价方法曹 磊， 王玉民， 温维新（济钢宽厚板厂，济南 250101）摘 要：本文从低、中、高碳钢以及包晶钢等钢种本身性能及凝固特性出发研究出了不同钢种保护渣性能特点并根据宽板连铸机工艺特点，分析了宽板连铸机对保护渣性能设计上要求结合生产实践，分析了在连铸生产现场，最灵敏评价保护渣方法是合适铜板温度、结晶器进回水温差及热通量参数，连铸坯表面质量是评价保护渣好坏最终标准关键词：宽板连铸机；保护渣；表面质量；评价方法Property Requirements and Evaluation Method of Wide Slab Continuous Casting Mould PowerCAO Lei, WANG Yu-min, WEN Wei-xin（Wide Heavy Plate Plant of Jinan Iron and Steel Company，Jinan 250101）Abstract: Properties requirement of mould slag for various steel grades have been studied in light of low, medium, high carbon, peritectic steels and their solidification and shrinkage features. The requirements of properties of wide slab continuous casting mould slag have been analyzed based on the characteristic of wide slab continuous casting process. Combining practice of production, the most significant and clearly evaluation of slag are copper plates temperature, the mould in-return water temperature different, heat flux and slab surface quality is the end standard of slag evaluation. Key words: wide slab; continuous casting; mould power; surface quality; evaluation method随着现代社会不断发展进步以及钢铁市场持续低迷，人们对钢铁产品质量提出了更高要求，尤其是对钢板表面质量日益苛刻。

连铸结晶器保护渣对于提高连铸坯表面质量，提升产品质量起着至关重要作用，同时连铸保护渣好坏直接影响着连铸生产稳定运行[1,2]，由于结晶器保护渣通用性很差，即使相同钢种在不同连铸机上对保护渣要求也不尽相同本文将结合济钢宽板连铸机生产实际，对宽板连铸机保护渣选用进行分析探讨1 保护渣主要功能及作用保护渣在结晶器内钢水液面上形成粉渣层、烧结层、半熔化层、液渣层四层结构，总厚度约为40~60 mm[3]坯壳和结晶器之间渣膜由固渣膜和液态渣膜组成,固态渣膜又分为结晶体及玻璃体随着结晶器振动，熔融保护渣流入坯壳和结晶之间缝隙，随着拉坯不断进行，熔渣不断流入，同时固态渣被不停地加入并熔化，如图1示保护渣主要有以下几方面作用1）在坯壳和结晶器间起润滑作用；（2）防止钢水二次氧化,对结晶器内钢水隔热保温作用；（3）控制铸坯向结晶器传热,使坯壳能均匀冷却,改善铸坯表面质量；（4）吸收钢水中上浮非金属夹杂物图1 连铸结晶器保护渣浇注示意图2保护渣理化性能黏度：黏度是反映保护渣形成液渣后，流动性能好坏重要参数，其值直接影响保护渣渣膜厚度和均匀性，润滑传热效果熔化温度：主要取决于保护渣成分，保护渣是多种化合物组成混合物，不可能有一个固定熔点。

为保证在整个结晶器长度方向存在一定液渣膜，保护渣熔化温度应低于或等于结晶器下口处坯壳表面温度熔化均匀性：保护渣加入结晶器后不仅要求易于熔化，而且还要求均匀熔化，铺展到整个钢液面，并且沿结晶器四周均匀流入结晶器和坯壳之间缝隙熔化速度：熔化速度是衡量保护渣熔化过程快慢，关系到结晶器钢液面上能否形成稳定三层结构和所需要液渣层厚度析晶温度：保护渣析晶温度指降温时从保护渣中开始析出晶体温度,析晶温度直接影响着保护渣润滑和导热性3 宽板坯连铸工艺特点及对保护渣选择要求不同连铸机型具有不同工艺特点，尤其是断面不同直接影响连铸坯比表面积，比表面积大小又决定着保护渣消耗速度，因此选择保护渣首先要根据连铸机机型特点进行选择宽板坯连铸尤其是宽板坯高速连铸，由于结晶器热流增大，坯壳及结晶器之间摩擦力增大，结晶器钢液面波动加剧，出结晶器凝固坯壳变薄等原因，使结晶器内初生坯壳受到更大收缩应力和弯曲应力，连铸坯更容易产生表面纵裂、横裂、内部偏析等质量缺陷基于以上工艺特点，宽板坯对连铸保护渣主要要求是：1）成渣速度快，能够及时补充液渣快速消耗，在拉速变化较大情况下仍能维持足够保护渣消耗量；2）液渣层厚度要足够，一般要求在8—15mm；3）良好吸收钢液上浮夹杂物性能，而且吸收夹杂物后液渣性能稳定；4）结晶器壁及坯壳间渣膜厚度适宜且分布均匀，防止坯壳及结晶器壁直接接触，以降低摩擦力，防止初生坯壳及铜板粘结。

宽板坯保护渣技术核心是快速成渣，达到一定渣消耗量，以保证对连铸坯润滑；同时满足不同钢种对结晶器传热控制要求，在选择保护渣时应注意：1）化学成分均匀，铺展性能好，有完整分层结构和合适液渣层厚度；2）良好绝热保温性能，改善保护渣热量传递；3）有合适粘度，液渣流动性好，融化速度快；4）保护渣理化性能能在较大温度区间内以及吸收一定量夹杂物后保持一定稳定性[4]4钢种对保护渣选择要求不同成分钢种，其钢水特性及其凝固特点有别，从而决定了对保护渣性能方面要求4.1低碳钢对于连铸而言，低碳钢指碳当量小于0 08%钢种，低碳钢浇铸特点是凝固生出铁素体坯壳中[S]、[P]偏析少，初生坯壳强度高，坯壳生长均匀，高温机械性能好，且凝固过程中不存在相变体积变化，内应力及裂纹敏感性小在设计保护渣时，主要考虑润滑和增大结晶器热流，加快钢水凝固，防止粘结漏钢对于低碳钢保护渣，首先应该选择析晶温度和熔化温度低渣系，减少渣膜中结晶相形成，提高润滑和传热效果；同时,为适应高拉速要求，保证结晶器及坯壳之间有足够液渣流入量，通常粘度选择在较低范围如济钢宽厚板250×1820~2200 mm2连铸坯针对低碳钢选择保护渣粘度在0.115~0.125Pa.s(1300℃)，熔化温度为1020~1120℃之间；低碳钢中Al2O3夹杂相对较多，这就要求保护渣具有较强吸收夹杂物能力，并且吸收A2lO3夹杂后保护渣物化性能要稳定，以防止保护渣对连铸工艺适应能力下降，诱发铸坯缺陷及粘结漏钢事故。

代表性低碳钢结晶器保护渣理化性能见表1表1 低碳钢结晶器保护渣理化性能产品名称P204P3N2PKA02碱度1.010.950.96总碳量/%4.043.157.68粘度（1300℃）/Pa.s0.120.110.156熔点/℃104010081143密度/g.mL-10.760.910.75拉速/m.min-1<1.21.75-2.10.8-1.34.2包晶钢一般认为碳当量在0.08%~0.15%钢为包晶钢，包晶钢在凝固过程中会发生包晶反应，即铁素体δ相和液钢反应形成奥氏体γ相，此时会伴随着相变体积收缩，容易在坯壳表面形成凹陷，而凹陷部位散热受阻，使坯壳受到内部液芯加热，铸态奥氏体晶粒组织粗大、柱状晶粗大[5]，同时由于热应力和钢水静压力作用，在凹陷薄弱处因产生应力集中而出现裂纹包晶钢保护渣设计时,可通过提高熔化温度，使渣膜中固态渣膜加厚；提高碱度(碱度一般大于1.1[6])，使析晶温度提高，增加结晶率，降低渣膜横向传热，实现弱冷方式来降低铸坯缺陷同时，为了保证铸坯润滑，增加渣耗，保护渣粘度选择适当低些如济钢宽厚板250×1820~2200mm2连铸机包晶钢保护渣渣粘度在0.095~0.105 Pa.s(1300℃)，熔化温度为1160℃，代表性包晶钢结晶器保护渣理化性能见表2。

表2 包晶钢结晶器保护渣理化性能产品名称P3R05P3X-1PKE碱度1.291.451.22总碳量/%5.063.818.86粘度（1300℃）/Pa.s0.1020.0430.092熔点/℃114710681127密度/g.mL-10.860.800.75拉速/m.min-1<1.51.35-1.61.0-2.24.3中碳钢中碳钢碳含量一般在0.16%~0.25%，其凝固收缩率大于低碳钢，但小于包晶钢中碳钢凝固到包晶点以下时，产生奥氏体相和剩余液相，因此同时具有裂纹敏感性和粘结敏感性，其浇铸速度一般比较低针对中碳钢保护渣碱度要较高些，析晶温度高，防止产生裂纹，粘度应该比包晶钢低，防止发生粘结现象和粘结漏钢如济钢宽厚板250×1820~2200mm2连铸机将中碳钢碱度设计为1.3~1.5，粘度0.095~0.105Pa.s, 熔化温度1080~1180℃，析晶温度小于1100℃，得到了较好效果代表性中碳钢结晶器保护渣理化性能见表3表3 中碳钢结晶器保护渣理化性能产品名称PY6PKB-5碱度0.951.10总碳量/%3.485.21粘度（1300℃）/Pa.s0.0880.083熔点/℃9731120密度/g.mL-10.800.70拉速/m.min-1<1.51..0-1.44.4高碳钢对于高碳钢，由于碳含量增加，钢冷却过程中线收缩量减小，以至铸坯在弯月面收缩量减少，结晶器和坯壳之间液态渣流入通道变窄，保护渣流入受限，易产生粘结漏钢。

为保证合理保护渣消耗量，有效控制铸坯润滑，在设计和选择该系列保护渣时，应选择低碱度，低粘度保护渣同时由于高碳钢浇铸温度和浇铸速度相对较低，易造成保护渣熔化不均匀，使坯壳表面出现夹杂等缺陷，为此，高碳钢保护渣要选择熔化温度低、保温性能好、体积堆积密度低和碳含量相对较高保护渣，最高可配加到20%对于高碳钢，保护渣熔化温度一般选择在1 100~1130℃范围，1300℃时粘度控制在0.25 Pa.s左右[7]，碱度在1. 0左右代表性高碳钢结晶器保护渣理化性能见表4表4 高碳钢结晶器保护渣理化性能产品名称PM4PSM85-2碱度0.951.05总碳量/%4.163.64粘度（1300℃）/Pa.s0.0150.076熔点/℃870813密度/g.mL-10.720.75拉速/m.min-1<1.51..0-1.35如何选择使用和评价保护渣5.1保护渣对连铸生产和铸坯质量影响保护渣选用适当及否，对连铸生产和铸坯质量都将产生重要影响保护渣对连铸生产影响主要是由于保护渣不良引起粘结或因粘结发生漏钢，频繁粘结不仅影响连铸坯质量而且严重影响连铸生产稳定性，粘结漏钢事故发生更是连铸稳定生产最大敌人保护渣对铸坯质量影响主要发生在结晶器内，其中又以表面质量为甚。

保护渣选用对铸坯质量影响主要有:(1)表面纵裂纹，在设备条件和操作因素不变条件下，保。