寬板連鑄機(jī)結(jié)晶器保護(hù)渣選用分析

1、寬板連鑄機(jī)保護(hù)渣性能要求及評(píng)價(jià)方法曹磊，王玉民，溫維新(濟(jì)鋼寬厚板廠,濟(jì)南250101)摘要：本文從低、中、高碳鋼以及包晶鋼等鋼種本身性能 及凝固特性出發(fā)研究出了不同鋼種保護(hù)渣性能特點(diǎn)。并根據(jù) 寬板連鑄機(jī)工藝特點(diǎn)，分析了寬板連鑄機(jī)對(duì)保護(hù)渣性能設(shè)計(jì) 上要求。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，分析了在連鑄生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，最靈敏評(píng) 價(jià)保護(hù)渣方法是合適銅板溫度、結(jié)晶器進(jìn)回水溫差及熱通量 參數(shù)，連鑄坯表面質(zhì)量是評(píng)價(jià)保護(hù)渣好壞最終標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：寬板連鑄機(jī)；保護(hù)渣；表面質(zhì)量；評(píng)價(jià)方法property requirements and evaluation method of wideslab continuous casting m

2、ould 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 fe

3、atures. 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-

4、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隨著現(xiàn)代社會(huì)不斷發(fā)展進(jìn)步以及鋼鐵市場(chǎng)持續(xù)低迷，人們 對(duì)鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高要求，尤其是對(duì)鋼板表面質(zhì)量口 益苛刻。連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣對(duì)于提高連鑄坯表面質(zhì)量，提升 產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要作用，同時(shí)連鑄保護(hù)渣好

5、壞直接影響 著連鑄生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行j由于結(jié)晶器保護(hù)渣通用性很差，即 使相同鋼種在不同連鑄機(jī)上對(duì)保護(hù)渣要求也不盡相同。本文 將結(jié)合濟(jì)鋼寬板連鑄機(jī)生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)寬板連鑄機(jī)保護(hù)渣選用 進(jìn)行分析探討。1保護(hù)渣主要功能及作用保護(hù)渣在結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面上形成粉渣層、燒結(jié)層、半熔 化層、液渣層四層結(jié)構(gòu)，總厚度約為4060 mm：3o坯殼和結(jié) 晶器之間渣膜由固渣膜和液態(tài)渣膜組成，固態(tài)渣膜乂分為結(jié) 晶體及玻璃體。隨著結(jié)晶器振動(dòng)，熔融保護(hù)渣流入坯殼和結(jié) 晶之間縫隙，隨著拉坯不斷進(jìn)行，熔渣不斷流入，同時(shí)固態(tài) 渣被不停地加入并熔化，如圖1示。保護(hù)渣主要有以下幾方 面作用。（1）在坯殼和結(jié)晶器間起潤(rùn)滑作用；（2）防止鋼水 二次

6、氧化，對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼水隔熱保溫作用；（3）控制鑄坯向結(jié) 晶器傳熱，使坯殼能均勻冷卻，改善鑄坯表面質(zhì)量；（4）吸收 鋼水中上浮非金屬夾雜物。二冷水侵入式水r?玻瑞 質(zhì)煤,晶體 質(zhì)旗根痕-氣隙彎月面我聞壇公圖1連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣澆注示意圖2保護(hù)渣理化性能黏度：黏度是反映保護(hù)渣形成液渣后，流動(dòng)性能好壞重要 參數(shù)，其值直接影響保護(hù)渣渣膜厚度和均勻性，潤(rùn)滑傳熱效 果。熔化溫度：主要取決于保護(hù)渣成分，保護(hù)渣是多種化合物 組成混合物，不可能有一個(gè)固定熔點(diǎn)。為保證在整個(gè)結(jié)晶器 長(zhǎng)度方向存在一定液渣膜，保護(hù)渣熔化溫度應(yīng)低于或等于結(jié) 晶器下口處坯殼表面溫度。熔化均勻性：保護(hù)渣加入結(jié)晶器后不僅要求易于熔化，而 且還要求

7、均勻熔化，鋪展到整個(gè)鋼液面，并且沿結(jié)晶器四周 均勻流入結(jié)晶器和坯殼之間縫隙。熔化速度：熔化速度是衡量保護(hù)渣熔化過(guò)程快慢，關(guān)系到 結(jié)晶器鋼液面上能否形成穩(wěn)定三層結(jié)構(gòu)和所需要液渣層厚 度。析晶溫度：保護(hù)渣析晶溫度指降溫時(shí)從保護(hù)渣中開(kāi)始析出 晶體溫度,析晶溫度直接影響著保護(hù)渣潤(rùn)滑和導(dǎo)熱性。3寬板坯連鑄工藝特點(diǎn)及對(duì)保護(hù)渣選擇要求不同連鑄機(jī)型具有不同工藝特點(diǎn)，尤其是斷面不同直接影 響連鑄坯比表面積，比表面積大小又決定著保護(hù)渣消耗速度, 因此選擇保護(hù)渣首先要根據(jù)連鑄機(jī)機(jī)型特點(diǎn)進(jìn)行選擇。寬板 坯連鑄尤其是寬板坯高速連鑄，由于結(jié)晶器熱流增大，坯殼 及結(jié)晶器之間摩擦力增大，結(jié)晶器鋼液面波動(dòng)加劇，出結(jié)晶 器凝固坯

8、殼變薄等原因，使結(jié)晶器內(nèi)初生坯殼受到更大收縮 應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，連鑄坯更容易產(chǎn)生表面縱裂、橫裂、內(nèi)部 偏析等質(zhì)量缺陷?；谝陨瞎に囂攸c(diǎn)，寬板坯對(duì)連鑄保護(hù)渣主要要求是：1） 成渣速度快，能夠及時(shí)補(bǔ)充液渣快速消耗，在拉速變化較大 情況下仍能維持足夠保護(hù)渣消耗量；2）液渣層厚度要足夠， 一般要求在3）良好吸收鋼液上浮夾雜物性能，而 且吸收夾雜物后液渣性能穩(wěn)定；4）結(jié)晶器壁及坯殼間渣膜厚 度適宜且分布均勻，防止坯殼及結(jié)晶器壁直接接觸，以降低 摩擦力，防止初生坯殼及銅板粘結(jié)。寬板坯保護(hù)渣技術(shù)核心是快速成渣，達(dá)到一定渣消耗量， 以保證對(duì)連鑄坯潤(rùn)滑；同時(shí)滿足不同鋼種對(duì)結(jié)晶器傳熱控制 要求，在選擇保護(hù)渣時(shí)應(yīng)注意

9、：1）化學(xué)成分均勻，鋪展性能 好，有完整分層結(jié)構(gòu)和合適液渣層厚度；2）良好絕熱保溫性 能，改善保護(hù)渣熱量傳遞；3）有合適粘度，液渣流動(dòng)性好，融化速度快；4)保護(hù)渣理化性能能在較大溫度區(qū)間內(nèi)以及吸 收一定量夾雜物后保持一定穩(wěn)定性。4鋼種對(duì)保護(hù)渣選擇要求不同成分鋼種，其鋼水特性及其凝固特點(diǎn)有別，從而決定 了對(duì)保護(hù)渣性能方面要求。4.1低碳鋼對(duì)于連鑄而言，低碳鋼指碳當(dāng)量小于0 08%鋼種，低碳鋼 澆鑄特點(diǎn)是凝固生出鐵素體坯殼中s、p偏析少，初生坯 殼強(qiáng)度高，坯殼生長(zhǎng)均勻，高溫機(jī)械性能好，且凝固過(guò)程中 不存在相變體積變化，內(nèi)應(yīng)力及裂紋敏感性小。在設(shè)計(jì)保護(hù) 渣時(shí)，主要考慮潤(rùn)滑和增大結(jié)晶器熱流，加快鋼水凝

10、固，防 止粘結(jié)漏鋼。對(duì)于低碳鋼保護(hù)渣，首先應(yīng)該選擇析晶溫度和 熔化溫度低渣系，減少渣膜中結(jié)晶相形成，提高潤(rùn)滑和傳熱 效果；同時(shí),為適應(yīng)高拉速要求，保證結(jié)晶器及坯殼之間有足 夠液渣流入量，通常粘度選擇在較低范圍。如濟(jì)鋼寬厚板 250x18202200 mm2連鑄坯針對(duì)低碳鋼選擇保護(hù)渣粘度在 0. u50. 125pa. s(1300),熔化溫度為 10201120之間； 低碳鋼中aia夾雜相對(duì)較多，這就要求保護(hù)渣具有較強(qiáng)吸收 夾雜物能力，并且吸收生io,夾雜后保護(hù)渣物化性能要穩(wěn)定， 以防止保護(hù)渣對(duì)連鑄工藝適應(yīng)能力下降，誘發(fā)鑄坯缺陷及粘 結(jié)漏鋼事故。代表性低碳鋼結(jié)晶器保護(hù)渣理化性能見(jiàn)表lo表1低碳

11、鋼結(jié)晶港保護(hù)渣理化性能產(chǎn)品名稱p204 p3n2 pka02堿度1.010. 950. 96總碳量/%4. 043. 157.68粘度（1300c） /pa. s0. 120. 110. 156熔點(diǎn)/104010081143密度/g. ml/0. 760.910. 75拉速/m. min-11.21. 75-2. 10. 8-1. 34. 2包晶鋼一般認(rèn)為碳當(dāng)量在0. 08曠0. 15%鋼為包晶鋼，包晶鋼在凝 固過(guò)程中會(huì)發(fā)生包晶反應(yīng)，即鐵素體6相和液鋼反應(yīng)形成奧 氏體y相，此時(shí)會(huì)伴隨著相變體積收縮，容易在坯殼表面形 成凹陷，而凹陷部位散熱受阻，使坯殼受到內(nèi)部液芯加熱， 鑄態(tài)奧氏體晶粒組織粗大、

12、柱狀晶粗大，同時(shí)由于熱應(yīng)力和 鋼水靜壓力作用，在凹陷薄弱處因產(chǎn)生應(yīng)力集中而出現(xiàn)裂紋。 包晶鋼保護(hù)渣設(shè)計(jì)時(shí)，可通過(guò)提高熔化溫度，使渣膜中固態(tài)渣 膜加厚；提高堿度(堿度一般大于l1)，使析晶溫度提高， 增加結(jié)晶率，降低渣膜橫向傳熱，實(shí)現(xiàn)弱冷方式來(lái)降低鑄坯 缺陷。同時(shí)，為了保證鑄坯潤(rùn)滑，增加渣耗，保護(hù)渣粘度選 擇適當(dāng)?shù)托?。如?jì)鋼寬厚板250x18202200mm連鑄機(jī)包晶鋼 保護(hù)渣渣粘度在0.0950. 105 pa.s(1300c),熔化溫度為 1160c,代表性包晶鋼結(jié)晶港保護(hù)渣理化性能見(jiàn)表2。表2包晶鋼結(jié)晶器保護(hù)渣理化性能產(chǎn)品名稱p3r05p3x-1pke堿度1.291.451.22總碳量/%

13、5.063.818.86粘度（1300） /pa. s0. 1020. 0430. 092熔點(diǎn)/114710681127密度/g. ml?0. 860. 800. 75拉速/m. min-11.51.35-1.61. 0-2. 24. 3中碳鋼中碳鋼碳含量一般在0. 16%0. 25%,其凝固收縮率大于低 碳鋼，但小于包晶鋼。中碳鋼凝固到包晶點(diǎn)以下時(shí)，產(chǎn)生奧 氏體相和剩余液相，因此同時(shí)具有裂紋敏感性和粘結(jié)敏感性, 其澆鑄速度一般比較低。針對(duì)中碳鋼保護(hù)渣堿度要較高些， 析晶溫度高，防止產(chǎn)生裂紋，粘度應(yīng)該比包晶鋼低，防止發(fā) 生粘結(jié)現(xiàn)象和粘結(jié)漏鋼。如濟(jì)鋼寬厚板250x 18202200mm， 連鑄機(jī)

14、將中碳鋼堿度設(shè)計(jì)為1. 31. 5,粘度0. 0950. 105pa. s, 熔化溫度10801180,析晶溫度小于1100,得到了較好 效果。代表性中碳鋼結(jié)晶器保護(hù)渣理化性能見(jiàn)表3。表3中碳鋼結(jié)晶器保護(hù)渣理化性能產(chǎn)品名稱py6pkb-5堿度0. 951. 10總碳量/%3.485.21粘度（1300c） /pa. s0. 0880. 083熔點(diǎn)/9731120拉速/m. min1. 51. . 0-1.3拉速/m. min1. 51. . 0-1.44. 4高碳鋼對(duì)于高碳鋼，由于碳含量增加，鋼冷卻過(guò)程中線收縮量減 小，以至鑄坯在彎月面收縮量減少，結(jié)晶器和坯殼之間液態(tài) 渣流入通道變窄，保護(hù)渣流

15、入受限，易產(chǎn)生粘結(jié)漏鋼。為保 證合理保護(hù)渣消耗量，有效控制鑄坯潤(rùn)滑，在設(shè)計(jì)和選擇該 系列保護(hù)渣時(shí)，應(yīng)選擇低堿度，低粘度保護(hù)渣。同時(shí)由于高 碳鋼澆鑄溫度和澆鑄速度相對(duì)較低，易造成保護(hù)渣熔化不均 勻，使坯殼表面出現(xiàn)夾雜等缺陷，為此，高碳鋼保護(hù)渣要選 擇熔化溫度低、保溫性能好、體積堆積密度低和碳含量相對(duì) 較高保護(hù)渣，最高可配加到20機(jī)對(duì)于高碳鋼，保護(hù)渣熔化溫 度一般選擇在1 1001130c范圍，1300c時(shí)粘度控制在0. 25 pa. s左右叼 堿度在1. 0左右。代表性高碳鋼結(jié)晶器保護(hù)渣 理化性能見(jiàn)表4。表4高碳鋼結(jié)晶器保護(hù)渣理化性能產(chǎn)品名稱pm4psm85-2堿度0. 951.05總碳量/%4

16、. 163. 64粘度（1300c） /pa. s0.0150. 076熔點(diǎn)/870813密度/g. ml-10. 720. 755如何選擇使用和評(píng)價(jià)保護(hù)渣4.1 保護(hù)渣對(duì)連鑄生產(chǎn)和鑄坯質(zhì)量影響保護(hù)渣選用適當(dāng)及否，對(duì)連鑄生產(chǎn)和鑄坯質(zhì)量都將產(chǎn)生重 要影響。保護(hù)渣對(duì)連鑄生產(chǎn)影響主要是由于保護(hù)渣不良引起 粘結(jié)或因粘結(jié)發(fā)生漏鋼，頻繁粘結(jié)不僅影響連鑄坯質(zhì)量而且 嚴(yán)重影響連鑄生產(chǎn)穩(wěn)定性，粘結(jié)漏鋼事故發(fā)生更是連鑄穩(wěn)定 生產(chǎn)最大敵人。保護(hù)渣對(duì)鑄坯質(zhì)量影響主要發(fā)生在結(jié)晶器內(nèi)， 其中又以表面質(zhì)量為甚。保護(hù)渣選用對(duì)鑄坯質(zhì)量影響主要 有：（1）表面縱裂紋，在設(shè)備條件和操作因素不變條件下，保 護(hù)渣熔化特性選用不當(dāng)，液渣

17、層厚薄不一，造成渣膜厚度不 均，使局部坯殼變薄產(chǎn)生縱裂。（2）表面橫向裂紋，橫裂紋 大多沿著振痕波谷處發(fā)生。保護(hù)渣物性影響振痕深淺，淺而 圓滑振痕可獲得光滑鑄坯表面，改善保護(hù)渣性能可使振痕深 度變淺，減輕橫裂紋發(fā)生。（3）夾渣，夾渣分表面夾渣和皮下 夾渣。渣子卷入是夾渣重要來(lái)源。凡渣子剝離性不良，會(huì)使 鑄坯表面嵌附成片夾渣，有夾渣在加熱爐內(nèi)未能剝離，還會(huì) 殘留在成品鋼材上形成表面缺陷。（4）表面增碳，由于澆鑄過(guò) 程中，保護(hù)渣熔化性能不良，液渣層過(guò)薄，造成鋼液及含碳 保護(hù)渣或富碳層相接觸而滲碳。生產(chǎn)低碳鋼和超低碳鋼時(shí)， 鋼坯表面增碳可能性更大，對(duì)此類鋼應(yīng)注意選用低碳或無(wú)碳 保護(hù)渣。5. 2使用過(guò)

18、程中對(duì)保護(hù)渣評(píng)價(jià)對(duì)保護(hù)渣性能評(píng)價(jià)，除進(jìn)廠時(shí)正常理化性能檢驗(yàn)外，在 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可以以下標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)。（1）保護(hù)渣渣耗量。在不斷均衡地向結(jié)晶器加入保護(hù)渣情況下，消耗量應(yīng)大于0.3kg/t鋼，且穩(wěn)定在較小范圍內(nèi)， 一般為 0. 30. 5kg/1 鋼。（2）保護(hù)渣液渣層厚度。合適液渣層厚度大致在815mm, 而且厚度波動(dòng)范圍應(yīng)較小。液渣層厚度不能太小，否則容易 因液渣流入結(jié)晶潛及坯殼縫隙過(guò)少而發(fā)生粘結(jié)。如濟(jì)鋼寬厚 板連鑄機(jī)在試驗(yàn)?zāi)硰S家中碳低合金保護(hù)渣時(shí)，液渣層厚度僅 有5-7mm左右，發(fā)生結(jié)晶器熱電偶波動(dòng)頻繁，容易發(fā)生粘結(jié)。（3）渣圈。渣圈發(fā)達(dá)，說(shuō)明保護(hù)渣熔化性能不良，燒結(jié) 層過(guò)分發(fā)展。（4）結(jié)晶器銅壁溫

19、度。在連鑄機(jī)結(jié)晶器銅壁內(nèi)，安裝若 干對(duì)熱電偶，將熱電偶信號(hào)引入計(jì)算機(jī)。若結(jié)晶器某部分熱 電偶所測(cè)溫度突然明顯升高，如圖2所示，說(shuō)明該處鑄坯凝 固殼斷裂，這是鋼水及銅壁接觸粘結(jié)所致。就保護(hù)渣影響而 言，是由于液渣層過(guò)薄或渣膜厚度不均所造成。若結(jié)晶器上 部熱電偶所測(cè)溫度上升，下部熱電偶所測(cè)溫度下降或者相反, 如圖3所示，說(shuō)明在結(jié)晶器銅板保護(hù)渣液渣層分布不均，厚 薄不一，有可能發(fā)生了斷渣。圖2熱電偶溫度突然上升圖3上下排熱電偶溫度變化異常（5）結(jié)晶器進(jìn)回水溫差。在結(jié)晶器進(jìn)水管道以及內(nèi)外弧、 左右窄邊回水管道上分別安裝溫度計(jì)，講溫度信號(hào)引入計(jì)算 機(jī)并實(shí)時(shí)監(jiān)控四個(gè)面進(jìn)回水溫差以及內(nèi)外弧熱通量。若內(nèi)外 弧

20、溫差差別較大，熱通量差別較大，如圖4所示，說(shuō)明流入 內(nèi)外弧液態(tài)保護(hù)渣不均勻，造成內(nèi)外弧液態(tài)渣膜厚薄不一。 正常情況下，若保護(hù)渣性能良好，內(nèi)外弧溫差以及左右窄邊 溫差差別很小，內(nèi)外弧熱通量以及左右窄邊熱通量差別都很 小，如圖5所示。!mould waterhlright fix loose left 38148624801391 wminso 67trfao ec95211246 51295 5979 9 kw/m2ht flux percentage77.5 %74.9 %asting speed (m/min)runout speed (strand0.95 國(guó) lremotestrandr

21、eal 0.00 s圖4內(nèi)外弧溫差、熱通量差別較大綜上所述，計(jì)算保護(hù)渣渣耗以及測(cè)量液渣層厚度是生產(chǎn)現(xiàn) 場(chǎng)傳統(tǒng)評(píng)價(jià)保護(hù)渣是否合適有效方法，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不 斷發(fā)展，通過(guò)結(jié)晶器銅板溫度以及對(duì)結(jié)晶器進(jìn)回水溫差及熱 通量實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)評(píng)價(jià)保護(hù)渣好壞已經(jīng)成為目前最靈敏最直觀 評(píng)價(jià)方法。當(dāng)然保護(hù)渣是否適合某連鑄機(jī)某鋼種，最終還要 通過(guò)連鑄坯質(zhì)量來(lái)判斷。因?yàn)檫B鑄保護(hù)渣通用性很差，乂沒(méi)有 一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，即使選擇澆注鋼種和斷面相同保護(hù)渣，但由 于拉速、鋼水質(zhì)量和設(shè)備參數(shù)不同，同樣不能生產(chǎn)出表面質(zhì) 量良好鑄坯。如果保護(hù)渣選擇不當(dāng)，不僅造成鑄坯表面缺陷 多，而且使連鑄工藝難以順行，所以對(duì)連鑄保護(hù)渣選擇應(yīng)給 予充分重視。6結(jié)論（1）通過(guò)分析低、中、高碳鋼等鋼種自身特點(diǎn)，找出了不 同鋼種對(duì)保護(hù)渣性能設(shè)計(jì)上要求。(2)通過(guò)分析寬板連鑄機(jī)工藝特點(diǎn)，探討出了寬板連鑄 機(jī)對(duì)保護(hù)渣性能設(shè)計(jì)上要求。(3)在連鑄生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，最靈敏最直觀評(píng)價(jià)保護(hù)渣方法是 通過(guò)銅板溫度變化以及結(jié)晶器進(jìn)回水溫差及熱通量實(shí)時(shí)監(jiān) 控，連鑄坯表面質(zhì)量是評(píng)價(jià)保護(hù)渣好壞最終標(biāo)準(zhǔn)。參考文獻(xiàn)：llpi