寬板連鑄機(jī)結(jié)晶器保護(hù)渣選用分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上寬板連鑄機(jī)保護(hù)渣性能要求及評價方法曹 磊， 王玉民， 溫維新（濟(jì)鋼寬厚板廠，濟(jì)南 ）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)渣的性能特點。并根據(jù)寬板連鑄機(jī)工藝特點，分析了寬板連鑄機(jī)對保護(hù)渣性能設(shè)計上的要求。結(jié)合生產(chǎn)實踐，分析了在連鑄生產(chǎn)現(xiàn)場，最靈敏評價保護(hù)渣的方法是合適的銅板溫度、結(jié)晶器進(jìn)回水溫差與熱通量參數(shù)，連鑄坯表面質(zhì)量是評價保護(hù)渣好壞的最終標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：寬板連鑄機(jī)；保護(hù)渣；表面質(zhì)量；評價方法Property Requirements and Evaluation Method of Wide Slab Continu

2、ous Casting Mould PowerCAO Lei, WANG Yu-min, WEN Wei-xin（Wide Heavy Plate Plant of Jinan Iron and Steel Company，Jinan ）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 shrink

3、age 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 mou

4、ld 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隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展進(jìn)步以及鋼鐵市場的持續(xù)低迷，人們對鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高要求，尤其是對鋼板的表面質(zhì)量日益苛刻。連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣對于提高連鑄坯表面質(zhì)量，提升產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用

5、，同時連鑄保護(hù)渣的好壞直接影響著連鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定運行1,2，由于結(jié)晶器保護(hù)渣的通用性很差，即使相同鋼種在不同連鑄機(jī)上對保護(hù)渣的要求也不盡相同。本文將結(jié)合濟(jì)鋼寬板連鑄機(jī)生產(chǎn)實際，對寬板連鑄機(jī)保護(hù)渣的選用進(jìn)行分析探討。1 保護(hù)渣的主要功能與作用保護(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 mm3。坯殼和結(jié)晶器之間的渣膜由固渣膜和液態(tài)渣膜組成,固態(tài)渣膜又分為結(jié)晶體與玻璃體。隨著結(jié)晶器的振動，熔融保護(hù)渣流入坯殼和結(jié)晶之間的縫隙，隨著拉坯的不斷進(jìn)行，熔渣不斷流入，同時固態(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)晶器間起潤滑作

6、用；（2）防止鋼水二次氧化,對結(jié)晶器內(nèi)鋼水隔熱保溫作用；（3）控制鑄坯向結(jié)晶器的傳熱,使坯殼能均勻冷卻,改善鑄坯表面質(zhì)量；（4）吸收鋼水中上浮的非金屬夾雜物。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，流動性能的好壞的重要參數(shù)，其值直接影響保護(hù)渣渣膜的厚度和均勻性，潤滑傳熱效果。熔化溫度：主要取決于保護(hù)渣的成分，保護(hù)渣是多種化合物組成的混合物，不可能有一個固定的熔點。為保證在整個結(jié)晶器長度方向存在一定的液渣膜，保護(hù)渣熔化溫度應(yīng)低于或等于結(jié)晶器下口處坯殼的表面溫度。熔化均勻性：保護(hù)渣加入結(jié)晶器后不僅要求易于熔化，而且還要求均勻熔化，鋪展到整個鋼液面，并且沿結(jié)

7、晶器四周均勻流入結(jié)晶器和坯殼之間的縫隙。熔化速度：熔化速度是衡量保護(hù)渣熔化過程的快慢，關(guān)系到結(jié)晶器鋼液面上能否形成穩(wěn)定的三層結(jié)構(gòu)和所需要的液渣層厚度。析晶溫度：保護(hù)渣的析晶溫度指降溫時從保護(hù)渣中開始析出晶體的溫度,析晶溫度直接影響著保護(hù)渣的潤滑和導(dǎo)熱性。3 寬板坯連鑄工藝特點及對保護(hù)渣選擇要求不同的連鑄機(jī)型具有不同的工藝特點，尤其是斷面的不同直接影響連鑄坯的比表面積，比表面積的大小又決定著保護(hù)渣的消耗速度，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，坯殼與結(jié)晶器之間的摩擦力增大，結(jié)晶器鋼液面波動加劇，出結(jié)晶器的凝固坯殼變薄等原因，使結(jié)晶器

8、內(nèi)的初生坯殼受到更大的收縮應(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，寬板坯對連鑄保護(hù)渣的主要要求是：1）成渣速度快，能夠及時補充液渣的快速消耗，在拉速變化較大情況下仍能維持足夠的保護(hù)渣消耗量；2）液渣層厚度要足夠，一般要求在815mm；3）良好的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)晶器壁與坯殼間的渣膜厚度適宜且分布均勻，防止坯殼與結(jié)晶器壁直接接觸，以降低摩擦力，防止初生坯殼與銅板粘結(jié)。寬板坯保護(hù)渣技術(shù)的核心是快速成渣，達(dá)到一定的渣消耗量，以保證對連鑄坯潤滑；同時滿足不同鋼種對結(jié)晶器傳熱控制的要求，在選擇保護(hù)渣時應(yīng)注意：1）化學(xué)

9、成分均勻，鋪展性能好，有完整的分層結(jié)構(gòu)和合適的液渣層厚度；2）良好的絕熱保溫性能，改善保護(hù)渣熱量傳遞；3）有合適的粘度，液渣流動性好，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)以及吸收一定量的夾雜物后保持一定穩(wěn)定性4。4鋼種對保護(hù)渣選擇的要求不同成分的鋼種，其鋼水特性及其凝固特點有別，從而決定了對保護(hù)渣性能方面的要求。4.1低碳鋼對于連鑄而言，低碳鋼指碳當(dāng)量小于0 08%的鋼種，低碳鋼澆鑄的特點是凝固生出鐵素體坯殼中S、P偏析少，初生坯殼強(qiáng)度高，坯殼生長均勻，高溫機(jī)械性能好，且凝固過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)計保護(hù)渣時，主要考慮潤滑和增大結(jié)晶器熱流，加快鋼水凝固，

10、防止粘結(jié)漏鋼。對于低碳鋼保護(hù)渣，首先應(yīng)該選擇析晶溫度和熔化溫度低的渣系，減少渣膜中結(jié)晶相的形成，提高潤滑和傳熱效果；同時,為適應(yīng)高拉速要求，保證結(jié)晶器與坯殼之間有足夠的液渣流入量，通常粘度選擇在較低范圍。如濟(jì)鋼寬厚板250×18202200 mm2連鑄坯針對低碳鋼選擇保護(hù)渣粘度在0.1150.125Pa.s(1300)，熔化溫度為10201120之間；低碳鋼中Al2O3夾雜相對較多，這就要求保護(hù)渣具有較強(qiáng)的吸收夾雜物能力，并且吸收A2lO3夾雜后保護(hù)渣物化性能要穩(wěn)定，以防止保護(hù)渣對連鑄工藝的適應(yīng)能力下降，誘發(fā)鑄坯缺陷及粘結(jié)漏鋼事故。代表性的低碳鋼結(jié)晶器保護(hù)渣理化性能見表1。表1 低碳

11、鋼結(jié)晶器保護(hù)渣理化性能產(chǎn)品名稱P204P3N2PKA02堿度1.010.950.96總碳量/%4.043.157.68粘度（1300）/Pa.s0.120.110.156熔點/104010081143密度/g.mL-10.760.910.75拉速/m.min-1<1.21.75-2.10.8-1.34.2包晶鋼一般認(rèn)為碳當(dāng)量在0.08%0.15%的鋼為包晶鋼，包晶鋼在凝固過程中會發(fā)生包晶反應(yīng)，即鐵素體相和液鋼反應(yīng)形成奧氏體相，此時會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、柱狀晶粗大5，同時由于熱應(yīng)力和鋼水靜壓力作用，

12、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)計時,可通過提高熔化溫度，使渣膜中固態(tài)渣膜加厚；提高堿度(堿度一般大于1.16)，使析晶溫度提高，增加結(jié)晶率，降低渣膜的橫向傳熱，實現(xiàn)弱冷的方式來降低鑄坯缺陷。同時，為了保證鑄坯的潤滑，增加渣耗，保護(hù)渣的粘度選擇的適當(dāng)?shù)托?。如?jì)鋼寬厚板250×18202200mm2連鑄機(jī)包晶鋼保護(hù)渣的渣粘度在0.0950.105 Pa.s(1300)，熔化溫度為1160，代表性的包晶鋼結(jié)晶器保護(hù)渣理化性能見表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/%5.063.818.86粘度（13

13、00）/Pa.s0.1020.0430.092熔點/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以下時，產(chǎn)生奧氏體相和剩余的液相，因此同時具有裂紋敏感性和粘結(jié)敏感性，其澆鑄速度一般比較低。針對中碳鋼的保護(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250×18202200mm2連鑄機(jī)將中碳鋼的堿度設(shè)計為1.31.5，粘度0.0950.1

14、05Pa.s, 熔化溫度10801180，析晶溫度小于1100，得到了較好的效果。代表性的中碳鋼結(jié)晶器保護(hù)渣理化性能見表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（1300）/Pa.s0.0880.083熔點/9731120密度/g.mL-10.800.70拉速/m.min-1<1.51.0-1.44.4高碳鋼對于高碳鋼，由于碳含量的增加，鋼冷卻過程中的線收縮量減小，以至鑄坯在彎月面的收縮量減少，結(jié)晶器和坯殼之間的液態(tài)渣流入通道變窄，保護(hù)渣的流入受限，易產(chǎn)生粘結(jié)漏鋼。為保證合理保護(hù)渣消耗量，有效控制鑄坯的潤滑，在設(shè)計和選

15、擇該系列保護(hù)渣時，應(yīng)選擇低堿度，低粘度的保護(hù)渣。同時由于高碳鋼的澆鑄溫度和澆鑄速度相對較低，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較高的保護(hù)渣，最高可配加到20%。對于高碳鋼，保護(hù)渣的熔化溫度一般選擇在1 1001130范圍，1300時粘度控制在0.25 Pa.s左右7，堿度在1. 0左右。代表性的高碳鋼結(jié)晶器保護(hù)渣理化性能見表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/%4.163.64粘度（1300）/Pa.s0.0150.076熔點/870813密度/g.

16、mL-10.720.75拉速/m.min-1<1.51.0-1.35如何選擇使用和評價保護(hù)渣5.1保護(hù)渣對連鑄生產(chǎn)和鑄坯質(zhì)量的影響保護(hù)渣選用適當(dāng)與否，對連鑄生產(chǎn)和鑄坯質(zhì)量都將產(chǎn)生重要影響。保護(hù)渣對連鑄生產(chǎn)的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)的穩(wěn)定性，粘結(jié)漏鋼事故的發(fā)生更是連鑄穩(wěn)定生產(chǎn)最大的敵人。保護(hù)渣對鑄坯質(zhì)量的影響主要發(fā)生在結(jié)晶器內(nèi)，其中又以表面質(zhì)量為甚。保護(hù)渣的選用對鑄坯質(zhì)量的影響主要有:(1)表面縱裂紋，在設(shè)備條件和操作因素不變的條件下，保護(hù)渣熔化特性選用不當(dāng)，液渣層厚薄不一，造成渣膜厚度不均，使局部坯殼變薄產(chǎn)生縱裂。

17、(2)表面橫向裂紋，橫裂紋大多沿著振痕的波谷處發(fā)生。保護(hù)渣的物性影響振痕的深淺，淺而圓滑的振痕可獲得光滑的鑄坯表面，改善保護(hù)渣的性能可使振痕深度變淺，減輕橫裂紋的發(fā)生。(3)夾渣，夾渣分表面夾渣和皮下夾渣。渣子卷入是夾渣的重要來源。凡渣子的剝離性不良，會使鑄坯表面嵌附成片夾渣，有的夾渣在加熱爐內(nèi)未能剝離，還會殘留在成品鋼材上形成表面缺陷。(4)表面增碳，由于澆鑄過程中，保護(hù)渣熔化性能不良，液渣層過薄，造成鋼液與含碳保護(hù)渣或富碳層相接觸而滲碳。生產(chǎn)低碳鋼和超低碳鋼時，鋼坯表面增碳的可能性更大，對此類鋼應(yīng)注意選用低碳或無碳保護(hù)渣。5.2使用過程中對保護(hù)渣的評價對保護(hù)渣性能的評價，除進(jìn)廠時正常的理化

18、性能檢驗外， 在生產(chǎn)現(xiàn)場可以以下標(biāo)準(zhǔn)評價。（1）保護(hù)渣的渣耗量。在不斷均衡地向結(jié)晶器加入保護(hù)渣的情況下，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/t鋼。（2）保護(hù)渣液渣層厚度。合適的液渣層厚度大致在815mm，而且厚度的波動范圍應(yīng)較小。液渣層厚度不能太小，否則容易因液渣流入結(jié)晶器與坯殼縫隙過少而發(fā)生粘結(jié)。如濟(jì)鋼寬厚板連鑄機(jī)在試驗?zāi)硰S家中碳低合金保護(hù)渣時，液渣層厚度僅有5-7mm左右，發(fā)生結(jié)晶器熱電偶波動頻繁，容易發(fā)生粘結(jié)。 （3）渣圈。渣圈發(fā)達(dá)，說明保護(hù)渣的熔化性能不良，燒結(jié)層過分發(fā)展。 （4）結(jié)晶器銅壁溫度。在連鑄機(jī)的結(jié)晶器銅壁內(nèi)，安裝若干對熱電偶，將熱電偶信

19、號引入計算機(jī)。若結(jié)晶器某部分熱電偶所測溫度突然明顯升高，如圖2所示，說明該處鑄坯凝固殼斷裂，這是鋼水與銅壁接觸粘結(jié)所致。就保護(hù)渣影響而言，是由于液渣層過薄或渣膜厚度不均所造成。若結(jié)晶器上部熱電偶所測溫度上升，下部熱電偶所測溫度下降或者相反，如圖3所示，說明在結(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，講溫度信號引入計算機(jī)并實時監(jiān)控四個面的進(jìn)回水溫差以及內(nèi)外弧的熱通量。若內(nèi)外弧溫差差別較大，熱通量差別較大，如圖4所示，說明流入內(nèi)外弧的液態(tài)

20、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。圖4 內(nèi)外弧溫差、熱通量差別較大圖5內(nèi)外弧、左右窄邊溫差、熱通量幾乎相同綜上所述，計算保護(hù)渣渣耗以及測量液渣層厚度是生產(chǎn)現(xiàn)場傳統(tǒng)的評價保護(hù)渣是否合適的有效方法，但隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，通過結(jié)晶器銅板溫度以及對結(jié)晶器進(jìn)回水溫差與熱通量的實時監(jiān)控來評價保護(hù)渣好壞已經(jīng)成為目前最靈敏最直觀的評價方法。當(dāng)然保護(hù)渣是否適合某連鑄機(jī)某鋼種，最終還要通過連鑄坯的質(zhì)量來判斷。因為連鑄保護(hù)渣的通用性很差,又沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，即使選擇澆注鋼種和斷面相同的保護(hù)渣，但由于拉速、鋼水質(zhì)量和設(shè)備參數(shù)的不同，同樣不能生產(chǎn)出表面質(zhì)量良好的鑄坯。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，所以對連鑄保護(hù)渣的選擇應(yīng)給予充分重視。6 結(jié)論（1）通過分析低、中、高碳鋼等鋼種自身的特點,找出了不同鋼種對保護(hù)渣性能設(shè)計上的要求。（2）通過分析寬板連鑄機(jī)工藝特點，探討出了寬板連鑄機(jī)對保護(hù)渣性能設(shè)計上的要求。（3）在連鑄生產(chǎn)現(xiàn)場，最靈敏最直觀的評價保護(hù)渣的方法是通過銅板溫度變化以及結(jié)晶器進(jìn)回水溫差與熱通量的實時監(jiān)控，連鑄坯表面質(zhì)量是評價保護(hù)渣好壞的最終標(biāo)準(zhǔn)。參考文獻(xiàn)：1Pinheiro C A, Samara