宽板连铸机结晶器保护渣选用分析

1、精选优质文档-倾情为你奉上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 ）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的性能特点。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的要求。结合生产实践，分析了在连铸生产现场，最灵敏评价保护渣的方法是合适的铜板温度、结晶器进回水温差与热通量参数，连铸坯表面质量是评价保护渣好坏的最终标准。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 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随着现代社会的不断发展进步以及钢铁市场的持续低迷，人们对钢铁产品的质量提出了更高要求，尤其是对钢板的表面质量日益苛刻。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的作用

5、，同时连铸保护渣的好坏直接影响着连铸生产的稳定运行1,2，由于结晶器保护渣的通用性很差，即使相同钢种在不同连铸机上对保护渣的要求也不尽相同。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的选用进行分析探讨。1 保护渣的主要功能与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4060 mm3。坯壳和结晶器之间的渣膜由固渣膜和液态渣膜组成,固态渣膜又分为结晶体与玻璃体。随着结晶器的振动，熔融保护渣流入坯壳和结晶之间的缝隙，随着拉坯的不断进行，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

6、用；（2）防止钢水二次氧化,对结晶器内钢水隔热保温作用；（3）控制铸坯向结晶器的传热,使坯壳能均匀冷却,改善铸坯表面质量；（4）吸收钢水中上浮的非金属夹杂物。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，流动性能的好坏的重要参数，其值直接影响保护渣渣膜的厚度和均匀性，润滑传热效果。熔化温度：主要取决于保护渣的成分，保护渣是多种化合物组成的混合物，不可能有一个固定的熔点。为保证在整个结晶器长度方向存在一定的液渣膜，保护渣熔化温度应低于或等于结晶器下口处坯壳的表面温度。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

7、晶器四周均匀流入结晶器和坯壳之间的缝隙。熔化速度：熔化速度是衡量保护渣熔化过程的快慢，关系到结晶器钢液面上能否形成稳定的三层结构和所需要的液渣层厚度。析晶温度：保护渣的析晶温度指降温时从保护渣中开始析出晶体的温度,析晶温度直接影响着保护渣的润滑和导热性。3 宽板坯连铸工艺特点及对保护渣选择要求不同的连铸机型具有不同的工艺特点，尤其是断面的不同直接影响连铸坯的比表面积，比表面积的大小又决定着保护渣的消耗速度，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，坯壳与结晶器之间的摩擦力增大，结晶器钢液面波动加剧，出结晶器的凝固坯壳变薄等原因，使结晶器

8、内的初生坯壳受到更大的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的主要要求是：1）成渣速度快，能够及时补充液渣的快速消耗，在拉速变化较大情况下仍能维持足够的保护渣消耗量；2）液渣层厚度要足够，一般要求在815mm；3）良好的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）结晶器壁与坯壳间的渣膜厚度适宜且分布均匀，防止坯壳与结晶器壁直接接触，以降低摩擦力，防止初生坯壳与铜板粘结。宽板坯保护渣技术的核心是快速成渣，达到一定的渣消耗量，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的要求，在选择保护渣时应注意：1）化学

9、成分均匀，铺展性能好，有完整的分层结构和合适的液渣层厚度；2）良好的绝热保温性能，改善保护渣热量传递；3）有合适的粘度，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的夹杂物后保持一定稳定性4。4钢种对保护渣选择的要求不同成分的钢种，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的要求。4.1低碳钢对于连铸而言，低碳钢指碳当量小于0 08%的钢种，低碳钢浇铸的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，

10、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的渣系，减少渣膜中结晶相的形成，提高润滑和传热效果；同时,为适应高拉速要求，保证结晶器与坯壳之间有足够的液渣流入量，通常粘度选择在较低范围。如济钢宽厚板250×18202200 mm2连铸坯针对低碳钢选择保护渣粘度在0.1150.125Pa.s(1300)，熔化温度为10201120之间；低碳钢中Al2O3夹杂相对较多，这就要求保护渣具有较强的吸收夹杂物能力，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的适应能力下降，诱发铸坯缺陷及粘结漏钢事故。代表性的低碳钢结晶器保护渣理化性能见表1。表1 低碳

11、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%的钢为包晶钢，包晶钢在凝固过程中会发生包晶反应，即铁素体相和液钢反应形成奥氏体相，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，

12、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1.16)，使析晶温度提高，增加结晶率，降低渣膜的横向传热，实现弱冷的方式来降低铸坯缺陷。同时，为了保证铸坯的润滑，增加渣耗，保护渣的粘度选择的适当低些。如济钢宽厚板250×18202200mm2连铸机包晶钢保护渣的渣粘度在0.0950.105 Pa.s(1300)，熔化温度为1160，代表性的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（13

13、00）/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的液相，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。针对中碳钢的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250×18202200mm2连铸机将中碳钢的碱度设计为1.31.5，粘度0.0950.1

14、05Pa.s, 熔化温度10801180，析晶温度小于1100，得到了较好的效果。代表性的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，由于碳含量的增加，钢冷却过程中的线收缩量减小，以至铸坯在弯月面的收缩量减少，结晶器和坯壳之间的液态渣流入通道变窄，保护渣的流入受限，易产生粘结漏钢。为保证合理保护渣消耗量，有效控制铸坯的润滑，在设计和选

15、择该系列保护渣时，应选择低碱度，低粘度的保护渣。同时由于高碳钢的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的保护渣，最高可配加到20%。对于高碳钢，保护渣的熔化温度一般选择在1 1001130范围，1300时粘度控制在0.25 Pa.s左右7，碱度在1. 0左右。代表性的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.

16、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的影响保护渣选用适当与否，对连铸生产和铸坯质量都将产生重要影响。保护渣对连铸生产的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的稳定性，粘结漏钢事故的发生更是连铸稳定生产最大的敌人。保护渣对铸坯质量的影响主要发生在结晶器内，其中又以表面质量为甚。保护渣的选用对铸坯质量的影响主要有:(1)表面纵裂纹，在设备条件和操作因素不变的条件下，保护渣熔化特性选用不当，液渣层厚薄不一，造成渣膜厚度不均，使局部坯壳变薄产生纵裂。

17、(2)表面横向裂纹，横裂纹大多沿着振痕的波谷处发生。保护渣的物性影响振痕的深浅，浅而圆滑的振痕可获得光滑的铸坯表面，改善保护渣的性能可使振痕深度变浅，减轻横裂纹的发生。(3)夹渣，夹渣分表面夹渣和皮下夹渣。渣子卷入是夹渣的重要来源。凡渣子的剥离性不良，会使铸坯表面嵌附成片夹渣，有的夹渣在加热炉内未能剥离，还会残留在成品钢材上形成表面缺陷。(4)表面增碳，由于浇铸过程中，保护渣熔化性能不良，液渣层过薄，造成钢液与含碳保护渣或富碳层相接触而渗碳。生产低碳钢和超低碳钢时，钢坯表面增碳的可能性更大，对此类钢应注意选用低碳或无碳保护渣。5.2使用过程中对保护渣的评价对保护渣性能的评价，除进厂时正常的理化

18、性能检验外， 在生产现场可以以下标准评价。（1）保护渣的渣耗量。在不断均衡地向结晶器加入保护渣的情况下，消耗量应大于0.3kg/t钢，且稳定在较小范围内，一般为0.30.5kg/t钢。（2）保护渣液渣层厚度。合适的液渣层厚度大致在815mm，而且厚度的波动范围应较小。液渣层厚度不能太小，否则容易因液渣流入结晶器与坯壳缝隙过少而发生粘结。如济钢宽厚板连铸机在试验某厂家中碳低合金保护渣时，液渣层厚度仅有5-7mm左右，发生结晶器热电偶波动频繁，容易发生粘结。 （3）渣圈。渣圈发达，说明保护渣的熔化性能不良，烧结层过分发展。 （4）结晶器铜壁温度。在连铸机的结晶器铜壁内，安装若干对热电偶，将热电偶信

19、号引入计算机。若结晶器某部分热电偶所测温度突然明显升高，如图2所示，说明该处铸坯凝固壳断裂，这是钢水与铜壁接触粘结所致。就保护渣影响而言，是由于液渣层过薄或渣膜厚度不均所造成。若结晶器上部热电偶所测温度上升，下部热电偶所测温度下降或者相反，如图3所示，说明在结晶器铜板保护渣液渣层分布不均，厚薄不一，有可能发生了断渣。 图2 热电偶温度突然上升 图3 上下排热电偶温度变化异常（5）结晶器进回水温差。在结晶器进水管道以及内外弧、左右窄边回水管道上分别安装温度计，讲温度信号引入计算机并实时监控四个面的进回水温差以及内外弧的热通量。若内外弧温差差别较大，热通量差别较大，如图4所示，说明流入内外弧的液态

20、保护渣不均匀，造成内外弧液态渣膜厚薄不一。正常情况下，若保护渣性能良好，内外弧温差以及左右窄边温差差别很小，内外弧热通量以及左右窄边热通量差别都很小，如图5所示。图4 内外弧温差、热通量差别较大图5内外弧、左右窄边温差、热通量几乎相同综上所述，计算保护渣渣耗以及测量液渣层厚度是生产现场传统的评价保护渣是否合适的有效方法，但随着计算机技术的不断发展，通过结晶器铜板温度以及对结晶器进回水温差与热通量的实时监控来评价保护渣好坏已经成为目前最灵敏最直观的评价方法。当然保护渣是否适合某连铸机某钢种，最终还要通过连铸坯的质量来判断。因为连铸保护渣的通用性很差,又没有一个统一的标准，即使选择浇注钢种和断面相同的保护渣，但由于拉速、钢水质量和设备参数的不同，同样不能生产出表面质量良好的铸坯。如果保护渣选择不当，不仅造成铸坯表面缺陷多，而且使连铸工艺难以顺行，所以对连铸保护渣的选择应给予充分重视。6 结论（1）通过分析低、中、高碳钢等钢种自身的特点,找出了不同钢种对保护渣性能设计上的要求。（2）通过分析宽板连铸机工艺特点，探讨出了宽板连铸机对保护渣性能设计上的要求。（3）在连铸生产现场，最灵敏最直观的评价保护渣的方法是通过铜板温度变化以及结晶器进回水温差与热通量的实时监控，连铸坯表面质量是评价保护渣好坏的最终标准。参考文献：1Pinheiro C A, Samara