探讨连铸保护渣与铸坯质量的关系

探讨连铸保护渣与铸坯质量的关系

崔成智

鞍山宝得钢铁有限公司 辽宁鞍山 114000

摘要：保护渣在铸坯生产上十分重要，其实质就是对化学矿物组成进行改变，令保护渣具备熔点、结晶温度、黏度等特性，从而达到不同类型钢传热、绝热、吸收的性能标准。本文将从保护渣作用原理出发，对保护渣物理化学性能进行分析，探讨了连铸保护渣与铸坯质量的关系。

关键词：保护浇铸；连铸保护渣；铸坯质量

1 保护渣作用原理

当前社会背景下，在连铸生产的保护浇铸技术的应用方面，主要以浸入式水口结合连铸保护渣应用较为广泛，令连铸坯质量得以提升。功能方面，主要是对坯壳起到保护和润滑作用，以加强连铸坯的凝固传热性能。其作用原理为，在结晶器中中投入分状固态保护渣，保护渣会被钢水的高温所影响，令钢液面迅速产生液渣层。保护层的结构主要有三层，最上面为松散保护渣形成的粉状层，其次为烧结层，最下层为烧结层^[1]。

钢水会在结晶器的作用下形成坯壳，与此同时，结晶器在不断振动中，会令保护渣液体流入结晶器与坯壳的缝隙中，令结晶器热阻降低。熔渣会被结晶器内部水冷却作用，在初始坯壳上产生渣皮。结晶器振动作用，会令渣皮振动至下方，这样就产生了保护渣层，位置在结晶器与坯壳之间。拉速在增加的过程中，也令钢液与结晶器壁之间的热交换过程更加剧烈，令坯壳表面温度直线升高，一旦温度值大于保护渣熔点，保护渣层就会融化，从固体转化成熔融状态，起到铸坯坯壳的润滑作用，降低产生黏结现象的概率。在结晶器上方的坯壳会受到冷却作用，引发收缩作用出现气隙，令热阻进一步增加，使传热效果降低。保护渣在气隙中均匀分布，会令结晶器内部热传导性能更加稳定，增强坯壳生长的均匀性，避免产生铸坯裂纹，在不断拉出铸坯的过程中，应当注重保护渣的填充操作，填充需要分批次进行。通常情况下，保护渣消耗量应当控制在0.5kg/t，保证渣层厚度的均匀性。

2 不同类型钢对保护渣性能要求

在连铸生产中，含碳量较低的钢在凝固阶段不会产生较大的体积变化，也不会有很强的内应力和裂纹敏感性。基于低碳钢自身凝固特点与质量要求，应当在使用对保护渣消耗和润滑问题进行充分考虑。通常在保护渣选用上，会重视低结晶温度和凝固温度的是中性，加速钢水凝固过程，避免出现漏钢问题。基于此，应当选择导热性与润滑性较好的保护渣，保护渣同时应当具备较低的析晶温度和碱度，保证自身性能的稳定性。如果钢的含碳量中等，其保护渣应当重视铸坯润滑性，降低结晶器内部的导热效果，从而降低铸坯冷却阶段热应力，防止产生裂纹现象。基于此，在保护渣选择上，应当强调高结晶与凝固温度。而含碳量较高的钢，鉴于具备较强热强度，发生漏钢事故也较为常见。拉高碳钢坯阶段，应当降低保护渣凝固温度与黏度，提升润滑效果，减少漏钢事故的发生。最后是特殊钢，由于其成分并不统一，具有较大差别，因此保护渣应当根据钢特点进行配制^[2]。

3 连铸保护渣与铸坯质量的关系

连铸坯表面出现裂纹是钢产品面临的重要问题之一，这种情况在进行浇铸包晶钢时，体现得尤为明显。若坯壳在结晶器之内未能均匀凝固，就会令坯壳薄弱处的应力过于集中，产生裂纹现象也就不足为奇了。为了降低表面裂纹出现的概率，应当加强渣膜的保护，对坯壳和结晶器之间的传热性进行调节，并重视对析晶温度与结晶率的严格控制。除了表面裂纹，粘结漏钢也是连铸生产中容易出现的问题，严重时会令整机产生停机现象，对连铸生产的正常运转产生较大影响。保护渣在实际生产中，若产生过高析晶温度，就会增大结晶体渣膜厚度，降低渣膜流速和消耗，导致保护渣无法第一时间流入初生坯壳与结晶器壁之间，发生生产事故。

保护渣物理化学性能指标，主要包含熔化速度、熔化温度、表面张力、黏度等方面。如果钢成分不同，凝固特征和钢水特性就会大相径庭，也会要求不同性能的保护渣。通常情况下，保护渣应用应当注重保持结晶器内部液面的稳定性，并保证拉坯速度的稳定性^[3]。

3.1 保护渣黏度的影响

保护渣性能与铸坯质量，和保护渣黏度息息相关，黏度会对保护渣膜均匀性和膜厚度产生重要影响，无论过小还是过大，都会导致保护渣膜厚度不稳定，降低传热效果和润滑性能。保护渣如果黏度较低，就可以令更多三氧化二铝进一步吸收，令液渣膜厚度得以增加，从而提升传热效果。但是过犹不及，如果黏度过低超过标准，就会产生夹杂现象，增大铸坯表面振动痕迹深度。通过对相关数据的分析计算，会得到振动参数、拉坯速度和保护渣黏度之间的关系，公式表现为ηV_c²=k 。公式中，k为比例常数，Q指的是钢铸态高温强度^[4]。

3.2 保护渣熔化温度的影响

保护渣膜厚度与结晶器热传导效果，同保护渣熔化温度紧密相关，从而对坯壳质量产生影响。如果熔化温度高出标准，则会对渣熔化产生不利影响，渣熔化速度会更慢，液渣层厚度也会下降，削弱保护渣润滑效果，令坯壳和结晶器内壁出现粘连为题，发生漏钢问题。与之相对的，如果保护渣熔化温度升高，会起到减小坯壳厚度的效果，在拉出结晶器中的铸坯时，坯壳厚度需要达到临界厚度的标准，才会保证铸坯不被拉漏。另外，如果熔化温度太低，会令保护渣熔化速度和液渣层厚度得以提高，导致初始坯壳传热性能不均匀，出现纵裂纹，增加保护渣消耗量。如果为特定铸坯临界厚度，则拉坯速度和保护渣熔化温度息息相关，速度快则温度低。临界厚度可通过铸坯断面尺寸计算得出，小方坯最大值为15mm，板坯最大值为20mm，在熔化温度上，前者较后者温度超出70℃

^[5]。

3.3保护渣熔化速度的影响

如果保护渣熔化速度太快，会影响分渣层厚度稳定性，钢液表面会和空气接触，增加热量损失，导致结壳现象，导致渣圈长大和弯月面凝固现象。如果保护渣熔化速度太慢，就会导致液渣层厚度过薄，增大拉漏事故出现的概率。为了提升结晶器润滑性，应当将液渣层厚度控制在8-10mm之间，如果保护渣拉速较高，则数值应当为20mm。与此同时，液渣层厚度和结晶器位置息息相关，由最深至最前，分别为水口附近、中部、宽面附近和窄面^[6]。

结束语：

综上所述，本文讨论了保护渣黏度、熔化温度和速度对铸坯质量的影响，为了改变保护渣理化性能，可以适当改变保护渣矿物组成，降低钢水二次氧化的可能性，提升连铸生产的效率。

参考文献：

[1]郝常鑫,王硕明,刘伟,陈永洪.FTSC薄板坯连铸机结晶器形状及保护渣性能对铸坯表面纵裂纹缺陷的影响[J].河北联合大学学报：自然科学版,2015,0(2):29-34.

[2]韩秀丽,张玓,刘磊,邓美乐,刘耀辉,陈军利.连铸保护渣渣膜矿相结构对不同钢种板坯冶金质量的影响[J].特殊钢,2016,37(1):64-67.

[3]王庆祥,肖聪,余其红,刘文华.连铸结晶器保护渣熔点影响因素的研究[J].武汉科技大学学报：自然科学版,2010,33(3):248-250.

[4]毕延雪,韩毅华,张雪亚,苗泽庆,孙相浩.连铸保护渣化学成分对高铝高锰钢熔化特性的影响[J].铸造技术,2018,39(10):2323-2327.

[5]郝占全,陈伟庆,Carsten Lippold,Kim Kwang Seong.结晶器保护渣吸收TiO2夹杂物的动力学研究[J].特殊钢,2009,30(5):13-15.

[6]孙立根,樊赛,朱立光,张奇,韩毅华.针对ML08Al小方坯表面质量问题的保护渣性能优化[J].钢铁钒钛,2015,36(6):134-140.