朱立明，劉艷靜

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，天津 300301）

天鋼4#板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器保護(hù)渣的優(yōu)化選擇

朱立明，劉艷靜

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，天津 300301）

天鋼4#板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)的板坯，存在貫穿表面中心部位裂紋等缺陷。針對(duì)此問題，對(duì)天鋼4#板坯連鑄機(jī)所使用的A、B型保護(hù)渣的物理、化學(xué)性能及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集和分析，確定了A型、B型保護(hù)渣所匹配的鋼種；通過裂紋缺陷的統(tǒng)計(jì)分析，確定了所使用的A型、B型保護(hù)渣不是造成鑄坯殼中心裂紋缺陷的主要原因；還指出A型、B型保護(hù)渣與目前各連鑄工藝相匹配，基本能夠滿足生產(chǎn)要求。

連鑄機(jī) 結(jié)晶器 保護(hù)渣 板坯 裂紋 理化性能

1 引言

隨著各大鋼廠生產(chǎn)節(jié)奏的加快以及對(duì)鑄坯質(zhì)量要求的提高，使用優(yōu)質(zhì)結(jié)晶器保護(hù)渣提高連鑄坯質(zhì)量，成為各鋼廠生產(chǎn)高質(zhì)量連鑄坯的重要手段。保護(hù)渣良好的物理化學(xué)性能對(duì)于改善鑄坯質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，針對(duì)不同的鋼種、不同的連鑄工藝，我們應(yīng)選擇不同類型的保護(hù)渣以保證板坯的表面質(zhì)量[1-2]。目前天津鋼鐵集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱天鋼）煉鋼廠4#板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)的板坯存在貫穿表面中心部位的裂紋等缺陷，經(jīng)過對(duì)結(jié)晶器保護(hù)渣的理化性能分析，對(duì)現(xiàn)行工藝進(jìn)行了優(yōu)化，有效的改善了鑄坯質(zhì)量。

2 天鋼4#板坯連鑄機(jī)基本參數(shù)

天鋼煉鋼廠4#板坯連鑄機(jī)為奧鋼聯(lián)引進(jìn)板坯連鑄機(jī)，鑄坯主要斷面為：180/200/250 mm×1 320 mm～2 100 mm，拉速范圍為0.9 m/min～1.4 m/min?；⌒伟霃絉=9 m，拉鋼速度：0.4～2.0 m/min，冶金長(zhǎng)度：34.5 m，中間包容量：35 t，主要澆注產(chǎn)品為碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、船板、壓力容器鋼板、鍋爐板、管線鋼、機(jī)械工程鋼、汽車鋼板、橋梁鋼板等。

3 保護(hù)渣的熔化過程及作用原理

3.1 保護(hù)渣的熔化過程

從圖1可知，保護(hù)渣熔化時(shí)，在鋼液面上由固態(tài)渣層、燒結(jié)層、半熔化層和液態(tài)渣層組成：結(jié)晶器與坯殼之間的渣膜由固態(tài)渣膜和液態(tài)渣膜組成，固態(tài)渣膜又分為玻璃質(zhì)膜和晶體質(zhì)膜[3]。

3.2 保護(hù)渣的作用原理

圖1 保護(hù)渣在結(jié)晶器內(nèi)的熔化模型示意

結(jié)晶器保護(hù)渣附于鋼水表面，能有效起到保溫作用，防止鋼水過快降溫，同時(shí)由于保護(hù)渣隔離了鋼水與空氣的接觸，可以防止鋼水的二次氧化；由于鋼水中的夾雜物較輕，隨著鋼水進(jìn)入結(jié)晶器后上浮，被保護(hù)渣捕獲，實(shí)現(xiàn)鋼水除雜效果；液態(tài)保護(hù)渣流入鋼水與結(jié)晶器的間隙里，在結(jié)晶器振動(dòng)過程中起到潤(rùn)滑作用，改善鑄坯表面質(zhì)量，防止發(fā)生粘結(jié)漏鋼；保護(hù)渣存在于凝固的鑄坯及結(jié)晶器之間，能夠較好地彌補(bǔ)鑄坯因?yàn)槔淠湛s而與結(jié)晶器的產(chǎn)生的空隙，起到均勻傳熱和控制傳熱作用，防止因?yàn)閭鳠岵痪a(chǎn)生裂紋。

3.3 保護(hù)渣的重要理化性能

3.3.1 粘度

粘度是考查保護(hù)渣物理性能的一個(gè)重要指標(biāo)[4]。保護(hù)渣的粘度太低會(huì)對(duì)水口造成侵蝕，渣耗增大，渣膜變厚，影響板坯的水平傳熱；但粘度太高，又易形成渣條，渣耗過低，渣膜變薄且不均勻，易造成板坯的縱裂缺陷甚至漏鋼。

3.3.2 堿度

保護(hù)渣的堿度是反應(yīng)保護(hù)渣吸收鋼水中夾雜物能力的重要指標(biāo)[4]。堿度大，保護(hù)渣捕獲鋼水中上浮夾雜物的能力就越強(qiáng)；不過堿度過大會(huì)使保護(hù)渣的析晶溫度變高，對(duì)保護(hù)渣的傳熱和潤(rùn)滑不利。

3.3.3 熔化溫度

保護(hù)渣為多種化合物組成的混合物，沒有固定的熔點(diǎn)，因此一般將保護(hù)渣試樣在一定溫度下由柱狀變成半球形時(shí)的溫度稱之為熔化溫度，也稱之為半球點(diǎn)。保護(hù)渣熔化溫度過高，液態(tài)渣層厚度降低，影響其潤(rùn)滑及導(dǎo)熱作用，易產(chǎn)生縱向裂紋；熔化溫度過低，會(huì)影響其保溫作用，易產(chǎn)生橫向裂紋。目前國(guó)內(nèi)外使用的保護(hù)渣的熔化溫度一般在1 050～1 200℃之間[5]。

3.3.4 熔化速度

熔化速度控制熔渣層厚度、渣膜均勻性和渣耗量的主要指標(biāo)，熔化速度過快或過慢，都會(huì)增加縱向裂紋的發(fā)生幾率。

4 現(xiàn)用結(jié)晶器保護(hù)渣的理化性能分析

實(shí)驗(yàn)采用MTS-1型熔點(diǎn)、熔速測(cè)定儀測(cè)定保護(hù)渣的熔融性能及其在1 300℃的熔化速度，采用懸絲法高溫旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定保護(hù)渣在1 300℃時(shí)的粘度。

4.1 現(xiàn)用保護(hù)渣的檢測(cè)結(jié)果

從天鋼煉鋼廠取得現(xiàn)場(chǎng)使用的保護(hù)渣樣品：A型、B型兩種保護(hù)渣。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定了兩種渣樣的化學(xué)成分及物理性能，結(jié)果如表1及表2所示。

表1板坯連鑄保護(hù)渣化學(xué)成分 /%

4.2 保護(hù)渣熔化過程

表2 天鋼煉鋼廠板坯連鑄保護(hù)渣物理性能

對(duì)各型號(hào)保護(hù)渣進(jìn)行熔化狀態(tài)檢測(cè)，關(guān)鍵熔化過程圖像如圖2、圖3所示。

4.3 保護(hù)渣性能分析

保護(hù)渣的現(xiàn)場(chǎng)使用效果收集數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 天鋼保護(hù)渣使用效果

現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室所測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)收集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

4.3.1 A型保護(hù)渣

（1）表觀形態(tài)：顏色發(fā)灰，顆粒均勻；

（2）堿度：1.18，在1 300℃熔化后倒入冷石墨坩堝空冷，凝固后的渣的結(jié)晶率達(dá)95%以上，利于結(jié)晶器弱冷卻的實(shí)現(xiàn)；

（3）熔化溫度：1 116℃，適中；

（4）熔化速度：23 s，適中；

（5）粘度：1.1泊，適中；

（6）渣耗量：0.51 kg/t，適中；

（7）評(píng)價(jià)：渣中加有3.86%的MnO2，使熔渣呈棕褐色，可以有效降低渣膜的輻射傳熱，在不影響保護(hù)渣的其他物性參數(shù)的情況下，提高了渣膜的熱阻，降低熱通量，降低了結(jié)晶器熱流密度，從而降低了鑄坯坯殼縱裂的可能性。故該保護(hù)渣的物化性能參數(shù)與該鑄機(jī)澆鑄工藝及澆鑄鋼種的澆鑄工藝較為匹配。

4.3.2 B型保護(hù)渣

圖2 A型保護(hù)渣熔化過程關(guān)鍵點(diǎn)圖像

圖3 B型保護(hù)渣熔化過程關(guān)鍵點(diǎn)圖像

（1）表觀形態(tài)：渣黑色，顆粒細(xì)小，強(qiáng)度較高；

（2）堿度：1.39，在1 300℃熔化后倒入冷石墨坩堝空冷，凝固后的渣的結(jié)晶率達(dá)100%；

（3）此渣二元堿度偏高，保護(hù)渣堿度過高，不僅會(huì)導(dǎo)致析晶量增多而造成的摩擦力增大，引發(fā)粘結(jié)漏鋼的危險(xiǎn)，而且過高的析晶量也會(huì)使得保護(hù)渣熱阻過大，大大降低了結(jié)晶器的熱流密度，形成的坯殼過薄，這也是引起鑄坯裂紋的隱患。

①熔化溫度：1 097℃，適中；②粘度：0.63泊，相對(duì)于鑄機(jī)為0.9～1.4 m/min的拉速范圍粘度值偏低；③渣耗量：0.56 kg/t，適中。

4.4 保護(hù)渣使用效果

煉鋼廠4#鑄機(jī)使用兩種型號(hào)保護(hù)渣進(jìn)行多爐連澆生產(chǎn)，其使用效果如下：

使用A型保護(hù)渣澆注包晶鋼，合格率98.02%；澆注Q235B鋼，合格率99.88%。

使用B型保護(hù)渣澆注Q345B鋼62爐5659.096噸，其中7爐93.352 t裂紋，合格率98.35%；澆注S275JR鋼66爐6091.789 t，9爐239.762 t裂紋，合格率94.81%；澆注S355J2鋼39爐3508.292 t，2爐12.574 t裂紋，合格率99.64%；Q235B鋼，合格率95.48%。

表4為4#鑄機(jī)生產(chǎn)鑄坯使用不同保護(hù)渣澆鑄不同鋼種的效果對(duì)比。

表4 使用不同型號(hào)保護(hù)渣澆注不同鋼種的效果對(duì)比

4.5 目前生產(chǎn)中的典型問題

目前天鋼煉鋼廠4＃鑄機(jī)鑄坯裂紋主要為貫穿表面中心部位的裂紋，如圖4所示，裂紋處極少數(shù)有輕微凹陷現(xiàn)象，且結(jié)晶器內(nèi)弧側(cè)熱流數(shù)值比外弧側(cè)熱流低，差別較大（如表5示），結(jié)晶器窄邊下口內(nèi)弧側(cè)磨損嚴(yán)重。

一般來說，由保護(hù)渣引起的縱裂紋的特點(diǎn)是：

（1）隨機(jī)分布可能性大；

（2）若縱裂固定在某一位置，尤其是中心位置有可能是水口與結(jié)晶器壁之間出現(xiàn)了架橋，而造成此處的保護(hù)渣無法正常滲入，以至引起鋼水接觸結(jié)晶器壁后驟冷收縮，形成坯殼脫離結(jié)晶器，造成坯殼冷卻過緩而出現(xiàn)凹陷，最后導(dǎo)致縱裂出現(xiàn)，即縱裂伴隨凹陷產(chǎn)生。

（3）但目前鑄坯縱裂的特點(diǎn)與以上所述特點(diǎn)并不吻合，故保護(hù)渣并不是造成鑄坯坯殼中心縱裂的主要原因。

（4）經(jīng)以上對(duì)現(xiàn)用兩種保護(hù)渣的物理化學(xué)性能剖析，天鋼煉鋼廠4#板坯連鑄機(jī)現(xiàn)在使用的A型、B型保護(hù)渣與目前各連鑄工藝相匹配，基本能夠滿足生產(chǎn)要求。

表5 器熱通量及進(jìn)出水溫度

圖4 板坯裂紋情況

5 結(jié)論

由以上對(duì)各型號(hào)保護(hù)渣的物理、化學(xué)性能檢測(cè)及生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析、研究可以看出，天鋼煉鋼廠4#鑄機(jī)現(xiàn)在使用的A型、B型保護(hù)渣與目前各連鑄工藝相匹配，能夠滿足連鑄生產(chǎn)要求。

相比而言，B型保護(hù)渣用于澆鑄Q345B效果良好，生產(chǎn)合格率達(dá)98.35%；A型保護(hù)渣化學(xué)成分及物理性能更為合理，與目前連鑄工藝各參數(shù)更為匹配，用于澆鑄Q235B等包晶鋼效果良好，適應(yīng)性強(qiáng)，使用效果最優(yōu)，生產(chǎn)合格率達(dá)99.88%，能夠滿足連鑄生產(chǎn)需求。

[1]遲景碩，甘水年.連鑄保護(hù)渣[M].沈陽:東北大學(xué)出版社，1993.

[2]張其龍，盧波，王學(xué)新.保護(hù)渣在連鑄生產(chǎn)中的作用與實(shí)踐[J].萊鋼科技，2004（5）：6-7.

[3]米源，楊志錚.結(jié)晶器保護(hù)渣性能和使用工藝[J].柳鋼科技，2007，2（5）：171-174.

[4]王新志.保護(hù)渣對(duì)板坯表面質(zhì)量的影響[J].冶金叢刊，2008（2）：37-40.

Optimization of Mould Powder of TISCO Slab Caster 4

ZHU Li-ming and LIU Yan-jing
Technology Center,Tianjin Iron and Steel Group Company Limited,Tianjin 300301,China

Defects such as longitudinal crack run through the slab surface center were found on the slab produced by TISCO Slab Caster 4.In order to solve the problem,the authors analyze the physical and chemical properties of the mould powders of type A and B used at Slab Caster 4 and collect relevant data so as to determine their matching grades.Crack statistics and analysis show these two types of mould powder are not main reasons causing central crack on slab shell.It is also pointed out that the mould powder of type A and B match with casting process and can basically meet production requirement.

caster;mould;powder;slab;crack;physical and chemical property

朱立明（1983—），男，河北廊坊人，主要從事新產(chǎn)品開發(fā)工作。

（收稿 2012-05-27 編輯 崔建華）