劉利，聞小德，呂安明，劉超群，石榮民

（山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部，山東萊蕪　271105）

中碳鋼保護(hù)渣在大斷面圓坯連鑄機(jī)上的應(yīng)用試驗(yàn)

劉利，聞小德，呂安明，劉超群，石榮民

（山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部，山東萊蕪271105）

為了研究適合萊鋼100 t大斷面圓坯的中碳鋼保護(hù)渣，選擇3種中碳鋼保護(hù)渣（A型、B型、C型），在鋼水條件幾乎相同，結(jié)晶器錐度設(shè)置和液位設(shè)置相同的情況下，在萊鋼大圓坯連鑄機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)并對(duì)使用性能進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明，A型渣產(chǎn)生的溫度分布整體性較好，B型渣的溫度分布與C型渣相似，但其低溫區(qū)域面積較大，熱流數(shù)據(jù)與C型渣相比有所下降；3種保護(hù)渣噸鋼消耗、熔融層厚度、對(duì)水口的侵蝕以及對(duì)鋼種質(zhì)量的影響相當(dāng)。A型保護(hù)渣使用性能最好。大圓坯連鑄澆注中碳鋼應(yīng)選擇堿度適中、黏度大、熔化溫度高的保護(hù)渣。

中碳鋼；圓坯連鑄；保護(hù)渣；使用性能；黏度

1　前言

由于大圓坯連鑄拉坯速度比傳統(tǒng)的方坯連鑄慢得多，而且斷面大，目前連鑄用中碳鋼保護(hù)渣多為預(yù)熔型保護(hù)渣，與流動(dòng)性強(qiáng)的中空顆粒保護(hù)渣相比，預(yù)熔型保護(hù)渣具有熔點(diǎn)高、黏度大的特點(diǎn)。連鑄保護(hù)渣起到控制坯殼和銅板間傳熱的作用，大圓坯連鑄的結(jié)晶器內(nèi)冷卻速度快、熱流密度大，一旦導(dǎo)熱不均勻，鑄坯即會(huì)產(chǎn)生裂紋。為使坯殼均勻生長(zhǎng)，散熱必須均勻，保護(hù)渣膜厚度均勻、合適、利于坯殼傳熱，可有效防止縱裂產(chǎn)生。本研究對(duì)幾種中碳鋼保護(hù)渣在萊鋼大圓坯連鑄機(jī)上的使用情況進(jìn)行對(duì)比分析，并選擇了兩種不同生產(chǎn)商制造的普通中碳鋼保護(hù)渣（B型、C型）與高品質(zhì)中碳鋼保護(hù)渣（A型）在使用性能方面進(jìn)行試驗(yàn)比較。

2　中碳鋼保護(hù)渣應(yīng)用試驗(yàn)

2.1保護(hù)渣主要理化指標(biāo)

大圓坯連鑄用中碳保護(hù)渣應(yīng)成渣速度快，有穩(wěn)定的液渣層厚度，良好的控制傳熱能力和保溫作用。主要理化指標(biāo)有黏度、堿度、熔化溫度等。

1）黏度。黏度是決定保護(hù)渣耗量和均勻流入的重要性能之一，黏度過(guò)低會(huì)使渣膜增厚且不均勻，鑄坯易產(chǎn)生裂紋。黏度過(guò)高，又會(huì)使液渣流入困難使渣膜變薄，渣的流動(dòng)性變差，潤(rùn)滑不良，增大拉坯阻力，易產(chǎn)生粘結(jié)漏鋼。對(duì)于大圓坯而言，為了適應(yīng)大斷面低拉速的要求，必須采用黏度高的保護(hù)渣，使保護(hù)渣的耗量減小。保護(hù)渣黏度與拉速的關(guān)系為:η1300℃×V=1.5～3.0。參考國(guó)內(nèi)知名保護(hù)渣生產(chǎn)廠商用于功能測(cè)試的中碳保護(hù)渣指標(biāo)，黏度范圍在0.7～1.0 Pa·s。

2）堿度。熔渣中堿性氧化物和酸性氧化物的比值稱(chēng)為熔渣的堿度，常用R表示。堿度是反應(yīng)保護(hù)渣吸收鋼液中夾雜物能力的重要指標(biāo)，同時(shí)也反映了保護(hù)渣潤(rùn)滑性能的優(yōu)劣。通常堿度大，吸收夾雜物能力也大，但是析晶溫度升高，不利于傳熱和潤(rùn)滑。中碳鋼對(duì)裂紋比較敏感，為保證傳熱均勻和液渣充分流入，保護(hù)渣的堿度控制應(yīng)在0.8～1.0。

3）熔化溫度。熔化溫度直接影響結(jié)晶器彎月面上方的渣層傳熱和液渣層的形成。熔化溫度有一個(gè)最佳的范圍，低于此范圍時(shí)，結(jié)晶器內(nèi)熱流增加，橫向熱梯度加劇，會(huì)引起裂紋；高于此范圍時(shí)，摩擦力增加，粘結(jié)漏鋼隨之增加。為保證沿整個(gè)結(jié)晶器長(zhǎng)度方向始終存在一定厚度的液態(tài)渣膜，保護(hù)渣的熔化溫度應(yīng)低于或等于結(jié)晶器下口處坯殼的表面溫度，后者與過(guò)熱度、結(jié)晶器長(zhǎng)度，拉坯速度及冷卻水量有關(guān)。一般認(rèn)為，結(jié)晶器出口處鑄坯表面溫度為1 250℃，才能維持熔渣在結(jié)晶器內(nèi)沿坯殼運(yùn)動(dòng)不凝固。中碳鋼連鑄保護(hù)渣的熔化溫度應(yīng)控制在1 150～1 200℃［1］。

2.2試驗(yàn)方法

選擇兩種不同生產(chǎn)商制造的普通中碳鋼保護(hù)渣（B型、C型）與高品質(zhì)中碳鋼保護(hù)渣（A型），在山鋼股份萊蕪分公司特鋼新區(qū)大圓坯連鑄機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)并對(duì)使用性能進(jìn)行比較。

山鋼股份萊蕪分公司特鋼新區(qū)大圓坯連鑄機(jī)為直弧型連鑄機(jī)，半徑16.5 m，冶金長(zhǎng)度34 m，多點(diǎn)矯直連續(xù)彎曲。主要技術(shù)性能參數(shù)如下:

鑄機(jī)類(lèi)型2BLC16.505，五流；基本半徑16.5 m，矯直半徑16.5/22/31/48/100 m；流間距2 250 mm；鑄坯長(zhǎng)度最長(zhǎng)34 m；澆鑄斷面Φ 500 mm、Φ 650 mm、Φ 700 mm、Φ 800 mm；結(jié)晶器外置式電磁攪拌，Φ 500 mm、Φ650 mm有末端電磁攪拌；矯直每流9架；拉坯速度0.20～3.2 m/min。

國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)的高品質(zhì)A型、B型及C型大圓坯中碳鋼保護(hù)渣主要化學(xué)組成和物理性能見(jiàn)表1（黏度為1 300℃時(shí)的黏度）。

表1　高品質(zhì)大圓坯中碳鋼保護(hù)渣化學(xué)組成和物理性能

在鋼水條件幾乎相同，結(jié)晶器錐度設(shè)置和液位設(shè)置相同的情況下，試驗(yàn)時(shí)采取同一澆次相鄰兩爐鋼水或同一爐鋼水不同流次使用A型和B型以及C型保護(hù)渣的方式。從結(jié)晶器熱相圖和熱流、保護(hù)渣的消耗、熔融層厚度、圓坯內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量以及對(duì)浸入式水口的侵蝕等方面作對(duì)比分析。

3　試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)鋼種為42CrMoA鋼，生產(chǎn)鑄坯斷面直徑Φ 650 mm，拉速0.24 m/min，結(jié)晶器液面170 mm，平均過(guò)熱度25℃。統(tǒng)計(jì)澆注10爐的情況進(jìn)行分析。

3.1結(jié)晶器熱相圖和熱流的比較分析

3種類(lèi)型保護(hù)渣產(chǎn)生的熱相圖見(jiàn)表2～4。

表2　A型保護(hù)渣產(chǎn)生的熱相圖溫度分布℃

表3　B型保護(hù)渣產(chǎn)生的熱相圖溫度分布℃

從表2～4可以看出，C型保護(hù)渣產(chǎn)生的結(jié)晶器熱流比A型和B型保護(hù)渣產(chǎn)生的結(jié)晶器熱流大。使用C型保護(hù)渣在彎月面處有明顯的高溫區(qū)，整體溫度分布不均勻，高溫區(qū)與低溫區(qū)之間的溫度遞減過(guò)快。由于C型保護(hù)渣的堿度和熔化溫度低，彎月面處的液態(tài)渣膜厚，同時(shí)渣膜的析晶溫度低，在結(jié)晶器內(nèi)產(chǎn)生的結(jié)晶體較少，導(dǎo)致在彎月面處的傳熱較大。從熱相圖顯示的溫度可以看出，C型保護(hù)渣在彎月面處產(chǎn)生的溫度要高于A型和B型保護(hù)渣在彎月面處產(chǎn)生的溫度約30℃。

表4　C型保護(hù)渣產(chǎn)生的熱相圖溫度分布℃

B型保護(hù)渣低溫區(qū)域面積較大，其物理特性同C型保護(hù)渣的基本相同，但堿度略高。由于B型保護(hù)渣堿度過(guò)大，晶體析出溫度增高，結(jié)晶化傾向增大，破壞了熔渣的玻璃性，惡化了潤(rùn)滑條件，影響傳熱。

A型保護(hù)渣產(chǎn)生的溫度分布整體性較好，高溫區(qū)與低溫區(qū)比例明確，且熱電偶溫度呈遞減趨勢(shì)。適合中碳鋼的保護(hù)渣應(yīng)具備的高熔化溫度和高析晶溫度［2］。

3.2保護(hù)渣消耗及熔融層厚度對(duì)比分析

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的保護(hù)渣平均噸鋼消耗和熔融層平均厚度見(jiàn)表5。

表5　保護(hù)渣的平均噸鋼消耗和熔融層平均厚度

由于熔化溫度的影響，3種保護(hù)渣的液渣層厚度基本相同。但B型保護(hù)渣的黏度指標(biāo)相對(duì)高些，熔渣的流動(dòng)性不好。由表3也可以看出，由于熔渣分布不均勻，彎月面處與下部的溫度差較大。

3.3圓坯質(zhì)量對(duì)比分析

在同一澆次使用3種保護(hù)渣生產(chǎn)的板坯上作低倍檢驗(yàn)和圓坯表面質(zhì)量檢查。結(jié)果見(jiàn)表6、圖1。

表6　連鑄圓坯低倍結(jié)果級(jí)

由圓坯低倍結(jié)果可以看出，使用3種保護(hù)渣所生產(chǎn)的板坯內(nèi)部質(zhì)量基本相同，疏松1.0級(jí)，均沒(méi)有皮下氣泡和皮下裂紋。3種保護(hù)渣生產(chǎn)的圓坯表面均沒(méi)有渣坑、渣溝等表面質(zhì)量問(wèn)題。

圖13　種保護(hù)渣生產(chǎn)的連鑄圓坯宏觀形貌

3.4水口侵蝕情況對(duì)比分析

在試驗(yàn)過(guò)程中使用同一型號(hào)和材質(zhì)的浸入式水口（R45/鋁鋯碳質(zhì)水口）。對(duì)澆鋼后的浸入式水口留樣，使用前后水口渣線處厚度對(duì)比見(jiàn)表7。從測(cè)量數(shù)據(jù)分析，3種類(lèi)型的保護(hù)渣對(duì)浸入式水口的侵蝕區(qū)別不大。

4　結(jié)論

4.1保護(hù)渣的黏度、堿度和熔化溫度等物理特性對(duì)保護(hù)渣的使用性能影響很大，由于山鋼股份萊蕪分公司新區(qū)圓坯具有斷面大、拉速低的特點(diǎn)，為控制結(jié)晶器內(nèi)的傳熱，在保證鑄坯潤(rùn)滑的同時(shí)應(yīng)減少圓坯表面裂紋，中碳鋼大圓坯連鑄應(yīng)選用堿度適中、黏度大、熔化溫度高的保護(hù)渣。

表7　澆注前后浸入式水口渣線處厚度mm

4.2試驗(yàn)選用的B型保護(hù)渣的使用性能與C型保護(hù)渣相似，在結(jié)晶器內(nèi)的傳熱不如A型保護(hù)渣的統(tǒng)一性好。A型保護(hù)渣在山鋼股份萊蕪分公司特鋼新區(qū)大圓坯連鑄機(jī)上的使用性能最好。

［1］張?jiān)亼c，段承軼，黨昕偉.保護(hù)渣在薄板坯連鑄中的應(yīng)用［J］.包鋼科技，2004，30（2）:10-12.

［2］李博知，潘遠(yuǎn)望.高速連鑄用保護(hù)渣［J］.金屬材料與冶金工程，2003，31（5）:10-13.

Abstrraacctt::In order to research the slag for the large section round billet of steel with 100 t capacity in Laiwu Steel，this paper chooses three carbon steel protecting slag（type A，type B，type C）.Keep nearly the same conditions of molten steel，crystallization tapers set and level set the same，the application test in the Laiwu steel round billet continuous casting machine and the comparative analysis on the use of performance were carried out.The results show that the slag of type A on temperature distribution overall is good.Type B slag temperature distribution is similar to that of type C slag.But the low temperature area of type B slag is larger，the heat flow data is decreased compared with that of the type C slag.The three kinds of protective slag have same influence on the consumption per ton steel，melting layer thickness，the nozzle erosion and steel quality.The usage performance of the type A protective slag is the best.The protective slag with moderate basicity，higher viscosity and higher melting temperature should chosen for the carbon steel round bloom continuous casting.

Key worrddss::round billet continuous casting；protective slag of medium carbon steel；use performance；viscosity

Application Test of Medium Carbon Steel Protection Slag in Large Section Round Billet Continuous Caster

LIU Li，WEN Xiaode，Lü Anming，LIU Chaoqun，SHI Rongmin
（The Special Steel Division of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271105，China）

TF777

A

1004-4620（2016）05-0036-03

2016-01-04

劉利，男，1990年生，2012年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)冶金工程專(zhuān)業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部助理工程師，從事連鑄工藝技術(shù)工作。