中碳鋼保護渣在大斷面圓坯連鑄機上的應用試驗

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部，山東萊蕪　271105）

中碳鋼保護渣在大斷面圓坯連鑄機上的應用試驗

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渣，選擇3種中碳鋼保護渣（A型、B型、C型），在鋼水條件幾乎相同，結晶器錐度設置和液位設置相同的情況下，在萊鋼大圓坯連鑄機上進行應用試驗并對使用性能進行比較分析。結果表明，A型渣產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，但其低溫區域面積較大，熱流數據與C型渣相比有所下降；3種保護渣噸鋼消耗、熔融層厚度、對水口的侵蝕以及對鋼種質量的影響相當。A型保護渣使用性能最好。大圓坯連鑄澆注中碳鋼應選擇堿度適中、黏度大、熔化溫度高的保護渣。

中碳鋼；圓坯連鑄；保護渣；使用性能；黏度

1　前言

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

2　中碳鋼保護渣應用試驗

2.1保護渣主要理化指標

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

1）黏度。黏度是決定保護渣耗量和均勻流入的重要性能之一，黏度過低會使渣膜增厚且不均勻，鑄坯易產生裂紋。黏度過高，又會使液渣流入困難使渣膜變薄，渣的流動性變差，潤滑不良，增大拉坯阻力，易產生粘結漏鋼。對于大圓坯而言，為了適應大斷面低拉速的要求，必須采用黏度高的保護渣，使保護渣的耗量減小。保護渣黏度與拉速的關系為:η1300℃×V=1.5～3.0。參考國內知名保護渣生產廠商用于功能測試的中碳保護渣指標，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為熔渣的堿度，常用R表示。堿度是反應保護渣吸收鋼液中夾雜物能力的重要指標，同時也反映了保護渣潤滑性能的優劣。通常堿度大，吸收夾雜物能力也大，但是析晶溫度升高，不利于傳熱和潤滑。中碳鋼對裂紋比較敏感，為保證傳熱均勻和液渣充分流入，保護渣的堿度控制應在0.8～1.0。

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

2.2試驗方法

選擇兩種不同生產商制造的普通中碳鋼保護渣（B型、C型）與高品質中碳鋼保護渣（A型），在山鋼股份萊蕪分公司特鋼新區大圓坯連鑄機上進行應用試驗并對使用性能進行比較。

山鋼股份萊蕪分公司特鋼新區大圓坯連鑄機為直弧型連鑄機，半徑16.5 m，冶金長度34 m，多點矯直連續彎曲。主要技術性能參數如下:

鑄機類型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；鑄坯長度最長34 m；澆鑄斷面Φ 500 mm、Φ 650 mm、Φ 700 mm、Φ 800 mm；結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。

國內某廠家生產的高品質A型、B型及C型大圓坯中碳鋼保護渣主要化學組成和物理性能見表1（黏度為1 300℃時的黏度）。

表1　高品質大圓坯中碳鋼保護渣化學組成和物理性能

在鋼水條件幾乎相同，結晶器錐度設置和液位設置相同的情況下，試驗時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型保護渣的方式。從結晶器熱相圖和熱流、保護渣的消耗、熔融層厚度、圓坯內部質量和表面質量以及對浸入式水口的侵蝕等方面作對比分析。

3　試驗結果及分析

試驗鋼種為42CrMoA鋼，生產鑄坯斷面直徑Φ 650 mm，拉速0.24 m/min，結晶器液面170 mm，平均過熱度25℃。統計澆注10爐的情況進行分析。

3.1結晶器熱相圖和熱流的比較分析

3種類型保護渣產生的熱相圖見表2～4。

表2　A型保護渣產生的熱相圖溫度分布℃

表3　B型保護渣產生的熱相圖溫度分布℃

從表2～4可以看出，C型保護渣產生的結晶器熱流比A型和B型保護渣產生的結晶器熱流大。使用C型保護渣在彎月面處有明顯的高溫區，整體溫度分布不均勻，高溫區與低溫區之間的溫度遞減過快。由于C型保護渣的堿度和熔化溫度低，彎月面處的液態渣膜厚，同時渣膜的析晶溫度低，在結晶器內產生的結晶體較少，導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型保護渣在彎月面處產生的溫度要高于A型和B型保護渣在彎月面處產生的溫度約30℃。

表4　C型保護渣產生的熱相圖溫度分布℃

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

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

3.2保護渣消耗及熔融層厚度對比分析

現場測量的保護渣平均噸鋼消耗和熔融層平均厚度見表5。

表5　保護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種保護渣的液渣層厚度基本相同。但B型保護渣的黏度指標相對高些，熔渣的流動性不好。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圓坯質量對比分析

在同一澆次使用3種保護渣生產的板坯上作低倍檢驗和圓坯表面質量檢查。結果見表6、圖1。

表6　連鑄圓坯低倍結果級

由圓坯低倍結果可以看出，使用3種保護渣所生產的板坯內部質量基本相同，疏松1.0級，均沒有皮下氣泡和皮下裂紋。3種保護渣生產的圓坯表面均沒有渣坑、渣溝等表面質量問題。

圖13　種保護渣生產的連鑄圓坯宏觀形貌

3.4水口侵蝕情況對比分析

在試驗過程中使用同一型號和材質的浸入式水口（R45/鋁鋯碳質水口）。對澆鋼后的浸入式水口留樣，使用前后水口渣線處厚度對比見表7。從測量數據分析，3種類型的保護渣對浸入式水口的侵蝕區別不大。

4　結論

4.1保護渣的黏度、堿度和熔化溫度等物理特性對保護渣的使用性能影響很大，由于山鋼股份萊蕪分公司新區圓坯具有斷面大、拉速低的特點，為控制結晶器內的傳熱，在保證鑄坯潤滑的同時應減少圓坯表面裂紋，中碳鋼大圓坯連鑄應選用堿度適中、黏度大、熔化溫度高的保護渣。

表7　澆注前后浸入式水口渣線處厚度mm

4.2試驗選用的B型保護渣的使用性能與C型保護渣相似，在結晶器內的傳熱不如A型保護渣的統一性好。A型保護渣在山鋼股份萊蕪分公司特鋼新區大圓坯連鑄機上的使用性能最好。

［1］張詠慶，段承軼，黨昕偉.保護渣在薄板坯連鑄中的應用［J］.包鋼科技，2004，30（2）:10-12.

［2］李博知，潘遠望.高速連鑄用保護渣［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年畢業于內蒙古科技大學冶金工程專業。現為山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業部助理工程師，從事連鑄工藝技術工作。