關于保護渣對鑄坯缺陷的影響與研究

李昆瑞

（河鋼集團邯鋼邯寶煉鋼廠連鑄車間，河北 邯鄲 056003）

一、連鑄工藝情況介紹

（一）連鑄工藝流程簡要

連鑄工藝簡單來說就是將液態的鋼水凝固成板坯，薄板坯，小方坯等，在此凝固過程中，結晶器是可以快速地將鋼水凝固起來的容器。結晶器正常運行期間，為了保證脫模效果良好，減小與結晶器銅板間的摩擦，需要根據不同鋼種添加相對應的保護渣。保護渣性能的改進是連鑄高效生產的關鍵點。鋼鐵的生產從簡單的模鑄開始，逐漸過渡到連鑄。正是由于結晶器的使用，才使得連鑄工藝可以保持連續生產，生產效率更高。當下比較主流的連鑄機型有立彎式，弧形，水平等，立彎式比較常用。

（二）連鑄工藝生產中保護渣的影響

在連鑄生產的過程中，需要不斷往結晶器里添加保護渣。保護渣的功能有隔絕空氣、吸附夾雜、潤滑和傳熱。其潤滑，傳熱是重中之重。熔融的保護渣填充在坯殼與結晶器之間的氣隙，使得結晶器與坯殼之間形成厚度適當且均勻分布的渣膜，減小摩擦力可以有效地防止粘結，同時熱量由板坯傳遞到結晶器銅板冷卻水之間，需要經過渣膜、氣膜，促進傳熱。盡快讓板坯降溫凝固，使得坯殼快速均勻地生長。在實際生產過程中常見的鑄坯缺陷有內部缺陷、外部缺陷、質量缺陷。保護渣的物化性能能影響到板坯的縱裂-彎月面受熱不均造成、夾雜、橫裂等缺陷。

（三）實際使用中保護渣種類及簡要區分

根據不同鋼種選用不同的保護渣，所以很難系統地規范。保護渣的化學組成由兩種：一種是CaO—SiO2 為基料；另外一種是CaO—SiO2—Al2O3 基料。優化保護渣的性能，也就是優化其物理化學性質，包括保護渣粘度特性，環保特性等。實際使用的三種保護渣為MOP-VRS-95R（超低碳鋼保護渣）、MOP-SXS-43A（包晶鋼保護渣）和MOP-SXS-103AL（高鋁鋼）。三種保護渣化學組成上有所差別，其中103A 相較其他兩種而言L 多出一種Li2O；三者水分含量一致，但軟化點方面43A 最低，SXS-103AL 次之，VRS-95R 最高；同溫度1300℃條件下粘度相差較大，VRS-95R 為0.45±0.12PA*S，SXS-43A 為0.1±0.03PA*S，SXS-103AL 為0.12±0.03。

二、保護渣實際運用中的優化調整

（一）保護渣粘度性能簡介及影響

保護渣的粘度，也就是其流動性好壞，直接影響到熔融態液渣吸收氧化物夾雜的速度和潤滑鋼坯的效果。流動性能好的保護渣可以減小連鑄生產過程的拉坯阻力，同時結晶器與鋼坯之間填充熔融的液態保護渣，形成穩定且均勻的渣膜，避免了空氣的進入，從而增強了鋼坯的傳熱效果，也能很好地避免結晶器與鋼坯間的粘結，改善鑄坯的表面質量，為連鑄高效，快速的生產起到了重要作用。在澆鑄過程中結晶器內的鋼水溫度和組分會隨著澆鑄時間的延長產生一定的變化。為了更好地發揮保護渣的冶金性能，要求其粘度不會隨鋼水溫度和組分的變化而出現較大的波動，因此保護渣具備一定的穩定性。

（二）調整保護渣粘度的方法

從保護渣的組分來看SiO2 和Al2O3 是影響其粘度的主要因素，其他一些堿金屬和堿金屬氧化物的加入，主要是為了微調粘度，增加保護渣中液態渣的流動性。其中CaF2 的加入才可以使得保護渣粘度大幅度降低。由熔體結構分析：熔融的保護渣組分類似于玻璃，均屬于硅酸鹽熔體結構，熔融狀態下的保護渣呈現出無規則的離子聚合體形態。硅離子電荷高，離子半徑小，可以奪取熔渣中游離的陰離子或者氧化物中的陰離子。所以盡可能地由氧離子包圍。由于硅離子呈現出四價態，故形成硅氧共價鍵的四面體網格結構。

此外保護渣中的堿金屬氧化物以Na+、K+為例，二者電荷小、半徑大、對氧離子的束縛能力弱，極其容易失去氧離子。在這種情況下，向液態保護渣中輸送游離的氧離子就會迫使原有的硅氧四面體結構發生變化，由原來的每個氧離子被兩個硅離子共用變成兩個獨立的網格結構，打破了原有四面體的完整性、對稱性。從而導致保護渣的性能出現一系列的變化，如粘度變小等。調節保護渣粘度的方法就是破而后立：打破原本的網格結構，建立新的硅氧共價鍵，形成新的四面體結構。熔融渣中的Al2O3，會形成類似于硅氧的鋁氧四面體結構，不但沒有破壞原有的網格結構，還使得四面體結構變大，因此保護渣粘度變大。

三、保護渣的未來趨勢

F-離子的影響，CaF2 是保護渣中不可或缺的成分之一，其主要作用是調節、穩定保護渣的粘度。CaF2 相較于堿金屬氧化物而言，更能使得渣粘度變低。其主要原因是CaF2 能提供更多的F 離子，破壞硅氧四面體的網格結構，打亂之前的排列順序。從保護渣的成分來看，無論什么類型的保護渣中均含有F 元素。CaF2 可以調控保護渣流動性。在澆鑄過程中，熔融狀態下的F 會與保護渣中的其他組分發生化學反應，生成低熔點物質揮發到空氣中，損害工人健康；又或者與二冷水反應，使得二冷水呈酸性，腐蝕設備，污染水質。急需研發出無氟或者固氟能力強的保護渣。

四、結語

從以上論述可以得知保護渣在工業生產中的重要性]。保護渣性能的優劣直接影響到產品質量的好壞，因此不斷優化，改進保護渣的性能是當下研究的重中之重。