薄板坯连铸保护渣冶金性能实验研究

薄板坯连铸保护渣冶金性能实验研究 摘要 :对 5种薄板坯连铸保护渣化学成分、熔化温度、熔化速度、结晶温度和矿物组成进行了试验研究和理论分析，结果表明现行薄板坯连铸保护渣熔化温度为 1057 1131 ，晶温度为 1058 1142 ，凝固渣样的矿物组成以硅灰石和少量黄长石为主，且随着碱度的提高，渣样的玻璃化率急剧降低。综合各种性能氟工艺要求，渣 它性能均较适于薄板坯连铸需要。 关键词 :薄板坯连铸；保护渣；冶金性能；实验研究 因此国内在短短几年内先后投产了 7条薄板 薄板坯连铸连轧是上个世纪末期才逐步成熟起来的一项冶金工艺，除高的生产效率和低的能源消耗等优点外，其高质量的板带产品更是对于调整我国的钢材产品结构，提高板材比具有非常大的吸引力。坯连铸连轧生产线，其中薄板坯连铸工艺是重要的组成部分，它决定着最终产品的质量和产量。结晶器保护渣则是薄板坯连铸中的关键技术和重要材料，起着 润滑铸坯、改善传热和吸附夹杂 的冶金作用，因此在引进生产线的同时，各企业也非常重视结晶器保护渣的选型和使用，但各企业生产中都发生了与保护渣有关的质量和运行问题，如铸坯表面出现纵裂、发生漏钢 事故等。文中就是针对这种情况，采集了 5种薄板坯连铸生产中使用的保护渣进行了试验研究和理论分析，根据工艺要求提出了现行保护渣的改进方案，并为薄板坯连铸保护渣的设计提供了理论依据。 1 保护渣化学成分 对保护渣成品渣样和渣膜渣样进行成分分析，分析结果示于表 1。 表 1 保护渣化学成分 渣样号 R 0 0 0 0 2 保护渣熔化特性研究 究方法及实验装置 采用 渣熔点熔速测定仪 对薄板坯连铸保护渣熔化温度和熔化速度进行研究。应用试样变形法测定试样变形量与温度的关系，其中试样开始变形的温度定为初始熔化温度，试样高度降为原高度的 1/2呈半球形时的温度定为半球点温度，即保护渣的熔化温度，试样全部变为液体时即渣柱高度降为原高度的 1/4时的温度定为流动温度。 验结果及讨论 表 2为各渣样熔化温度的实测值。其中渣 A、渣 温度分别为 1057和 1064，可以使保护渣在结晶器内弯月面保持良好的熔融状态，而且使结晶器长度方向上的铸坯凝固坯壳表面的 渣膜处于液态，有利于改善铸坯在结晶器内的润滑状况，降低摩擦力，防止铸坯拉漏，同时有助于改善铸坯表面质量，提高拉速 。 A、 在 其熔化温度较碱度在 、渣 C、渣 然渣样 A、 由于渣样 A中 w( 以至渣样 的熔化温度和流动温度略低。试样 B、 C、 用时在结晶器内初始液态渣膜中随着温度的降低易 析出高熔点物质相，使保护渣粘度增大。液态渣膜存在区域减小，恶化保护渣润滑性能和传热条件，易出现裂纹等表面质量问题，进而迫使拉速下降。生产中发现使用渣 B、 C、 1为渣 球点温度、流动温度视图。熔化速度实验结果列于表 3。 表 2 测定的熔化温度 渣样 初始熔化温度 / 半球点温度 / 流动温度 / 第 1次 第 2次 平均值 第 1次 第 2次 平均值 第 1次 第 2次 平均值 A 906 880 893 1053 1057 1055 1063 1074 1068 B 884 896 890 1120 1124 1122 1142 1147 1145 C 997 1013 1005 1136 1131 1134 1157 1149 1153 D 806 871 839 1080 1064 1072 1090 1073 1082 E 754 610 682 1106 1111 1108 1123 1142 1133 表 3 保护渣熔化速度 渣样 熔化速度 /s 第 1次 第 2次 第 3次 平均 A 于熔速与碳质材料的类型及质量分数有关。由表 1和表 3分析可知，随着保护渣中碳质材料的质量分数增加，熔化速度逐渐降低。 渣样 B、 于生产要求，而渣 A、 会导致渣耗量急剧增大，同时不利于稳定操作和提高铸坯表面质量 ，渣 能满足薄板坯连铸高拉速对化渣速度的要求，不能 在弯月面上形成足够厚度的熔渣层 ，易出现 润滑不良，甚至导致铸坯与结晶器壁的固固接触，引起粘结漏钢 。 3 粘度特性研究 粘度是决定保护渣消耗量和 均匀流入的重要性能之一，它直接关系到熔化的保护渣在弯月面区域的行为。 保护渣粘度高，很难流入到钢水弯月面与结晶器壁之间。薄板坯连铸在高拉速条件下，为了增加传热，改善铸坯与结晶器之间的润滑，防止粘结漏钢，必须采用 较低粘度 的保护渣。在常规板坯连铸的拉坯速度时，满足 为熔渣粘度， 条件下得到的结晶器导热量及渣膜厚度的变化达最低值。对于薄板坯连铸， 适应高速连铸对液体渣流入的苛刻要求。根据这一关系，可以确定拉速在 3 6 m/晶器 保护渣粘度不应超过 a S。采用柱体旋转法测得上述 5种保护渣在 1300时的粘度，基本在 a 合薄板坯连铸工艺要求。 4 析晶温度研究 究方法 由于实际应用的保护渣含有大量的碳质材料和挥发性原料，实验测定其析晶温度难度较大，几次试验均未成功，因此运用课题组基于大量实验结果建立的析晶温度性能预测模型对 5种保护渣析晶温度进行预测。 果及讨论 用保护渣析晶性能预测模型预测结果如表 4所示。 表 4 保护渣的析晶温度 渣样 析晶温度 / A 1058 B 1134 C 1140 D 1084 E 1142 其中，渣 B、 C、 与碱度高有直接的关系。这些渣在使用过程中易在结晶器内过早出现弥散在渣膜中微小晶体，破坏渣膜的玻璃性，导致润滑恶化，传热变弱，铸坯摩擦力增大。而渣 A、 结晶器内其渣膜比渣 B、 C、 获得良好的润滑，使铸坯在结晶器内向下运动的过程中受到尽可能低的摩擦力；同时具有较好的传热性能。 5 连铸保护渣岩相分析 究方法 将熔化后的固体渣样制成 薄片和光片，用正、反、偏光高倍岩相显微镜鉴定凝固渣膜结晶相的比例，确定晶体矿物的种类及组成。 验结果及讨论 对上述 5种渣固体渣样矿物进行观察和分析，表明：形成的晶体矿物主要为硅灰石和少量黄长石，且玻璃化程度随保护渣碱度增大而急剧恶化，如碱度为 玻璃化率为 85，而碱度为 玻璃化率则陡降至 10。表 5为 5种保护渣岩相分析结果。图 2为典型的镜下图样 (以渣 。可见，为了获得高的玻璃化渣膜，设计保护渣时要严格控制碱度，必要时，为了提高传热速度，减小摩擦，尽可能地降低渣碱度 ，而牺牲吸附夹杂的能力。 表 5 保护渣岩相分析结果 保护渣种类 矿物种类 矿物形状 结晶率 /% A 硅灰石 +少量黄长石 长柱状或羽毛状集合体，部分呈针状平行排列，局部可见硅灰石雏晶集合体 15 B 硅灰石 树冠状和放射状集合体 90 C 硅灰石 结晶体粗大，多呈板柱状，部分呈放射状或树冠状集合体 D 硅灰石 长羽毛状或放射状 85 E 硅灰石 呈长柱状或树枝状集合体，局部见他形粒状集合体 10 6 结论 (1)5种商业保护渣，熔化温度在 1057 1131，熔化速度在 0581142。性能差别较大，对于特定工艺条件的薄板坯连铸工艺这些渣显然不可能都能满足使用要求。其中渣 需要进一步调整渣 更好地适应工艺要求。 (2)对 5种渣固体渣样矿物分析表明 ，主要为硅灰石和少量黄长石，且玻璃化程度随保护渣碱度增大而急剧恶化，如碱度为 玻璃化率为 85，而碱度为 玻璃化率则陡降至 10。可见，为了获得高的玻璃化渣膜，设计保护渣时要严