结晶器保护渣性能和使用工艺.pdf

警 霎 妻 柳 钢 科 技 炼 钢 连 铸 学 会 论 文 专 辑 币 斗 搜 1 7 1 结晶器保护渣性能和使用工艺 米源 杨 志铮 武汉钢 铁集 团公 司 摘 要对结晶器保护渣的性能作了描述 对结晶器保护渣的性能与工艺条件 钢种的优化 匹 配进行 了探讨 关键词连铸 结晶器 保护渣 匹配 Di s c us s i o n o n Pe r f o r ma n c e o f M o ul d Po wde r s a n d Pr o c e s s Mi Yu a n Ya n g Zhi z he ng Wu h a n I r o n a n d S t e e l G r o u p C o r p o r a t i o n Ab s t r a c t T h e p e rf o r ma n c e o f mo u l d p o wd e r s u s e d i n S l a b C a s t e r w e r e p r e s e n t e d t h e o p t i mu m ma t c h o f mo u l d p o wd e rs p e rfo rm a n c e a nd p r o c e s s c o n d i t i o ns a s we l l a s s t e e l g r a d e we r e d i s c us s e d Ke y wo r d s Co n t i n u o u s Ca s t i n g Mo u l d Po wd e rs Ma t c h 1 前 言 连铸保护渣技术 已成为连铸技术的重要组 成部 分 随着连铸钢种 的不断扩大 经常遇到 选择适合连铸机工艺条件 的保护渣的问题 因 此有必要对结晶器保护渣性能和使用 工艺进 行 理论与实践的探讨 2 保护渣的熔化过程及作用机理 2 1 保护渣的熔化过程 保护渣的熔化过程见图 1 1 一 固态渣层 2 一 烧结层 3 一 半熔化层 4 一 液态渣层 5 一 钢液 6 一 坯壳 7 一 渣圈 8 一 玻璃质渣膜 9 一 晶体质渣膜 图 1 保护渣熔化模型示意图 从图 1可知 保护渣熔化时 在钢液面上 由固态渣层 烧结层 半熔化层和液态渣层组 成 结晶器 与坯壳之 间的渣膜 由固态渣膜和液 态渣膜组成 固态渣膜又分为玻璃质膜 和晶体 质膜 2 2 保 护渣 的作用 机理 固态渣层使钢水保温 液渣层可 以防止钢 液 被空气氧化 吸收从钢水 中上浮 的夹 杂物 如 A 1 0 等 还能阻止钢液面被富碳层 渣圈和 固态渣层增碳 液态渣膜润滑坯壳 随铸坯 向 下运行 在正滑动时 将液渣吸入结晶器与坯 壳间的空隙 防止粘连 有利 于防止粘连漏钢 固态渣膜 主要是 晶体质膜 调节传往结晶器 的 热流 使传 热减少和传热均匀 固态渣膜在浇 注初期形成 与结 晶器一起上下运行 其 中的 玻璃质膜在多炉连浇时没有变化 固态渣膜 的 厚度 随粘度 的升高而增 加 开浇渣有助 于形成 厚度适当的固态渣膜 3 结 晶器保 护渣 的理化性能 3 1 结晶器 保 护渣 的物理性 能 保护渣的粘度 熔化温度和熔化速度三者 必须合理搭 配 以保证铸坯的润滑和调节从铸 维普资讯 1 7 2 柳 钢 科 技 2 0 0 7 年 泛珠 角1 1 省 区 炼 钢 连 铸 学 会 论 文 专 辑 坯传往结晶器的热流 粘度 粘度 与渣膜的厚度 和均匀程度有 很 大 的关系 粘度太 大或太小 都会造成渣膜 的 过薄或过厚 使润滑和传热不 良 熔化温度 即半球点 过高不利于渣子的 熔化 融化速度减 慢 形成的液渣层减 薄 流 入结晶器与铸坯之 间的液体保护渣减少 保护 渣 的润滑性能减弱 易导致坯 壳与结 晶器之 间 的粘连 产生粘连 漏钢 保护渣的熔化温度 过 低 熔化速度加快 液体渣层增厚 流入结 晶 器与铸坯之间的液体保护渣增加 保护渣膜增 厚 使初生凝 固坯壳传热不均匀 产生表 面纵 裂 此外 熔化温度较低 熔化速度加快 粉 渣 层 很快 消 失 保 护 渣 消 耗 量 增 加 液 体渣 层 易结壳 根据文献 1 2 介绍 保护渣 的熔化温度 应不高于结晶器出口铸坯的表面温度 熔化速度 保护渣 的熔化速度决定了液渣 层厚度和保护渣的消耗量 如果熔化速度过快 粉渣层不易保持 使热损失增大 液渣面易结 壳 可能导致夹渣 熔化速度过慢则液渣层过 薄 过快过慢的熔化速度都易造成渣膜的厚薄 不匀 3 2 结晶器保护渣化学成分 对其主要性能 的影响 表 1 保护渣化学成分对性能的影响 引 4 保护渣与钢种及连铸工艺 的匹配 4 1 保护 渣与钢 种 的匹配 4 1 1 按钢 中的碳 含量 选择 保 护渣 一 般情况下根据钢 中碳含 量 保护渣可作 如下分类选择 1 低碳钢用渣 低碳钢主要是指钢中 C 为 0 0 1 0 0 9 这类钢凝 固过程 初生铁 素 体坯壳中 P S 偏析小 初生坯壳强度高 凝固生长较均匀 不存在严重的相变体积收缩 纵裂倾 向小 低碳低合金钢钢水中 A 1 0 3 夹杂较 普碳钢 的多 这些夹杂通过结晶器钢液 弯月面 进 入保 护 渣 熔 渣 容 易 引 起 保 护 渣 物 化性 能 的 急剧波动 导致保护渣对连铸工艺的适 应能力 下 降 易诱发铸坯缺 陷及生产事故 对该类保 护渣性能 的要求是尽量增加结 晶器热流 加速 钢水凝 固 防止粘连漏钢 要选择润滑性 导 热性好 低碱度 低析 晶温度 的保护渣 以保 证 坯壳强度和润滑 同时 在保证润滑的前提 下 强调其吸收 A l o 3 夹杂的能力 即吸收夹杂 维普资讯 藿 墓 米 源 等 结 晶 器 保 护 渣 性 能 和 使 用 工 艺 炼 钢 连 铸 学 会 论 文 专 辑 木 寺 古 曲 嵛 俅 越 1r土 聪 利 便 用 j 乙 1 7 3 后 物化性 能 要稳 定 2 中碳 钢 用 渣 根 据 钢 水 凝 固 特性 通 常将钢 中 f C 1为 0 0 9 0 2 5 的钢种 称为中碳 钢 其 中碳 含 量 为 0 0 9 0 1 5 的包 晶 钢 有 很 强的裂纹敏感性 这类钢凝 固过程发生包 晶反 应 结晶器 弯月面 以下 5 0 m m 区域初 生坯壳 收 缩 大 初 生坯壳 生长不均匀 易产生裂纹 因 此 在实际生产中一方面减弱结晶器水冷强度 另一方面主要通过采用具有较 强结 晶倾 向的保 护 渣 达 到 限制 结 晶器热 通 量 的 目的 因 此 要 求保护渣具有较大热阻 实现一冷弱冷 提高 保护渣膜 的结晶化率 通过适 当提高保护渣 的 碱度 降低保护渣的粘度 提高保护渣 的结 晶 温度 也可以在保护渣 中添加某些具 有形核作 用的化合 物或金属粉末 促进晶粒的形 成 注 意粘度不宜太低 因为粘度太低会引起渣膜厚 度不匀 导致传热不匀 不均匀凝 固 3 高 碳 钢 用 渣 对 应 钢 种 碳 含 量 0 4 0 高碳钢 的特点是浇注过程体积收缩大 线收缩大 因此 高碳钢保护渣 的设计重 点应 放在保证润滑上 降低凝固温度 T s 对保证润滑 有利 降低 C a O S i O 有利于降低 凝 固温度 T s 为 了保证润滑 高碳钢要选用粘度 比低碳钢低 的保护渣 高碳钢保护渣的熔化温度也应较低 保护渣 的耗量不得低 于 0 4 k g t 为 了防止钢水 的冻结 高碳钢要选 用绝热性能 好 的保 护渣 保护渣 的体积密度 要低 和碳 的加 入量要适 当 4 1 2 按 钢种特 性 选择 保护 渣 完全按 钢种 中碳含量选择保护渣 不 能满 足所有钢种连铸 的要求 还应根据钢种 的特点 选 择保 护渣 浇 注超低碳 钢应选用微 碳或无 碳保 护渣 目前 在超低碳钢的生产中 采用 R H等各种真 空处理技术得到低碳钢水 在 钢水 处理和浇铸 过程 中应避免各种介质对钢水的增碳 国内外 生产经验 表明 连铸过程是超低碳 钢生产工 艺 中的主要 增碳环节之一 在超低碳 钢连铸保护 渣的早期研究 中 人们弄清了超低碳钢连铸过 程中铸坯增碳 主要源于含碳量较高 的结 晶器保 护渣 保护渣 富碳层与弯月面初生坯壳接触是 造成超低碳钢铸坯增碳 的直接原因 结晶器液 面波动等不利操作 因素会加剧保护渣对铸坯 的 增碳作用 根据文献 介绍 在浇注超低碳钢 时 为 防 止 增 碳 近 年 研 究 用 陶 瓷 材 料 如 B N 取代保护渣 中的碳素材料 此类陶瓷材料 又称 白色 石墨 众所周知 加 入结晶器钢液面上的保护渣 经过预热 烧结 熔化形成 液渣滴及液渣滴聚 集成液渣层 最终渗入铸坯 与结 晶器之间 的间 隙而消耗 铸坯 质量 不仅受到保护渣化学成分 所确定的碱度 熔 化温度 粘度 吸收夹杂等 物性 的影 响 而且 与保护渣熔速调节剂 包 括 炭质材料 所决定的烧结特性 熔化速度等性 能密切相关 烧结 熔化形成液渣滴聚集成液 渣层是影响保护渣熔化速度的主要环节 当保 护渣熔速调节剂含量过低 或熔化过程不能得 以 有 效 控 制 时 结 晶 器 内渣 条增 加 熔 渣 层 厚 度 随浇铸时间延 长而不 断增厚 严重影响连 铸工 艺 的顺行 因此 在 开发超低碳钢连铸保 护渣 时 需要解决 以下两方面 的问题 降低保 护渣 含碳量 寻找碳质材料 的替代物 在低碳含量 下稳定保护渣的熔化过程 浇注高强度低合金钢 f C 含量为 0 1 3 0 2 5 外加 Mn V N b T i A l Mo等钢种 如1 6 Mn 1 6 Mn R H P 2 9 5 2 0 G X 5 2 X6 0 等 凝 固坯壳 高温塑性低 在冷却强度过 大 冷却不均匀的情 况下热应力大 或初生坯壳 受 到 的外在摩擦 阻力大 容易产生 晶问裂纹 在 后续轧制工序 中 若压下量较小 裂纹不 能焊 合 在钢板上易形成龟裂 拉裂 这种缺陷在 生产 中厚板时更容易产生 这类 钢种保护渣 的 主要任务就在于保证润滑 适当降低传热强度 若采用低碳钢类 的低碱度保护渣 结 晶器热流 密度偏大 铸坯 上易出现纵裂纹 其长度较包 晶钢铸坯纵裂短 而采用浇铸包晶钢的高析晶 率 的保护渣 由于在 结晶器下部渣膜破裂 连 续 性差 造 成不均 匀传 热加 剧 微裂纹加重 因此 这类钢种 的保护渣析晶温度较低 一般 低 于 1 1 3 0 C 析晶 比例小于 4 0 由此保证铸 坯 的润滑 同时通过提高保护渣熔化温度和粘 度 增加渣膜厚度达到减弱传热 的作用 在生产耐侯 集装箱等许多高强度低合金钢 维普资讯 l 7 4 柳钢 科技 2 0 0 7 年泛珠三角l l 省 区 炼 钢 连 铸 学 会 论 文 专 辑 时 稀土元素及其氧化物对熔渣性 能都有较大 影响 在浇铸 0 9 C u P T i R e等稀土处理 钢时 容 易产生铸坯 表面裂纹和发生拉漏事故 这是 由 于稀土元素熔点 燃点较低 在喂丝 过程 中极 易氧化形成 高熔点夹杂物 上浮至液 面被保护 渣 吸 收 改 变 了保 护 渣 的性 能 结 晶度 急 剧 升 高 粘度 随之上升 液渣流动性 变差 消耗量 减少 渣 圈增厚 熔渣不能通过弯月 面均匀地 流入铸坯和结晶器间隙 恶化润滑和传热条件 造成铸坯表 面裂纹增多 或夹杂物卷入弯月面 坯壳 导致铸坯表 面和皮下夹杂 严重会引起 粘结漏钢 因此连铸稀土钢保护渣应具有较低 的粘度 析晶温度 和结晶化率 合适 的熔化速 度 和碱度 应 限制 N a O和 C a F 2 的加入量 改加 B 2 O 3 B a O Mg O和 U2 O助熔 5 1 对降低保护渣 粘度和析晶温度 增强保护渣溶解 吸收稀土 夹杂物的能力有益 4 2保护渣 与连铸 工 艺的 匹配 4 2 1 保 护渣 与 浇注 的断面相 匹配 连铸坯 断面类 型众多 有 板坯 大方坯 小方坯 薄板坯 异形坯和圆坯 每种类型又 有很多的尺寸断面 由于各类 断面铸坯的浇注 工艺不尽 相同 因此使 用的保护渣也有 差异 即使浇注同钢种 由于断面不 同 其保护渣也 不同 通常 板坯连铸 由于断面温度分布差异 较大 要求保护渣 的粘度一温度 曲线变化更平 缓 粘度也要较方坯低一些 方坯渣 尤其是 小方坯 由于液 面波动较大 一般要求保 护渣 粘度大一些 4 2 2保 护渣 与拉 坯 速度相 匹配 保护渣必须 与拉速相适应 否则 难以获 得高质量铸坯 工艺难 以顺行 事故频繁 即 使浇注相同的钢种和断面 由于拉速差别较大 使用的保护渣性能有较大 的差异 因为保护渣 在结晶器 内有一个最佳的液渣流入范 围 它是 以液 渣 粘 度 和 浇 注 速 度 确 定 的 根 据 文 献 6 1 对于板坯来说 认 为 v值在 1 O 一 3 5 P a m mi n 时保护渣渗入波动最小 热流和摩檫力的波动 在此区域也最小 4 2 3保护 渣与振 动参 数相 匹配 在 实 际 生 产 中 选 择振 动 参 数 时 还 应 考 虑 保 护 渣 的作 用 特 别 是振 幅 频率 及 负滑 脱 时间等参数 因为这些参数对保 护渣 的耗量和 润滑性能有很大影响 如果选择 不当 使铸坯 产生质量缺陷 甚至引起漏钢 5 关于正确使用保护渣 5 1 正确 使用保 护渣 的工艺 条件 通常保护渣的使用 与下列工艺条件密切相 关 5 1 1保持 结晶 器 内液 面稳定 结 晶器与坯 壳之间的渣膜均匀 以保证其 均匀传热 方能获得高质量的铸坯 结晶器液 面波动大时 不仅铸坯表面和皮下会产生缺 陷 而且可能造成漏钢 采用液面 自动控制是保 证 结晶器液面稳定的最有效措施 5 1 2 中包水 口要 对 中 中包水 口不对 中 必然使结晶器钢流股产 生偏流 引起结 晶器液面翻动 使铸坯表 面和 皮下产生夹渣和初生坯壳不均匀 可能产生纵 裂 纹 严 重 时导 致 漏 钢 所 以水 V I 对 中 问题 应 给以充分注意 5 1 3 选择 合 理 的中 包水 口插 入 深度 合理 的中包水 口插入深度是充分发挥保 护 渣 作用 的重 要 条 件 插 入过 浅 造 成 结 晶 器 液 面翻卷 液渣层厚度不均匀 使铸坯产生缺陷 插入过深 造成结晶器液面温度较低且液面过 死不活跃 不利于化渣 使保护渣润滑功 能恶 化 5 1 4恒 速 浇钢 应使拉坯 速度保持稳 定 最好 恒速浇 注 因为 拉速稳定 结晶器内钢水流场才能稳定 液渣才能均匀流入结 晶器壁与坯壳之问 保 证 均匀传热和良好 的润滑 5 1 5采 用保 护 浇注 如果保护浇 注不 良 二次氧化产生的夹 杂 物进入渣 中时 使保护渣的性能发生变化 会 引发铸坯缺陷或产生事故 因此保护浇注应给 以充分的重视 维普资讯 髫 誉 翼 喜 米 源 等 结 晶 器 保 护 渣 性 能 和 使 用 工 艺 炼 钢 连 铸 学 会 论 文 专 辑 米 探 等 结 晶 器 保 护 渣 性 能 和 便 用 工 乙 1 7 5 5 1 6控制 好 中包水 口吹 氩 中 包 水 口吹 氩 量 过 大 会 造 成 液 面 翻 动 尤其是水 口周 围的翻动 破坏 了保护渣 的正常 熔化 给铸坯造成缺陷 有时引起卷渣漏 钢事 故 5 2 保护渣 在 实际操 作 中应 注 意的 问题 1 保护渣在结 晶器中应保持 一定的厚度 通常控制在 3 0 5 0 mm范 围内 而且保持一定厚 度的粉渣层 这是 为了保证保 护渣在结 晶器 内 的均匀熔化 使液渣层