攀钢大方坯重轨钢用保护渣开发

1、攀钢大方坯重轨钢用连铸保护渣开发（ 1攀枝花钢铁集团公司钢铁研究院，攀枝花617067 ；2攀枝花新钢钒股份有限公司提钒炼钢厂，四川攀枝花617062 ； 3重庆大学材料科学与工程学院，重庆400044 。）摘 要：结合攀钢 1#大方坯重轨钢连铸工艺条件， 重点进行了特殊组份改善保护渣润滑性能及熔化均匀性研究，并探讨了保护渣适宜的配碳模式。工业试验表明，研制的保护渣使用效果良好，能够满足攀钢大方坯连铸生产重轨钢的要求。关键词： 大方坯；重轨钢；连铸保护渣DEVELOPMNET OF MOLD FLUX FOR HEAVY RAIL STEEL AT PZHISCCHEN Tianming 1，

2、Yang Subo 2 ， LI Guijun 1 ，Wang Qian 3（ 1Iron and Steel Research Institute， Panzhihua Iron and Steel Group Co.， Panzhihua 617000，Sichuan ，China ；2 Vanadium Recovery and Steelmaking Plant， Panzhihua New steel and Vanadium Co.，Ltd. ，Panzhihua 617062，Sichuan ，China；3Collegeof MarterialsScience and Engi

3、neering，ChongqingUniversity，Chongqing 400044 ，China. ）Abstract ： In conjunction with the No.1 bloom caster process conditions in Panzhihua Iron and steel Company (PZHISC) ， increasing the lubricant performance and the melting homogeneous by Special contents added in mold flux were discussed as key c

4、ontents ，also a suitable carbon mixing was studied.Industry tests showed that the mold flux for heavy rail steels had good performance ， it well meets heavy rail steels production requirements of PZHISC No.1 bloom caster.Key Words ： Bloom ； Heavy rail steel ； Mold flux0 引言连铸结晶器保护渣对连铸坯质量以及连铸机产量均有重要的影

5、响，随着人们对连铸结晶器保护渣认识的不断深入，逐渐意识到它具有不可替代的作用。从国内外方坯连铸生产实践来看，与保护渣密切相关的铸坯表面缺陷如裂纹、凹坑、结疤、夹渣等发生的频率较高，裂纹、凹坑等缺陷严重时可导致漏钢事故，影响方坯连铸产生产的顺行1 、2 。随着攀钢提钒炼钢厂1#大方坯连铸机和2#板坯连铸机相继建成投产，实现了全连铸生产。提钒炼钢厂在引进奥钢联大方坯连铸机的同时，也进口德国斯多伯格（Stollberg）连铸保护渣，供铸机热试和考核验收期内使用。进口保护渣存在价格昂贵、供应困难等问题，由此增加生产作者简介： 陈天明（ 1970），男，汉族，四川武胜人， 工程硕士，高级工程师；E-ma

6、il ：chentm1161成本，并带来管理方面的系列难题。因此，考核验收后应该有性能良好的国产连铸保护渣满足生产要求。重轨钢在攀钢 1#大方坯连铸生产中占有较大比例，为此，本研究在借鉴国内外经验的基础上，结合攀钢的工艺条件，开发成功了大断面方坯重轨钢用连铸结晶器保护渣。1 重轨钢凝固特性攀钢提钒炼钢厂重轨钢（碳含量0.65%0.80%）连铸钢水凝固过程具有以下特点：（1）实验表明，攀钢PD3 零强度温度 (ZST) 较低，略超过1300， 1300时试样的抗拉强度较低，为7.9Mpa，其高温塑性较差；（2）由于 P、 S 偏析，初生坯壳强度低，在钢水静压力作用下坯壳和结晶器接触紧密,拉坯过程

7、中坯壳受到的摩擦阻力大，坯壳易与结晶器壁粘结，导致粘结漏钢；（ 3）坯壳与结晶器壁接触良好， 传热能力强， 坯壳生长较快且相对均匀， 初生坯壳出现裂纹的几率较小，但坯壳之间重接能力差，在坯壳连接处容易发生拉脱甚至漏钢；（ 4）凝固过程中柱状晶发达，铸坯中心区域 C、P、S 等偏析严重，造成铸坯内部组织成分偏析、疏松严重；（ 5）凝固组织基体中易出现马氏体，若冷却强度过大易出现内裂；（ 6）铸坯低温强度高、 韧性及变形能力差， 易出现矫直裂纹和发生矫直断裂， 应控制铸坯矫直温度。上述（ 1）、（ 2）、（3）条与连铸保护渣有较直接的关系。因此在浇铸重轨钢时，为保证连铸工艺顺行，除合理控制结晶器振

8、动参数及稳定的浇铸工艺外，最关键的问题就是通过保护渣促进铸坯的润滑，减小拉坯阻力。2 保护渣设计2.1主要性能选取攀钢重轨钢大方坯连铸基本工艺参数见表1。钢水经过真空精炼后，钢水夹杂含量较低，但对夹杂控制要求严格，因此要求保护渣必须熔化均匀，避免保护渣熔化不均匀和不合理结晶器流场下的卷渣降低渣膜润滑特性和铸坯洁净度。为保证对铸坯润滑和吸收夹杂物的能力，析晶比例 Rp 控制在 0，碱度 R选取在 0.65 0.90 。根据熔渣粘度 （ ）与拉坯速度 （ v）关系 : v=0.2 0.5 （ Pa?s?m/min） 3 ，粘度选择在 0.3 0.6Pa ?S，熔点控制在 1080 1140间，以保

9、证保护渣的消耗量。保护渣性能指标选择结果如表2 所示。此外，为了在碱度较低的情况下提高保护渣熔化均匀性，除采用预熔渣型外，还利用多组分混合原理，减小分熔。因此保护渣基料的主要成分选择为CaO、 MgO、SiO2、 Na2O、 CaF 2 及特殊组分S1、 S2。表 1攀钢方坯连铸重轨钢基本工艺参数2机型流铸机半径流间距结晶器形式结晶器长度数/m/mm/m多点矫直6121.5组合式850全弧形连铸机冶金长度铸坯断面设计拉速结晶器结晶器轻压下/m/mm×mm液位控制电磁搅拌34.5280×380280mm×380mm：最高 1.1m/min自动控制有有280×

10、;325280mm×325mm：最高 1.3m/min表 2 大方坯重轨钢连铸用保护渣主要性能选取碱度熔点/ 粘度 /Pa?s析晶比例 /%消耗量/kg ?(t 钢) -10.65 0.90108011400.3 0.600.30 0.40注：本文中熔点指半球点温度，粘度为1300下测定，碱度为二元碱度CaO/SiO2。2.2 特殊组份对保护渣性能的影响按表 2 的要求设计出基准渣样，在此基础上分别加入5%的 MgO、 S1、S2、 MnO 等化学试剂，以考察保护渣性能变化情况。 测试结果如表3。表 3 数据反映出的最大特征是加入MgO、S1、S2、 MnO，可以取代部分CaF，而各

11、渣 1300 粘度为 0.3 0.5Pa ?s，均符合设计要求。不仅如2此，在满足熔化温度的前提下，这些特殊组份的加入还可降低苏打加入量,有利于环境保护。表 3外加特殊组份保护渣熔化特性编号特殊组化学成分 /%粘度碱度析晶比例SiO2Al 2O3CaOF-Na2O+K2O S1S2MgOMnO熔点/%份/Pa ·SA无42.541.7835.266.877.770.1411000.390.830BMgO41.171.8833.944.475.234.3011120.410.820CS140.481.7533.484.025.865.230.1411080.360.830DS240.6

12、81.7633.644.176.634.770.1411140.310.830EMnO41.071.7835.964.853.280.144.4111060.390.880测定表 3 中各渣样粘度温度关系，如图 1 所示。由图 1 可知，与基准渣 A 相比，保护渣中加入 MgO，粘度温度关系曲线变化不大， 说明在实验测试的加入量范围内， MgO对熔渣玻璃化特性影响不大。而加入 S1、 S2、 MnO后，粘度温度关系曲线转折温度降低，在熔化温度相近的情况下，保护渣玻璃化特性得到进一步改善。因此，添加上述外加组份，有利于促进重轨钢用保护渣的润滑特性。34.54.0基准渣MgO3.5SS23.0S1

13、·a2.5MnOP/度 2.0粘 1.5 1.00.50.011001150120012501300温度/ 图1外加组份与保护渣粘度温度关系图 2 为表 3 中各渣样的分熔度。图 2 表明，添加 MgO、S1、S2、MnO微量组份后，保护渣熔化均匀性得到极大的改善，尤其是添加S1、S2，对促进保护渣均匀熔化的作用更加明显，而其中又以 S1 的效果最好。因此，针对重轨钢连铸工艺和质量的基本要求，保护渣宜采用含S1 组份的预熔型保护渣。1412 10/T 8度 6熔分420ABCDE试样编号图2微量组份对保护渣分熔度的影响2.3 配碳模式的确定研究表明 4 ，保护渣中加入碳质材料可以降低

14、保护渣的致密化速率，从而抑制保护渣的烧结。在试验所用的碳质材料中，炭黑降低致密化速率的效果优于石墨，其中中超炭黑的效果最好，其次为半补强炭黑和鳞片石墨，加入1.0%的中超炭黑、半补强炭黑和细鳞片石墨可以有效控制保护渣致密化速率，在保护渣中加入一定的细鳞片石墨还可以提高致密化起始温度50100。将 C 号样外加不同碳质材料，研磨至300 目，在熔点测试仪内1250下测定其完全熔化时间作为熔化速度。从测试数据可知：(1) 分别采用T1 炭黑和T2 炭黑石墨配碳模式时，其对应试样熔化速度相近；(2) 试验表明，单纯配加5% 7%的 T1 炭黑和采用1.2%T2 炭黑 4% 5%石墨对调节保护渣熔化速

15、度的作用强度相当。并且混合配炭模式更有利于稳定保护渣的熔化过程；4(3) 针对炭黑配量较高时结晶器液面火苗较高， 易妨碍控制操作的特点， 应减少炭黑配量， 适当增加石墨用量。采用 1.2%T2 炭黑 12%石墨的配炭模式时，经模型计算和实际生产试验，结晶器内熔渣层厚度为10 12mm，保护渣消耗量为0.3 0.6kg/t钢，可以满足要求。因此，保护渣配碳宜选用混合配炭模式，具体为1.7%T2 炭黑 4% 5%石墨。2.4 实验室研究结果通过前述研究，设计出了攀钢大方坯连铸重轨钢连铸保护渣，主要指标如表4 所示。表 4保护渣主要指标编号化学成分 /%熔点/ 粘度 /Pa ·S碱度析晶比

16、例22 3-22/%SiOCaOS1fAl OFNa O+KOCCPF-2 3036 52230267123 610 16 1080 1140 0.35 0.500.65 0.850注：与表 3 相比，本表为外配炭质材料后的化学成分范围。3 应用试验研制的 CPF-2 保护渣与进口的德国521-70A保护渣进行了对比试验（理化指标如表5，保护渣均为预熔型空心颗粒） 。 CPF-2 渣供使用30t，浇钢 3000 余炉，浇钢量约 12 万 t 。表 5 保护渣典型指标编 号产地化学成分 /%熔点/ 粘度 /Pa ·S碱度析晶比例SiO22 3CaO-22f/%Al OFNa O+KO

17、S1C521-70A德国33.504.6522.903.707.704.6512.1211700.580.680CPF-2攀钢34.672.8624.454.129.1811.5010870.410.710试验表明，研制的CPF-2 保护渣和进口的521-70A 保护渣在结晶器内能较好的铺展开，熔化均匀， 渣面活跃， 产生的渣圈少。 CPF-2 渣液渣层厚度为10 12mm，渣耗量 0.24 0.35kg/t，均与 521-70A 渣相当。铸坯表面质量检查时仅发现少量角部凸包和不平等轻微缺陷。由表6 可见，试验渣及进口渣所浇铸坯表面无清理率均达到99%以上，铸坯皮下及内部质量良好，均能满足要求

18、。表 6应用试验铸坯表面质量统计保护渣统计铸坯数 / 支缺陷分布情况铸坯无清理率 /%521-70A4895凸包 13 支、角不平19 支99.35CPF-23010凸包 5 支、角不平13 支99.404 结论（ 1）攀钢重轨钢高温塑性较差， 浇铸过程中结晶器内坯壳受到的摩擦阻力大， 易出现坯壳与结晶器壁粘结现象，因此要求保护渣对铸坯的润滑良好。5（2）通过添加5%左右的 S1、S2、及 MnO 等组份可改善保护渣玻璃化特性，提高保护渣的润滑能力，同时可改善保护渣熔化均匀性。为获得良好的融熔特性，保护渣以1.7% T2 炭黑 4% 5%石墨的混合配碳模式为宜。（3）工业应用试验表明， 研制的保护渣在结晶器内熔化均匀， 渣圈少， 正常拉速时液渣层厚度为 10 12mm，渣耗量 0.