結晶器保護渣試驗條件探討

李雷 于銘杰 肖強 石磊 高廣（萊蕪鋼鐵集團有限公司，山東萊蕪 271104）

結晶器保護渣試驗條件探討

李雷 于銘杰 肖強 石磊 高廣（萊蕪鋼鐵集團有限公司，山東萊蕪 271104）

介紹了影響結晶器保護渣試驗效果的主要澆注工藝因素，對結晶器保護渣試驗條件進行了探討。試驗時必須考慮鋼水質(zhì)量和溫度、澆注液面的穩(wěn)定性、水口插入深度及對中精度、保護澆注效果、氬氣大小以及保護渣操作等各方面因素的影響。通過保護渣反復試驗，不斷調(diào)整保護渣理化指標和連鑄機澆注工藝條件，保護渣性能才能不斷滿足工藝質(zhì)量的要求。

結晶器 保護渣 鋼水 液面 水口 試驗

1 前言

結晶器保護渣是連鑄生產(chǎn)操作過程中使用的多功能冶金輔料，是一項高技術含量的輔料，保護渣對連鑄工序生產(chǎn)穩(wěn)定順行和鑄坯質(zhì)量的提高有著密切的關系。保護渣具有很強的適應性，使用前必須經(jīng)過反復試驗，不斷調(diào)整保護渣物理化學指標，才能適應工藝和設備的要求。否則，極易造成鑄坯質(zhì)量和漏鋼等事故。

2 試驗保護渣應考慮的問題及注意事項

保護渣是重要的冶金輔料，影響使用性能的因素較多，在試驗過程中，稍有不慎，將造成鑄坯裂紋等質(zhì)量問題，甚至發(fā)生粘結漏鋼事故。

連鑄機澆注工藝條件對保護渣使用性能有著重要的影響，只有在合理的澆注工藝條件下，保護渣才能發(fā)揮其作用，保證連鑄生產(chǎn)穩(wěn)定順行，提高鑄坯質(zhì)量。

保護渣在批量使用前，必須系統(tǒng)考慮各種工藝狀態(tài)，反復試驗，優(yōu)化改進其理化性能，才能逐漸達到良好的使用狀態(tài)。

2.1 保護渣試驗時機

初次試驗保護渣時一定要謹慎，因為保護渣具有較強的適應性，即便是質(zhì)量很好的保護渣，如果不適應當時工藝澆注條件，極易導致鑄坯質(zhì)量問題。

初次試驗保護渣時，要選擇在澆注后期試驗，同時，應考慮其它連鑄機生產(chǎn)狀況及生產(chǎn)組織壓力，綜合考慮是否具備試驗的生產(chǎn)組織條件；對于多流連鑄機，應僅在一個流上試驗，以防止出現(xiàn)鑄坯質(zhì)量或漏鋼等事故造成非計劃停澆，影響了整個生產(chǎn)組織。開始2～3次試驗，一般都要選擇在澆注后期、無生產(chǎn)組織壓力情況下進行試驗。

2.2 保護渣試驗次數(shù)

保護渣具有復雜的理化性能，比如熔化溫度、堿度、黏度、熔化速度、熔化均勻性、表面張力、玻璃化率、鋪展性等等。每種性能相互影響、相互制約，每種性能都必須滿足條件，才能保證生產(chǎn)順行和鑄坯質(zhì)量。所以，保護渣要經(jīng)過多次反復試驗、不斷調(diào)整，逐漸適應工藝澆注條件的要求，新開發(fā)保護渣一般要試驗3～5次，才能完全滿足工藝質(zhì)量要求。表1為萊鋼煉鋼廠板坯連鑄和異型坯連鑄保護渣實驗次數(shù)統(tǒng)計。

表1

2.3 鋼水質(zhì)量

鋼水夾雜物是影響保護渣使用性能的重要因素之一。保護渣液渣具有吸附鋼水夾雜物的作用，夾雜物進入液渣后，形成多相渣，富集在鋼渣界面中，破壞液渣的均勻性和流動性，使液渣不能順利流入結晶器銅板和坯殼間隙中，不能形成均勻的渣膜，影響保護渣潤滑和均勻傳熱性能。

在澆注過程中，若保護澆注效果不好，鋼水與空氣接觸發(fā)生二次氧化，生成AL2O3類氧化夾雜物進入鋼液中，造成鋼水污染，保護渣液渣與鋼水接觸，吸附溶解鋼水中上浮的夾雜物，當吸附夾雜物達到一定含量時，會造成液渣變性，即堿度、黏度等理化性能發(fā)生變化，影響到保護渣均勻熔化，惡化了液渣流動性，造成坯殼潤滑不良、傳熱不均、坯殼厚度不一、鑄坯表面夾雜和裂紋等問題。特別是澆鑄含Ni、Nb、Ti等易氧化元素鋼種時，必須保證良好的保護澆注效果，否則二次氧化產(chǎn)生大量夾雜物進入渣中，使保護渣性能發(fā)生變化，會造成大量的鑄坯表面裂紋或凹陷等缺陷。

所以，試驗保護渣時，要考慮鋼水的潔凈度，避免因鋼水夾雜物多而影響保護渣性能。減少鋼水中夾雜物含量，是發(fā)揮保護渣良好性能的重要措施。因此，轉爐使用滑動出鋼口和下渣自動控制技術，減少放鋼下渣量；精煉后期采用軟吹技術，促進夾雜物充分上??；澆注過程中，實施保護和穩(wěn)態(tài)澆注并采用大包下渣自動控制技術，是減輕中包鋼水卷渣和控制大包下渣量，減少鋼水夾雜物含量的主要手段。

2.4 中間包鋼水溫度

鋼水溫度過高，保護渣熔化快，液渣層厚，粉渣層薄，易裸漏紅渣，造成保護渣結團。鋼水溫度偏低，提供給保護渣熔化的熱量不足，保護渣熔化效果不好，熔化速度慢，液渣少，影響保護渣潤滑和傳熱功能。所以，試驗保護渣時，必須控制好合適的中間包鋼水溫度，以便為保護渣的熔化創(chuàng)造良好的條件。

2.5 液面穩(wěn)定性

結晶器鋼水液面穩(wěn)定性，對保護渣發(fā)揮良好的使用性能起著關鍵的作用。穩(wěn)定的澆注速度和中間包液面，能夠減少中間包鋼水紊流帶入大量夾雜物進入結晶器內(nèi)，避免液渣吸附較多的夾雜物而發(fā)生變性。穩(wěn)定的澆注速度和鑄坯拉速，能夠減輕結晶器液面的波動，保持保護渣穩(wěn)定的三層結構和液渣熔化的均勻性。反之，若澆注速度和鑄坯拉速不穩(wěn)，會造成結晶器液面波動，甚至發(fā)生水口周圍翻鋼現(xiàn)象，在這種情況下，會破壞保護渣穩(wěn)定的結構，熔化不均勻，液渣渣膜厚度不均，保溫效果差；結晶器鋼水液面不穩(wěn)定，會使保護渣產(chǎn)生大量的渣條，阻礙液渣的流入，造成坯殼潤滑不良。所以，試驗保護渣時，要保持鋼水液面穩(wěn)定和穩(wěn)定的拉速。

2.6 水口插入深度

浸入式水口插入深度一般指水口插入結晶器鋼水液面以下的深度。合適的水口插入深度是保護渣具有穩(wěn)定的三層結構、均勻熔化、均勻流動的必要條件之一。

水口插入深度較深，高溫鋼水上浮時間和距離長，熱量不能快速傳替到結晶器液面，不能及時給保護渣熔化帶來足夠的熱量和熔化熱能，造成保護渣熔化不良，液渣少。

水口插入深度過淺，鋼液上浮快，結晶器鋼水液面產(chǎn)生翻騰，液面波動大，破壞了保護渣穩(wěn)定的三層結構，直接影響了保護渣的熔化和潤滑，還容易出現(xiàn)結團、渣條多等問題，影響保護渣使用性能，增加鋼水卷渣，甚至會導致卷渣漏鋼事故。

所以，在試驗保護渣時，要控制好水口插入深度，既不能發(fā)生結晶器鋼水液面翻鋼問題，也不能讓結晶器液面過于穩(wěn)定，應保證結晶器液面輕微的活躍狀態(tài)，以便促進保護渣均勻熔化，提高保護渣流動性，發(fā)揮保護渣良好的潤滑作用。在實際生產(chǎn)中，板坯連鑄機水口插入深度一般不大于160 mm、不小于120 mm；異型坯和小斷面連鑄機水口插入深度一般不大于80 mm、不小于50 mm。

2.7 水口對中

水口對中精度是連鑄生產(chǎn)關鍵工藝技術要求，對中好壞直接影響著保護渣使用性能、鑄坯質(zhì)量及生產(chǎn)是否穩(wěn)定順行。

水口對中不良，會發(fā)生注流偏流現(xiàn)象，結晶器不同區(qū)域的鋼水流量和液面波動狀態(tài)發(fā)生不均勻現(xiàn)象，有的區(qū)域液面過于活躍，有的區(qū)域液面發(fā)死，保護渣熔化需要的熱能及保護渣三層結構都會發(fā)生不穩(wěn)定狀態(tài)，導致保護渣熔化不均勻、消耗不穩(wěn)定、渣膜厚度不一等問題，惡化了保護渣的作用和性能正常發(fā)揮。

保護渣在試驗前，要注意保持良好的水口對中效果。對于板坯來說，水口在寬度方向上，對中精度要控制在10 mm之內(nèi)，在厚度方向上，對中精度要控制在5 mm之內(nèi)。對于小斷面鑄坯，對中精度要控制在3 mm之內(nèi)。另外，要保證水口能夠垂直插入液面，以避免水口上部對中較好、下部對中不良的現(xiàn)象。

2.8 氬氣大小

氬氣對保護渣性能的影響主要是使用塞棒孔吹氬和浸入式水口氬封吹氬時應注意的問題。

塞棒吹氬是利用氬氣在結晶器鋼水內(nèi)快速上浮帶動鋼水向上流動，使高溫鋼水快速上浮，促進低溫區(qū)域的傳熱，改善保護渣的熔化和液渣的流動效果，提高潤滑效果，減少粘結問題。

合理的氬氣流量對改善結晶器鋼液流場起著重要的作用，不合理的氬氣流量會破壞保護渣使用性能。當氬氣流量過大時，鋼液中大量的氬氣泡不斷積聚、急速上浮，導致結晶器液面過于活躍，甚至產(chǎn)生翻鋼，保護渣翻渣，破壞保護渣穩(wěn)定的三層結構，粉渣層、燒結層、液渣層參雜在一起，同時還會產(chǎn)生大量的渣條，嚴重影響保護渣使用性能。當氬氣流量過小時，鋼液中氬氣泡數(shù)量少，氬氣泡在鋼液中上浮帶給鋼渣界面的熱量少，特別是板坯低拉速澆注時，注流流動慢，達到結晶器窄面的氬氣泡更少，造成結晶器窄面渣面不活躍、液渣少、潤滑不良等問題。

保護渣在試驗過程中，根據(jù)澆注拉速、澆注斷面大小等因素，合理調(diào)節(jié)氬氣流量，使結晶器液面達到最佳狀態(tài)，為保護渣穩(wěn)定熔化、液渣均勻流動、發(fā)揮保護渣良好的潤滑、導熱等功能創(chuàng)造好條件。

2.9 保護渣使用和管理

保護渣性能的好壞與保護渣使用方式有著密切的關系。即便是保護渣質(zhì)量很好，保護渣使用方法不正確，同樣會直接影響到保護渣性能的發(fā)揮。

保護渣試驗時，在保護渣使用和管理方面應注意以下主要幾個方面。

（1）保護渣厚度

保護渣加入要勤加、少加、勻加，控制合適的保護渣厚度，使保護渣具有良好的保溫效果，液渣熔化均勻。避免因保護渣加入過多而造成渣條不易發(fā)現(xiàn)，同時要避免保護渣過薄而裸露紅渣。

（2）加渣順序

對于大斷面結晶器，液面的穩(wěn)定性難以控制，有的區(qū)域液面活躍，保護渣消耗快，有的區(qū)域液面發(fā)死，保護渣消耗慢。針對這種情況，每次加保護渣時，要先加保護渣消耗快的區(qū)域，避免該區(qū)域保護渣過薄、裸露紅渣。

（3）挑渣條

挑渣條的原則是大渣條必須及時挑出、小渣條不必挑，輕撥慢挑。挑大渣條時，用挑渣棒輕輕將渣條撥離銅板，然后再挑出，或直接向上撥渣條，嚴禁向下按壓渣條，防止渣條堵塞液渣流入通道。挑渣棒不要插入液渣和鋼液內(nèi)，避免破壞保護渣均勻熔化。

（4）保護渣管理

保護渣存放要干燥，防止保護渣受潮，試驗前要取樣檢驗保護渣理化性能指標是否符合要求。

3 結論

3.1 結晶器保護渣是多功能冶金輔料，使用環(huán)境復雜，適應性強。對于新開發(fā)的保護渣，其使用性能能否滿足工藝要求，在使用前無法判定，必須通過試驗才能驗證其使用性。

3.2 在良好的鋼水質(zhì)量和澆注狀態(tài)下試驗保護渣，才能正確評價保護渣的性能優(yōu)劣。

3.3 試驗保護渣時，必須考慮鋼水質(zhì)量和溫度、澆注液面的穩(wěn)定性、水口插入深度及對中精度、保護澆注效果、氬氣大小以及保護渣操作等各方面因素的影響，避免因工藝條件的不良因素影響了保護渣的性能。

[1]田燕翔.現(xiàn)代連鑄新技術新工藝與鑄坯質(zhì)量控制[M].北京：當代中國音像出版社，2004.1429.

[2]盧盛意.連鑄板坯保護渣的選用[J].連鑄，2002（3）：32.

[3]米源.結晶器保護渣的性能和使用工藝[J].連鑄，2007（1）：41.

[4]林東，姜學鋒，宋滿堂.本鋼板坯連鑄結晶器保護渣的研制[J].材料與冶金學報，2003（3）：25.

Discussion on Conditions for Mould Powder Test

Li Lei,Yu Mingjie,Xiaoqiang,Shi Lei,Gao Guang

The main casting process factors influencing mould powder test result are described and the conditions for mould powder test discussed.The affect by factors as liquid steel quality and temperature,casting level stability,nozzle inserting depth and alignment precision,submerged casting effect,argon flow and mould powder operation during tests must be taken into consideration.The performance of mould powder can only keep on meeting the process quality requirement when mould powder physical and chemical indices and caster process conditions are constantly adjusted after tests.

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（收稿 2010－12－01責編趙實鳴）

李雷，男，鋼鐵冶金專業(yè)，現(xiàn)任萊蕪鋼鐵集團煉鋼廠近終型異型坯連鑄機車間副主任。