關(guān)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(tài)的鋼水凝固成板坯，薄板坯，小方坯等，在此凝固過程中，結(jié)晶器是可以快速地將鋼水凝固起來的容器。結(jié)晶器正常運行期間，為了保證脫模效果良好，減小與結(jié)晶器銅板間的摩擦，需要根據(jù)不同鋼種添加相對應(yīng)的保護渣。保護渣性能的改進(jìn)是連鑄高效生產(chǎn)的關(guān)鍵點。鋼鐵的生產(chǎn)從簡單的模鑄開始，逐漸過渡到連鑄。正是由于結(jié)晶器的使用，才使得連鑄工藝可以保持連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率更高。當(dāng)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(chǎn)中保護渣的影響

在連鑄生產(chǎn)的過程中，需要不斷往結(jié)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(jié)晶器之間的氣隙，使得結(jié)晶器與坯殼之間形成厚度適當(dāng)且均勻分布的渣膜，減小摩擦力可以有效地防止粘結(jié)，同時熱量由板坯傳遞到結(jié)晶器銅板冷卻水之間，需要經(jīng)過渣膜、氣膜，促進(jìn)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(chǎn)過程中常見的鑄坯缺陷有內(nèi)部缺陷、外部缺陷、質(zhì)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(qū)分

根據(jù)不同鋼種選用不同的保護渣，所以很難系統(tǒng)地規(guī)范。保護渣的化學(xué)組成由兩種：一種是CaO—SiO2 為基料；另外一種是CaO—SiO2—Al2O3 基料。優(yōu)化保護渣的性能，也就是優(yōu)化其物理化學(xué)性質(zhì)，包括保護渣粘度特性，環(huán)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(xué)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(yōu)化調(diào)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(tài)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(chǎn)過程的拉坯阻力，同時結(jié)晶器與鋼坯之間填充熔融的液態(tài)保護渣，形成穩(wěn)定且均勻的渣膜，避免了空氣的進(jìn)入，從而增強了鋼坯的傳熱效果，也能很好地避免結(jié)晶器與鋼坯間的粘結(jié)，改善鑄坯的表面質(zhì)量，為連鑄高效，快速的生產(chǎn)起到了重要作用。在澆鑄過程中結(jié)晶器內(nèi)的鋼水溫度和組分會隨著澆鑄時間的延長產(chǎn)生一定的變化。為了更好地發(fā)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(xiàn)較大的波動，因此保護渣具備一定的穩(wěn)定性。

（二）調(diào)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(diào)粘度，增加保護渣中液態(tài)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(jié)構(gòu)分析：熔融的保護渣組分類似于玻璃，均屬于硅酸鹽熔體結(jié)構(gòu)，熔融狀態(tài)下的保護渣呈現(xiàn)出無規(guī)則的離子聚合體形態(tài)。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(xiàn)出四價態(tài)，故形成硅氧共價鍵的四面體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

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(tài)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(jié)構(gòu)發(fā)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(wǎng)格結(jié)構(gòu)，打破了原有四面體的完整性、對稱性。從而導(dǎo)致保護渣的性能出現(xiàn)一系列的變化，如粘度變小等。調(diào)節(jié)保護渣粘度的方法就是破而后立：打破原本的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，建立新的硅氧共價鍵，形成新的四面體結(jié)構(gòu)。熔融渣中的Al2O3，會形成類似于硅氧的鋁氧四面體結(jié)構(gòu)，不但沒有破壞原有的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，還使得四面體結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)、穩(wěn)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(wǎng)格結(jié)構(gòu)，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(diào)控保護渣流動性。在澆鑄過程中，熔融狀態(tài)下的F 會與保護渣中的其他組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成低熔點物質(zhì)揮發(fā)到空氣中，損害工人健康；又或者與二冷水反應(yīng)，使得二冷水呈酸性，腐蝕設(shè)備，污染水質(zhì)。急需研發(fā)出無氟或者固氟能力強的保護渣。

四、結(jié)語

從以上論述可以得知保護渣在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性]。保護渣性能的優(yōu)劣直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，因此不斷優(yōu)化，改進(jìn)保護渣的性能是當(dāng)下研究的重中之重。