济钢连铸保护渣的优化与应用

 王玉霞

 （济南钢铁集团总公司 技术中心，山东 济南 250101）

摘　要：介绍并分析了济钢连铸所使用的保护渣的理化性能，结合生产实际对保护渣物理性能进行研究，优化了各项性能指标，选择与应用了高碱度、低熔点、低粘度、低凝固温度的预熔空心颗粒保护渣，使铸坯一次合格率达到98%以上，消除了由此造成的漏钢事故，保证了生产的顺利进行。 

关键词：保护渣；物理性能；漏钢；粘度 

中图分类号：TF713.3　　 文献标识码：B 

Optimization and Application of Mould 

Casting Powder in Jigang

WANG Yu-xia

(The Technology Center of Jinan Iron and Steel Group, Jinan 250101, China) 

Abstract：The physical and chemical properties of mould casting powders are introduced. On the base of production practice, the analysis on physical property of protecting slag is carried out and each target is optimized. The pre melt empty corn grain protective slag with higher alkalinity, lower melting point, viscidity and freezing point is used, then the pass ratio of slab is increased to more than 98%, the accident of breaking out is avoided and the production is improved. 

Keywords：mould casting powder；physical property；breaking out；viscosity

高温连铸坯要实现热送或直接轧制，铸坯质量必须达到无缺陷坯生产水平，因此对结晶器保护渣提出了更高要求。 济南钢铁集团总公司（简称济钢）使用的各厂家保护渣性能有较大的差异，其不同的性能特点对连铸操作产生不同的影响。保护渣碱度低、转折温度低、玻璃化倾向好，对润滑有利，但铸坯容易出纵裂缺陷，铸坯一次合格率较低；而保护渣碱度高、转折温度高、结晶比例大，对减少铸坯裂纹有利，但恶化了结晶器润滑，易造成拉漏。因此，济钢在选择使用保护渣的过程中，经过了保护渣的性能优化、现场试验和推广应用等阶段，开发优选出了综合性能较好的全预熔空心颗粒保护渣，应用效果较好，铸坯一次合格率达到了98%以上，保证了连铸生产的稳定，满足了连铸坯热送、热轧的工艺要求。

1  生产概况

1.1 生产工艺

　　钢水由25t氧气顶吹转炉冶炼，出钢过程采用挡渣出钢，钢包内进行脱氧合金化，经钢包底吹氩、均匀成分和温度后，运送到连铸平台。吹氩前温度低于1630℃，钢水到达连铸平台连浇炉次温度1560～1575℃。

1.2　连铸机概况 

　　钢包钢水量41～44t，结晶器断面为200mm×1250mm，连铸机拉钢周期为19～23min，最小半径5.7m，冶金长度17.4m，采用多点连续矫直，二冷为汽水冷却，结晶器振幅为±3.5mm，振频f为（1+V）×50，正常拉速V0.8～1.2m/min，结晶器液面采用自动控制和手动控制，中间包温度1525～1555℃。

1.3  生产钢种的化学成分 

连铸机主要生产钢种为Q235和Q345、43A、A36、BC等。化学成分见表1。

表1 主要钢种化学成分 %

为了了解和掌握济钢使用的各种保护渣的性能特点及高温行为，以便有针对性地设计、选择和改进保护渣，满足济钢第一炼钢厂连铸生产需要，利用RDS-04全自动炉渣熔点熔速测定仪和粘度计等仪器，跟踪检测了济钢板坯连铸使用的保护渣理化性能指标。主要指标包括：化学成分、碱度、熔化温度、熔化温度区间、粘度、结晶温度、凝固温度和结晶率等。其中，熔化温度采用半球点法测定，试样熔化并降至3/4高度时为软化温度，降至2/4高度时为半球温度，降至1/4高度时为流动温度，半球温度即熔化温度。熔化温度区间为保护渣流动温度与软化温度之差。粘度计检测1300℃粘度，并测出保护渣粘度—温度曲线，粘度曲线出现拐点时的转折温度为保护渣的结晶温度。粘度达到10Pa.s时的温度为保护渣的凝固温度。将1300℃的熔渣倒入铸铁样模中，待试样冷却后观察保护渣的结晶率。保护渣理化性能指标见表2～4。

表2 保护渣化学成分 %

济钢使用连铸保护渣的发展过程：粉状保护渣→挤压颗粒保护渣→机混料空心颗粒保护渣→预熔料空心颗粒保护渣。济钢在1998年以前基本使用机混料A厂粉状保护渣和B厂粉状保护渣，1998～1999年使用了B厂机混料粉状保护渣、C厂挤压颗粒保护渣，2000～2001年使用了B厂、C厂的机混料空心颗粒保护渣、半预熔料空心颗粒保护渣、全预熔料空心颗粒保护渣，2002年全部使用了预熔料空心颗粒保护渣。近几年济钢使用的各厂保护渣的基本概况见表5。

表5 保护渣使用概况

A厂渣是以电厂灰为主要原料的粉状保护渣，为酸性渣，粘度高，凝固温度相对较低，渣条呈玻璃态，铸坯裂纹率较高，铸坯一次合格率在50%~70%，不适合浇铸裂纹敏感钢种。

以水泥熟料为主要原料的B厂G4-4粉状保护渣，碱度控制较高，熔化区间凝固范围较窄，转折温度和凝固温度较高，液渣凝固后全部为结晶体。由于该渣碱度高，熔点高，使用中渣条较多，有结团、分熔现象，铺展性较差，固态渣膜结晶层厚，润滑差，出现多次粘结漏钢，铸坯表面质量较好。

3.2  机混料颗粒保护渣

C厂挤压颗粒渣为机混料保护渣，酸性渣，混料均匀性较差，颗粒大且分布不均，保护渣在使用过程中存在熔化不均现象，铺展性比粉渣有所改善，铸坯质量比周村渣有所提高，铸坯一次合格率为75%~85%。该渣半球点温度偏高、熔速较慢，熔化性能需要进一步改善。以硅灰石为主要原料的B厂机混料空心颗粒保护渣CJB3-2为碱性渣，性能指标控制较为合适，改善了保护渣的熔化性和结晶器润滑，无粘结漏钢现象，铸坯质量较好，铸坯合格率达到95%以上。但该渣熔点偏高，仍有渣条、结团现象。

3.3 预熔料空心颗粒保护渣 

为满足生产需要，选择了预熔料保护渣，对保护渣理化性能指标进行了综合设计。指标要求：碱度1.10～1.35，半球点温度控制在1020～1070℃，粘度0.095～0.150Pa.s，结晶温度在1160～1190℃范围，凝固温度在1030～1130℃，凝固温度范围大于130℃，保证有较大比例的玻璃相，结晶率不大于60%。吨钢渣耗量0.6～0.75kg，具有三层结构，液渣层厚度达到8～15mm。

选择了C厂和B厂的预熔空心颗粒保护渣，用于济钢板坯连铸结晶器。现场应用表明：C厂和B厂预熔保护渣熔化均匀，铺展性良好，渣条、结团少，渣膜均匀，渣膜玻璃相比例大于结晶相比例，结晶器润滑得到了进一步改善，铸坯一次合格率达到98%以上，铸坯质量优于其它保护渣，因保护渣原因造成的漏钢事故基本消除，连铸生产稳定，保证了铸坯热送、热轧的工艺要求。

4  讨论与分析

4.1  对碱度的分析 

预熔料保护渣与机混料保护渣相比，具有高碱度、高玻璃化特点，碱度达到1.20～1.30时，结晶率只为10%～50%。而机混料保护渣碱度在1.10～1.14，渣膜结晶率明显提高，一般在70%～100%。渣膜结晶率过高影响了结晶器润滑，易造成粘结漏钢，同时碱度高易产生渣条，且熔化性能也不如预熔渣。浇铸中碳钢及裂纹敏感钢种时，保护渣应有较高的碱度，控制一定比例的结晶渣膜。

4.2  对熔化温度的分析 

预熔渣有较低的熔化温度、较宽的熔化区间和较低的软化温度。机混渣的熔化温度区间较窄，一般在50～90℃之间。适用于大断面结晶器。保护渣熔化温度直接影响结晶器弯月面处液渣的熔融状态，控制较低的熔化温度和较宽的熔化区间，保证了融渣有较好的性能稳定性，使结晶器上部铸坯凝固壳表面的渣膜处于粘滞流动状态，保持了结晶器充分的润滑。随着拉速的提高，熔化温度应适当降低，并使保护渣熔化区间大一些，否则会因熔点高而造成漏钢现象。

4.3  对粘度的分析 

为了保证连铸过程中获得足够的渣耗量、液渣层厚度和良好的润滑，不同的钢种、拉速应具有相应的粘度。一般认为，生产裂纹敏感钢种，粘度应控制高一些，η1300℃为0.05Pa.s，但采用具有高凝固温度或高结晶温度的预熔料保护渣，也能够减弱结晶器传热量，减少纵裂纹的发生。因此济钢连铸中碳钢时使用了较低粘度的保护渣，这样既改善润滑效果，又减少了裂纹的发生，且在低温快铸时不宜产生漏钢现象。

4.4  对结晶温度、凝固温度的分析

高碱度预熔料保护渣具有粘度低、结晶温度高、凝固温度低的特点。从预熔渣粘度曲线可见，一般粘度较低，粘度曲线出现拐点后曲线上升较缓慢，虽然结晶温度较高，但凝固温度较低。较高的碱度和结晶温度可以得到有一定比例的结晶渣膜，使渣膜热阻增加，控制结晶器传热，减少铸坯裂纹的发生；较低的粘度和凝固温度可以保证一定的渣耗量和液态渣膜在结晶器与铸坯间的充分润滑，减少因转折温度高、渣膜结晶比率大而造成的粘结拉漏。这种保护渣具有较好的热稳定性，适合浇铸裂纹敏感钢种。而C厂预熔试验渣的熔化温度、结晶温度和凝固温度设计过高，恶化了结晶器润滑，导致了结晶器漏钢。因此，保护渣性能指标控制在一定范围内，才能保证连铸生产的稳定正常，否则将造成生产和质量事故。

5　结论

5.1　结合济钢板坯连铸生产工艺及所浇铸钢种的成分特点，分析了保护渣的高温行为及作用，根据保护渣理化性能指标可以综合分析保护渣性能优劣，指导了现场对保护渣的选择，保证了连铸生产的稳定进行。

5.2　通过对济钢连铸保护渣的使用研究，设计了保护渣物理性能指标的最佳控制范围，开发出适合裂纹敏感钢种使用的高碱度、低粘度、低熔化温度、较宽的熔化温度区间、较高的结晶温度和较低凝固温度的预熔空心颗粒保护渣。

5.3　选择预熔料空心颗粒保护渣用于济钢板坯连铸结晶器，使用效果良好，熔化均匀，润滑状况良好，因保护渣造成的漏钢事故基本消除，铸坯一次合格率达到98%以上，满足了生产需要。