不同連鑄工藝及品種的保護渣技術特征2

1、3. 中碳鋼板坯連鑄保護渣 根據(jù)鋼水凝固特征，國際上通常將鋼中C0.090.25的鋼種稱為中碳鋼，而在我國，則將C 0.250.50的鋼種劃入中碳鋼之列，但不論怎樣劃分，中碳鋼在我國目前連鑄生產(chǎn)品種中所占比例最高，此外，不少中碳低合金鋼亦歸入此列。由于中碳鋼特殊的凝固特性，鑄坯表面容易產(chǎn)生縱裂紋、星狀裂紋等典型缺陷，針對這類問題，結(jié)晶器保護渣必須采取不同于低碳和超低碳鋼的特殊對策，才能保證無缺陷鑄坯的工業(yè)化生產(chǎn)。 3.1 裂紋敏感性包晶鋼板坯連鑄保護渣對于C=0.090.16%的鋼種，凝固過程中發(fā)生包晶反應，結(jié)晶器彎月面以下50mm區(qū)域初生坯殼收縮大，晶粒粗大（如圖24，圖25），初生坯殼生長

2、不均勻，易產(chǎn)生裂紋，這是包晶鋼裂紋敏感的主要原因。 為此，許多研究者通過模型計算和實驗檢測分析了結(jié)晶器 熱流量與鑄坯縱裂紋的關系，指出在彎月面下部45mm處，對于低碳鋼，當熱流密度超過2.8×106W/m2, 對于中碳鋼，當熱流密度超過1.7×106W/m2時，鑄坯表面裂紋指數(shù)急劇增大，鑄坯易出現(xiàn)表面縱裂紋（見圖26）。因此，在實際生產(chǎn)中一方面減弱結(jié)晶器水冷強度，另一方面主要通過采用結(jié)晶體狀態(tài)的保護渣。國內(nèi)外目前傾向于采用高堿度保護渣，通過：減少透明玻璃體達到減少輻射傳熱；結(jié)晶體內(nèi)的微孔和界面極大地削弱晶格振動，從而減弱傳導傳熱，達到減緩傳熱和減少裂紋的目的。但是，當保護渣

3、堿度過高，析晶溫度過高時易嚴重惡化鑄坯潤滑狀況，導致鑄坯粘結(jié)和漏鋼，連鑄生產(chǎn)被迫采用降低拉坯速度的技術路線，這使得連鑄機生產(chǎn)率和產(chǎn)能降低20%30%；如何協(xié)調(diào)好玻璃體和結(jié)晶體的比例，這在國內(nèi)外許多連鑄生產(chǎn)中都還沒有得到妥善解決。為了開發(fā)出對中碳鋼連鑄工藝適應性強的結(jié)晶器保護渣，必須針對上述問題，綜合分析保護渣主要組份對結(jié)晶性能和玻璃化特性的綜合影響情況，在此基礎上，才能設計保護渣配方。3.1.1 保護渣組成與結(jié)晶性能和玻璃化特性的基本關系為了弄清和明確保護渣組份對其結(jié)晶行為的影響規(guī)律，本研究首先采用化學純試劑配制渣樣（見表16），采用旋轉(zhuǎn)粘度計測試保護渣在1300下的粘度，并在降溫條件下測試保

4、護渣粘度溫度曲線關系。根據(jù)粘度溫度曲線，采用回歸方法確定保護渣冷卻過程中最大粘流活化能變化值maxDE及其對應的轉(zhuǎn)折溫度Tc, 測試粘度后的熔渣注入金屬模內(nèi)自然冷卻（所有渣樣重量和冷卻條件相同），冷凝后的渣樣用顯微鏡觀察其斷口形貌，測試結(jié)晶體和玻璃體比例，并用半球點法測試保護渣熔化溫度。表16 實驗研究用渣樣基本組成（重量比） 渣號 CaO SiO2CaF2Al2O3MgONa2OR(CaO/SiO2)No.133.842.275660.80No.2364075660.90No.2a3640105660.90No.2b3640135660.90No.2c3640165660.90No.2d36

5、40195660.90No.3383875661.00No.438.93775661.05No.539.136.975661.06No.639.336.775661.07No.739.836.275661.10No.841.4434.5675661.20 表16中各渣樣半球點熔化溫度為11121180，1300下的粘度為0.20.6 Pa.S, 該參數(shù)與許多實際生產(chǎn)中使用的保護渣的熔化溫度、粘度值相近， 說明在表16所示組成范圍內(nèi)，研究保護渣結(jié)晶性能，其結(jié)果對實際生產(chǎn)具有參考價值。 （1）連鑄保護渣玻璃化特性和結(jié)晶性能的概念填充于鑄坯坯殼與結(jié)晶器壁間隙內(nèi)的保護渣，主要作為拉坯過程的潤滑劑和鑄坯

6、向結(jié)晶器的傳熱介質(zhì)。為了充分發(fā)揮保護渣的潤滑功能以減低拉坯阻力, 除采用合理的結(jié)晶器振動參數(shù)，還要求與鑄坯接觸的渣膜處于液體狀態(tài)，通過液體潤滑以最大限度地減小鑄坯受到的摩擦力。這不僅要求保護渣在1300下具有較低的粘度，而且要求保護渣在冷凝過程中粘度變化緩慢，避免高熔點固相質(zhì)點析出而使粘度急劇升高。即希望保護渣粘度隨溫度的變化關系與玻璃的粘度隨溫度變化關系相似，這類保護渣冷凝后具有與玻璃相似的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。鑒于此，粘度溫度曲線關系特征和凝固渣樣中玻璃體比例， （a）玻璃化特性良好的保護渣(No.1) （b）結(jié)晶性能良好的保護渣(No.2d)圖27 保護渣粘度溫度關系曲線即保護渣的玻璃化特性，來表

7、征保護渣的潤滑能力。玻璃性好，意味著保護渣的潤滑功能強。如圖22所示，對不同渣樣的粘度溫度曲線用阿倫尼烏斯公式進行回歸，可得出粘流活化能變化最大值maxDE 及其對應的粘度溫度曲線轉(zhuǎn)折溫度Tc。利用maxDE和Tc及凝固渣樣中玻璃體比例可分析比較保護渣的玻璃化特性。 與玻璃化過程相反的結(jié)構(gòu)變化行為就是結(jié)晶或析出晶體。結(jié)晶性能是保護渣冷凝過程中析出晶體的能力，包括結(jié)晶溫度和結(jié)晶比例。因為通過保護渣渣膜的傳熱主要有輻射和導熱兩種方式，渣膜中結(jié)晶體比例增多，不僅透明度降低而減少輻射傳熱，而且結(jié)晶層由于溫度梯度而出現(xiàn)微裂紋，可進一步減少傳導傳熱。因此，通過提高保護渣的結(jié)晶性能，可控制或削弱結(jié)晶器內(nèi)初生

8、坯殼的凝固傳熱強度。這種功效有助于減少某些鋼種的鑄坯裂紋缺陷。顯然，通過提高結(jié)晶溫度雖可提高保護渣的結(jié)晶性能，但玻璃性能惡化，不利于高拉速下的鑄坯潤滑。只有協(xié)調(diào)好玻璃化特性和結(jié)晶性能之間的矛盾關系，才能滿足中碳鋼等裂紋敏感類鋼種的高速連鑄工藝對保護渣的基本要求。 （2）堿度對保護渣玻璃化特性和結(jié)晶性能的影響 根據(jù)化學成分的不同表述形式，通常將連鑄保護渣堿度分別表示為二元堿度和綜合堿度。從圖28可知，隨著堿度升高，保護渣冷凝過程中最大粘流活化能變化值不斷增大，表明保護渣玻璃化特性減弱，圖29結(jié)果進一步表明，保護渣冷凝后玻璃體減少，結(jié)晶率增大。當堿度R大于1.0，保護渣中開始析出晶體；二元堿度R達

9、到1.051.10，綜合堿度SR達到1.20時， 保護渣結(jié)晶率達到3060%，最大粘流活化能變化值升高趨勢減緩，說明在這種堿度值下保護渣已基本喪失玻璃化特性，從圖30可看出，當保護渣堿度大于1.10，保護渣粘度溫度曲線的轉(zhuǎn)折溫度超過1200，這將出現(xiàn)圖2(b)所示的現(xiàn)象，易導致液態(tài)渣膜急劇減薄，鑄坯得不到充分的潤滑，易發(fā)生漏鋼事故，這在國內(nèi)外的許多連鑄生產(chǎn)中已得到證實。因此，片面強調(diào)提高保護渣堿度以加強結(jié)晶能力而控制鑄坯凝固傳熱的方法并不可取。為協(xié)調(diào)保證鑄坯的潤滑和控制傳熱， (a) 堿度R=CaO/SiO2 (b) 綜合堿度 SR=CaO+(56/78)*CaF2/SiO2圖28 保護渣堿度

10、與最大粘流活化能變化值的關系 (a) 堿度R=CaO/SiO2 (b) 綜合堿度 SR=CaO+(56/78)*CaF2/SiO2 圖29 保護渣堿度與結(jié)晶率的關系圖30 堿度與保護渣粘度溫度曲線轉(zhuǎn)折溫度的關系在表16所示的組成范圍內(nèi)， 可將二元堿度R控制在0.91.05，綜合堿度控制在1.151.25的范圍內(nèi)，這種條件下保護渣粘度溫度曲線的轉(zhuǎn)折溫度約11301160，結(jié)晶體比例約3070%； 根據(jù)該結(jié)果，要求保護渣堿度變化范圍較窄，針對具體的連鑄工藝條件所，堿度值允許波動的范圍可能更窄，這就要求提高保護渣原材料的穩(wěn)定性和加強生產(chǎn)工藝的可控性。（3） CaF2對保護渣玻璃化特性和結(jié)晶性能的影響

11、 在二元堿度R為0.9的No.2渣樣基礎上，分別外加不同含量的CaF2，測試結(jié)果表明，隨CaF2含量增加，保護渣最大粘流活化能變化值增大（見圖31），玻璃化特性減弱。當CaF2含量大于13%，渣樣冷凝過程中析出晶體（見圖32），當CaF2含量超過15%，粘度溫度曲線轉(zhuǎn)折溫度超過1200。因此，在No.2渣樣的組成條件下，為了協(xié)調(diào)保護渣玻璃化特圖31 CaF2含量與保護渣最大粘流活化能變化值的關系 圖32 CaF2含量與保護渣結(jié)晶率的關系 圖33 CaF2含量與轉(zhuǎn)折溫度的關系性和結(jié)晶性能，CaF2含量只能在1315%這一較窄的區(qū)間內(nèi)進行調(diào)節(jié)。 CaF2含量過高，不僅使Tc超過1200而導致保護渣

12、喪失潤滑功能，而且在結(jié)晶器鋼液面上熔渣層對水口的侵蝕加劇，不利于多爐連澆和連鑄生產(chǎn)的順行。(4) 特殊組份對保護渣玻璃化特性和結(jié)晶性能的影響 從前述實驗結(jié)果可知, 僅調(diào)節(jié)保護渣堿度和CaF2含量, 還不能充分協(xié)調(diào)保護渣玻璃化特性和結(jié)晶性能之間的矛盾以有效發(fā)揮保護渣的潤滑和控制傳熱功能。隨著堿度升高和CaF2含量增加, 保護渣結(jié)晶性能增強, 玻璃化特性惡化，因此，堿度和CaF2含量只能在一較窄的范圍內(nèi)折中調(diào)節(jié)，這種限制無疑給保護渣的成分控制和生產(chǎn)增加了難度。為解決上述弊端，只有在增加保護渣結(jié)晶率的同時降低析晶溫度和轉(zhuǎn)折溫度，才能在保證潤滑的前提下加強對鑄坯凝固傳熱的控制。 根據(jù)協(xié)調(diào)保護渣玻璃化特

13、性和結(jié)晶性能的上述要求，采用合成方法制得了特殊組分（簡稱comp）。 隨組分comp含量的增加，保護渣結(jié)晶體比例增加， 粘度溫度曲線的轉(zhuǎn)折溫度降低（見圖34和圖35）， 當comp含量超過4后， 結(jié)晶體比例的增加趨勢和轉(zhuǎn)折溫度Tc的降低趨勢均趨于平緩，由于該組分價格較高， 實際應用中可控制保護渣中comp含量為24。圖34 com含量與保護渣結(jié)晶率的關系 圖35 com含量與轉(zhuǎn)折溫度的關系3.1.2 保護渣組成與傳熱特性的關系 為了通過保護渣有效控制中碳鋼凝固過程中的冷卻強度，不僅要了解渣樣組成與結(jié)晶性能和玻璃化特性的關系，還應綜合考慮組成與渣膜傳熱特性的作用規(guī)律，才能正確地設計這類鋼種的保護

14、渣。 由于測試保護渣凝固過程中傳熱特性這一工作在國內(nèi)其他單位尚無先例，無現(xiàn)成方法和設備裝置，因此，本項目結(jié)合重慶大學進行的一些前期工作，采用圖36所示裝置檢測保護渣冷凝過程中的導溫系數(shù)，在此基礎上，分析和協(xié)調(diào)保護渣組份與傳熱特性的關系。 圖 36 保護渣導溫系數(shù)測定裝置示意圖實驗研究除考查了前述堿度、CaF2、comp組份對傳熱的影響情況外，還進一步分析了TiO2、SiC、CaSi這些外加組份對導溫系數(shù)的作用規(guī)律。圖37和圖38表明，在6501000溫度范圍內(nèi)，增加堿度和CaF2均使渣膜導溫系數(shù)緩慢降低，對渣樣作礦相分析發(fā)現(xiàn)，在堿度和CaF2含量較高時，渣膜中析出Ca4F2Si2O7 Ca2S

15、iO2F2晶體，結(jié)晶態(tài)渣膜在減弱熱傳導方面發(fā)揮了重要作用。但如前所述，過高的CaF2含量會使析晶溫度急劇升高，惡化鑄坯潤滑條件。而綜合分析圖34、圖35和圖39可發(fā)現(xiàn)，在增加合成組份comp的情況下，渣膜潤滑特性在得到改善的條件下，導溫系數(shù)不僅沒有增加，反而大幅度減小，說明采用合成組份comp使渣膜潤滑與傳熱功能得到較好的協(xié)調(diào)。顯然這種模式在裂紋敏感性包晶鋼保護渣中具有極大的應用價值。研究還發(fā)現(xiàn)TiO2、SiC只有在促進渣膜析晶能力的情況下才能減緩結(jié)晶器內(nèi)的傳熱，CaSi與氧化性組份反應放熱也可減弱渣膜的傳熱能力，但其相關機理和控制模式尚需進一步研究。3.1.3 保護渣的工業(yè)性試驗根據(jù)實驗室研

16、究結(jié)果，采用不同保護渣澆鑄Q215、Q235，A船、B船、D船等C含量在0.080.22的鋼種(化學成分見表17)，跟蹤調(diào)查，在連鑄工藝條件基本一致的情況下，統(tǒng)計和分析鑄坯表面清理情況與保護渣特性的關系，發(fā)現(xiàn)鑄坯表面縱裂紋指數(shù)與保護渣析晶比例之間呈現(xiàn)圖40所示規(guī)律，當保護渣析晶比例大于60%，鑄坯表面縱裂紋大幅度減少，在析晶比例大于80% 后，長度超過150200mm的表面縱裂紋基本消除，部分微小裂紋與澆鑄操作和鑄機設備狀況相關。但是，當采用以提高析晶溫度來提高析晶比例的傳統(tǒng)方法時，為維持70 以上的析晶比例，析晶溫度往往超過1190，澆鑄過程中結(jié)晶器內(nèi)粘結(jié)現(xiàn)象頻繁發(fā)生，易誘發(fā)漏鋼事故。將析晶

17、溫度控制在11401170，析晶比例在8595 范圍內(nèi)時，可獲得良好的鑄坯質(zhì)量和順行的澆鑄工藝。經(jīng)過初試、中試，確定出表18所列的LMBB-1保護渣作為擴大試驗用渣，達到了較好水平。但由于鋼水條件較差易導致澆鑄操作不穩(wěn)定，鑄機設備狀況不佳等因素，對于上述裂紋敏感性包晶鋼，要生產(chǎn)無缺陷鑄坯還需從工藝和設備方面作進一步改進提高。另一方面，從表18可看出，LMBB-1各成分允許波動范圍比前述低碳鋼和超低碳鋼保護渣成分波動范圍小得多，這就要求嚴格控制保護渣生產(chǎn)工藝，提高保護渣生產(chǎn)設備的裝備和監(jiān)控水平。表17 裂紋敏感性包晶鋼典型鋼種化學成分鋼號CSiMnPSAltAsQ2150.09-0.150.12

18、-0.300.25-0.550.0450.045Q2350.14-0.220.12-0.300.30-0.650.0450.045A0.08-0.160.10-0.350.60-0.900.0300.030B0.08-0.160.10-0.350.60-0.900.0300.0300.02-0.07D0.08-0.160.10-0.350.60-0.900.0250.0250.02-0.07圖40 保護渣析晶比例對鑄坯表面裂紋缺陷的影響表18 裂紋敏感性包晶鋼板坯連鑄 保護渣生產(chǎn)試驗用渣性能范圍試樣號LMBB-1CaO36.5037.85化學成分SiO232.0033.27Al2O35.00F

19、e2O33.00MgO36comp3.54.50F3.005.00Na2O+K2O8.509.50C固7.08.5理化性能CaO/SiO21.101.18T半，10901135h1300, Pa.S0.180.26Rc, %8595R1250，S5570渣 型混合型空心顆粒3.2 中碳低合金鋼板坯連鑄保護渣中碳鋼微合金化可大幅度提高其強度和韌性等物理力學性能，增加品種和拓寬鋼材的應用范圍。但是，在鋼液凝固過程中，不同的合金元素其固溶或析出行為不一樣，對鑄坯的高溫力學性能特別是與發(fā)生裂紋缺陷的強度、 塑性等性能都有不同程度的影響。通常情況下，根據(jù)產(chǎn)品用途可將板坯連鑄生產(chǎn)的中碳低合金鋼分為高強度低

20、合金鋼和中高碳低合金鋼兩類。本研究所涉及的鋼種主要是：a 高強度低合金鋼 C含量0.130.25, 外加Mn, V, Nb, Ti, Al, Mo 等鋼種，如16Mn，16MnR, HP295, 20g(鍋)，X52，X60等，凝固坯殼高溫塑性低，在冷卻強度過大、冷卻不均勻的情況下熱應力大、或初生坯殼受到的外在摩擦阻力大，容易產(chǎn)生晶間裂紋，在后續(xù)軋制工序中，若壓下量較小，裂紋不能焊合，在鋼板上易形成龜裂（拉裂）。這種缺陷在生產(chǎn)中厚板時更容易出現(xiàn)。解決這類缺陷的有效手段之一是采用Ni渡層結(jié)晶器。但保護渣的正確選用亦不可忽視。這類鋼種保護渣的主要任務在于保證潤滑、適當降低傳熱強度。若采用低碳鋼類的

21、低堿度保護渣，結(jié)晶器熱流密度偏大，鑄坯上容易出現(xiàn)縱裂紋（其長度較包晶鋼鑄坯縱裂紋短），而采用澆鑄包晶鋼的高析晶率的保護渣，由于在結(jié)晶器下部渣膜破裂，連續(xù)性差，造成不均勻傳熱加劇，微裂紋加重。因此，這類鋼種的保護渣析晶溫度較低，一般低于1130, 析晶體比例在小于40%, 由此保證鑄坯的潤滑，同時通過提高保護渣熔化溫度和粘度，增加渣膜厚度達到減弱傳熱的功用。b 中高碳（C=0.250.45%）低合金鋼 C=0.250.45%的鋼種，在歐美等國將其歸入高碳鋼類，我國稱其為中碳鋼，一方面，這類鋼種脆性區(qū)較寬，在二冷不合適的情況下本身易產(chǎn)生皮下微裂紋，另一方面，當加入Cr、Mo、V、Nb、Ti、Al、

22、N等微合金元素后，析出強化相, 如15MnVN, 40Cr, 30CrMoV, 2Cr13，使得微裂紋加劇。保護渣的主要任務也是適當控制傳熱和保證鑄坯潤滑，在這兩項功能上，其技術特征與高強度低合金鋼保護渣的特征相似，但是，這類鋼種合金元素含量較高，保護渣還應具有較強的吸收夾雜的能力。以16MnR為代表，采用表19中的各種保護渣進行對比試驗，統(tǒng)計鑄坯表面縱裂紋清理情況和鋼板軋制后微裂紋引起的報廢情況，結(jié)果見圖41。其中，No.ZDHB1是16MnR原用生產(chǎn)渣，結(jié)晶器內(nèi)壁未進行鍍Ni處理，雖然通過該渣較高的堿度和析晶能力抑制了鑄坯表面縱裂紋的發(fā)生，但從1999年初到2000 年3月，國內(nèi)許多生產(chǎn)中

23、厚板的連鑄廠家，由于使用No.ZDHB1（已將保護渣供應商提供的產(chǎn)品標號替代為No.ZDHB1），軋材鋼板由于微裂紋造成的報廢率高達2030%.表19 中碳低合金鋼板坯連鑄保護渣試驗渣組成及性能No.ZDHB1No.ZDHB2No.ZDHB3No.ZDHB4CaO41.1842.4730.0430.97SiO236.4838.2431.8234.04Al2O31.501.500.210.18Fe2O30.540.540.000MgO5.625.624.353.48F4.505.402.254.05Na2O+K2O8.809.904.406.05C/8.438.438.43CaO/SiO21.1

24、31.110.940.91T半, 11331115116411281300，P1.452.043.042.85Rc，%9545.600統(tǒng)計澆鋼量，T15473438420447結(jié)晶器內(nèi)壁鍍Ni沒有有圖41 保護渣對16MnR鑄坯表面縱裂紋與鋼板微裂紋廢品率的影響針對上述問題，采用鍍Ni結(jié)晶器，并試驗了No.ZDHB2No.ZDHB4保護渣，從圖41看出，隨保護渣堿度降低，析晶比例Rc逐漸趨于0，即保護渣玻璃化特性得到改善，軋材鋼板微裂紋明顯減少，No.ZDHB3 、No.ZDHB 4生產(chǎn)的鑄坯軋材后由微裂紋引起的報廢率低于0.2，但由于No.ZDHB 4堿度過低，鑄坯表面縱裂縱裂增加，因此，從

25、綜合協(xié)調(diào)傳熱和潤滑的角度來看，No.ZDHB3更適宜用作16Mn 系列等中碳低合金高強度鋼的保護渣。根據(jù)上述結(jié)果，在重鋼等鋼廠進行了工業(yè)試驗，試驗渣由重慶志達實業(yè)有限公司生產(chǎn)。鑄坯斷面分別為240×1400mm、200×1200mm、170×1000mm，拉坯速度為0.71.2m/min，保護渣組成及性能見表20。從2000年7月開始， ZDHB1已用于重鋼工業(yè)化大生產(chǎn)之中，為重鋼連鑄生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)順行提供了重要保障。表20 中碳低合金鋼板坯連鑄保護渣工業(yè)性試驗用渣組成及性能ZDHB1CaO2832SiO23034Al2O35Fe2O33MgO36F24Na2O+K2O

26、36C固79CaO/SiO20.95±0.02T半, 1160±151300，Pa.s0.30±0.05Rc，%04. 稀土處理鋼板坯連鑄保護渣在生產(chǎn)耐候集裝箱、焊瓶鋼、管線鋼等許多高強度低合金鋼時，都通過結(jié)晶器喂絲的方法向鋼中添加稀土元素。金屬稀土及其氧化物對熔渣性能都有較大影響。在連鑄09CuPTiRE等稀土處理鋼時,鑄坯表面裂紋很多, 常發(fā)生拉漏事故。研究結(jié)果表明堿度大于0.85時，稀土氧化物量的增加使熔化溫度、粘度升高，且稀土氧化物在渣中的熔解度較?。粔A度小于0.8時稀土氧化物量的增加使熔化溫度、粘度降低，其在渣中的熔解度較大。在澆鑄HP295等稀土處理鋼

27、時，由于鋼種表面縱裂紋敏感性較弱，可采用較低的保護渣堿度CaO/SiO2， 稀土氧化物RexOy在3-10%含量范圍內(nèi)有一定助熔作用, 隨RexOy含量增加，保護渣粘度降低，熔化溫度變化不大，因此，針對這種情況可適當提高保護渣熔點和粘度，削弱保護渣粘度降低造成的鑄坯質(zhì)量問題。但是，大部分連鑄稀土處理鋼，其C含量處于0.090.16%的亞包晶區(qū)域，鑄坯裂紋敏感性強，為減少鑄坯裂紋采用高堿度（CaO/SiO2大于1.10）保護渣時，渣中RexOy含量增加, 保護渣結(jié)晶溫度急劇升高，是導致粘結(jié)性漏鋼的主要原因。為了協(xié)調(diào)這種矛盾，一方面必須加強連鑄操作技術管理，減少稀土處理鋼中的Al2O3等脫氧產(chǎn)物含

28、量，避免液面翻動和泛紅造成大量稀土絲氧化進入熔渣，盡量減少進入保護渣的稀土氧化物；另一方面必須開發(fā)出具有結(jié)晶體比例較高和開始結(jié)晶溫度較低的保護渣。采用Li2O等低熔點堿性組分或?qū)υみM行著色處理可收到較好的效果。重慶大學開發(fā)的ZTXB-1保護渣（見表21），在重鋼澆鑄09CuPTiRe、12CrMoV、15CrMoR等鋼種，收到了較好的效果，已投入工業(yè)化應用。表21 09CuPTiRe鋼板坯連鑄保護渣組成及性能ZTXB1CaO3638SiO23436Al2O35Fe2O33MgO24F24Na2O+K2O36Li2O0.51.5C固79CaO/SiO21.05±0.02T半, 112

29、0±151300，Pa.s0.25±0.05Rc，%8090但是，有關稀土鋼連鑄保護渣的研究還不完善，特別是在高析晶度的前提下，如何提高稀土氧化物在熔渣中的飽和溶解度和均勻分布程度等內(nèi)容，還需進行深入的探索工作。5. 普碳鋼方坯連鑄保護渣Q235、20MnSi是小方坯連鑄生產(chǎn)最多的品種，其連鑄保護渣技術比較成熟，本文不再贅述。此處僅針對國內(nèi)許多廠家利用方坯鑄機，在高效化的同時開發(fā)附加值較高的品種時，所遇到的相關保護渣問題作簡要探討。5.1 低碳焊條焊絲鋼連鑄保護渣特點 低碳焊條焊絲鋼組成特點： 1）C含量低，P, S等元素偏析小，初生坯殼強度高，鑄坯振痕較深，易出現(xiàn)凹坑缺陷

30、； 2）酸溶Al含量低（Al含量高對焊接性能不利），鋼中O含量較高，易出現(xiàn)皮下氣孔或針孔； 3）鋼中O含量較高，鋼渣界面張力小，鋼渣分離困難，易出現(xiàn)表面和皮下夾雜。 因此，要求： 1）保護渣保溫性好，以利于提高彎月面處的溫度，促進鋼渣分離，減少鑄坯夾雜缺陷（使用空心顆粒保護渣有利于提高保溫性）。 2）保護渣熔化溫度不能過低，否則易出現(xiàn)凹坑缺陷，在澆注120×120150×150的小方坯，拉速為1.53.5m/min的條件下，保護渣熔化溫度為11301170； 3）保護渣水分含量低，甚至可加入部分還原材料，以減少或避免皮下針孔； 4）中間包采用覆蓋渣+碳化稻殼覆蓋劑，避免碳化

31、稻殼與鋼水直接接觸引起鋼水增碳。 5）應注意結(jié)晶器內(nèi)水口對中，避免液面嚴重翻卷，穩(wěn)定結(jié)晶器液面和拉坯速度。5.2 高碳鋼方坯連鑄保護渣特點如U71Mn, PD3, 70, 80B, 82B，這類鋼種鋼水凝固過程中P, S偏析較大，由于這些組分特點，連鑄過程中易出現(xiàn)下列問題： 由于P, S偏析，初生坯殼強度低，在鋼水靜壓力作用下坯殼和結(jié)晶器接觸緊密, 拉坯過程中坯殼受到的摩擦阻力大，坯殼易與結(jié)晶器壁粘結(jié)，導致粘結(jié)漏鋼； 坯殼與結(jié)晶器壁接觸良好，傳熱能力強，坯殼生長較快且相對均勻，初生坯殼出現(xiàn)裂紋的幾率較小，但坯殼之間重接能力差，在坯殼連接處容易發(fā)生拉脫甚至漏鋼； 凝固過程中柱狀晶發(fā)達，鑄坯中心區(qū)

32、域C, P, S等偏析嚴重，造成鑄坯內(nèi)部組織成分偏析、疏松嚴重； 凝固組織基體中易出現(xiàn)馬氏體，若冷卻強度過大易出現(xiàn)內(nèi)裂； 鑄坯低溫強度高、韌性及變形能力差，易出現(xiàn)矯直裂紋和發(fā)生矯直斷裂，應控制鑄坯矯直溫度。因此，在澆鑄高碳鋼時，為保證連鑄工藝順行，除合理控制結(jié)晶器振動參數(shù)外，還應注意結(jié)晶器內(nèi)水口對中，避免液面嚴重翻卷，穩(wěn)定結(jié)晶器液面和拉坯速度。方坯連鑄流數(shù)較多，由于中間包底部變形等因素，常造成中包澆口與結(jié)晶器不對中，插入結(jié)晶器的水口歪斜，導致坯殼生長不均勻，局部受到鋼流沖刷，易出現(xiàn)坯殼變形和漏鋼。 在采用分段式水口的情況下，上下水口接縫處應注意密封，否則大量空氣吸入，易造成液面翻卷，不僅嚴重干

33、擾液態(tài)保護渣的均勻流入，造成鑄坯潤滑不良而發(fā)生漏鋼，而且卷渣嚴重，鑄坯表面和皮下夾渣較多，在高線軋制生產(chǎn)中斷線頻率增加。另外，在拉坯速度變化和結(jié)晶器液面波動較大的情況下，鑄坯表面接痕增多，接痕谷部易出現(xiàn)裂紋，該因素亦是造成高線軋制生產(chǎn)中斷線頻繁的重要原因。而對于澆注軸承鋼、鋼軌鋼等品種，避免不合理的結(jié)晶器流場引起鑄坯夾渣的意義還不僅在于保證工藝順行，更重要的作用在于保證產(chǎn)品質(zhì)量及其穩(wěn)定性。在穩(wěn)定上述設備及操作條件下，最關鍵的問題就是通過保護渣促進鑄坯的潤滑，減小拉坯阻力。 針對不同鋼種的大方坯和小方坯連鑄工藝，德國喬治瑪利公司對連鑄保護渣性能進行系統(tǒng)試驗和優(yōu)選。 在表22所列鋼種和連鑄工藝條件

34、下，對比分析了各種國產(chǎn)商用保護渣和試驗渣（組成性能見表23）的使用效果。表22 方坯連鑄高碳鋼成分鋼號CSiMnPS鑄坯斷面mm鑄機流數(shù)拉坯速度m/min75#0.740.780.170.370.50.8£0.035£0.035150×15041.82.582B0.790.860.150.350.60.9£0.030£0.030表23 高碳鋼方坯連鑄試驗用保護渣組成及性能No.1No.2No.3No.4No.5No.6No.7CaO31.5232.0233.5534.9132.9329.6429.21SiO231.3230.2529.7229.

35、6234.3134.0632.81Al2O33.984.655.034.572.452.142.90Fe2O31.641.901.731.311.341.671.84MgO1.192.071.711.471.214.874.61F2.873.402.852.532.822.562.25Na2O+K2O6.286.555.546.946.026.175.60C15.1617.9515.1812.0611.4212.3411.71B2O32.72Li2O0.64CaO/SiO21.011.061.131.180.960.870.89T半, 11581146118312141151114211381

36、300，P5.623.846.257.654.534.453.24Rc，%0066.4100000渣型實心顆?？招念w粒實心顆粒空心顆?？招念w?？招念w?？招念w粒備注國產(chǎn)商用渣試驗渣表24 高碳鋼連鑄坯表面質(zhì)量調(diào)查結(jié)果渣號澆鋼爐數(shù), 爐鑄坯重量, T鑄坯定尺, m抽檢鑄坯,支合格鑄坯,支鑄坯原始合格率鑄坯主要缺陷類型No.1128951042138591.45夾渣，少量角裂No.21410531058452890.41夾渣，少量角裂No.31511201045639887.28夾渣，少量角裂No.486081032026883.75夾渣，少量角裂No.585981028026092.87夾渣，少量

37、角裂No.64533641054852996.53角裂No.72619721052550796.57角裂 注：鑄坯原始合格率的確定方法為：人工觀察切割后的鑄坯內(nèi)弧表面情況，未發(fā)現(xiàn)缺陷 的鑄坯為合格鑄坯，鑄坯原始合格率=（抽檢鑄坯總支數(shù)缺陷鑄坯支數(shù)）/抽檢鑄 坯總支數(shù)×100%. 從表24數(shù)據(jù)可知，No.2, No.3, No.4澆注的鑄坯表面質(zhì)量較差，這三個保護渣在結(jié)晶器內(nèi)的行為均表現(xiàn)出渣條較多，而且硬度高，在結(jié)晶器液面波動較大的情況下，鑄坯表面出現(xiàn)大量嵌渣，并且No.4保護渣使用過程中漏鋼率最高達2.1%，這些現(xiàn)象均與保護渣堿度、粘度和熔化溫度過高、鑄坯潤滑不良有關。No.1和No

38、.5在澆注過程中雖然渣條較少， 但當鋼液面降低時，結(jié)晶器壁上的渣膜不易脫落，因此鑄坯表面仍有部分夾渣缺陷。No.6和No.7保護渣熔化均勻性好，一方面堿度較低有利于形成潤滑能力較強的玻璃體渣膜，另一方面保護渣中含有MgO和其它熔劑，有利于穩(wěn)定熔渣性能，因此，鑄坯表面質(zhì)量較好。在鑄機提速條件下，No.7保護渣已在2.83.4m/min的工作拉速下正常使用。綜合前述情況，可歸納出高碳鋼方坯連鑄結(jié)晶器保護渣的主要特點：a. 保護渣玻璃化特性好，堿度較低，一般CaO/SiO2£1.0;b. 保護渣熔化溫度不能太高，在澆注120×120150×150斷面的鑄坯時，保護渣半球

39、點熔化溫度一般取值在11001160之間；c. 為保證鑄坯的潤滑，保護渣消耗量不能太低，在澆注120×120150×150的小方坯，拉速為1.53.0m/min的條件下，消耗量一般為0.450.65Kg/T 鋼，熔渣層厚度510mm, 保護渣1300下的粘度35泊；不能片面追求減少水口渣線侵蝕而提高保護渣粘度；d. 渣條（圈）少，避免形成硬渣條，以減少卷渣和嵌渣的危險性。5.3 20管鋼連鑄保護渣特點生產(chǎn)20管鋼加Al量較高，在許多冶煉爐和精煉設備容量較小的情況下，鋼水中夾雜較多，在保護渣澆鑄效果不佳的條件下，Al2O3和AlN夾雜進一步增加，它們使得鑄坯在穿管工序中產(chǎn)生細

40、小的縱裂紋（俗稱發(fā)紋）。這種缺陷在鑄坯上表現(xiàn)為皮下微裂紋，當鑄坯在一冷、二冷中冷卻強度過大、冷卻不均勻時，或在結(jié)晶器內(nèi)拉坯摩擦力較大時，微裂紋缺陷加劇。因此，澆鑄這類鋼種時，要求保護渣對鑄坯既要有較好的潤滑特性，又要適當控制其較低的傳熱強度。由于方坯斷面較小，潤滑與傳熱的矛盾沒有板坯連鑄Q215等鋼種時那么尖銳。通常，將20管方坯連鑄保護渣（見表25）堿度（CaO/SiO2）控制在1.0±0.03范圍內(nèi)、取較高的熔化溫度和粘度，有利于減少微裂紋的發(fā)生。表25 20管方坯連鑄保護渣組成及性能ZTF1CaO3842SiO23842Al2O35Fe2O33MgO47F24Na2O+K2O4

41、6C固1216CaO/SiO21.00±0.03T半, 1150±151300，Pa.s0.45±0.05Rc，%06. 合金鋼和特殊鋼方坯連鑄保護渣方坯連鑄生產(chǎn)的合金鋼和特殊鋼種類繁多，此處主要討論其成分或氧化產(chǎn)物對保護渣物性影響較大的鋼種。而象GCr15，雖然是一類重要的合金鋼（軸承鋼），但從保護渣設置的角度來看，可將其并入高碳鋼之中。6.1 高鋁鋼方坯連鑄保護渣典型的高鋁鋼如E2鋼（見表26），它是一種耐氯離子腐蝕能力強、廣泛應用于化工行業(yè)的鋼種，鋼中 Al高達1.351.80，澆鑄前后保護渣中SiO2和Al2O3含量發(fā)生大幅度變化（見表27），由于渣中（S

42、iO2）被Al還原而減少，若保護渣組成設計不當，則會在結(jié)晶器內(nèi)析出大量高熔點物（如鈣鋁黃長石2CaO·Al2O3·SiO2, 熔點1596；槍晶石3CaO·2SiO2 ·CaF2, 熔點1450；霞石Na2O·Al2O3·SiO2 , 熔點1526），這些析出物在鋼渣界面和結(jié)晶器內(nèi)鑄坯表面的渣膜中以固相質(zhì)點出現(xiàn)，嵌入初生坯殼形成“麻點”狀夾雜/夾渣，增大拉坯阻力導致拉裂和漏鋼。表26 E2鋼化學成分組份CMnSiSPCrNiMoCuAls含量，0.07-0.10.25-0.41.3-1.450.0350.0352.5-2.750.4-

43、0.60.4-0.60.35-0.61.35-1.8 表27 澆鑄E2鋼的保護渣使用前后典型成分變化情況成分CaOSiO2Al2O3FCaO/SiO2使用前31.6727.775.519.101.16使用后32.4123.2222.901.39 為保證保護渣具有較強的吸收夾雜能力，宜采用高堿度高玻璃化連鑄保護渣理論控制保護渣組成，該理論認為：（1） 采用“多組分，各組分含量相當”的配渣原則，通過多組分混合效應、逆性玻璃效應和兩性氧化物轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡形成體，促進高堿度高玻璃化保護渣熔體的生成；（2） 在高堿度高玻璃化熔渣多組分的條件下，CaO/SiO2表示的堿度已不能全面反映熔渣的堿性特征，這類熔渣

44、的堿度可由下式表示： F=%mol(Li2O+Na2O+3B2O3+ZnO+2CaF2+3Al2O3+2TiO2+CaO+BaO+MgO+ 2SiO2)/%mol(2B2O3+2Al2O3+SiO2+TiO2) 高堿度高玻璃化熔渣的堿度F3，熔渣在與結(jié)晶器壁側(cè)冷卻條件相似的情況下冷凝后其礦相組織中玻璃體比例大于90%；其典型實例是SiO2含量為5%wt的渣樣（見表28）。表28 高堿度高玻璃化熔渣的組成(%wt)性能特征Na2OB2O3MnOZnOCaF2Al2O3TiO2CaOSrOMgOSiO2F堿度玻璃體比例,%T半1300Pa·S10101010107.57.51010105

45、2.03.53949900.109 （3）高堿度高玻璃化熔渣的結(jié)構(gòu)處于環(huán)狀、群狀和島狀硅酸鹽范疇，可大量吸收夾雜物，Al2O3、TiO2夾雜物進入熔渣中可起到“造鏈”作用，參與熔渣網(wǎng)絡的形成，熔渣結(jié)構(gòu)向鏈狀、層狀和架狀硅酸鹽轉(zhuǎn)化，玻璃性得到改善。運用于生產(chǎn)實際的高鋁鋼連鑄保護渣典型成分及性能見表29，在采用分段式水口的情況下，鑄坯表面原始合格率達到95.65%，若采用整體水口，減少鋼水氧化，還可進一步提高鑄坯質(zhì)量。表29 E2鋼保護渣組成及性能CaOSiO2Al2O3MgOFe2O3BaOSrOB2O3Na2O+K2OC固CaO/SiO2T半，1300，Pa.S30-3426-303.01-3

46、3.09-113-59-117-103.0-5.01.1±0.05950±200.2±0.056.2 含鈦不銹鋼和齒輪鋼 6.3 含硫易切鋼 含 硫 易 切 鋼 中 S 高 達0.250.35%，O 高 達200300ppm， 結(jié) 晶 器 彎 月 面 處S、O 含 量 比 上 述 平 均 含 量 更 高。 由 于 鋼 水 成 分 的 這 一 特 殊 性， 對 連 鑄 工 藝 和 相 關 技 術 都 提 出 了 新 要 求。 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中， 除 控 制 合 理 的 鋼 水 成 分、 溫 度 制 度 和 鑄 坯 冷 卻 制 度 外， 提 高 耐 材 質(zhì) 量 和

47、開 發(fā) 專 用 的 結(jié) 晶 器 保 護 渣 也 是 開 發(fā) 含 硫 易 切 鋼 連 鑄 技 術 的 重 要 環(huán) 節(jié)。 合 適 的 含 硫 易 切 鋼 連 鑄 保 護 渣 應 消 除 彎 月 面 處 S、O 引 起 的 結(jié) 晶 器 液 面 渣 團 和 鑄 坯 表 面 及 皮 下 裂 紋 和 氣 孔， 最 終 獲 得 優(yōu) 質(zhì) 鑄 坯。為 實 現(xiàn) 這 一 目 標， 通 過 實 驗 室 和 生 產(chǎn) 實 驗 研 究， 對 含 硫 易 切 鋼 連 鑄 保 護 渣 進 行 了 以下的初 步 探 索。（1）結(jié) 晶 器 內(nèi) 鋼 ¾¾ 渣 界 面 特 征 連 鑄 結(jié) 晶 器 內(nèi) 保 護 渣 與

48、 鋼 液 作 用， 鋼 ¾¾ 渣 界 面 特 性 對 鑄 坯 表 面 質(zhì) 量 有 著 重 要 影 響， 在 結(jié) 晶 器 彎 月 面 處 鋼 ¾¾ 渣 界 面 張 力 可 表 示 為： sm-s=sm - sscosq (1) 式 中：sm-s ¾鋼 渣 界 面 的 張 力, dyn/cm; sm ¾ 鋼 的 表 面 張 力 , dyn/cm; ss ¾ 熔 渣 表 面 張 力 , dyn/cm; q ¾ 鋼 渣 潤 濕 角. 結(jié) 晶 器 內(nèi) 鋼 液 彎 月 面 半 徑 g 為： g5.43×10-2sm-

49、s / (rm-rs)0.5 （2） 式 中：g ¾彎 月 面 半 徑，cm rm、rs¾ 分 別 為 鋼、 渣 密 度 ，g/cm3 由 于S、O 是 鋼 中 表 面 活 性 元 素， 根 據(jù) 計 算 可 知， 含 硫 易 切 鋼 鋼 液 表 面 覆 蓋 著 一 層FeS 、FeO， 從 文 獻數(shù) 據(jù) 和 方 法 可 得 知 表1 所 示 的 含 硫 易 切 鋼1500 時 的 表 面 張 力sm»860dyn/cm, 而20 鋼 表 面 張 力 則 為1358dym/cm。 表1 含 硫 易 切 鋼 的 化 學 成 分 （wt 組 元CSiMnPSO 含 量0

50、.080.15£0.150.81.200.040.090.250.35200-300ppm 為 模 擬 保 護 渣 與 硫 化 物 作 用 后 的 界 面 特 性， 本 文 在 實 驗 室 向 表2 所 示 成 分 的 保 護 渣 中 外 加FeS， 用 氣 泡 最 大 壓 力 法 測 定 熔 渣 表 面 張 力（ 結(jié) 果 見 表3）， 表3 還 列 出 了 用No.1、No.3 渣 澆 鑄 含 硫 易 切 鋼 后 結(jié) 晶 器 渣 圈 樣 的 表 面 張 力。 表2 第 一 輪 實 驗 研 究 用 保 護 渣 化 學 成 分（wt） 渣 號CaOSiO2Al2O3BaOMgONa2O

51、+K2OCaF2Na3AlF6No.126.6640.383.57/8.7711.229.40/No.229.6138.571.285.486.4710.258.34/No.321.1938.045.30/9.5215.304.65 表3 FeS 對 保 護 渣1500 時 表 面 張 力 （單 位：dyn / cm）的 影 響 從 表3 可 知，No.1、No.2 渣 隨FeS 含 量 增 加 熔 渣 表 面 張 力s 增 大， 而No.3 的 表 面 張 力 隨FeS 增 加 呈 下 降 趨 勢， 其 原 因 還 有 待 于 進 一 步 研 究。 澆 鑄 后 渣 圈 樣 的 表 面 張 力

52、 相 近， 這 說 明 用 實 驗 數(shù) 據(jù) 進 行 計 算 時 對 實 際 生 產(chǎn) 也 具 有 指 導 意 義。 通 常 熔 渣 都 會 潤 濕 彎 月 面 和 鑄 坯 表 面， 即 潤 濕 角 q 為：0 £ q £90°， 設 彎 月 面 處 鋼 的 密 度 為rm=7.4g/cm3 , 熔 渣 密 度 rs為2.3g/cm3, 利 用 表3 及 前 述 鋼 種的 表 面 張 力 數(shù) 據(jù) 和 式（1）、（2）， 可 以 計 算 出 鋼 渣 界 面 張 力 和 彎 月 面 半 徑（ 見 表4）。 表4 鋼 渣 界 面 張 力 及 彎 月 面 半 徑 鋼 種 渣 號ss (dyn/cm)sm(dyn/cm)q (°)sm-s (dyn/cm)r (mm) 含 硫 易 切 鋼No.145686025446.75.1No.255886025354.34.5No.328586025601.75.920 鋼No.3