小方坯超高拉速保護渣研究

譚杜 彭燦鋒

（陽春新鋼鐵有限責任公司 廣東陽春529600）

1 前言

高效連鑄是傳統連鑄發展的重要方向，是充分發揮連鑄生產優勢的有效手段。我國小方坯連鑄機較為普遍，但生產能力低，技術經濟指標差，進一步挖掘連鑄機生產潛力，成為高效連鑄的迫切需求。高效連鑄機的特征是在高拉速下，穩定生產出符合標準要求的鑄坯，而作為連鑄工藝控制的關鍵材料，結晶器保護渣就顯得至關重要。同時拉速的提高，結晶器銅管與鑄坯坯殼之間的潤滑、傳熱尤為重要。結晶器液面波動加劇、過鋼量增加，結晶器保護渣的消耗量隨之減少，結晶器銅管與坯殼之間保護渣膜的穩定性和均勻性下降，造成結晶器銅管傳熱不均、摩擦阻力增加，導致鑄坯坯殼與結晶器銅管粘連或傳熱不均勻，增加了漏鋼的幾率。而且隨著拉速的提高，鑄坯表面和內部的質量降低，因而控制連鑄生產過程中的漏鋼和鑄坯表面的質量，是實現高拉速連鑄的前提條件。

2 研究實驗

2.1 研究前狀況

（1）由于拉速提高，通過結晶器內的熱量增大，導致結晶器內原有的熱平衡被打破，出口處坯殼變薄，結晶器所受摩擦力增大，造成了漏鋼事故達到40次／月以上。

（2）由于拉速提高，渣耗量降低，流入結晶器與坯殼間的液渣形成的渣膜，難于滿足結晶器的潤滑要求，同時因形成的渣膜不均勻，造成傳熱不良，影響了初生坯殼的均勻生產，使鑄坯的表面質量不規則。

2.2 研究過程

（1）對保護渣的要求：適宜的消耗量，出口處坯殼變薄，結晶器所受的摩擦力增大，容易造成鼓肚和漏鋼，針對拉速提升至4.5m／min以上，對現有保護渣理化指標再次優化，熔點由1060℃以上調整至1050℃～1000℃，同時熔速由52s以上降低至40s～25s，消耗量穩定在0.25kg／t～0.35kg／t范圍。

在1370℃±10℃恒定溫度時，從投入試樣起到試樣熔為半球狀時所需的時間為熔速，單位用秒表示。分析步驟為：取幾何圓形完整的樣錐，用漿糊粘在瓷托片上涼干，將熔點測定儀爐溫升至1370℃±10℃時恒溫10min，迅速將托片放在剛玉方舟上一并推入至恒溫區，同時開動秒表觀察樣錐熔化至半球狀時，停下秒表，記錄所用時間代表熔速。

表1 熔點與熔化時間測試數據

熔速太慢，保護渣熔化跟不上消耗，會造成潤滑不良，造成粘結；而熔速過快，液渣超過消耗又會造成液渣過厚，易產生卷渣和夾雜，不利于鋼坯表面質量的。通過現場試驗測試，熔點在1040℃左右，熔速為38s時，為在高拉速條件下保護渣的最佳熔速。

通過三次鑄機提速改造，現場實踐摸索出不同拉速條件下，保護渣最佳消耗量，同時生產穩定、鑄坯質量受控。

（2）查相關文獻，當w（CaO）／w（SiO2）＝0.85～0.95時，開展對保護渣堿度調整試驗：通過低堿度（0.8）與高堿度（0.95）試驗，對比現場生產及鑄坯質量情況，通過對堿度的調整，結晶器回水溫度差表現較為明顯，根據現場試驗跟蹤，隨著堿度的不斷調整，同時結合現場生產事故的影響，保護渣堿度目前控制在0.9～1.1范圍，這一結果表明，彎月面區域的傳熱隨堿度的增加而降低，利于結晶器內坯殼的均勻傳熱，從而進一步減少漏鋼幾率，同時鑄坯脫方得到明顯改善。

表2 連鑄機工藝參數

（3）保護渣作用

保護渣的粘度特性，具有潤滑與傳熱雙重作用。為了獲得低粘度，單純增加F-和Na2O含量不可行。F-含量過高，引起槍晶石和鈣黃長石析出，Na2O含量過高，易析出霞石，對結晶器的潤滑和傳熱均有不利影響。因此，引入了新的添加劑：Li2O、B2O3、MgO，跟蹤消耗量，結合現場生產情況，確定最佳添加劑。

圖3 Li2 O含量對保護渣粘度的影響

圖4 B2 O3含量對保護渣粘度的影響

通過三種不同溶劑的加入試驗，加入Li2O后，結晶器冷卻較為均勻，能有效抑制脫方產生，但成本增加；加入B2O3后，保護渣溶點降點，消耗量增加，但傳熱速度加快、鑄坯冷卻不均勻，加劇脫方產生；加入MgO后，從現場生產、鑄坯質量情況及性價比考慮，最終確定提高MgO含量，達到控制粘點，基本控制在0.15Pa·s～0.20Pa·s。

圖5 MgO含量對保護渣粘度的影響

（4）超高拉速保護渣各物料配比

1）物料具體配比：預熔料（預熔料成分包括：SiO2為28.0%～33.0%，CaO為21.0%～25.0%，Al2O3為6.0%～9.0%、R2O為3.0%～7.0%、F-為2.5%～6.0%）、細玻璃粉、碳酸鈉、螢石、氟化鈉、碳酸鋰、碳黑，石墨碳；其重量百分比含量分別為49.5%、4%、13%、12.0%、5%、2%、8.0%、6.5%。其特征是所述的保護渣中，二元堿度（CaO／SiO2）為0.9～1.1，其余為SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-、MgO、Fe2O3，其百分比含量SiO2為22.0%～32.0%，CaO為23.0%～33.0%，、Al2O為4.0%～6.0%，Na2O為8.5%～11.0%、F-為5.0%～7.5%，MgO為3.0%～5.0%，Fe2O3為0.5%～3%。

2）配碳模式確定：研究表明，材料中加入碳質材料可以降低功能保護材料的致密化速度，從而抑制功能保護材料的燒結，在研究中所用的碳質材料中，碳黑降低致密化速率的效果優于石墨，其中以碳黑效果最好，其次是鱗片石墨，加入8%的碳黑和6.5%鱗片石墨，可以有效控制功能保護材料的熔化速度，因此功能保護材料配碳直選用混合配碳模式，具體配比為8%碳黑和6.5%的鱗片石墨。

通過上述研究試驗，設計出小方坯超高拉速保護渣，主要指標如表3。

表3 超高拉速保護渣

3 結論

考察了不同助溶劑對保護渣粘度系數的影響規律；開發了一種適用高拉速用連鑄保護渣；該保護渣具有特點是低F-（5.74%）、低熔點（1040℃左右），低粘度系數（0.18Pa·s左右），適宜堿度（1.03左右）；實際證明，該保護渣在實現拉速4.5m／min～6m／min條件下，工藝性良好，鑄坯表面及內部質量良好，滿足生產實際需求。