高拉速连铸板坯低碳保护渣特性分析

　针对高拉速板坯连铸机用低碳保护渣，在实验室系统进行了物理化学性能分析，并模拟现场条件进行了吸附夹杂物等工艺应用性能的验证与评估，得到了较全面与充分的评价结果。指出需要重点考虑保护渣在内的坯壳和结晶器铜板之间的传热和润滑性能，可用结晶温度、结晶率、凝固温度三个参数来表征。

　　1 前言

　　梅钢单流板坯连铸机，从保证转炉和连铸机机匹配以及产量要求出发，要求铸机工作拉速最高达2.4m/min,一般拉速在1.0m/min～2.4m/min之间。随着拉速的进一步提高,有两个限制因素必须解决:凝固速率和坯壳与结晶器壁间的摩擦力。因此，能润滑铸坯减小摩擦力和控制结晶器传热特征的结晶器保护渣的正确应用是高拉速连铸得以实现的关键。由此，为了实现良好操作性能和获得满意的产品质量，对保护渣提出了更高要求，即成渣速度快，并能够及时补充液渣的快速消耗。在高速浇铸或拉速变化较大的情况，仍能维持足够的保护渣消耗量。这样，相比较常规条件，高拉速保护渣需要较高熔化速度、较低熔点以及黏度。

　　保护渣在连铸结晶器上使用已有30年的历史。如何选用保护渣、保护渣理化性能检测内容和方法、使用验收标准及评价方法等方面目前仍无公认的标准。通常是企业根据自己的铸机类型、拉速和浇注钢种等条件，制定内部方法进行测定和验收。

　　梅钢的高拉速板坯铸机，在保护渣的选择、检测内容、方法和评价上，与中低拉速铸机有差异，因此有必要全面深入研究现用连铸保护渣的熔化性能、黏性特征、传热控制、润滑效果、夹杂物吸收能力以及生产使用效果。对其进行评估，建立评价体系，提出保护渣系列化分类和评价指标，满足高拉速连铸和钢种的需要，实现铸坯质量、连铸工艺顺行和生产效率的成功控制。

　　2 分析方案

　　针对梅钢2#板坯连铸机现使用的低碳保护渣，在实验室进行了理化性能分析，内容包括化学成分、熔化温度范围、黏度、吸收夹杂物能力、结晶温度、凝固温度、熔化速度、铺展性、矿相结构等。

　　主要分析手段为：化学分析采用X荧光分析法与原子发射光谱法以及红外CS仪器；黏度按旋转式黏度计测定法测定；熔化温度、熔速，采用熔化测定仪与差热分析；结晶温度采用热丝法、黏度-温度曲线及差热分析。

　　3 理化特性分析

　　3.1化学成分

　　渣的碱度为0.97，浇铸对象是低碳钢，重点是改善润滑性。保护渣的碱度对于晶体析出温度和结晶有明显的影响。保护渣碱度增加，晶体析出温度增高，结晶化倾向增大。

　　3.2 熔化温度

　　保护渣的熔点分别采用半球点法、差热分析法和热丝法三种方法进行测定。半球点法定义的软化温度是，试样熔化至原高度3/4的温度。半球点温度是，指试样熔化至原高度1/2的温度。流动温度是指试样熔化至原高度1/4的温度。差热分析根据差热曲线（吸热曲线）判断开始熔化温度和熔化完毕温度。热丝法根据图像判断渣样开始熔化温度和流动温度。

　　·半球点温度，均介于差热分析和热丝法所测的开始熔化温度和流动温度、熔化完毕温度之间；

　　·差热分析和热丝法所测的开始熔化温度，均高于半球点法的软化温度；

　　·热丝法所测的渣流动温度与半球点法测试结果吻合较好；

　　·差热分析法所测的熔化完毕温度，较热丝法和半球点法所测的渣流动温度高。

　　综合看来，采用半球点法测定的半球点温度能较好地代表保护渣的熔化温度。保护渣的熔化温度一般在1000℃～1200℃。对于高拉速板坯铸机，熔点一般控制在1030℃～1170℃范围内。低碳钢和高碳钢一般取下限，中碳包晶钢熔点取上限。

　　3.3 黏度、结晶率、结晶温度和凝固温度

　　保护渣的黏度采用旋转方法进行测定，高拉速低碳保护渣在1300℃条件下的黏度值、结晶温度、结晶率和凝固温度测试结果。

　　保护渣黏度的大小决定结晶器内坯壳润滑效果、传热均匀性和是否发生粘结，对铸坯表面质量和浇注顺利进行具有重要影响。为了能够取得最佳连铸条件，即能获得优质的连铸坯表面质量，又能对生产过程进行良好控制，应有效防止例如钢水出结晶器后发生的粘结性漏钢等事故。

　　经过大量实践，总结出当保护渣的黏度与拉速的乘积满足下式：

　　Η·Vc=0.15～0.35

　　式中：η为1300℃下的黏度，Pa·S；Vc为铸机拉速，m/min。

　　在此条件下，铸坯摩擦力最小、传热条件最佳。因此，当板坯拉速为1.5m/min～2.5m/min范围内，保护渣在1300℃下的黏度应控制在0.050 Pa·S～0.200 Pa·S 范围内。此外，保护渣的黏度与钢种也有一定关系，对于高强度钢在矫直时，在振痕根部容易产生横裂纹。因此，为了控制振痕深度，要适当提高保护渣的黏度，降低渣消耗量。从实验室测试结果来看，高拉速低碳保护渣的黏度在上述控制范围之内，属于低黏度类型保护渣，测试方法应采用敏感性高的旋转钢丝法进行测定。

　　最初流入结晶器壁与铸坯壳之间空隙的液态保护渣，在紧靠水冷铜结晶器内壁处冻结并形成固态玻璃体层。随着时间推移，该层紧贴铸坯的一侧形成结晶体。值得重视的是，结晶器水平传热需经过三层保护渣膜。这三层渣膜分别是玻璃体渣膜、结晶体渣膜和液态渣膜。

　　反映保护渣在结晶器内坯壳和铜板之间的传热和润滑性能，可以用三个重要参数来表征：1）结晶温度；2）结晶率；3）凝固温度。保护渣的结晶温度和凝固温度可以通过黏度-温度曲线、差热分析和热丝法三种方法进行检测和判断；结晶率可采用热丝法和矿相分析的方法来确定。

　　，三种测试方法所得的渣的结晶温度、凝固温度具有较好对应性，其中结晶温度三种方法测试结果吻合最好。凝固温度采用差热分析方法测试结果偏低，黏度-温度曲线法和热丝法测试结果相近。

　　4 实际使用性能试验分析

　　该试验内容主要包括：保护渣吸收夹杂物能力、铺展性、容重和膨胀性和熔化速度。

　　对于浇注铝镇静钢，钢中必然存在一定的三氧化铝夹杂物。随着浇注的进行，钢中上浮的三氧化铝夹杂不断在保护渣中聚集。因此，要求保护渣具有吸收钢液中上浮夹杂物的能力，并且保证保护渣的物理性能，如黏度、熔点、结晶温度和凝固温度等参数在允许的范围内。实验分析了加不同比例的Al2O3对渣黏度、熔点、结晶温度和凝固温度的影响。

　　随着渣中外加Al2O3量的增加，渣的黏度总体上呈增加的趋势。当外加Al2O3量达到8%时，渣黏度有较大的增加，表明渣稳定性一般，吸收Al2O3夹杂能力需要加强。考察外加Al2O3对渣熔点的影响，随着外加Al2O3量的增加，渣熔点变化较小。当外加Al2O3量大于8%以后，熔点才呈降低的趋势。

　　该保护渣容重小，铺展角大，铺展面积小，铺展性一般。高拉速低碳保护渣具有一定的高温膨胀性，一般是酸化石墨高温膨胀所致。结晶器保护渣的熔化速度受诸多因素影响。一般认为，采用半球点法测定保护渣的熔化速度，较难真实反映保护渣的熔化速度。

　　5 结论

　　（1）对梅钢板坯连铸机高拉速低碳连铸保护渣系统进行了理化特性与实际使用性能评估，分析内容包括化学成分、熔化温度范围、黏度、吸收夹杂物能力、结晶温度、凝固温度、结晶率、熔化速度、铺展性、高温膨胀性和矿相结构。基本上可以通过特性参数掌握渣的特性。

　　（2）为解决保护渣在结晶器内润滑和控制传热的矛盾，应重视正在凝固的液态渣性能。除了解结晶器保护渣熔化行为的传统数据（即软化温度、熔化温度和流动温度）外，还应关注保护渣的凝固温度实测值和液态渣的结晶趋势。

　　（3）对保护渣包括在内的坯壳和结晶器铜板之间的传热和润滑性能，可用结晶温度、结晶率、凝固温度三个参数来表征。保护渣的结晶温度和凝固温度可以通过黏度-温度曲线、差热分析和热丝法三种方法进行检测和判断。结晶率采用热丝法和矿相分析的方法来确定。