165mm×225mm结晶器保护渣“结块”原因分析及措施

165mm×225mm结晶器保护渣“结块”原因分析及措施

李玉祥  焦占印

（河钢宣钢一钢轧厂）

摘　要：本文介绍了宣钢一钢轧厂2#连铸机在生产低碳钢165mm×225mm断面中结晶器保护渣“结块”原因，通过研究分析发现浸入式水口参数、钢水过热度、结晶器液面和自动控制、保护渣添加方法以及保护渣良好的保温效果是消除结晶器内保护渣“结块”的关键。

关键词：165mm×225mm  结块  浸入式水口  保护渣

宣钢一钢轧厂2#连铸机是由上海重型机械矿山有限公司承建的8机8流方坯连铸机，弧形半径R8米，年设计生产能力100万吨钢，设计断面有150mm×150mm、165mm×165mm、165mm×225mm三种。在生产165mm×225mm断面时，一直存在着严重的结晶器保护渣液面“结块”现象。结晶器内保护渣“结块”直接影响保护渣的正常熔化及润滑效果，极易造成表面裂纹缺陷或粘结漏钢事故。通过对现场结晶器液面“结块”的调查与数据分析，找出了165mm×225mm断面中影响结晶器保护渣“结块”的主要因素，对提升铸坯质量，减少生产事故具有重要的意义。

2 结晶器液面“结块”概况

宣钢2#连铸机生产铸坯涉及150mm×150mm、165mm×165mm、165mm×225mm多种断面，其中只有在165mm×225mm断面生产过程中产生结晶器保护渣“结块”现象并且较为严重。结晶器保护渣“结块”主要发生在两侧弧边角部附近，颜色呈黑色，形状大小不等，内部存在间隙孔洞，漂浮于结晶器钢水液面之上，属钢水与保护渣二者结合物。（如表1）

3 结晶器液面“结块”的原因分析

3.1 钢水过热度的影响

钢水温度偏低时，由于钢液表面的保护渣熔化吸热以及与铜管之间的热量交换造成弯月面温度迅速降低，致使结晶器保护渣熔融层减少，粉渣层厚度增加，增大结晶器液面保护渣结块几率。该情况一般为结出比较严重的“钢壳”，钢水温度增高时“钢壳”则会熔化逐渐消失。

3.2 浸入式水口参数的影响

浸入式水口作为钢水传输，防止钢水二次氧化的物料，其设计参数直接影响钢水在结晶器内的运行状态。宣钢2#连铸机初期设计水口为长620mm，φ30mm直孔式浸入式水口。

3.2.1水口插入深度影响。

水口插入过浅，钢流冲击力大，结晶器钢水液面翻滚严重，无法保证保护渣使用效果，保护渣设计多层结构被破坏，钢水卷入保护渣颗粒，与钢水反应后产生结块。从2#连铸机2015年11月份至2016年3月份生产XG08D₂钢种165mm×225mm断面的工艺数据显示，因插入深度不够保护渣“结块”次数达到79次，占该钢种“结块”次数比例的33.2%。

3.2.2水口不对中影响。

水口不对中偏流浇铸，保护渣添加量不均匀，结晶器内保护渣无法保证渣层结构液渣层厚度分布不匀，同时由于窄面保护渣添加相对较少，钢水流速快钢水活跃，造成钢水卷渣，最终导致保护渣与钢水混合，混合物因密度低于钢液，悬浮于钢液上方，经长时间聚集形成结块物。

3.3 保护渣成分的影响

2#连铸机生产钢种XG08D2属低碳低硅系列，成分如表1。该钢种所使用保护渣物理性能及化学成分如表2。

表2保护渣的物理性能及化学成分/%

保护渣合理的熔化速度及良好的铺展性能，可以保证保护渣在钢液面上形成一定厚度的熔渣层和粉渣层，并形成足够量的液渣流入铸坯和结晶器气隙间，减少结晶器与铸坯气隙固体渣膜热阻，从而减少更多的热损失，确保铸坯润滑效果，使钢液凝固放热迅速沿水平方向传出，在结晶器中生成足够厚度和强度的铸坯坯壳。只有保证保护渣在健康的动态平衡下，才能防止保护渣在结晶器内的结块现象。

在2#连铸机使用A型保护渣生产XG08D2钢种165mm×225mm断面铸坯时，结晶器液面结块和漏钢次数明显高于其他保护渣。

A型保护渣加入结晶器后液面火光明显，导热效果差，在结晶器内伴有结团、分熔现象，熔化均匀性较差，固态渣膜结晶层厚，使用中由于保护渣吸收Al₂O₃后黏度增大，形成的渣条发粘，造成短时间内液渣层动态平衡受到破坏结团，破坏了保护渣液渣层，造成结晶器保护渣液面结块。

A型保护渣熔点偏高1190℃，熔化温度高，在结晶器钢液面较难熔化，尤其在结晶器边角部表现较为明显。选用低熔点、低黏度的保护渣，结晶器在低振频、低振幅的条件下高温浇铸将会增强保护渣的润滑效果。

3.4 保护渣保温效果

连铸保护渣必须具有良好的绝热保温性能，这样可以抑制连铸过程中在结晶器内形成搭桥和浮体，同时可以提高弯月面温度，维持渣流通道，减轻振痕，减少表面及皮下缺陷。保护渣加入到高温钢液面上，形成三层或多层结构，减少了钢液的辐射传热，减缓了钢液的降温速度。由于粉渣的熔化速度能影响烧结层、粉渣层以及液渣层的厚度。因此通过控制保护渣的熔化速度可以实现保护渣绝热保温的作用。保护渣铺展到钢液面后逐步升温，形成多层结构。随着保护渣温度不断升高，碳质材料开始燃烧，其中部分基料开始熔化相互接触。随着保护渣进一步被加热和碳的不断燃烧，形成由炭粒包裹的液滴，随着炭粒的消耗，熔化的基料聚结形成熔渣池。此时保护渣与钢水液面接触，保护渣逐渐随钢液凝固填充至结晶器与坯壳之间，起到润滑作用。靠近结晶器壁的一侧因受到冷却而凝结成固态，液态渣膜随着铸坯一起脱离结晶器。下层保护渣熔化后，形成熔融态悬浮于钢液上层，该层渣气隙热阻消失，润滑效果显现，但保温效果基本消失。而粉渣层内由于含碳质材料熔速相对较慢所以保护渣保温效果主要依靠粉渣层来实现。保护渣保温效果，

3.5低拉速浇铸

拉速低是指在低温情况下的相对拉速较低时，此时浸入式水口钢水流速变化，结晶器钢液面钢水流动缓慢，直孔流速降低，液面边角部产生流动死角，造成结晶器边角部结块，伴随时间变化逐渐增大。

4 改善措施

适当提高钢水温度，在浇铸大断面铸坯时，执行20-35℃过热度浇铸，防止低过热度浇铸产生的结流和低温渣化不良现象。

优化水口参数，延长浸入式水口长度至650mm，直径不变，要求水口插入深度执行90-120mm标准，保证浸入式水口足够的插入深度。

标准化操作，保证水口对中，按照流间距尺寸精度，优化中间包水口距离，确保中间包水口中心与结晶器口中心垂直。

优化保护渣配方，对现有A型保护渣调整MgO含量，降低渣中Al₂O₃含量，适当降低保护渣熔点，提高保护渣的保温效果。

改变工艺操作，严格执行恒温恒速拉钢，在165mm×225mm断面生产时，优化保护渣添加方式，适度增加粉渣层厚度，保证保护渣保温效果。

5 结语

宣钢一钢轧厂2#连铸机浇铸165mm×225mm断面产生结块的主要原因为保护渣保温效果差影响。通过优化水口的工艺参数，稳定连铸拉速和浇注温度，调整保护渣成分，执行标准化操作，结晶器液面保护渣结块现象得到有效控制，杜绝了因结块原因造成的漏钢事故。

参考文献

[1] 李玉祥. 保护渣成份调整对铸坯质量的影响[A]. 河北省冶金学会、唐山钢铁集团有限责任公司.2012河北省炼钢连铸生产技术与学术交流会论文集[C].河北省冶金学会、唐山钢铁集团有限责任公司:，2012:4.

[2] 曾亚南，孙彦辉，艾西，马志飞，刘瑞宁，刘泳. 结晶器保护渣对300mm×360mm低碳钢连铸坯表面质量的影响和成分优化[J]. 特殊钢，2014，(04):24-27.

     [3] 郑宏光. 含钛不锈钢连铸水口结瘤和结晶器“结鱼”[J]. 宝钢技术，2008，(01):50-54+58.

     [4] 朱立光，胡斌，王杏娟等. 连铸保护渣析晶行为的研究现状及展望[J]. 材料导报， 2013， 27(6):77-81.