馬仲群，李廷剛，鄭偉，陳勇，李常學(xué)
（五礦營口中板有限責(zé)任公司，遼寧 營口 115000）
摘要：以保護(hù)渣作用機(jī)理、營鋼目前應(yīng)用的保護(hù)渣現(xiàn)狀為主要研究方向，結(jié)合營鋼實(shí)際生產(chǎn)的鋼種、板坯斷面及設(shè)備特點(diǎn)給出了保護(hù)渣選型的優(yōu)化方案。
關(guān)鍵詞：鑄坯表面；質(zhì)量；保護(hù)渣
保護(hù)渣的使用作為連鑄工藝的主要組成部分，選取類型是否合理直接影響板坯表面質(zhì)量的好壞。五礦營口中板責(zé)任有限公司（以下簡稱營鋼）在冶煉普碳鋼與中碳鋼的過程中始終存在一些問題，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，保護(hù)渣的選型使用存在不合理因 素，需對保護(hù)渣的理化指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化以改善板坯表面質(zhì)量、保證生產(chǎn)順行。
1保護(hù)渣使用過程中出現(xiàn)的問題
由于鑄機(jī)及鋼種需求不同，營鋼3臺板坯連鑄機(jī)使用的保護(hù)渣均不相同，同一保護(hù)渣在不同鑄機(jī)及鋼種上也存在一定的差異，營鋼現(xiàn)有保護(hù)渣在使用時(shí)存在渣條生成快、渣條較多、渣耗偏低存在漏鋼風(fēng)險(xiǎn)等問題，如圖1一圖4所示。
2保護(hù)渣優(yōu)化理論分析
保護(hù)渣的選型一般以生產(chǎn)鋼種碳含量進(jìn)行判斷，當(dāng)生產(chǎn)鋼種有合金的加入時(shí)，可以使用碳當(dāng)量（Ceq）進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下。
碳當(dāng)量=w[C]+0.02w[Mn]+0.04w[Ni]-0.01w[Si]- 0.1w[Mo]-0.04w[Cr].
根據(jù)公式及鋼種特點(diǎn)可將鋼種劃分為超低碳鋼和低碳鋼（碳當(dāng)量W0.08%）、包晶鋼（0.08%＜碳當(dāng)量＜0.15%）、中碳鋼（0.15%W碳當(dāng)量W0.25%）、高碳鋼（碳當(dāng)量＞0.25% 、特殊鋼（高鋁、高鈦鋼、高碳高合金鋼等）等五類鋼種。不同鋼種所需保護(hù)渣特性情況如下頁表1所示。
結(jié)合營鋼生產(chǎn)的現(xiàn)場情況筆者針對普碳鋼與中碳鋼的鋼種特點(diǎn)進(jìn)行了大量的研究分析工作以找出合適的保護(hù)渣優(yōu)化方案。
2.1普碳鋼系列
營鋼生產(chǎn)的普碳鋼系列，通常w（C）為0.15%~ 0.22%,基本不含其他合金元素,鋼種在凝固的過程中.內(nèi)應(yīng)力及裂紋敏感性小，通常使用較高的拉速生產(chǎn)，常規(guī)斷面最大拉速可達(dá)到1.2 m/min。
高拉速生產(chǎn)時(shí)，要保證足夠的液態(tài)渣流入到鑄坯坯殼和結(jié)晶器銅板之間，確保足夠的潤滑和消耗,防止漏鋼事故，通常對保護(hù)渣的黏度要求較低，理論上保護(hù)渣消耗要求到達(dá)0.35 kg/t以上，目前營鋼使用的保護(hù)渣消耗約為0.42 kg/t,滿足使用要求。但營鋼普碳鋼保護(hù)渣存在結(jié)塊及渣條生成過快、過多的情況。有研究表明⑴保護(hù)渣的致密化起始溫度和致密化速率對保護(hù)渣的燒結(jié)情況影響較大，保護(hù)渣的致密化速率高或致密化起始溫度低，都會使保護(hù)渣的燒結(jié)向增大,易產(chǎn)生渣條。筆者在同一種保護(hù)渣內(nèi)配入不同含量的碳質(zhì)材料其致密化速率隨溫度變化的關(guān)系如圖5所示。由圖5可得在相同溫度下體積密度變化速率隨碳含量的降低而升高,w(C)提高到8%時(shí)隨著溫度的變化體積基本不會減小。因此可以認(rèn)為當(dāng)保護(hù)渣w(C)為8%時(shí)，生產(chǎn)過程中不會產(chǎn)生渣條。分析原因可得，隨著含碳材質(zhì)平均粒度增大，材質(zhì)顆粒之間存在的間隙也隨之增大，優(yōu)先析出的液相相對不足,無法將顆粒間間隙填充，從而對保護(hù)渣體積影響相對降低。
2.2中碳鋼(低合金、包晶鋼)系列
中碳鋼系列屬于裂紋敏感性鋼種，凝固過程中處于包晶區(qū)，有研究表明叫收縮最大的溫度區(qū)間為固相線以下20-50 ℃之間。此時(shí)處于結(jié)晶器彎月面處的新凝固的初生坯殼隨溫度下降而發(fā)生轉(zhuǎn)變，體積收縮較大，最大可達(dá)到0.38%。初生坯殼收縮大, 晶粒粗大，結(jié)晶器與坯殼間產(chǎn)生氣隙，造成傳熱不均勻，從而導(dǎo)致初生坯殼生長不均勻,在熱應(yīng)力和鋼水靜壓力作用下，坯殼薄弱部分產(chǎn)生應(yīng)力集中直接導(dǎo)致了裂紋缺陷的產(chǎn)生。
針對此鋼種特點(diǎn)，保護(hù)渣在選用時(shí)重點(diǎn)考慮控制結(jié)晶器傳熱，采用結(jié)晶器弱冷方式,使鑄坯冷卻均勻，穩(wěn)定生長。控制傳熱應(yīng)選用熔點(diǎn)高的保護(hù)渣，利用結(jié)晶質(zhì)膜中的氣隙，使保護(hù)渣的傳熱速度減緩，有助于減少鑄坯在冷卻過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力。板坯保護(hù)渣熔點(diǎn)一般為1 050~1 200℃,建議保護(hù)渣在選用時(shí)按照偏上限控制。筆者對不同堿度的保護(hù)渣進(jìn)行了熔點(diǎn)測定，堿度為1.3的保護(hù)渣為1 190℃,接近保護(hù)渣熔點(diǎn)上限。
除提高保護(hù)渣的熔化溫度，還可通過控制結(jié)晶相的析出也可改善坯殼與結(jié)晶器壁之間的熱傳遞，隨著結(jié)晶相的析出、長大，使結(jié)晶器與坯殼間的固態(tài)渣膜中產(chǎn)生孔洞,降低渣膜的傳熱作用,阻礙橫向的溫降,減少裂紋的發(fā)生頻率。增加渣中結(jié)晶相析出主要是提高析晶溫度,減少結(jié)晶器中散出的熱量,而提 高析晶溫度主要采取提高保護(hù)渣的堿度來調(diào)整。有研究表明[2]，保護(hù)渣堿度R在0.8~1.1時(shí)，熱流密度呈增加的趨勢；當(dāng)堿度大于1.1時(shí)，熱流密度開始下降；當(dāng)堿度在1.2時(shí)，渣膜中有氣孔出現(xiàn)，表面粗糙度很大，可有效地降低界面熱阻。堿度與熱流密度之間的關(guān)系如圖6所示，由圖6可得當(dāng)堿度R>1.3時(shí)，堿度對熱流密度影響較大。由以上分析可得營鋼冶煉中碳鋼時(shí)應(yīng)將保護(hù)渣堿度R控制在1.3左右，可同時(shí)獲得較合適的熔點(diǎn)與熱流密度。
在控制結(jié)晶器傳熱的同時(shí)，還應(yīng)注意保護(hù)渣黏度的控制.黏度低,保護(hù)渣液渣流入過多,渣膜厚,導(dǎo)致坯殼與結(jié)晶器壁之間的渣膜不均勻,易產(chǎn)生裂紋如果過高，影響保護(hù)渣的流入，對潤滑不利。理論上黏度η與拉速V的關(guān)系應(yīng)滿足η與V的乘積在0.10-0.35范圍內(nèi)，包晶鋼保護(hù)渣黏度取乘積中上限為宜。對比發(fā)現(xiàn)，前期使用的保護(hù)渣黏度為0.175 Pa·s,乘積為0.16,較營鋼現(xiàn)在使用的黏度為0.11 Pa·s左右的保護(hù)渣效果好，建議將保護(hù)渣的黏度增大至0.18Pa· s[3]。
3結(jié)論
以上述分析為基礎(chǔ)，針對營鋼中碳鋼種、普碳鋼種保護(hù)渣使用過程中存在的問題，筆者提出相應(yīng)的優(yōu)化方案，具體如下：
1）適當(dāng)增加普碳鋼類保護(hù)渣中的碳含量可改善保護(hù)渣燒結(jié)層，減少渣條的形成，根據(jù)前文所述，w（C）應(yīng)增加至8%以上。
2）中碳鋼類保護(hù)渣應(yīng)適當(dāng)調(diào)整堿度與黏度以提高保護(hù)渣析晶溫度，改善傳熱，堿度控制在1.3,黏度調(diào)整至0.18Pa·s為最佳。
參考文獻(xiàn)
[1] 盧海彪.吹氫結(jié)晶器內(nèi)液態(tài)保護(hù)渣流動(dòng)和傳熱行為的研究[D]. 武漢:武漢科技大學(xué),2018.
[2] 李殿明.連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣應(yīng)用技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版 社.2008.
[3] 朱立光，王杏娟.連鑄保護(hù)渣理論與實(shí)踐[M].北京:冶金工業(yè)出 版社,2015.