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浅析结晶器保护渣液渣层厚度对板坯质量的影响

郭幼永，张云宝

唐山国丰钢铁有限公司第一炼钢厂连铸二车间

摘 要：结晶器保护渣液渣层厚度的均匀与稳定会直接影响板坯的表面质量，通过对我公司两条板坯生产线低碳保护渣的使用情况跟踪发现，存在低拉速下液渣层薄的现象，这种现象增大了板坯铸坯表面产生凹陷及皮下夹渣缺陷的机率，因此通过合理加强生产组织，杜绝低拉速浇钢现象，优化保护渣性能，保证低拉速下液渣层厚度，使板坯表面质量得到了较大改善。

关 键 词：保护渣；液渣层；表面质量

1 前言

我公司自2009年3月份以来，热轧卷板产品爆发了自连铸连轧薄板生产线投产以来从未有过的大量质量异议数量和起数，给公司造成了很大经济损失和不良影响。因此对于钢铁联合企业的中间环节炼钢厂来说，生产无缺陷优质铸坯是当前乃至今后的重要任务，而选用性能优良的结晶器保护渣操作又是提高铸坯表面质量的重要手段。

2 板坯连铸工艺现状

我车间拥有两台二机二流中厚板坯连铸机，其主要设备全部引进奥钢联技术。生产铸坯断面规格180×700~1300mm，浇铸钢种主要以低碳低硅SPHC系列钢种为主，同时也可浇铸普通碳素结构钢和新研发产品超低碳钢种和优质低合金钢种。板坯连铸机的主要工艺参数如下：见表1。

表1  120吨板坯连铸机主要工艺参数

3 板坯低碳保护渣使用现状

3.1 板坯低碳保护渣现场使用数据跟踪：

表2  各种低碳保护渣不同拉速下的液渣层厚度

3.2 板坯低碳保护渣存在的问题

两板坯区域低碳保护渣使用过程中反应的共性问题是：低拉速状态下120吨板坯铸机拉速0.9m/min以下）保护渣液渣层较薄，只有6~7mm，此液渣层厚度不能保证保护渣作用的充分发挥，同时在结晶器液面稍有波动时就会造成铸坯卷渣，不能保证铸坯表面质量无缺陷。

4 保护渣对铸坯质量的影响

保护渣选用适当与否，对连铸生产和铸坯质量将发生重要影响。保护渣对铸坯质量的影响，主要发生在结晶器内，其中以表面质量为甚。保护渣在结晶器内的熔化结构分三层结构，即粉渣层，烧结层和液渣层。我认为液渣层厚度的稳定与均匀是影响铸坯质量的关键因素，合适的液渣层厚度一般为10~15mm，过低或过高都会影响铸坯质量，甚至使板坯表面产生凹陷、裂纹或夹渣等缺陷。就我公司板坯连铸使用的保护渣而言，保护渣液渣层的不稳定和不均匀对铸坯质量的影响有：

4.1 铸坯夹渣

铸坯夹渣分表面夹渣和皮下夹渣两类。渣子卷入是夹渣的重要来源，发生在结晶器内，包括保护渣的卷入和钢水中夹杂物的卷入两种。如果渣子的剥离性不良，就会使铸坯表面嵌附成片夹渣，有的夹渣在加热炉内未能剥离，还会残留在成品钢材上形成表面缺陷。

4.1.1 我公司热轧卷板起皮缺陷电镜扫描和能谱分析检验结果

电镜扫描照片                              能谱分析图

从电镜扫描能谱图中分析可以看出，热轧卷板起皮缺陷主要由夹杂物引起，该夹杂物主要是由Na、Mg、Al、Si、Ca等元素组成的复合夹杂物，这种夹杂主要是由连铸过程中的保护渣卷入造成。

4.1.2 保护渣卷入机理分析

合适的液渣层厚度是避免保护渣卷入的重要前提。一般认为只有液渣层厚度大于实际结晶器振动振幅与结晶器液面正常波动数值之和时，才会避免或减少保护渣卷入铸坯现象的发生。这是因为如果液渣层过薄，结晶器在振动过程中很容易将未熔化的粉渣带入初生坯壳造成卷渣。我公司两板坯连铸生产线现使用结晶器振动具有振幅在线调节功能，浇铸过程中随拉速的变化而变化，不同拉速下实际振幅数值可由公式h=C1+C2*V（C1：浇铸速度为零时振幅；C2：浇铸速度系数；V：实际浇铸速度。）来计算得出。浇铸低碳钢时不同拉速下结晶器振动振幅具体数值见表3。在实际浇铸过程中，80吨板坯铸机结晶器液位正常波动一般在2~5mm，120吨板坯铸机结晶器液位正常波动一般在2~3mm。因此，两区域板坯实际生产过程中结晶器液渣层厚度最薄不能低于10~13mm（80吨）和8~9mm（120吨），这样才会降低铸坯卷渣机率。

表3 不同拉速下的结晶器振动振幅

4.1.3 钢水中夹杂物卷入机理分析

我们知道保护渣具有吸收非金属夹杂物的作用，夹杂物的吸收靠的是液渣层。浇铸低碳铝镇静钢时，钢水中的夹杂物主要以Al2O3夹杂数量较多。如果结晶器保护渣液渣层过薄，吸附和溶解Al2O3夹杂的空间就会减少，使液渣层对氧化物夹杂失去良好的润湿性，吸收速度减慢，随着浇铸时间的延长注入结晶器的钢水中夹杂物（Al2O3）上浮到钢液弯月面后很难被吸收，容易卷入凝固壳，造成皮下夹杂。

4.2 板坯表面边角凹陷

在中薄板坯连铸实际生产过程中，板坯表面角部凹陷是一种常见表面缺陷，保护渣液渣层过薄是造成此缺陷的重要原因之一，据现场数据跟踪发现，因液渣层过薄产生此缺陷的机率约占80％左右。这是因为该缺陷也发生在结晶器内，当结晶器内保护渣液渣层过薄时，必然会导致流入铜板与坯壳间的液渣不均匀，造成渣膜厚度不均，影响坯壳传热的均匀性，使初生坯壳厚度不均，又因板坯边角部是结晶器内流场最强的位置，此处的液渣层厚度相比其它位置还要薄，在结晶器内凝固过程又属二维传热，冷却强度大，形成的坯壳最薄弱。因此液渣层过薄时极易造成板坯表面边角部凹陷，严重时还会形成边角部纵裂纹。

4.3铸坯增氮和氧

保护渣液渣层是隔绝空气，防止结晶器液面钢水氧化的最有效的一层结构。液渣层过薄减小了结晶器钢液面与空气接触的距离，如果浇铸操作过程中氩气流量调节过大，就会增大空气中氮氧进入钢液的机会，极易使铸坯氧氮含量增加，影响成品钢材性能。

4.4 铸坯增碳

在浇铸过程中，液渣层过薄会造成钢液与含碳保护渣或富碳层相接触而渗碳，对于冶炼超低碳钢来说，结晶器保护渣增碳是浇铸操作必须严格控制的，否则增碳量过大会影响钢材的使用性能。

5 小结

5.1通过合理加强生产组织，稳定生产节奏，减少拉速变化频率，恒定铸机拉速，避免低拉速浇钢现象，可以保证结晶器液渣层厚度稳定在10~15mm。

5.2对现用低碳板坯保护渣性能做进一步优化，调整现用保护渣熔点和熔速，保证低拉速状态下液渣层厚度不低于10mm，从而达到改善铸坯质量的目的。

参 考 文 献

[1]   蔡开科 程士富主编，连续铸钢原理与工艺，冶金工艺出版社