摘要：简述了结晶器保护渣在连铸过程中的重要作用和2Crl3在连铸过程产生表面凹陷的机理。使用物化性能适宜的保护渣可以改善初始坯壳的传热与润滑，控制铸坯表面凹陷的产生。在实验室研究的基础上，研制出了适合于断面为150 mm× 150 mm、拉速为1．0～1．5 m／min的2Crl3不锈钢连铸结晶器颗粒保护渣。试验证明2号保护渣性能良好，2Crl3连铸坯因表面凹陷产生的返修率由20％下降到5％。   

关键词：2Crl3；凹陷；结晶器保护渣；熔化温度；粘度

当前随着连铸工艺技术的进步，其相关技术也得到了进一步的发展。保护渣作为1种浇铸辅助材料在连铸过程中的重要性越渐明显。这主要是由于结晶器保护渣对连铸工艺的顺行以及连铸坯的表面质量有直接的影响和明显的作用。对于长城特殊钢公司(以下简称长钢)2Crl3不锈钢小方坯连铸，由于结晶器液面波动比较大，难以稳定，如果保护渣选择不当，容易形成多种表面缺陷。主要由于钢种的特殊性，2Crl3铸坯表面易出现凹陷，严重影响铸坯表面质量，通过修复后降低了材料的收得率。使用物化性能适宜的保护渣可以改善铸坯表面质量，提高企业的经济效益。

1  结晶器保护渣的作用

    结晶器中保护渣的分布如图1所示。结晶器保护渣在连铸过程中的具体作用主要表现在以下几个方面:

 (1)保护渣形成厚度适宜而且均匀的液渣层，防止钢水二次氧化；(2)保护渣在结晶器内有一固渣层，绝热保温、减少钢水的热损失；(3)与钢液直接接触的液渣层同化、吸收钢液中的非金属夹杂物；(4)充足的液渣流入结晶器壁和坯壳之间，保证铸坯的润滑；(5)流入的液渣必须形成厚度均匀的渣膜，控制铸坯与结晶器之间传热速度和均匀性。

2  结晶器保护渣理化性能设计

2．1 2Crl3钢与保护渣性能分析

    为了解决2Crl3铸坯表面凹陷问题，长钢从各个方面开展了工作，除了结晶器冷却水、钢水质量、二冷条件等，还对保护渣性能设计作了大量的工作。因为合适的保护渣可以改善凹陷等铸坯表面问题。保护渣熔化温度高，保证充分厚度的固渣膜均匀分布；合适的粘度，保证结晶器和铸坯之间流人均匀而且充足的渣量，改善初始坯壳和结晶器之间的传热，生成均匀厚度的初始坯壳。

    (1)2Crl3不锈钢只所以出现表面凹陷，钢种是主要原因。2Crl3既属于铬不锈钢，同时也属于中碳钢，2Crl3不锈钢的主要化学成分见表1。钢液在结晶器弯月面处的凝固坯壳随温度下降发生包晶反应(L+δ→γ)，同时伴有较大的体积收缩(其凝固收缩量是碳素钢的2倍)。坯壳与结晶器铜壁之间形成宽度不均匀的气隙，导出的热流变小(其本身的导热系数比碳素钢要小20％)，形成不均匀的初始坯壳。因此改善结晶器内初始坯壳的传热、促进凝固坯壳均匀的生长是防止表面凹陷、得到良好表面质量的关键。

   (2)在连铸过程中凝固坯壳厚度不均匀，坯壳强度不够无法承受在拉坯过程出现的摩擦力(例如由于铸机的抖动产生的摩擦力以及由于液面不稳定造成的摩擦力)。也就是说，适当使用玻璃态保护渣，加强铸坯和结晶器之间的传热和润滑、可以增强坯壳强度，减少表面凹陷。

    2Crl3虽然属于中碳钢但是在小方坯连铸的过程中没有出现表面裂纹缺陷。主要由于小方坯(150 mm×150mm)连铸结晶器相比板坯传热要均匀。总之长钢方坯2Crl3连铸可以使用玻璃态保护渣，铸坯不会出现裂纹。因此选择玻璃态保护渣是合理的。此外由于2Crl3不锈钢钢液中还存在酸性夹杂物，需要通过保护渣来同化和吸收，所以碱度不能太低。

2．2保护渣理化性能设计

    实践证明对于小方坯采用高粘度和低熔化速度保护渣。因为小方坯散热快，钢液面温度低以及液面不稳定，因此保护渣应具有保温性能好、消耗量少等特点，其中熔化温度可以控制在1 100～1 240℃、1 300℃时的粘度控制在0．4～0．8 Pa·s、消耗量在0．4～0．6㎏／t之间。

    充分考虑长钢现场工艺条件(现场工艺条件见表5)，对于2Crl3不锈钢用保护渣，控制熔化温度、粘度、转折温度指标如表2所示。保证铸坯与结晶器之间有充足厚度的液渣膜、玻璃体的固态渣膜，改善初始坯壳与结晶器之间的传热和润滑。

    根据表2所示，在实验室设计不同的保护渣组成；为避免夹杂物进入保护渣后引起物化性能急剧变化，采用多组分的熔渣组成体系。测定粘度、熔化温度、转折温度等综合指标后，经过实验室筛选先后确定两种2Crl3不锈钢用保护渣1号和2号渣，其质量分数和理化性能如表3、4所示。

3试验结果与分析

3．1  保护渣试验和结果

    在整个现场试验过程中，设备参数和工艺条件如表5所示。现场试验在2004年9月～10月进行的，与原现场使用保护渣T₁。在相同条件下进行了对比试验，试验结果见表6。

3．2  2号保护渣使用性能

    通过实验看到2号渣比T₁和1号渣大大地降低了连铸坯的返修率，提高了材料的收得率。在整个连铸过程中2号渣的作用主要体现如下：

    (1)熔化性能：2号渣平均渣耗量为每吨钢0．40 k。在浇铸过程中其物理性能和使用性能比较稳定，渣条很少。从结晶器和铸坯侧取出的渣膜样均呈现玻璃态；在浇铸每1炉的全过程渣层厚度比较稳定，一般保持在8～10mm。因此证明保护渣在结晶器内熔化情况良好，粘度适合。

    (2)铺展性能：由于保护渣在结晶器内铺展性能的好坏，直接影响其保温性能和防止钢水二次氧化作用，它与化渣好坏也有很大的关系。2号渣采用空心颗粒渣，粒度分布均匀，见表4。铺展性能良好，整个渣层厚度控制在35～40mm，而且在结晶器内分布均匀。

    (3)保温性能：采用空心颗粒技术，成形模式为大中小级配比方式，显示出了优异的保温特性。正常浇铸时，结晶器液面未发生冷钢现象；液面活跃，火焰均匀，没有烧结现象。

    (4)润滑性能：铸坯表面振痕均匀，正常浇铸时，表面凹陷明显减少。因凹陷产生的返修率由原来的20％降到5％。说明2号渣润滑性能良好，能够满足连铸要求。

    (5)导热性能：如果保护渣导热性能不良，会造成在结晶器内部生成不均匀的初始坯壳，从而导致表面凹陷的出现，凹陷底部还可能出现夹渣和微裂纹等。保护渣的导热性能与化学成分、粘度等物理性能有很大的关系。试验过程铸坯质量稳定良好，未出现与保护渣相关的事故。结晶器进出水温差保持稳定，说明结晶器内热流稳定、保护渣导热性能均匀稳定。

4  结  论

    经过试验以及综合上述分析，可以得到以下结论：

    (1)设计的2号渣各项指标是合理的，满足小方坯连铸机生产断面尺寸为150mm×150mm、拉速在1．0～1．5 m／min、钢种为2Crl3的要求；

    (2)2号渣在结晶器有足够的液渣层，平均渣耗在0．40 kg／t之间，能够满足结晶器润滑和传热所需的液渣量和固渣量；

    (3)采用2号渣浇铸的2Crl3铸坯表面质量良好，因凹陷产生的返修率从20％降到5％，大大提高了企业的经济效益。