保护渣对铸坯质量和连铸过程的影响

贺海伟

陕西龙门钢铁有限责任公司  陕西 韩城 715404

摘要：连铸结晶器保护渣是一种以硅酸盐为主体，以多种化学助剂为主体的功能性物质，并以碳质物质为主体构成的人造渣层。随着我国钢铁工业的迅速发展，对钢坯的质量和连铸工艺提出了更高的要求。但当前，连铸过程中，保护渣物化特性、连铸工艺平稳运行和铸坯质量三者间的内在联系，已经成为制约连铸工艺进步的重要因素。如何充分利用连铸保护渣的各项功能，提高铸坯表面质量，保证不同品种钢的正常使用，已成为当今广大炼钢厂必须重视的重要课题。

关键词：保护渣；铸坯质量；连铸过程

由于简化了生产流程，提高了金属产量，节约了能源，改善了钢坯质量，使连铸技术在工业上获得了快速的发展。20世纪，全球连铸率的平均水平是86%，其中27个工业国家的连铸率超过了90%（也就是完全连铸）；中国的钢铁企业在新世纪也已实现了90%以上的连铸率。我国是世界上最大的钢铁国之一，其在连铸中的应用已超过30年。该工艺在保证连续铸造工艺稳定性、拓宽铸坯品种、改善铸坯质量、改善铸坯产量等方面具有十分重要的作用。可以说，现在的铸造工艺和这一技术密不可分。所以，在现代连铸生产中，采用了保护渣工艺，并将其纳入了高科技的范畴。世界上许多国家都在这方面投入了巨大的资源和人力，对保护渣进行了深入的研究和开发，使保护渣工业化和商品化，从而使保护渣的工业和商品化得到了极大的发展。

1保护渣的作用及其基本原理

目前，在连铸过程中，采用浸入式水口、保护渣浇注等工艺，对改善铸坯质量起着重要作用。保护渣具有保温隔热，防止钢表面结皮，隔绝空气，防止钢液二次氧化，吸收钢液中的夹杂物，润滑并保护坯壳，提高连铸坯的凝固及传热性能。

在结晶器内添加粉末状固体保护渣后，在钢液的作用下，钢液表面很快就会生成一层液渣。在液渣层之上、粉煤灰层之下的烧结层是以疏松的保护渣为主的。在连铸过程中，钢液在连铸过程中逐步形成了一层钢壳层。在钢液与保护渣界结合的部位，形成了一层钢坯壳，起到了隔绝空气，防止了二次氧化的作用。在不断的振荡过程中，保护渣沿弯月形方向进入到钢坯与钢坯之间的空气间隙中，使钢坯内的热阻力减小。

在连铸过程中，由于水冷却作用，保护渣在铸坯表面形成了一层渣皮。在铸坯之间，渣皮向下摇摆，并在坯壳和结晶器之间形成一层保护性渣层。在连铸过程中，随着连铸速率的增加，铸坯与钢液的热量交换增强，铸坯表面温度上升。在高温条件下，保护渣层向熔融态转化，起到了润滑剂作用，起到了降低“粘结”的作用。

在结晶器的上方，靠近结晶器的壁面，进行迅速的冷却。在壁面较低处，由于壁面的压缩，形成了空气间隙，从而增大了壁面的热阻力，降低了传热效率。该保护层能够在空气间隙中形成均匀的包覆层，从而保证铸坯表面的均匀性，避免铸坯内部的热开裂。在连铸过程中，需要对铸坯进行连续、批量、连续地添加保护渣。

2保护渣在连铸过程中的作用

2.1保护渣对钢液面有绝热保温作用

这主要取决于保护渣粉末层的厚度以及粉末层的物性（粉末层厚度、装填密度、碳含量）。为避免铸坯表面的结皮，避免铸件弯月面的低温，造成铸件表面的损坏及夹杂。要针对不同的钢种，选用不同的保护渣绝热性能。如在浇注高铝钢、1Crl8Ni9Ti等钢种时，要选用绝缘性能好的熔渣系统，并要特别注意弯月面处的绝缘，不然会对表面造成破坏，并在表皮下产生大量夹杂物。

2.2保护渣可以防止钢液的二次氧化

在结晶器内，保护渣对钢液的二次氧化起到了重要的抑制作用。一般情况下，铸型中的液渣厚度为10~12毫米，只要液面高度稳定，注入口深合适，就能实现对空气的有效隔绝。

2.3保护渣具有很好的润滑作用

在高拉速条件下，保护渣的润滑性是保护渣的一个重要特性。此处的润滑是指在毛坯壳体与铸型内壁上的渣膜的液态润滑。要达到此目的，必须通过拓宽液相区、提升液相渣膜特性来改善连铸过程的目的。目前，对保护渣的滑移特性进行了深入的研究。目前，国内外学者对该保护渣的润滑性进行了两方面的研究。一是改善保护渣性质，并赋予其优良的润滑特性；二是改变模头的振型，改善模头的润滑作用。

3保护渣对铸坯质量的影响

3.1保护渣导致钢铁表面出现裂纹

目前，钢材表面裂纹已成为钢材制造中最普遍的一种缺陷。一般情况下，表层纵裂多发生在铸件中央及铸件边角部位。纵裂常常伴随着表面的下陷。严重时，裂缝深度可达20~30毫米，甚至贯穿铸件。如果裂缝很深，就会造成钢铁泄露或者直接造成浪费。在结晶器内产生了表面纵裂。由于初始壳厚不均，且壳厚不足的部位出现了应力积累，使表层的应力超出了最大承载能力，从而出现了微裂纹。在二次冷却区以后，裂纹出现。纵裂是连铸过程中普遍存在的一种严重缺陷，严重影响了连铸机的热装、热送工艺的顺利进行。

3.2保护渣熔化温度影响坯壳表面质量

保护渣的熔点对渣层厚度及铸型换热效率有一定的影响，进而对铸型表面质量有较大的影响。高的熔点对渣体的溶解不利，会使渣体溶解速率降低，在渣体中形成一层薄薄的液层。由于铸坯与铸坯间的液渣流量降低，保护渣对铸坯的润滑效果减弱，铸坯极易粘着于铸坯内壁，造成铸坯粘着、漏钢等问题。同时，保护渣的熔点对壳层和渣膜热阻力的比值也有一定的影响。随着熔渣温度的提高，渣膜的热阻力增大。另外，提高炉渣的熔点，会使炉壳厚度变薄。在连铸过程中，为了避免漏钢，在连铸过程中，应将壳厚控制在一定范围内。在此基础上，确定了保护渣熔点的上、下限。若采用低熔点保护渣，则会提高保护渣的熔速，增大保护渣的液膜厚度，造成保护渣初凝过程中热量传递不均，造成铸坯表面纵裂，保护渣损耗增大，液膜易结壳。在相同的临界厚度下，随着连铸速度的提高，相应的保护渣熔点降低。

3.3保护渣熔化速度影响铸坯浇注速度

连铸过程中，连铸保护渣的熔融速率直接影响连铸过程的顺利进行，并直接关系到连铸后的连铸过程。太快的熔融速率增加了操作人员对保护渣层厚度控制的难度。由于钢水与空气间的间歇性接触，使热量损耗增大，并在保护渣表面生成“漂浮物”，使保护渣表面结皮、夹渣，加速了炉渣的长大，加速了炉渣在弯月面的凝固。但若熔融速率太低，液渣进入空气间隙的不均匀，液渣厚度太小，则会引起连铸坯表面开裂等缺陷，严重时还会引发漏钢事故。要达到较好的结晶器润滑效果，一般要求液相渣层厚度为6毫米~12毫米，而高速铸造时，液相渣层厚度则要大于20毫米。提高浇注速度，可以提高铸件的热通量，提高熔融速度。

4结语

连铸是钢铁冶炼过程中的一个关键步骤，也是影响钢坯质量的关键因素。在连铸生产中，应针对不同钢种的凝固特点及断面大小，合理选用保护渣组分及性质，合理使用，使其发挥出最大的作用，保证连铸生产的连续进行，从而得到优质钢种。

参考文献：

[1]郭峻宇,刘志龙,黎莉等. SWRCH22A冷镦钢铸坯质量改进研究[C]//中国金属学会.冶金工业出版社（Metallurgical Industry Press）,2022:338-343.

[2]张学民,李长新.高裂纹敏感性异型钢铸坯质量控制研究与实践[J].宽厚板,2021,27(06):25-29.

[3]靳贺斌,吉俊德,王时松,张旭彬,王强强,何生平.钢渣反应对高钛钢保护渣物化特性的影响[J].连铸,2021(06):59-64.

[4]王伟,亓捷,翟俊,李欢.含钛铁素体不锈钢连铸过程保护渣性能演变对铸坯质量的影响[J].炼钢,2021,37(05):76-79+84.