关于保护渣对铸坯缺陷的影响与研究

2021-11-27李昆瑞

魅力中国 2021年15期

李昆瑞

（河钢集团邯钢邯宝炼钢厂连铸车间，河北邯郸 056003）

一、连铸工艺情况介绍

（一）连铸工艺流程简要

连铸工艺简单来说就是将液态的钢水凝固成板坯，薄板坯，小方坯等，在此凝固过程中，结晶器是可以快速地将钢水凝固起来的容器。结晶器正常运行期间，为了保证脱模效果良好，减小与结晶器铜板间的摩擦，需要根据不同钢种添加相对应的保护渣。保护渣性能的改进是连铸高效生产的关键点。钢铁的生产从简单的模铸开始，逐渐过渡到连铸。正是由于结晶器的使用，才使得连铸工艺可以保持连续生产，生产效率更高。当下比较主流的连铸机型有立弯式，弧形，水平等，立弯式比较常用。

（二）连铸工艺生产中保护渣的影响

在连铸生产的过程中，需要不断往结晶器里添加保护渣。保护渣的功能有隔绝空气、吸附夹杂、润滑和传热。其润滑，传热是重中之重。熔融的保护渣填充在坯壳与结晶器之间的气隙，使得结晶器与坯壳之间形成厚度适当且均匀分布的渣膜，减小摩擦力可以有效地防止粘结，同时热量由板坯传递到结晶器铜板冷却水之间，需要经过渣膜、气膜，促进传热。尽快让板坯降温凝固，使得坯壳快速均匀地生长。在实际生产过程中常见的铸坯缺陷有内部缺陷、外部缺陷、质量缺陷。保护渣的物化性能能影响到板坯的纵裂-弯月面受热不均造成、夹杂、横裂等缺陷。

（三）实际使用中保护渣种类及简要区分

根据不同钢种选用不同的保护渣，所以很难系统地规范。保护渣的化学组成由两种：一种是CaO—SiO2 为基料；另外一种是CaO—SiO2—Al2O3 基料。优化保护渣的性能，也就是优化其物理化学性质，包括保护渣粘度特性，环保特性等。实际使用的三种保护渣为MOP-VRS-95R（超低碳钢保护渣）、MOP-SXS-43A（包晶钢保护渣）和MOP-SXS-103AL（高铝钢）。三种保护渣化学组成上有所差别，其中103A 相较其他两种而言L 多出一种Li2O；三者水分含量一致，但软化点方面43A 最低，SXS-103AL 次之，VRS-95R 最高；同温度1300℃条件下粘度相差较大，VRS-95R 为0.45±0.12PA*S，SXS-43A 为0.1±0.03PA*S，SXS-103AL 为0.12±0.03。

二、保护渣实际运用中的优化调整

（一）保护渣粘度性能简介及影响

保护渣的粘度，也就是其流动性好坏，直接影响到熔融态液渣吸收氧化物夹杂的速度和润滑钢坯的效果。流动性能好的保护渣可以减小连铸生产过程的拉坯阻力，同时结晶器与钢坯之间填充熔融的液态保护渣，形成稳定且均匀的渣膜，避免了空气的进入，从而增强了钢坯的传热效果，也能很好地避免结晶器与钢坯间的粘结，改善铸坯的表面质量，为连铸高效，快速的生产起到了重要作用。在浇铸过程中结晶器内的钢水温度和组分会随着浇铸时间的延长产生一定的变化。为了更好地发挥保护渣的冶金性能，要求其粘度不会随钢水温度和组分的变化而出现较大的波动，因此保护渣具备一定的稳定性。

（二）调整保护渣粘度的方法

从保护渣的组分来看SiO2 和Al2O3 是影响其粘度的主要因素，其他一些碱金属和碱金属氧化物的加入，主要是为了微调粘度，增加保护渣中液态渣的流动性。其中CaF2 的加入才可以使得保护渣粘度大幅度降低。由熔体结构分析：熔融的保护渣组分类似于玻璃，均属于硅酸盐熔体结构，熔融状态下的保护渣呈现出无规则的离子聚合体形态。硅离子电荷高，离子半径小，可以夺取熔渣中游离的阴离子或者氧化物中的阴离子。所以尽可能地由氧离子包围。由于硅离子呈现出四价态，故形成硅氧共价键的四面体网格结构。

此外保护渣中的碱金属氧化物以Na+、K+为例，二者电荷小、半径大、对氧离子的束缚能力弱，极其容易失去氧离子。在这种情况下，向液态保护渣中输送游离的氧离子就会迫使原有的硅氧四面体结构发生变化，由原来的每个氧离子被两个硅离子共用变成两个独立的网格结构，打破了原有四面体的完整性、对称性。从而导致保护渣的性能出现一系列的变化，如粘度变小等。调节保护渣粘度的方法就是破而后立：打破原本的网格结构，建立新的硅氧共价键，形成新的四面体结构。熔融渣中的Al2O3，会形成类似于硅氧的铝氧四面体结构，不但没有破坏原有的网格结构，还使得四面体结构变大，因此保护渣粘度变大。

三、保护渣的未来趋势

F-离子的影响，CaF2 是保护渣中不可或缺的成分之一，其主要作用是调节、稳定保护渣的粘度。CaF2 相较于碱金属氧化物而言，更能使得渣粘度变低。其主要原因是CaF2 能提供更多的F 离子，破坏硅氧四面体的网格结构，打乱之前的排列顺序。从保护渣的成分来看，无论什么类型的保护渣中均含有F 元素。CaF2 可以调控保护渣流动性。在浇铸过程中，熔融状态下的F 会与保护渣中的其他组分发生化学反应，生成低熔点物质挥发到空气中，损害工人健康；又或者与二冷水反应，使得二冷水呈酸性，腐蚀设备，污染水质。急需研发出无氟或者固氟能力强的保护渣。