165mm×225mm結晶器保護渣“結塊”原因分析及措施

李玉祥  焦占印

（河鋼宣鋼一鋼軋廠）

摘　要：本文介紹了宣鋼一鋼軋廠2#連鑄機在生產低碳鋼165mm×225mm斷面中結晶器保護渣“結塊”原因，通過研究分析發現浸入式水口參數、鋼水過熱度、結晶器液面和自動控制、保護渣添加方法以及保護渣良好的保溫效果是消除結晶器內保護渣“結塊”的關鍵。

關鍵詞：165mm×225mm  結塊  浸入式水口  保護渣

宣鋼一鋼軋廠2#連鑄機是由上海重型機械礦山有限公司承建的8機8流方坯連鑄機，弧形半徑R8米，年設計生產能力100萬噸鋼，設計斷面有150mm×150mm、165mm×165mm、165mm×225mm三種。在生產165mm×225mm斷面時，一直存在著嚴重的結晶器保護渣液面“結塊”現象。結晶器內保護渣“結塊”直接影響保護渣的正常熔化及潤滑效果，極易造成表面裂紋缺陷或粘結漏鋼事故。通過對現場結晶器液面“結塊”的調查與數據分析，找出了165mm×225mm斷面中影響結晶器保護渣“結塊”的主要因素，對提升鑄坯質量，減少生產事故具有重要的意義。

2 結晶器液面“結塊”概況

宣鋼2#連鑄機生產鑄坯涉及150mm×150mm、165mm×165mm、165mm×225mm多種斷面，其中只有在165mm×225mm斷面生產過程中產生結晶器保護渣“結塊”現象并且較為嚴重。結晶器保護渣“結塊”主要發生在兩側弧邊角部附近，顏色呈黑色，形狀大小不等，內部存在間隙孔洞，漂浮于結晶器鋼水液面之上，屬鋼水與保護渣二者結合物。（如表1）

3 結晶器液面“結塊”的原因分析

3.1 鋼水過熱度的影響

鋼水溫度偏低時，由于鋼液表面的保護渣熔化吸熱以及與銅管之間的熱量交換造成彎月面溫度迅速降低，致使結晶器保護渣熔融層減少，粉渣層厚度增加，增大結晶器液面保護渣結塊幾率。該情況一般為結出比較嚴重的“鋼殼”，鋼水溫度增高時“鋼殼”則會熔化逐漸消失。

3.2 浸入式水口參數的影響

浸入式水口作為鋼水傳輸，防止鋼水二次氧化的物料，其設計參數直接影響鋼水在結晶器內的運行狀態。宣鋼2#連鑄機初期設計水口為長620mm，φ30mm直孔式浸入式水口。

3.2.1水口插入深度影響。

水口插入過淺，鋼流沖擊力大，結晶器鋼水液面翻滾嚴重，無法保證保護渣使用效果，保護渣設計多層結構被破壞，鋼水卷入保護渣顆粒，與鋼水反應后產生結塊。從2#連鑄機2015年11月份至2016年3月份生產XG08D₂鋼種165mm×225mm斷面的工藝數據顯示，因插入深度不夠保護渣“結塊”次數達到79次，占該鋼種“結塊”次數比例的33.2%。

3.2.2水口不對中影響。

水口不對中偏流澆鑄，保護渣添加量不均勻，結晶器內保護渣無法保證渣層結構液渣層厚度分布不勻，同時由于窄面保護渣添加相對較少，鋼水流速快鋼水活躍，造成鋼水卷渣，最終導致保護渣與鋼水混合，混合物因密度低于鋼液，懸浮于鋼液上方，經長時間聚集形成結塊物。

3.3 保護渣成分的影響

2#連鑄機生產鋼種XG08D2屬低碳低硅系列，成分如表1。該鋼種所使用保護渣物理性能及化學成分如表2。

表2保護渣的物理性能及化學成分/%

保護渣合理的熔化速度及良好的鋪展性能，可以保證保護渣在鋼液面上形成一定厚度的熔渣層和粉渣層，并形成足夠量的液渣流入鑄坯和結晶器氣隙間，減少結晶器與鑄坯氣隙固體渣膜熱阻，從而減少更多的熱損失，確保鑄坯潤滑效果，使鋼液凝固放熱迅速沿水平方向傳出，在結晶器中生成足夠厚度和強度的鑄坯坯殼。只有保證保護渣在健康的動態平衡下，才能防止保護渣在結晶器內的結塊現象。

在2#連鑄機使用A型保護渣生產XG08D2鋼種165mm×225mm斷面鑄坯時，結晶器液面結塊和漏鋼次數明顯高于其他保護渣。

A型保護渣加入結晶器后液面火光明顯，導熱效果差，在結晶器內伴有結團、分熔現象，熔化均勻性較差，固態渣膜結晶層厚，使用中由于保護渣吸收Al₂O₃后黏度增大，形成的渣條發粘，造成短時間內液渣層動態平衡受到破壞結團，破壞了保護渣液渣層，造成結晶器保護渣液面結塊。

A型保護渣熔點偏高1190℃，熔化溫度高，在結晶器鋼液面較難熔化，尤其在結晶器邊角部表現較為明顯。選用低熔點、低黏度的保護渣，結晶器在低振頻、低振幅的條件下高溫澆鑄將會增強保護渣的潤滑效果。

3.4 保護渣保溫效果

連鑄保護渣必須具有良好的絕熱保溫性能，這樣可以抑制連鑄過程中在結晶器內形成搭橋和浮體，同時可以提高彎月面溫度，維持渣流通道，減輕振痕，減少表面及皮下缺陷。保護渣加入到高溫鋼液面上，形成三層或多層結構，減少了鋼液的輻射傳熱，減緩了鋼液的降溫速度。由于粉渣的熔化速度能影響燒結層、粉渣層以及液渣層的厚度。因此通過控制保護渣的熔化速度可以實現保護渣絕熱保溫的作用。保護渣鋪展到鋼液面后逐步升溫，形成多層結構。隨著保護渣溫度不斷升高，碳質材料開始燃燒，其中部分基料開始熔化相互接觸。隨著保護渣進一步被加熱和碳的不斷燃燒，形成由炭粒包裹的液滴，隨著炭粒的消耗，熔化的基料聚結形成熔渣池。此時保護渣與鋼水液面接觸，保護渣逐漸隨鋼液凝固填充至結晶器與坯殼之間，起到潤滑作用。靠近結晶器壁的一側因受到冷卻而凝結成固態，液態渣膜隨著鑄坯一起脫離結晶器。下層保護渣熔化后，形成熔融態懸浮于鋼液上層，該層渣氣隙熱阻消失，潤滑效果顯現，但保溫效果基本消失。而粉渣層內由于含碳質材料熔速相對較慢所以保護渣保溫效果主要依靠粉渣層來實現。保護渣保溫效果，

3.5低拉速澆鑄

拉速低是指在低溫情況下的相對拉速較低時，此時浸入式水口鋼水流速變化，結晶器鋼液面鋼水流動緩慢，直孔流速降低，液面邊角部產生流動死角，造成結晶器邊角部結塊，伴隨時間變化逐漸增大。

4 改善措施

適當提高鋼水溫度，在澆鑄大斷面鑄坯時，執行20-35℃過熱度澆鑄，防止低過熱度澆鑄產生的結流和低溫渣化不良現象。

優化水口參數，延長浸入式水口長度至650mm，直徑不變，要求水口插入深度執行90-120mm標準，保證浸入式水口足夠的插入深度。

標準化操作，保證水口對中，按照流間距尺寸精度，優化中間包水口距離，確保中間包水口中心與結晶器口中心垂直。

優化保護渣配方，對現有A型保護渣調整MgO含量，降低渣中Al₂O₃含量，適當降低保護渣熔點，提高保護渣的保溫效果。

改變工藝操作，嚴格執行恒溫恒速拉鋼，在165mm×225mm斷面生產時，優化保護渣添加方式，適度增加粉渣層厚度，保證保護渣保溫效果。

5 結語

宣鋼一鋼軋廠2#連鑄機澆鑄165mm×225mm斷面產生結塊的主要原因為保護渣保溫效果差影響。通過優化水口的工藝參數，穩定連鑄拉速和澆注溫度，調整保護渣成分，執行標準化操作，結晶器液面保護渣結塊現象得到有效控制，杜絕了因結塊原因造成的漏鋼事故。

參考文獻

[1] 李玉祥. 保護渣成份調整對鑄坯質量的影響[A]. 河北省冶金學會、唐山鋼鐵集團有限責任公司.2012河北省煉鋼連鑄生產技術與學術交流會論文集[C].河北省冶金學會、唐山鋼鐵集團有限責任公司:，2012:4.

[2] 曾亞南，孫彥輝，艾西，馬志飛，劉瑞寧，劉泳. 結晶器保護渣對300mm×360mm低碳鋼連鑄坯表面質量的影響和成分優化[J]. 特殊鋼，2014，(04):24-27.

     [3] 鄭宏光. 含鈦不銹鋼連鑄水口結瘤和結晶器“結魚”[J]. 寶鋼技術，2008，(01):50-54+58.

     [4] 朱立光，胡斌，王杏娟等. 連鑄保護渣析晶行為的研究現狀及展望[J]. 材料導報， 2013， 27(6):77-81.