板坯連鑄雙相不銹鋼結晶器保護渣應用研究

翟華平

（江蘇星火特鋼有限公司，江蘇 泰州，225721）

摘  要：針對雙相不銹鋼連鑄生產設備及工藝，研制開發了雙相不銹鋼板坯連鑄結晶器用保護渣。通過在某廠現場試驗證明，其保護渣具有較好的性能穩定性，噸鋼渣耗量在0.27-0.39kg/t，連鑄坯邊部凹陷率降低了13.0-16.5%，表面縱裂紋、振痕和夾渣等明顯降低，可滿足雙相不銹鋼連鑄生產要求。

關鍵詞：雙相不銹鋼；保護渣；連鑄；結晶器

1 引言

雙相不銹鋼指鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少也需要達到30%的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，具有良好的耐腐蝕和焊接性能優良等特點，被廣泛應用于能源、石油、化工、造紙和橋梁等領域[1-3]。

雙相不銹鋼市場潛力巨大，但其在連鑄生產過程易產生皮下氣泡、表面裂紋、中心疏松和縮孔等缺陷，惡化連鑄坯表面質量，導致熱加工性能較差，嚴重制約雙相不銹鋼的生產[4]。因此，在連鑄過程中需要保護渣的導熱系數小、穩定性和保溫性好，以此來提高雙相不銹鋼連鑄坯的表面質量。

2 雙相不銹鋼連鑄時保護渣存在的問題

雙相不銹鋼中Cr2O3夾雜進入保護渣易引起硬化現象，夾雜物鉻酸鐵(FeO·Cr2O3)在Cr 較高時比較穩定，且常與TiN 等夾雜伴生，呈條帶狀分布或網絡狀分布，變形程度差，壓力加工時極易脆斷[5]。

由于渣中Al元素的存在，連鑄保護渣在吸收夾雜物過程中，渣中Al2O3的增加速度快，易形成鋁酸三鈣 (3CaO·Al2O3)。當鋁酸三鈣達到一定濃度后，熔渣的黏度變大，導致鋼渣界面的反應條件惡化，保護渣的吸收夾雜效果變差。相對而言，保護渣堿度越高，熔渣吸收夾雜物的能力就越強，但隨堿度的變大，熔渣表面張力增大，潤濕性減小，對渣膜的形成和潤滑性能帶來了不利影響[6]。本試驗用雙相不銹鋼化學成分見表1。

表1試驗雙相不銹鋼的化學成分 (質量分數，%)  

Table 1  Composition analysis of duplex stainless steels (mass fraction,%)

3 保護渣主要成分及性能選擇

保護渣基料采用CaO-SiO2-Al2O3渣系，此渣系適應性比較強，吸附夾雜后仍有穩定的物化性能。在基料基礎上加入適量助熔劑對其熔化溫度和粘度等性能進行適當調整，為使雙相不銹鋼保護渣具有較強的適應性，選取不同含量的MgO、MnO、Na2O、Li2O和 CaF2等熔劑，多種熔劑相混合，保證保護渣在結晶器內吸附夾雜物之后有相當的穩定性。此外，為防止雙相不銹鋼保護渣對鑄坯造成增碳，保護渣固定碳含量控制在2.0 %以下，同時在渣中摻入少量非碳質材料來代替部分碳質材料。保護渣具體化學成分見表2所示。

表2雙相不銹鋼保護渣的化學成分 (%)  

Table 2  Chemical composition of duplex stainless steel mould powder(%)

雙相不銹鋼結晶器保護渣主要用于斷面尺寸為(180-240)mm × (1200-1600)mm 的雙相不銹鋼板坯生產，鑄機為直弧形，結晶器長度900mm，鑄坯拉速為1.0-1.2m/min，中間包鋼水溫度1500-1 560℃。結晶器保護渣的性能必須與連鑄工藝及生產的鋼種及其規格相適應，否則，不僅會導致連鑄工藝難以順行，還會使連鑄坯表面產生大量缺陷。

4 保護渣物理性能

表3雙相不銹鋼保護渣的物理性能 (%)  

Table 3  Properties of duplex stainless steel mould powder(%)

開發的雙相不銹鋼連鑄用保護渣五個渣號的化學成分和物理性能見表3。由表看出，五個渣號的保護渣堿度范圍在1.1-1.2之間，粘度0.14-0.19Pa·s，熔點保持在1080-1100℃，試驗表明，熔渣具有較好的穩定性。

5 保護渣現場使用效果

表4 保護渣在連鑄使用前后測定的統計平均數據

Table 4  Experiment data collected in average of mould power before and after usage

研制開發的板坯連鑄雙相不銹鋼結晶器保護渣在斷面尺寸為200 mm ×1300 mm的不銹鋼連鑄機上進行了多爐生產試驗，鋼種為2205及2304雙相不銹鋼，拉速為1.0-1.1 m/min。保護渣使用前后連鑄坯夾渣及橫縱裂紋等情況對比見表4。

試驗過程中，連鑄坯液渣層厚度適中，均保持在9-12mm，噸鋼渣耗量在0.27-0.39kg/t，連鑄坯邊部凹陷率降低了13.0-16.5%，表面縱裂紋、振痕和夾渣等明顯降低，鑄坯修磨率大大降低，達到了確保鋼廠連鑄工藝順行和提高鑄坯質量的目的。

6 結論

針對雙相不銹鋼連鑄生產設備及工藝，研制開發了雙相不銹鋼板坯連鑄結晶器用保護渣，通過現場試驗證明，其保護渣具有較好的性能穩定性，噸鋼渣耗量在0.27-0.39kg/t，連鑄坯邊部凹陷率降低了13.0-16.5%，表面縱裂紋、振痕和夾渣等明顯降低，可滿足2205及2304雙相不銹鋼連鑄生產要求。

參考文獻

[1] Claudio Gennari, Luca Pezzato, Enrico Piva, etal. Influence of small amount and different morphology of secondary phases on impact toughness of UNS S32205 Duplex Stainless Steel[J]．Materials Science & Engineering A, 729 (2018) : 149-156.

[2] 王東，張東銘，史曉東，等.雙相不銹鋼在海水淡化中的應用研究[J].冶金動力，2018，( 2)：56-59．

[3] 李飛飛.太鋼自主研發的雙相不銹鋼鋼筋應用于港珠澳大橋[J].支部建設（中旬刊），2018年11月：40.

[4] 王建新，陳興潤，潘吉祥．2205雙相不銹鋼板坯高溫熱塑性研究[J].熱加工工藝，2013，42( 3)：13-16．

[5] 甘志強.不銹鋼夾雜物的成因及降低其含量的途徑[ J].江西冶金，1998，18(1)：9-12 .

[6] 張麗，朱祖民. 奧氏體不銹鋼保護渣的研制[J].鋼鐵研究，2009，37(2)：57-60.