大方坯连铸结晶器保护渣的研制

大方坯连铸结晶器保护渣的研制申俊峰李春龙张铁军郭进毅摘要：对进口结晶器保护渣进行具体分析,研制出两种大方坯结晶器保护渣,工业试验结果表明:研制的渣能够替代进口产品,满足大方坯连铸生产工艺的要求。关键词：大方坯连铸结晶器保护渣研制工艺条件RESEARCHANDDEVELOPMENTOFMOULDFLUXOFLARGEBILLETCONCASTERShenJunfongLiChunlongZhangTiejunGuoJinyi(BaoTouIron&SteelCorp.)Abstract：Basedupontheanalysisoftheimportedmouldfluxtwodifferenttypesofbigbilletcontinuouscasterhavebeendeveloped.Industrialexperimentsshowthatsubstitutionoftheimportedfluxwiththedevelopedonecansubstantiallymeettheprocessrequirementsofthebigbilletconcaster.Keywords：bigbilletconcastermouldfluxresearchanddevelopmentprocesscondition▲1前言包钢引进德国大方坯连铸机的同时,也购进部分进口结晶器保护渣,但仅供热试车和考核期内使用。因此,考核期后就必须有性能良好的国产结晶器保护渣满足连铸生产的要求。购进的大方坯保护渣是连铸机投产时匹配浇铸工艺条件的最初渣型。另外,包钢方坯连铸断面之大属国内之最,如此的工艺条件对保护渣有更高的要求。所以,必须在消化吸收国外技术的基础上开发大断面方坯连铸结晶器保护渣。2进口保护渣的理化性能指标进口保护渣的化学组成及物理性能见表1、表2［1］。表1进口保护渣的化学组成分析结果编号CP-1CP-2CP-5CP-6SiO230.3～32.627.5～28.025.1～26.029.5～30.9CaO21.2～21.727.7～29.029.8～30.227.0～27.1MgO2.0～2.40.4～0.790.36～0.971.23～2.07Al2O35.3～5.85.51～5.543.7～4.175.0～5.26TiO20.23～0.280.14～0.150.16～0.180.20～0.73Fe2O30.40.651.10.78MnO20.06～0.10.06～0.102.66～2.730.09～0.10NaO28.02～9.165.26～5.863.51～4.046.17～9.51K2O0.28～0.420.31～0.370.6～0.630.70F-5.4～5.85.16～5.404.38～4.405.04～5.22CF.15.1～15.4313.2～13.819.4～19.913.3～13.4CO27.6～8.19.97～10.561.5～3.46.64～7.04TC.17.3～17.515.9～16.720.3～20.3615.2～15.22R0.751.041.200.95H2O0.660.110.310.17适应钢种中、低碳钢12Cr1MnV中、高碳钢中、高碳钢表2进口保护渣的物理性能编号熔点/℃粘度/Pa.s熔速(3×3mm渣柱)堆比重/g.cm-3粒度/%铺展面积/cm2铺展角度/度水分/%初熔半球流动1200℃1300℃1400℃1500℃1300℃1400℃-100目-200目CP-11116113211361.181.150.63/2′41″2′16″0.7097.2813.88499.1741.30.66CP-21078109811030.700.420.22/1′43″/0.8096.4013.0242642.60.11CP-51125113811420.660.350.24/2′16″1′56″0.7091.7913.19463.5042.150.31CP-61076108510610.640.320.22/1′17″1′46″0.6994.9812.50563.8239.700.17注：“/”表示未测，下文同3大方坯结晶器保护渣的研制包钢炼钢厂为全弧形3点矫直4机4流机型,80t转炉配套供应钢,结晶器振动为高频低幅，铸机断面较大，浇铸钢种多为中、高碳钢。对于这样特点的浇铸条件,保护渣的研制应考虑这些特点。3.1保护渣的冶金功能保护渣是一种非金属混合材料,必须具备如下5个冶金功能:(1)保护渣加入到结晶器内的钢液面上时,应迅速熔化形成一个厚度适宜的熔融层,并均匀覆盖钢液面,使钢液与空气隔绝,防止钢液遭受再氧化,渣层厚度一般在5～15mm为宜;(2)保护渣在结晶器内应始终有一个粉渣层存在,使其能对钢液有一个良好的保温作用;(3)与钢液直接接触的液渣层,应能够捕获并吸收钢液中上浮到表面的非金属夹杂物;(4)要有足够的液渣流入结晶器与坯壳的缝隙中充当润滑剂,使铸坯顺利拉出结晶器;(5)流入结晶器与坯壳缝隙中的熔渣,形成厚度均匀的渣膜,以控制铸坯向结晶器传热有合适的热流速度［2］［3］。3.2保护渣成分设计原则为了有效发挥保护渣以上所述各项功能,配制时必须对其化学组成和物理性能指标作出严格要求。按照熔渣理论,熔化后的保护渣由各种酸性和碱性氧化物组成,且其酸、碱氧化物的比例要适合,因此,碱度值是保护渣设计时考虑的重要因素。为了调节物理性能(熔点、粘度)应加入一些碱金属或碱土金属氧化物,如:Na2O,CaF2等。但加入量不宜过大,否则会产生负影响。另外,碳质材料是不可缺少的调节材料,它作为骨架控制着保护渣的熔化速度。碳质材料的加入量、种类应慎重考虑。碳质材料选的合适,保护渣的使用性能会有很大的改善,否则会恶化其熔化行为。关于物理性能,庆重点考虑熔点、粘度、熔速。由于保护渣是个多元混合体,熔化温度是一个区间,一般考查其初熔点、半球点、和流动点,这里最重要的是半球点。由于大方坯浇铸时,结晶器内铸坯的冷却有角部和面的差别,由于多浇铸高碳钢,因而保护渣的熔点不宜太高,以保证结晶器内有足够的熔渣层。粘度是保护渣的重要指标,要有合适的值。如果太大,渣的流动性差,进入结晶器与坯壳的缝隙不畅,因而影响铸坯的润滑;如果太小,则形成不合适的渣膜,影响结晶器传热和铸坯表面质量。熔速的快慢直接影响液渣的厚度,太快太慢都将影响铸坯表面质量。此外,对堆比重、铺展性、粒度和水分也应兼作考虑。3.3保护渣原材料选择综上分析,设计保护渣时,对原材料的选择作如下考虑:(1)原材料种类不宜太多;(2)原材料化学成分稳定,来源可靠,就地取材,运输方便;(3)化学组成中Al2O3、Fe2O3要少;(4)主要基料为硅灰石、预熔料等;(5)主要调整剂为苏打、萤石等;(6)炭质材料为石墨等。3.4设计保护渣的理化性能综合考虑以上各因素,进行了不同类型钢种连铸保护渣的成分设计、配制及性能测量,并以进口保护渣的理化性能为基准进行了多次修改和调整,得到性能较佳的保护渣，其化学成分和物理性能见表3、表4。表3研制出的大方坯连铸结晶器保护渣的化学组成(w)%编CaOSiO2Al2MgOTiOFe2MnONa2K2OFCF.CO2TC.B2O3R号O32O3OBGX-121.4732.164.321.110.120.99/9.560.745.8012.156.9717.371.180.61BGX-530.0225.893.901.760.051.063.044.780.204.9620.454.4020.90/1.01BGX-629.2031.183.530.610.120.16/9.060.295.7012.896.7116.343.360.95表4研制的大方坯连铸结晶器保护渣的物理性能编号熔点/℃粘度/Pa.s3×3mm渣柱熔速(1350℃)堆比重/g.cm-3铺展面积/cm-2(400g)铺展角/度(400g)初熔半球流动1200℃1300℃1400℃BGX-11094111611250.780.370.192′20″0.69283.536BGX-51081114611750.600.310.232′10″0.68254.540BGX-61079110611310.500.270.152′35″0.67269.0404工业试验结果及分析工业试验分3个阶段进行,分别为探索性工业试验、对比试验和批量试用。1996年10月因包钢铸机未投产,选择武钢一炼钢方坯连铸实施了探索试验。1998年3月至7月在包钢铸机上实施了与进口渣的对比试验。1998年9月9日开始批量试用,截止10月16日,已累计浇钢37852t。4.1探索性工业实验探索性工业试验条件如下:(1)500t平炉,250t钢包,国产半径=8m的8机8流连铸机,公称容量15t异形中间包,长水口和下装浸入式水口保护浇铸,塞棒控制铸流,铸坯断面200×200(单位为mm);(2)浇铸钢Q215;(3)人工加入保护渣,开浇时不采用试验渣。试验结果见表5。表5探索性工业试验结果渣号炉号中包温度/℃流号拉速/m.min-1试验渣量/kg渣的铺展性结晶器内液面情液渣层厚/mm渣圈拉漏夹渣凹坑纵裂横裂振痕铸坯支数(5.8m定尺)合格率／%况BGX-1560701155070.8～1.125较好烟尘大,火苗长5～7较少无无少量无无略深13100BGX-5560701155080.4～1.030较好渣耗大15～18较少无无少量无无略深16100BGX-6560701153780.9～1.228较好烟尘大,火苗长5～6很少无无无无无浅18100从以上试验结果看出,所试验的3种保护渣表现出不同的优缺点,虽然试验渣量不大,但下列两点可以肯定:(1)铸坯表面未出现严重缺陷,判检合格率100%;(2)结晶器内渣圈较少或无,有利于结晶器操作和铸坯表面质量控制。但是,也暴露出一些缺点,如:结晶器内火苗长、烟尘大,这可能与配碳不适有关;一些铸坯上发现有少量凹坑、振痕略深等,可能与粘度小、浇铸条件不稳定有关。从总体上来看,试验取得了预期效果。就上述结果进行比较认为,BGX-6渣优于其它两种渣。4.2对比试验对比试验的试验用渣共两种,分别为探索性试验优选出的BGX-6渣和根据进口的新渣型CP-10研制而成的BGX-10渣,两种渣的成分及性能见表6。表6对比性试验渣的化学组成(w)及物性%编号CaOSiO2Al2O3MgOTFeFe2O3FeONa2OK2OF-CF.R熔点/℃粘度/Pa.s熔速/s(3×3mm,1350℃)初熔半球流动1300℃BGX-29.28.2.0.0.0.0.6.0.6.11.1.9710100.51706908895866654361629228804849680BGX-1019.5029.464.990.860.910.770.589.470.554.6017.500.66996104010550.25180对比试验是在采用进口渣进行正常生产的条件下,选取其中一流(或两流,并尽量选取边流使用试验渣)进行对比试验。首次试验在浇次结束时钢包剩钢水20t时加入试验渣,根据试验效果逐渐扩大到钢包剩钢水40t、60t、单炉、多炉。试验时主要考核保护渣在结晶器内的熔化状况、火苗状态、铺展性、渣耗以及铸坯表面、内部质量等。试验结果与同炉采用进口渣的效果进行比较。试验共进行11次,累计浇钢1052t,渣耗约454kg,实验结果见表7。表7研制与进口的保护渣浇铸实验结果对比渣号试验条件结晶器内效果钢种断面/mm拉速/m.min-1塞棒控制中包温度/℃液面情况铺展性渣圈渣耗/kg.t-1BGX-6U74、M135280×325280×3800.60～0.86手动或自动U74:1492～1510M135:1528～1536小火苗、不结壳好手动时有渣圈0.5～0.6BGX-10U74、U71Mn、45号280×3250.60～0.76手动或自动U74、U71Mn:1488～150545号:1525～1531有时渣面不活跃好手动时有渣圈