连铸保护浇注总结

1、前言

鞍钢第二炼钢厂2号铸机为德马克型小方坯铸机，生产的主要品种是轧制建筑盘条用的普碳钢和轧制小型材用的低合金钢，断面为120mm_120mm，一直是敞开浇铸。九八年末投产的3号铸机是一台超低头板坯连铸机，浇铸断面为150mm_850mm～1200mm，供中板厂轧制中板材，铸机采用全过程保护浇铸，即保护套管、浸入式水口、结晶器保护渣。本文从理论上探讨分析了敞开浇铸与保护浇铸的机理，从实践上检测、比较和分析了保护浇铸在鞍钢二炼钢厂取得的效果。

2、连铸过程保护浇铸的机理探讨

保护浇铸的基本作用是减少连铸过程二次氧化，而二次氧化夹杂物一般由钢水罐注流及中间包注流与空气的相互作用和中间包钢水表面及结晶器钢水表面与空气的相互作用而生成。

敞开浇铸条件下,当注流自钢水罐和中间包水口流出后,除注流本身吸氧外,下落过程中,速度大,象一个真空喷射泵,使注流把周围的空气直接卷入并带入中间包和结晶器,如果滑动水口处于节流（半开）状态，使注流成为散流,则会成倍地加剧钢流的二次氧化,有关实验资料〈参考文献2〉说明,散流吸氧率比光滑圆流增大60倍。保护浇铸条件下，特别是钢水罐保护套管和中间罐浸入式水口再加氩气保护或垫圈密封，必然很大程度地避免钢水与空气的直接接触、吸收和卷入，使钢水的二次氧化大大减弱。敞开浇铸条件下,结晶器钢水表面暴露在空气中,空气中的氧会进入钢水,尤其是钢水的流动使表面不断波动和更新,吸氧更为严重。有关资料[1]理论计算指出，由于注流冲击引起的钢水强制流动,使钢水裸露表面每1.15秒就更新一次，即每分钟更新52次。可见,无结晶器保护渣的浇铸,将使钢水吸氧面积大大增加,二次氧化加剧。保护浇铸条件下，结晶器钢水液面受保护渣均匀覆盖后，空气就不能直接与钢液接触，而要通过保护渣的扩散才能达到钢液面，尤其是钢液面上覆盖的液渣层可有效地防止渣－钢界面氧的扩散，加之保护渣中加入的碳会受热分解，溢出的气体也会驱赶弯月面的空气。不仅如此，结晶器保护渣还将有效地吸附上浮到渣－钢界面的夹杂物。

除上述情况外,鞍钢二炼钢2小方坯铸机与3板坯铸机中间包注流比表面积也存

在差异。本文的比表面积f即指单位重量钢水流出时所占的表面积。有关文献〈参考文献1〉的经验公式为:

12/t)α

α——水口直径,mm

对于3板坯铸机,中间包水口直径d=40mm,则f=14_10-3m2/t;对于2小方坯铸机,中间包水口直径d=16.5,则f=34_10-3m2/t。

可见,小方坯中间包注流比表面积是板坯中间包注流的2.4倍。即使两种铸机中间包皆为敞流浇铸,仅此方面与空气的接触程度也是有差异的。

3、鞍钢第二炼钢厂保护浇铸的工艺、设备和材料

鞍钢第二炼钢厂3＃板坯铸机保护套管采用机械安装，对接于钢水罐滑动水口下水口锥形部分，并用重锤平衡，材质为石质和铝碳质。使用套管的条件之一是良好的自开率，本厂自开率可达96%，具备保护套管的使用条件，遇不自开则需烧氧引流。浸入式水口对接于中间包滑动水口下水口，同中间包连接后插入结晶器内，结构形式为组合式浸入水口，侧孔下倾10，材质为铝碳质。结晶器采用保护渣目的是隔绝空气、吸附夹杂、绝热保温、润滑和改善传热。保护浇铸的形式见图1。

保护套管、浸入式水口、结晶器保护渣理化性能见表1。

表1保护套管、浸入式水口、结晶器保护渣理化性能

C体积密度常温耐压热震项目Al2O3SiO22

%g/cm3Mpa次数%%-≥保护套管-≥99-≥≥10

浸入式水口40-45项目Al2O3

保护渣51.5≥≥≥5熔点℃1080熔速S30SiO2CaOCFeO%%%%≤2

4、＃机保护浇铸与2＃机敞开浇铸实践效果的检测、比较与分析

鞍钢二炼钢3＃板坯铸机与2＃方坯铸机浇铸Q235-B钢种所用钢水的冶炼脱氧工艺，出钢后的运送途径、传搁周期、吹氩处理、中间包材质、中间包液面覆盖材料和液面高度均相同，铸机高度相当，结晶器皆为弧形。对净化钢水方面所不同的，就是保护浇铸，所以通过检验两种铸坯中电解夹杂和氧、氮含量以及夹杂物的形态、性质、尺寸，通过监测统计钢水温度变化，可以反映保护浇铸工艺对防止二次氧化和保护渣吸附夹杂以及保护浇铸系统保温的效果。

为从实践角度评价保护浇铸的效果，我们从小方坯和板坯分别取样，每块方坯样取内弧至外弧三点，共取三炉六块，计十八点。每块板坯样取横断面上十五点，共取两炉六块,计九十点，钢种全部为Q235-B。

4.1夹杂物含量见表2

夹杂物试样加工成φ40_100mm圆柱体，通过电解夹杂手段检验铸坯中夹杂物的含量。以上结果说明保护浇铸比敞开浇铸夹杂物总量平均减少111.3ppm,减少66.7%,

Al2O3减少2.1ppm,减少29.6%;FeO即三分之二；其中SiO2夹杂减少74.5ppm,减少67.2%；

减少5.5ppm,减少37.9%，减少幅度最大的是SiO2夹杂。

4.2氧、氮含量见表3

表3氧、氮含量

钢种Q235-B项目敞开浇铸保护浇铸%敞开浇铸保护浇铸ppmppmppmppmppm

[O]-34-26.210150-51[N]-8-21.63830-8对于此项检验，同时也检验了两种浇铸方式16MnL的情况。

定[O]定[N]试样加工成φ4.5_60mm的圆柱体,通过检验说明,保护浇铸工艺使

Q235B铸坯[O]减少34PPm，减少26.2%；使16MnL铸坯减少51ppm,减少50.5%。两种钢

[N]含量减少幅度相同。

检验结果中，16MnL钢[O]降低幅度几乎是Q235B钢的二倍，原因是低合金钢合元素含量较高，更易被空气氧化，那么保护浇铸的效果应更加明显。两种钢的化学成分见表4：

钢种C%

Si%Mn%

P%≤0.025

≤0.025

S%≤0.025≤0.020

0.12-0.200.12-0.300.30-0.650.14-0.191.30-1.60

正因为如此，不活泼元素Ｎ对任何合金元素含量的钢种来说，铸坯中[Ｎ]的含量变化不大。

4.3夹杂物形态、性质、尺寸见表5

表5浇铸方式敞开浇铸保护浇铸比较

通过对铸坯的金相检验，观察了夹杂物的形态、性质和大小。结果表明保护浇铸使较大颗粒夹杂减少，夹杂物平均尺寸由48μm减少到24μm,是敞开浇铸的二分之一。4.4保温效果：实测数据说明，保护套管不仅具有减少钢水二次氧化的作用，而且确实能减少钢水铸流散热。敞开浇铸条件下，中间包前后期温差6-9℃（经211罐统计），加保护套管中间包前后期温差为3-5℃（经510罐统计）。

夹杂物形态球状和点状球状和点状

夹杂物性质硅酸盐和硫化物硅酸盐和硫化物

夹杂物尺寸范围

平均范围平均

0.020-0.1400.0480.010-0.0400.024

未变化-0.024

5.1保护浇铸工艺的实践和检测证明，保护套管、浸入式水口具有隔离空气，防止注流二次氧化和保温的作用；保护渣净化钢质的机理是隔绝空气和吸附钢中夹杂，当然也具有减少结晶器表面钢水散热的作用。

5.2鞍钢二炼钢保护浇铸工艺（包括比表面差别在内）使铸坯夹杂总体含量减少66.7%即三分之二，其中SiO2夹杂减少幅度最大，夹杂物形态性质未变，但夹杂物平均尺寸减小。

5.3保护浇铸工艺使铸坯[O]减少26.2-50.5%，[N]减少21%左右。

5.4保护浇铸在防止钢水二次氧化的同时，保护套管对钢水的保温作用也是显而易见的，统计数据表明，中间包钢水前后期温降减少3-4℃。