程敏杰

冶金系統(tǒng)從300 kg小鋼錠乃至13 t大鋼錠的下注工藝已普遍采用保護(hù)渣澆注。用保護(hù)渣澆注的鋼錠，不僅能提高鋼材質(zhì)量，同時(shí)也能提高鋼材收得率。一重下注鋼錠系列保護(hù)渣，系采用當(dāng)?shù)氐牡V物原料及就近獲得的工業(yè)廢棄物，具有優(yōu)良而穩(wěn)定的性能和廣泛的適應(yīng)性。

1 下注鋼錠保護(hù)渣的特性分析

采用保護(hù)渣澆注時(shí)，保護(hù)渣的作業(yè)行為可分為三層結(jié)構(gòu)，即粉末層、燒結(jié)層、熔融層。保護(hù)渣三層結(jié)構(gòu)能連續(xù)不斷地更新變化，歸根于保護(hù)渣所具備的化學(xué)和物理性質(zhì)。

1.1 粘度

粘度是指保護(hù)渣熔融層的流動(dòng)性。保護(hù)渣的粘度應(yīng)適中，而且不能隨溫度急劇變化。此外，熔渣的粘度在冷卻過(guò)程中不得陡然升高，即熔渣應(yīng)屬于“長(zhǎng)渣”。

根據(jù)錠型大小、鋼種及出鋼溫度等，可通過(guò)調(diào)整化學(xué)組份（主要是CaO/SiO2），加入適量的助溶劑以使保護(hù)渣熔融層具有合適粘度。

1.2 熔點(diǎn)

熔點(diǎn)是指保護(hù)渣的熔化溫度。對(duì)于CaO—SiO2─Al2O3三元系保護(hù)渣，CaO是調(diào)整熔融特性的核心。

對(duì)于一重18～32 t或更大鋼錠，以堿度定為0.13，熔點(diǎn)定為1200℃為適宜。由此可以保證使三層結(jié)構(gòu)中熔融層液態(tài)渣流入模壁與坯殼之間。

1.3 熔化速度

熔速快慢直接影響保護(hù)渣在鋼液面上形成具有合適的三層結(jié)構(gòu)，其中熔融層的液體渣能連續(xù)地流入模壁與坯殼之間，形成均勻的薄渣衣。一重的18～32 t或更大鋼錠，其熔速確定為80.7 s。

2 保護(hù)渣的制作要求

2.1 原材料選擇

我廠使用的保護(hù)渣是以電廠灰和一重精煉爐渣為基料，適當(dāng)調(diào)整熔劑配比為原料制成（見(jiàn)表1）。

2.2 保護(hù)渣粒度

保護(hù)渣粒度對(duì)保護(hù)渣物理化學(xué)性質(zhì)有很大影響。一般要求粒度在60～80目以下，按一定比例組成。

表1 保護(hù)渣原材料的化學(xué)成分

2.3 保護(hù)渣干燥

一般要求保護(hù)渣水份含量不大于0.5%，保護(hù)渣中含水量對(duì)鋼錠表面質(zhì)量影響很大，特別是對(duì)鋼錠下部表面質(zhì)量影響更大。若含水量大于2%，在鋼錠表面上會(huì)形成巴掌大面積的缺陷，這些缺陷在同高度各表面上均存在。而水份含量小于0.5%，表面一級(jí)品率可達(dá)90%以上。

3 保護(hù)渣的使用方法

3.1 加入量

加入量也會(huì)影響保護(hù)渣的作用。加入保護(hù)渣后，既不要露出鋼液亮光或熔融渣層，也不要加入過(guò)多而至浪費(fèi)。國(guó)內(nèi)外下注保護(hù)渣的加入量，一般在 1.5～2.5 kg/t鋼。

3.2 加入方法

一般采取吊掛和投入相結(jié)合的方法。即先將1/3～1/2保護(hù)渣吊掛在鋼錠模中心離模底100～200 mm高度上。當(dāng)高溫鋼液從下部進(jìn)入模內(nèi)時(shí)，燒毀保護(hù)渣包裝袋，保護(hù)渣迅速覆蓋在鋼液表面上。隨著鋼液在模內(nèi)上升，保護(hù)渣逐漸消耗。鋼液上升到錠高大約1/3～1/2處時(shí)，將會(huì)露出鋼液亮圈，此時(shí)應(yīng)迅速、連續(xù)地補(bǔ)加剩余保護(hù)渣。

4 保護(hù)渣的作用

4.1 隔絕模內(nèi)鋼液與空氣之間的相互作用

（1）防止模內(nèi)鋼液二次氧化 真空澆注的一個(gè)重要作用就是防止鋼液二次氧化。我廠對(duì)用于訂貨技術(shù)條件較高的產(chǎn)品，大于24 t的鋼錠一般都進(jìn)行真空澆注。然而又不能把所有鋼種都進(jìn)行真空澆注，即其中一部分鋼錠是大氣澆注的。在大氣澆注時(shí)，鋼水表面暴露在大氣中，必然被空氣中的O所氧化而污染鋼液。鋼液被氧化形成氧化物夾雜或翻皮的過(guò)程，大致如下：

由空氣中21%｛O2｝溶解形成2［O］鋼液，溶解到鋼液表層的［O］與鋼中元素發(fā)生如下氧化反應(yīng)：

氧化產(chǎn)物浮到鋼液表面后將被流動(dòng)鋼液帶到模壁附近的彎月面上集聚。由于彎月面的鋼液溫度較低，而氧化物的熔點(diǎn)一般都較高，集聚的氧化物很快形成凝固殼并流入模壁與坯殼之間被擠壓在鋼錠表層，形成夾雜和翻皮。尤其是 (Al2O3)、 (TiO2)、(Cr2O3)之類(lèi)的高熔點(diǎn)氧化物，相互之間能結(jié)合成熔點(diǎn)、硬度很高的化合物─尖晶石，更容易被反彈擠壓到坯殼表面形成夾雜。

對(duì)于以上各鋼種在澆注過(guò)程中如沒(méi)有保護(hù)渣覆蓋，鋼液被氧化所形成的各種氧化物更容易進(jìn)入模壁與坯殼之間成為夾雜和翻皮。在鋼錠凝固過(guò)程中，這些夾雜和翻皮會(huì)使鋼錠側(cè)向模壁傳熱不均，促使熱應(yīng)力集中，造成鋼錠表面縱、橫裂紋的產(chǎn)生。同時(shí)由于鋼錠表面夾雜的存在，在鍛造時(shí)不能焊合而形成表面裂紋。

此時(shí)，如果有保護(hù)渣覆蓋在鋼液表面，不僅可以防止空氣中的O氧化鋼液，同時(shí)還會(huì)把鋼液中原有夾雜溶解在保護(hù)渣中，避免或減少鋼錠表面缺陷的產(chǎn)生。

（2）防止鋼液表面吸收［N］ 如沒(méi)有保護(hù)渣覆蓋在鋼液表面，空氣中的｛N2｝溶解會(huì)形成2［N］鋼液，其中［N］很容易與不銹鋼中的］發(fā)生反應(yīng)形成［Ti ］

N 漂浮在鋼液表面，進(jìn)而被鋼液帶到彎月面集聚形成所謂冷皮的集結(jié)物，并被卷入模壁與坯殼之間形成粗糙的表面及形成氣孔和氣孔內(nèi)含渣。這是由于在彎月面上的冷皮集結(jié)物中的部分［Ti ］N發(fā)生如下反應(yīng)：

其產(chǎn)物｛N2｝氣從坯殼表面移出而形成氣孔，留在孔內(nèi)的是產(chǎn)物 （Ti O2）渣。據(jù)有關(guān)資料介紹，保護(hù)渣能防止空氣中｛N2｝進(jìn)入鋼液中，大約可以避免增加15%～20%［N］含量。

4.2 改善鋼錠表面質(zhì)量

（1）渣衣在模壁與鋼錠之間起潤(rùn)滑劑作用 與模壁相接觸的鋼液在受到急冷而迅速地形成凝固殼的同時(shí)，其凝固殼向內(nèi)、向下發(fā)生體積收縮，產(chǎn)生與模壁相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦力。特別是模壁內(nèi)表面形成了凸凹不平的粗糙表面，將使摩擦阻力相對(duì)增大，易出現(xiàn)懸掛而產(chǎn)生表面橫裂紋。如果二者之間有1～2 mm厚的均勻渣衣存在，不僅使鋼錠表面光滑，而且能避免或減輕鋼錠因體積收縮而產(chǎn)生與模壁的相對(duì)摩擦力，在此渣衣起著潤(rùn)滑劑作用。

（2）渣衣能改善鋼錠的傳熱條件 高溫鋼液流入常溫模內(nèi)會(huì)形成極大溫差，使鋼液與模壁相接觸表面迅速地形成激冷層（凝固殼）。凝固殼形成的同時(shí)，還將伴隨著體積收縮，使凝固殼與模壁之間出現(xiàn)氣隙，造成緩冷。

因激冷會(huì)使激冷層中產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，容易出現(xiàn)表面裂紋。而緩冷則延緩鋼錠的凝固，使生產(chǎn)率下降，惡化鋼錠的低倍組織。

而應(yīng)用保護(hù)渣澆注后，在錠與模壁之間會(huì)形成一種特殊的夾層——渣衣。在鋼液向橫壁傳熱過(guò)程中，渣衣起著下列作用：

①首先使鋼錠絕熱，減緩初期的急冷作用。這是因?yàn)楦邷劁撘涸诮佑|模壁之前，先接觸的是幾乎具有相同溫度的渣衣，故渣衣就象絕熱層似地，減緩了鋼液向模壁的傳熱作用。

②凝固殼形成的同時(shí)，伴隨著體積收縮，流入模壁與坯殼之間的渣衣取代了傳熱差的氣層，起著傳熱良導(dǎo)體的作用，提高鋼錠均勻冷卻速度，改善鋼錠內(nèi)部柱狀晶結(jié)構(gòu)，減少偏析的發(fā)生。同時(shí)如前面分析那樣，避免或減少在鋼錠凝固過(guò)程中由于傳熱不均勻性造成熱應(yīng)力集中產(chǎn)生表面裂紋缺陷。

③均勻覆蓋在鋼液表面上的保護(hù)渣能使鋼液平穩(wěn)上升，避免因鋼液飛濺、紊流所造成的鋼錠表面結(jié)疤缺陷。

④由于保護(hù)渣絕熱性好，故保溫效果好，避免因溫降而在鋼錠表面產(chǎn)生皺紋。

4.3 潤(rùn)濕吸收夾雜能力

保護(hù)渣吸收Al2O3為主的夾雜能力的強(qiáng)弱直接影響到鋼錠的質(zhì)量，同時(shí)也是衡量保護(hù)渣性能的一項(xiàng)主要參數(shù)[1]。

吸收夾雜、溶解氧化物的保護(hù)渣熔融層必須具備三個(gè)條件：

（1）對(duì)夾雜、氧化物有較強(qiáng)的潤(rùn)濕性。

（2）對(duì)夾雜、氧化物有較低的活度。

（3）向保護(hù)渣中加入助熔劑，以利于提高吸收夾雜和溶解氧化物的速度。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外資料介紹，一般保護(hù)渣脫出鋼中Al2O3夾雜可達(dá)50%～60%左右。從現(xiàn)場(chǎng)取4～6 t及18～32 t鋼錠保護(hù)渣澆注時(shí)模內(nèi)渣的樣品分析后發(fā)現(xiàn)，4～6 t鋼錠保護(hù)渣吸收Al2O3量是原保護(hù)渣的2.7倍，18～32 t鋼錠保護(hù)渣吸收Al2O3量是原保護(hù)渣中的1.7倍。保護(hù)渣還有吸收其它氧化物的作用。保護(hù)渣中Al2O3含量越低越好。

保護(hù)渣在澆注過(guò)程中吸收大量的Al2O3后熔渣粘度變化較小，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性[1]。

4.4 有保濕、防止熱損失的作用

覆蓋在鋼液表面上的保護(hù)渣是一種絕熱性物質(zhì)，在隨鋼液在模內(nèi)上升過(guò)程中，從始至終有效地防止鋼液的熱輻射、對(duì)流傳熱的損失，起著保溫作用。

5 保護(hù)渣的使用效果

（1）鋼錠表面質(zhì)量好

對(duì)從模內(nèi)脫出的鋼錠進(jìn)行觀察后發(fā)現(xiàn)，使用上述保護(hù)渣澆出的鋼錠表面非常光滑，無(wú)裂紋、夾渣、水紋、麻點(diǎn)等表面易產(chǎn)生缺陷。其中18～32 t鋼錠表面質(zhì)量的改善尤為突出。

（2）減少鍛造廢品率

鋼錠表面質(zhì)量的提高，使鋼錠鍛造時(shí)表面鍛造裂紋明顯減少。例如極易產(chǎn)生鍛造裂紋的鍛鐵軋輥，以前采用電爐鋼水無(wú)保護(hù)渣上注鋼錠，鍛造裂紋非常嚴(yán)重，廢品率達(dá)50%。而改用精煉爐鋼水保護(hù)下注鋼錠后，鍛造裂紋少且小，鍛造廢品率減至5%以下。

6 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，采用保護(hù)渣澆注是提高鋼錠內(nèi)外部質(zhì)量、提高收得率的有效措施。特別對(duì)大型鋼錠的下注工藝而言，采用保護(hù)渣澆注是必不可少的。

[1]MC系列模鑄保護(hù)渣的研究下載.作者：潘國(guó)平、張求劍、代仕艷、魏慶成、甘永年、韓剛.來(lái)自：煉鋼.發(fā)表時(shí)間：1992-03-01.