浅析连铸结晶器保护渣渣圈
王爱兰刘平陈建新
(包钢（集团）公司技术中心，包头 014010)
摘要：通过对连铸结晶器保护渣渣圈形成原因的剖析，结合生产实际分析并讨论了
影响渣圈形成的因素及对保护渣使用性能的影响。

关键词：连铸结晶器保护渣渣圈
Analyse of slag circule to mould powder
WANG Ailan Liu Ping Chen Jianxin
(Technology center of Baotou Iron and Steel(Group)Co)
Abstract: this paper analyse forming factors of slag circule to mould powder
and application performance of mould powder in according to production.
Keywords: mould powder slag circule of mould powder
1 前言
连铸保护渣是直接影响连铸稳定生产和改善铸坯质量的一种消耗性材料，在结晶器中必须保证合适的熔渣层结构才能充分发挥其五大冶金功能：覆盖保温、防止二次氧化、吸收夹杂、在结晶器与铸坯间起润滑作用和改善结晶器与铸坯间的传热。

其中最重要的两个冶金功能是“润滑”和“控制传热”，这两个功能的良好发挥是借助于熔融保护渣充填到结晶器壁和坯壳之间的缝隙内形成渣膜得以实现，而渣膜又受流入结晶器壁的熔渣量控制，熔渣流入量与渣圈之间存在着内在的联系。

深入研究渣圈结构特征及其与冶金功能之间的关系具有实际意义。

2 连铸结晶器保护渣渣圈的形成及对使用性能的影响
连铸结晶器保护渣渣圈是在熔渣与结晶器壁之间高梯度温度场内形成的[1]。

保护渣在浇注条件下，结晶器的上下运动和熔渣的粘滞流动使熔渣由弯月面流向结晶器和铸坯之间，粘附在结晶器的铜壁上，起润滑作用，使铸坯顺利拉出铸机。

在熔渣的流入过程中，高温状态
下的液渣与水冷的结晶壁相接触，在这个高梯度温度场内，如果保护渣的物理性能不适当，必然在弯月面上方的结晶器边缘形成渣圈，随着浇注的进行，渣圈越长越大。

如图1所示。

在浇注过程中一旦形成渣圈，必然会影响流入结晶器壁与坯壳之间的熔渣量的大小。

在负滑脱时期，由于渣圈会使凸出的弯月面压向钢液，这就可能在负滑脱时期内阻塞熔渣的流入通道。

只有当结晶器向上运动处于最高位置时，熔渣流入通道畅通，钢液弯月面上的熔渣才能进入与结晶器接触的部位，其后被带入弯月面以下，粘附在结晶器的铜壁上。

此涂层由于与高温坯壳接触部分被重熔，起到润滑铸坯的作用。

从熔渣这种流入机制可以看出，结晶器每振动一个周期所流入的熔渣量除了与钢液面上的熔渣层厚度和熔渣的物理性能有关外，还与保护渣在结晶器边缘形成的渣圈的性状有关。

当渣圈形成较薄而少时，其熔渣流入结晶器与坯壳间的量就大，反之流入量就少，而此时渣圈成长速度也异常的快，较厚的凝固渣圈势必影响钢液弯月面的性状，使弯月面的曲率半径变小[1]，这种情况可使铸坯表面缺陷增多，尤其容易引起铸坯表面纵裂。

可见，渣圈对保护渣的消耗有很大的影响，从而影响其冶金功能的正常发挥。

3 导致渣圈形成的因素
3.1保护渣的粒度和熔化均匀性
在配制保护渣时，当各种原料粒度差别大，或原料混合不均匀易出现分熔现象，易熔成分首先熔化而流失，难熔的残留部分成为烧结物，这样就可能逐渐在结晶器铜壁四周结成很厚渣壳，从而形成渣圈。

在配制过程中基料选择必须适当且混合均匀，粒度适中，才能保证加入结晶器后熔化性能良好，从而减少渣圈的形成。

3.2保护渣的熔化温度与凝固温度
保护渣的熔化区间与凝固区间窄，其熔渣在高温状态下稳定性差，在结晶器弯月面处易形成渣圈。

3.3保护渣的化学组成
基料中尽量减少常规熔剂如Na2O、CaF2的加入，改加BaO 、Li2O、MgO等能降低保护渣熔化温度的物质，从而减少枪晶石和霞石的析出，提高了保护渣的润滑性，减少渣圈的生成。

使用的助熔剂和基料之间不能产生较大的偏析，否则它们之间的化学反应差，产生分熔现象，也易形成渣圈[2]。

另外在保护渣生产过程中，如果所用基料的矿物组成与所设计的保护渣化学成分有较大的差异，使保护渣的物理性能不稳，也易形成渣圈。

3.4工艺条件
在生产过程中，拉速变化、结晶器液面的波动、结晶器水量[2]、液渣层的厚度、浇钢温度的波动及保护渣的加入方式不合理等原因都可加剧渣圈的形成。

3.4.1拉速：适当提高拉速，将使热面温度升高，因而使在弯月面处的液渣的粘度降低，使渣圈变薄。

反之，易生成厚的渣圈。

3.4.2结晶器液面的波动：波动大，在弯月面处的熔渣温度过低，渣子极易凝固和析晶，易生成厚的渣圈。

3.4.3结晶器水量：减少结晶器水量，将使铜板热面温度升高，使渣圈变薄。

3.4.4液渣层的厚度：液渣层太高，易形成大的渣圈。

3.4.5钢水过热度：过热度太低，在浇注过程中，弯月面处的钢水温度偏低，影响保护渣的熔化，易形成渣圈。

3.4.6保护渣的加入方式：在浇注过程中保护渣加入的量、时间不当或不均匀，易形成渣圈，在操作中要遵循勤加少加的原则。

4 连铸结晶器保护渣实际使用过程中产生渣圈的分析
4.1浇注工艺
钢水由80吨转炉冶炼，经LF钢包炉精练后运至圆坯连铸机进行浇注，浇注条件见表1。

4.2浇注所用保护渣的测试方法和理化性能检测结果
熔化温度采用半球点法测定，试样熔化并降至3/4高度时为软化温度，降至1/2高度时为半球温度，降至1/4高度时为流动温度，半球温度为熔化温度。

熔化区间为保护渣流动温度与软化温度之差。

粘度计检测1300℃粘度，并测出保护渣粘度--温度曲线，粘度曲线出现拐点时的转折温度为保护渣的结晶温度，粘度达到10 Pa.s时的温度为保护渣的凝固温度[3]。

保护渣理化性能检测见表2，粘度温度曲线见图2
图2粘度温度曲线
4.3使用情况
1#渣在连铸过程中产生的渣圈较多且肥大，现场操作工需及时的挑出。

从渣圈的外观看，表面粗糙，断面有明显的分层现象，为了进一步了解其组成结构，进行了岩相分析，结果表明：渣圈主要由结晶体组成，在靠近铸坯一侧主要是由黄长石和少量的枪晶石组成结晶体，颜色呈深黄色，约占50%左右，见图3。

接下来部分主要是枪晶体和玻璃体，约占20%左右，见图4。

在靠近结晶器边缘是玻璃体，约占30%左右。

图3渣圈的黄褐色部分（主要是黄长石、亮点为小铁珠）图4渣圈的灰色部分（片柱状为枪晶石）
2#渣在使用过程中产生的渣圈较少，渣圈样是在连浇15炉过程中收集到的，表面平滑，断面呈两层结构，进行岩相分析，结果表明：在靠近铸坯一侧主要是枪晶石和少量黄长石的结晶体，约占60%左右，见图5。

靠近结晶器边缘是玻璃体，约占40%左右。

图5渣圈的边缘部分（片柱状为枪晶石、亮点为小铁珠）
4.4分析讨论
从熔化温度来看，1#渣的熔化温度偏低，熔化区间较窄55℃左右。

2#渣的熔化温度相对高一些，熔化区间较宽84℃左右。

保护渣的熔化温度直接影响结晶器弯月面处液渣的熔融状态。

较宽的熔化区间能使结晶器上部铸坯凝固壳表面渣膜处于粘滞的流动状态，保证熔渣有较好的性能稳定性。

1#渣熔化区间较窄，其熔渣在高温状态下稳定性较差，在弯月面处易形成厚的渣圈。

从粘度温度曲线和岩相结果可见，1#渣粘度温度曲线出现拐点后粘度上升较快，即凝固区间窄，仅为10℃左右。

2#渣粘度温度曲线出现拐点后粘度上升较缓慢，即凝固区间宽，为50℃左右。

液渣在冷却过程中，1#渣的结晶率明显比2#渣高。

由于1#渣凝固区间相对2#渣较窄，液渣在冷却过程中又具有较高的结晶率，当结晶器液面波动或温度不均时很易在弯月面处形成厚的渣圈。

通过以上分析可知，保护渣的理化性能直接影响其使用性能，2#渣的理化性能更适合中碳锰钢的生产，在现场生产中取得了良好的使用效果，铸坯表面质量得到了很大提高。

5 结论
在保护渣浇注过程中，保护渣的性能和拉坯速度直接影响着弯月面熔渣的性状，完全没有渣圈是不可能的，但是如果我们在其化学组成上进行合理的配制、连铸时根据不同钢种严格按其操作规程执行，就能大大减少渣圈的生成速度和数量。

通过以上分析表明，剖析渣圈结构，分析其对渣耗、润滑性能的影响，对优化结晶器保护渣使用性能具有实际意义。

参考文献
[1] 迟景灏，甘永年.连铸保护渣.东北大学出版社.1993.40-41
[2] 卢盛意.连铸坯质量.冶金出版社.2000.171-172
[3] 王玉霞，楚志宝.连铸结晶器保护渣的应用分析.连铸2004.1：41-4。