改善结晶器保护渣 减少增碳影响

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宝钢分公司4号连铸机投产以来，随着其浇注钢种的逐步放开，通过4号连铸机生产的部分超低碳SEDDQ级IF钢（牌号CR5、DC06等）出现了以屈服强度不合为特征的性能波动和批量封闭，影响到高牌号IF钢产品的性能稳定。原有铸机SEDDQ级成品屈服强度分布在均值140MPa上下，而4号连铸机的同级别成品屈服强度偏高达到170MPa以上。工作人员通过一系列对比调查发现，造成屈服强度不合的主要原因是二炼钢4号连铸机板坯增碳严重。在采取规定产线、优化出钢记号的措施控制产品性能波动之后，4号连铸机板坯增碳的试验与改进随之展开。
    连铸浇注主要包括三个环节：大包、中间包、结晶器。大包从精炼处理结束，到与中间包密闭连通，此过程中钢水不与外部接触，基本没有增碳的机会。中间包中的钢水采用中间包覆盖剂使钢水与外界隔离，且超低碳钢用覆盖剂含碳量极低，浮在中间包钢液表面，对中间包内钢液基本不增碳，并且一、二炼钢所有连铸机相同钢种所用中间包覆盖剂相同。排除以上两个环节增碳可能性后，工作人员对钢液在结晶器内浇注过程的增碳因素进行了重点研究。

保护渣体系影响连铸机增碳

    连铸保护渣由三部分组成：一是基本造渣材料（SiO2、AL2O3、CaO），二是调节熔渣的熔化温度和黏度的材料（Na2O、Li2O、 F、MgO），三是为调节熔化速度而配入的碳粒子材料（T.C）。固体粉状保护渣加入结晶器后，吸收高温钢水热量，迅速在钢液面上形成液渣层，是保护渣隔绝空气与钢液接触的关键一层。液渣层的上部有一个碳富集层，板坯增碳的过程发生在钢液面与碳富集层的接触面。减少增碳可从两个方面改善保护渣：一是改善保护渣物理性能，适当增加结晶器中保护渣熔融层厚度；二是减少保护渣中T.C含量。4号连铸机设计采用的保护渣为配合其高拉速设计要求，成分与其他连铸机有所不同。在改良了保护渣中T.C含量及其黏度后，工作人员开展了如下板坯增碳试验。
    第一次试验采用奇、偶流不同保护渣对比进行，奇流浇注板坯采用新低碳成分保护渣，偶流浇注板坯采用原有保护渣，每炉取头部第三块板坯样分析。试验结果显示，保护渣改良品对板坯增碳有明显改善作用，平均增碳结果比原有保护渣低3ppm左右。
    针对第一轮板坯增碳结果，工作人员对保护渣进行了第二次改善，并采用二次改善后超低碳保护渣进行了第二轮板坯增碳试验。试验方案采用奇、偶流不同保护渣对比，奇流浇注板坯采用原有保护渣，偶流浇注板坯采用改进的超低碳保护渣，每炉取头部第三块板坯样分析。试验结果显示：使用改善后超低碳保护渣增碳情况较原渣稳定，平均增碳值为4ppm～5ppm。使用二次改进后保护渣对应板坯成品性能有较大改善，屈服强度在142MPa～171MPa之间波动，均值为158MPa。  
    随后，工作人员还进行了第三轮板坯增碳试验。此批试验全部采用二次改进后超低碳保护渣进行。数据显示：板坯增碳结果基本正常，增碳值为2～3ppm。而且在稳定控制板坯增碳的基础上，后工序工艺在与其他铸机相同的情况下，4号连铸机生产的超低碳钢冷轧成品性能得到明显改善，原有屈服强度偏高、不合的现象得到消除，与其他连铸机相比可达到成品性能同质化。

连铸拉速变化对板坯增碳无直接影响

    国内很多钢厂对连铸机板坯的拉速与板坯质量进行过研究，其中结晶器内卷渣现象的研究结果对研究板坯增碳有很大启发。连铸结晶器窄面的回流是结晶器卷渣最普遍的原因。当钢液注流从结晶器窄面处反弹时，在渣钢界面间产生不稳定的剪切力。由于在渣钢界面产生较强的剪切力，结晶器保护渣膜破碎，乳化的液态渣被卷入到钢水中引起板坯的增碳。结晶器内的卷渣与连铸拉速稳定有关。据试验数据显示，连铸机拉速与板坯增碳之间呈随机分布状态，二者没有直接相关性。这说明在不同拉速的稳定浇注过程中，板坯的增碳不随拉速的提高而增加。而大生产现象表明，在相差较大的拉速切换过程中，拉速的异常波动能够造成结晶器内保护渣液面的不稳定，进而引起结晶器内卷渣，最终带来板坯的异常增碳。
    大量试验数据表明，4号连铸机通过改善保护渣，超低碳钢板坯增碳值由初期的12ppm～16ppm下降到均值为3.1ppm，增碳量波动在0ppm～4ppm之间，达到正常连铸板坯增碳范围。该连铸机生产的IF钢成品性能的异常波动得到有效控制，成品屈服强度从异常的170MPa以上改善为平均值149MPa左右，与其他铸机基本达到同质化。而相关性分析表明，在其他浇注工艺条件稳定状态下，连铸浇注过程的拉速与板坯增碳之间没有直接影响关系。除保护渣对板坯增碳有较大影响外，试验显示，结晶器液面波动容易造成钢液卷渣，因此结晶器内液面波动的研究与控制是未来极低碳钢板坯质量控制的一个重要方面。