2021年, 第40卷, 第2期　刊出日期：2021-04-18

  

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  序言

  何生平, 亓捷

  连铸. 2021, 40(2): 1-1.

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综合论述
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  结晶器保护渣的润滑与传热控制功能剖析

  何宇明, 何生平

  连铸. 2021, 40(2): 2-6.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20200151

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  对保护渣渣膜在润滑与控制传热两个方面的功能发挥进行了剖析,如黏-温曲线、转折温度,渣膜结晶状态和析出相进行了研究,并指出渣膜的转折温度、结晶率对润滑功能发挥起主要作用;而渣膜的闭孔率、表面粗糙度、枪晶石比例对控制传热功能具有关键性的影响。同时,对3种典型保护渣的渣膜凝固特性进行了研究,讨论了与钢种特性和连铸工艺相适应的保护渣基本性能参数,如碱度、熔点、黏度、转折温度、烧结性能、渣膜中气体等对发挥润滑与控制传热两个功能的影响。提出了保护渣管理方面需要重点控制的内容,如保护渣全水含量高低,生产过程中更换不同性能保护渣对传热与润滑的持续影响,液渣池深度的合理值等。
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  保护渣渣圈形成长大机理及影响因素研究现状

  蒋文波, 文光华, 江婧, 唐萍

  连铸. 2021, 40(2): 7-13.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20200078

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  结晶器保护渣是一种重要的功能材料,对保证连铸过程顺行及提高铸坯质量起着重要作用,但在连铸过程中,保护渣容易在结晶器内壁上黏结,形成渣圈。过大的渣圈会削弱保护渣的控制传热和润滑作用,容易使铸坯表面缺陷增多,甚至造成漏钢事故。从宏观和微观两方面综述了国内外对渣圈形成长大机理的研究成果,并对渣圈在结晶器壁上的黏结情况进行了分析,总结了影响渣圈形成长大的因素,同时指出了现有研究中的不足,为以后的工作提供了参考。
理论研究
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  BaO对铝酸盐熔渣微观结构和宏观性能的影响

  盛光晔, 杨文, 赵令, 廖直友, 吴婷

  连铸. 2021, 40(2): 14-18.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20200154

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  为探究非反应性组分BaO对铝酸盐熔渣微观结构稳定性及宏观性能的影响机制,综合半球点熔点仪、旋转黏度计、四探针法电导率测定仪、红外光谱分析仪,研究了BaO对铝酸盐熔渣(w(CaO)/w(Al₂O₃)=1.3)熔化温度、黏度、电导率和结构的影响规律。结果表明,随着BaO质量分数增加,BaO会简化铝酸盐熔渣微观网络结构,使铝酸盐熔渣结构聚合度降低;由于试验组分范围内熔渣熔化温度变化很小,可说明过热度对熔渣黏度影响不大,即熔渣黏度降低主要受聚合度降低影响;由于Ba²⁺浓度增加及熔渣网络结构聚合度降低,熔渣电导率增加。此外,随着BaO含量的增加,黏度-温度曲线上转折温度递减,说明BaO提高了熔渣低温段的玻璃特性,因此,BaO有利于铝酸盐基保护渣润滑特性的改善。
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  含B₂O₃钙铝基连铸保护渣剪切变稀特性

  刘昊, 亓捷, 刘承军, 姜茂发

  连铸. 2021, 40(2): 19-24.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20200155

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  为兼顾钙铝基连铸保护渣在结晶器弯月面上下方不同剪切速率区域的冶金功能,从非牛顿流体特性角度出发,研究了CaO-Al₂O₃-Li₂O-B₂O₃保护渣的剪切变稀特性。结果表明,在剪切稀化温度区间内,随着温度的降低,保护渣剪切变稀特性逐渐增强。在钙铝基保护渣中,B₂O₃对剪切变稀特性具有明显的抑制作用,该作用与其在硅酸系保护渣中的作用明显相反。在1 300 ℃下,B₂O₃质量分数由4%提高至6%时,保护渣剪切变稀特性逐渐减弱。当B₂O₃质量分数提高至8%时,保护渣转变为牛顿流体,剪切变稀特性消失。
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  高铝钢用保护渣结晶行为

  李欢, 杨红岗, 翟俊, 周乐君

  连铸. 2021, 40(2): 25-32.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210005

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  结晶特性是保护渣最重要的理化指标之一,直接影响着连铸坯表面质量和连铸顺行。以高铝钢用传统低碱度CaO-SiO₂系和新型CaO-Al₂O₃系保护渣为对象,采用单丝热电偶技术和扫描电镜对保护渣液相结晶/玻璃相结晶的结晶温度、演变过程和微观形貌进行了研究。结果表明,液相结晶过程中CaO-Al₂O₃系保护渣更容易结晶,而玻璃相结晶过程中CaO-SiO₂系保护渣更容易析出晶体。此外,上述两种保护渣均具有较快的液相结晶速度,且液相结晶与玻璃相结晶的生长方式和形貌存在明显差异。
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  含钛夹杂物对连铸保护渣性能的影响

  陈卓, 郑睿琦, 王谦

  连铸. 2021, 40(2): 33-37.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20200144

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  含钛钢连铸过程中析出氮化钛夹杂,并参与渣-金界面反应,严重恶化传统含钛钢连铸保护渣的理化性能。研究了不同含量的TiN和TiO₂对不同碱度保护渣的熔点、黏度、结晶比例以及凝固温度等性能的影响规律。测试结果表明,TiN对CaO-SiO₂基保护渣的性能影响最大,随着渣中TiN含量的升高,保护渣的黏度、结晶比例和凝固温度大幅度升高;当TiN质量分数大于5%时,熔点大幅升高。TiO₂对CaO-Al₂O₃基保护渣的性能影响最大,当TiO₂质量分数小于4%时,可小幅度降低保护渣的黏度和凝固温度;当TiO₂质量分数大于10%时,渣中钙钛矿成为主要析出物相,熔渣的性能严重恶化,影响对坯壳的润滑作用。通过对比3种不同碱度的基础渣发现,CaO-SiO₂-Al₂O₃基保护渣具有较好吸收含钛夹杂物的能力。
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  BaO对CaO-Al₂O₃基保护渣熔化温度、结晶及微观结构的影响

  冯鑫, 姚稳, 黎江玲

  连铸. 2021, 40(2): 38-42.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210011

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  CaO-Al₂O₃基保护渣在解决高铝钢连铸过程渣-金反应性问题中展现了巨大潜力,但仍存在结晶能力过强、熔化温度偏高等问题。因此,研究了BaO对CaO-Al₂O₃-CaF₂-B₂O₃-Na₂O-Li₂O-MgO多元渣系熔化温度、结晶行为和微观结构的影响。研究结果表明,BaO的加入降低了渣系软化温度和熔化温度,随着BaO含量的增加,降低程度减弱;BaO的加入使渣系结晶相由Ca₁₂Al₁₄O₃₃和Ca₃B₂O₆ 2相共同析出转变为Ca₁₂Al₁₄O₃₃、Ca₃B₂O₆和BaAl₂O₄ 3相共同析出,且随着BaO 的增加,渣系结晶温度降低,结晶能力减弱;Ba²⁺对[AlO₄]^5-具有较强电价补偿效应,使其能够稳定存在,Al-O网络结合更为紧密,游离O^2-难以进入孔隙中破坏桥氧链接,从而导致网络聚合度轻微升高,原子扩散能力降低,提高了结晶动力学势垒,抑制了结晶。
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  保护渣黏度对连铸润滑影响的模拟仿真

  卢春晓, 毛誉敏, 张旭彬, 王强强, 王谦

  连铸. 2021, 40(2): 43-47.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20200143

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  保护渣的黏度是评价连铸过程润滑效果的重要指标,合适的黏度是保证连铸过程均匀润滑和传热的关键。基于多相流和热焓-多孔介质模型,建立了二维非稳态模型研究结晶器振动过程弯月面处液渣的流动行为,对比了不同黏度的保护渣的润滑过程的差异。黏度测试结果表明,超低碳钢保护渣添加质量分数9%的Al₂O₃后,保护渣高温(1 300 ^oC)黏度明显升高,黏度-温度曲线特征表明保护渣逐渐由结晶渣变成玻璃渣。计算结果表明,黏度增大后,弯月面处液渣的流动速度减小,液渣膜厚度减薄,渣消耗量减少,且在不同的振动周期内液渣膜厚度和渣消耗量变化无明显的周期性变化。
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  应力-应变法检测保护渣烧结特性

  龙潇, 李翔, 龙绍檑, 杨秀超, 李娟

  连铸. 2021, 40(2): 48-50.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20200153

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  保护渣的烧结特性直接影响连铸过程的稳定性,因此保护渣烧结倾向是评价保护渣性能的重要指标。针对保护渣烧结特性检测误差大,方法不统一的现状,介绍了一种检测评价保护渣烧结温度和液相生成量的方法。应力-应变法在惰性气氛下,对升温过程中的保护渣施加压应力,通过实时检测渣样的应变情况,得到保护渣微区液相生成信息。由于微区液相的生成行为直接影响保护渣烧结特性,因此,应力-应变法可通过渣样的应变数据得到保护渣烧结特性。试验验证表明,应力-应变法检测保护渣烧结温度及烧结速率准确可行,重复性好。
生产应用
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  厚板包晶钢保护渣的开发与应用

  张晨, 蔡得祥, 徐国栋, 范英同

  连铸. 2021, 40(2): 51-56.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20200145

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  针对宝钢3号厚板连铸机改造投产后原保护渣不适应问题,结合铸机工艺特点对包晶钢用保护渣进行了研制开发,提出了一种高黏度、高析晶温度的设计方案,在实验室研究了碱度、Na₂O、F等成分组元对析晶温度的影响。结果表明,在所研究的质量分数范围内,降低F质量分数对提高析晶温度是有利的,Na₂O质量分数为4%时析晶温度最高,碱度越高,析晶温度也越高。通过降低碱度和F质量分数可实现提高黏度的目标,优化F、Na₂O的质量分数以弥补低碱度的不足。先后开发了3种保护渣,稳步提高析晶温度,确保保护渣在试验过程中不至于因润滑功能不足而影响正常的连铸生产。经一年多的生产实践,析晶温度超过1 200 ℃的包晶钢保护渣完全满足要求。经批量应用,铸坯纵裂发生率年平均值降到了0.26%,达到了预期目标。
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  包晶钢板坯纵裂纹分析及保护渣优化

  李玉娣, 张发斌

  连铸. 2021, 40(2): 57-60.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20200147

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  在生产Q235B、Q345B等包晶钢时,铸坯表面产生了大量的纵裂纹,通过对该缺陷的宏观形貌、金相组织以及微观形貌分析,证实该类缺陷形成于结晶器内,根本原因在于δ相向γ相转变时体积收缩引起结晶器内初生坯壳生长不均,而保护渣是其关键的影响因素。为减缓铸坯向结晶器的传热,对现有保护渣进行了优化,将保护渣碱度由1.39增加到1.53,提高保护渣结晶性能以强化弯月面钢水的缓冷,同时将熔化温度由1 171降低到1 130 ℃,1 300 ℃时黏度保持在0.08 Pa·s,确保保护渣消耗量以保证对铸坯的润滑。生产实践表明,采用优化的保护渣后,板坯表面质量明显改善,纵裂纹缺陷发生率由原来的10.58%降低到1.85%。
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  低碳钢高拉速板坯保护渣的工业试验与应用

  温巨文, 郭银涛, 赵晓虎, 秦聪, 李会亚

  连铸. 2021, 40(2): 61-65.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20200134

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  提高连铸机拉速是炼钢产线提率的有效手段,而连铸保护渣是高拉速连铸技术中的重要技术环节。从保护渣的理化性能、使用性能和使用效果等方面对3种低碳钢高拉速保护渣(I、II、III)在工业现场开展了对比研究。通过初步工业试验发现,保护渣III的液渣层厚度合理、消耗量高、摩擦力低、传热能力强、饱和热通量高、热轧板卷的夹渣指数低。将保护渣III用于低碳钢板坯高拉速常规化生产,以1.80~1.95 m/min的拉速共浇注500多炉低碳钢,未发生黏结报警,夹渣降判率仅为0.47%。
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  易切削钢连铸保护渣开发与应用

  刘喜锚

  连铸. 2021, 40(2): 66-70.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210006

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  针对湘钢炼钢厂易切削钢轧后盘条裂纹缺陷严重的问题,系统分析并明确了缺陷成因,主要为保护渣不匹配所导致的铸坯表面缺陷的延伸。在此基础上,提出了开发应用较高黏度、较低熔速、较高热阻的专用保护渣的技术思路和解决方案。采用新型专用保护渣后,连铸坯表面质量良好,轧后盘条表面经热眼检测长裂纹消除,短裂纹缺陷数量由平均每盘0.95处降至0.06处。铸坯和轧后盘条裂纹缺陷得到有效抑制,表面质量大幅提升。
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  中低碳钢小方坯铸坯表面凹陷改进技术

  韦乾永, 刘成斌, 叶祖新

  连铸. 2021, 40(2): 71-76.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210037

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  针对韶钢生产中低碳小方坯铸坯表面出现凹陷问题,基于铸坯表面凹陷的产生机理,对保护渣的传热特性、设备功能精度对一次冷却的影响、水口对中精度对结晶器内初生坯壳均匀性与热应力的控制进行了分析,并针对影响凹陷的主要因素进行了调整和优化,使得中低碳小方坯铸坯表面质量得到大幅度改善。