高铝钢板坯连铸保护渣研究与优化

高铝钢板坯连铸保护渣研究与优化

刘海春 李阳 李会亚 赵铁成 余作朋 张燕平 武学强 刘占礼

（河钢唐钢不锈钢公司，唐山，063000）

摘  要：针对高铝TRIP钢W780QX浇注中保护渣性能适应性差，铸坯经常出现窄面粘钢、深振痕缺陷等问题，连续浇注困难，在改进连铸保护渣化学成分和物理性能指标的基础上，进行工业性试验生产。结果表明，改进保护渣后，浇注过程中结晶器热流稳定，铸坯振痕均匀一致，铸坯表面质量得到改善，并且提高生产稳定性，实现11炉次连浇。

关键词：高铝TRIP钢；W780QX；连铸保护渣；铸坯质量

Optimization of continuous casting powder for high aluminum TRIP steel W780QX

，

(Stainless Steel Co.Ltd, Tangshan 063105, China)

Absrtact: Aiming at the poor adaptability of the mold powder in continuous pouring of the W780QX. There were often narrow-surface sticky steel, cracks in the crack defects and other problems. Combined with continuous casting process, with the improvement of powder chemical composition and physical performance control index,the industrial tests started. The results show that in the pouring process , the mold heat flux is stable, the billet vibration mark is uniform, the surface quality of the billet is improved, and with the production stability improved, the number of high casting sequence has reached 11.

Key words: high aluminum TRIP steel; W780QX;  casting powder; casting billet quality

1 前言

高铝TRIP钢W780QX，是主要用于高强度级别并且折弯性能要求高的零件，该钢种在汽车板主流应用领域中，属于高强度级别双相钢[1]，具有优良的成形性、焊接性，吨钢附加值较高等优点[2]。不锈钢公司自2017年开始高铝TRIP钢W780QX的工业试制，经过不断调试和开发，已经实现该产品的批量化生产。但由于浇注过程中结晶器热流不稳定，铸坯频繁出现粘钢、深振痕等缺陷，中包连浇炉数仅能到达4-5炉的水平。因此，需通过改善并稳定高铝钢生产过程的结晶器传热量，以控制铸坯缺陷、提高连浇炉数，持续提升高铝钢的质量控制能力。

2 铸坯表面缺陷分析

2.1 高铝TRIP钢W780QX生产工艺

不锈钢公司生产高铝TRIP钢W780QX采用“铁水预处理→脱碳转炉→LF精炼→RH精炼→直弧型板坯连铸机”生产工艺，W780QX成分如表1，连铸机主要设备参数如表2所示。

表1 W780QX成分表

表2 直弧型板坯连铸机主要设备参数

2.2 连续浇注主要问题

高铝TRIP钢W780QX连铸生产过程中，多炉次铸坯侧面存在粘钢、振痕深的表面缺陷，开浇第一炉次，结晶器热流曲线波动偏大，热流升高不均匀，在拉速提高到1.2m/min时，结晶器宽面热流曲线和窄面热流曲线趋于稳定，但窄面和宽面热流比较低，平均值为0.72，并且随着浇注时间的增加，宽窄面热流会发生明显波动如图1所示。

整浇次连浇结束后，铸坯表面缺陷质量情况如图2、图3所示，主要缺陷为铸坯侧面粘钢、窄面振痕深。铸坯的表面缺陷数量情况如图4所示，在开浇第1炉，存在表面缺陷的铸坯比例较高，在第2炉开始下降，之后在第3、4炉铸坯产生缺陷的数量变化不大，在第5、6炉又逐渐增加，板坯缺陷率上升，导致连续浇注困难。

2.3 连续浇注问题原因分析

高铝钢连铸生产中，开浇第1炉和第2炉前期，由于此类钢中Al含量极高，为传统铝镇静钢的10~50倍，钢中Al极易与渣中SiO2等氧化性物质发生反应使得渣中SiO2含量减少、Al2O3含量增加，保护渣变性明显，保护渣流入不充分，液渣层厚薄不均，结晶器热流不稳定，严重时出现漏钢预报。

在浇注中期，钢渣反应达到平衡，保护渣性能趋于稳定，铸坯表面缺陷减少，但是随着连续浇注进行，保护渣成分及性能发生较大变化，结晶器内液渣层厚度改变，润滑性能变差，铸坯与结晶器摩擦力增大，保护渣成为提高连续浇注的限制性环节。

3 高铝TRIP钢W780QX保护渣优化方向

高铝TRIP钢W780QX中铝含量为0.55~0.70%，碳含量0.07~0.09%，除了具有高铝钢的基本特点外，还具有包晶钢的特性。因此，在优化保护渣的时候应兼顾这两个方面的特性，结合连铸工艺，改进高铝TRIP钢连铸保护渣化学成分和物理性能的控制目标。

3.1 保护渣碱度的优化

因钢中[Al]易与液渣中SiO2反应消耗SiO2，反应后渣中SiO2含量降低，引起保护渣碱度增加，所以设计低碱度保护渣。同时兼顾该钢种具有包晶钢和高合金钢的特性，易出现裂纹、凹陷问题，所以碱度不易过低。

3.2 保护渣熔点的优化

由于钢渣反应产生的Al2O3进入到熔渣中，使熔渣的熔点急剧升高，当熔点升高到大于1300℃时，出结晶器下口熔渣已完全凝固，摩擦阻力急剧增大，导致不具有可浇性，故初始熔渣必须控制较低的熔化温度，尽可能的延长熔渣变性到不可浇的时间，此外熔点的控制采用多种熔点不同的熔剂搭配，从而有利于保证熔化温度的稳定。

3.3 保护渣粘度的优化

由于钢渣反应产生的Al2O3进入到熔渣中，使熔渣的粘度急剧升高，粘度升高后严重影响保护渣的导入，当导入量过低时，摩擦阻力急剧增大，粘结倾向急剧升高，导致不具有可浇性，故初始熔渣必须控制较低的粘度，尽可能的延长熔渣变性到不可浇的时间，从保证浇次的顺利进行。

3.4 保护渣部分化学成分含量的优化

Li2O，具有很强的降低熔渣熔化温度、粘度、增加渣流动性的能力，对提高渣的流动性及渣耗有明显的作用，当其含量大于2%，熔渣存在明显拐点，结晶率增大[3]，因此为获得低熔点、低粘度、好的玻璃润滑性须控制Li2O的加入量，一般要求其含量≥0.8%。

BaO，属于碱金属，可以改善渣的玻璃化程度，降低保护渣的熔化温度和粘度作用显著，同时还能改善保护渣的润滑性能，增大热通量，减少渣圈的生成，但由于碱金属熔点较高易于其它组分结合生成高熔点结晶矿相[4]。

B2O3硼属于酸性氧化物，易与钢水中Al发生反应，含量控制较低。另外可以降低保护渣的熔化温度和粘度。

钢水中产生的MnO易被保护渣吸附同化，造成熔渣粘度的降低，因此在保护渣中添加MnO，降低保护渣同化、吸附MnO的饱和度，减少熔渣变性的可能。此外随着MnO含量（≤10%）的增加固态渣膜的导热系数和辐射传热量降低，也起到缓冷的目的[5]。

3.5 高铝钢保护渣优化指标

通过优化现有保护渣，得出改进后的低碱度、低粘度的CaO-SiO2渣系保护渣，通过提高反应后保护渣的碱度，进而提高渣膜的结晶率，控制渣膜传热，改善铸坯表面质量问题，如表3。

表3 原保护渣和现保护渣主要成分

4 改进效果

4.1表面质量

改进保护渣成分和性能后，进行高铝钢连浇生产，开浇第1炉和第2炉前期热流如图5所示，在拉速提高到1.2m/min后，结晶器宽面热流曲线和窄面热流曲线趋于稳定，且窄面热流得到提高，窄面和宽面热流比由原来的0.72提高到0.83，并且浇注过程中热流波动幅度较小。

拉速稳定在1.2m/min后，随着连续浇注炉数增加，热态下观察铸坯表面，铸坯表面质量良好，未见明显缺陷，对铸坯进行冷检，铸坯窄面振痕均匀一致，未见明显粘钢、深振痕等缺陷，板坯缺陷率从平均16.7%降到6%以内，板坯表面质量如图6、图7所示。

4.2连浇炉数

优化保护渣后，随着浇铸的进行，结晶器热流变化较小，宽窄面热流比趋于稳定，板坯连续浇铸表面质量良好，成功将最高连浇炉数提升到11炉，如图8所示。

5 结论

结合连铸工艺，在改进高铝TRIP钢连铸保护渣化学成分和性能后，工业性试验生产结果表明，浇注过程中，结晶器热流稳定，窄宽面热流比例得到提高，保护渣填充得到改善，铸坯振痕均匀一致，铸坯表面质量得到改善，并且提高生产稳定性，实现11炉次的连浇。

参考文献

[1]李激光, 张金栋, 黄海亮,等. 高强汽车用钢的研究现状及发展趋势[J]. 材料导报, 2012(s1):397-401.

[2]庄昌凌. 低碳TWIP钢冶炼凝固基础研究[D]. 北京科技大学, 2015.

[3]张晨, 蔡得祥. 高铝钢用低Li2O保护渣的开发研究[J]. 炼钢, 2017, 33(3):51-55.

[4]王强, 仇圣桃, 赵沛,等. 高铝钢连铸保护渣的研究现状[J]. 炼钢, 2012, 28(1):74-78.

[5]王欢, 唐萍, 文光华,等. MgO对高铝钢非反应性保护渣理化性质的影响[J]. 过程工程学报, 2010,    10(5):905-910.