日本连铸保护渣技术发展现状

保护渣是连铸工艺过程中重要的功能材料，起到避免钢水氧化、隔热保温、吸附非金属夹杂物及钢坯与结晶器间润滑的作用，保护渣对连铸机的稳定运行及钢坯的质量有重要影响。连铸结晶器保护渣通常由基料、助熔剂和熔速调节剂三部分组成。按基料的化学成分可分为SiO2-Al2O3-CaO系、SiO2-Al2O3-FeO系、SiO2-Al2O3-Na2O系三大类，在此基础上加入少量添加剂和控制熔速的炭质材料。保护渣的外观形状有粉状渣和颗粒渣，其中粉状渣保温性能好，不易结块，适用于高速连铸。空心颗粒型保护渣具有成分均匀、无水、无粉尘、易存储、隔热性和流动性好等优点，成为了保护渣发展的新方向。

保护渣覆盖于钢水表面，其熔化结构有三层。加入结晶器后，保护渣与钢水液面接触，保护渣被熔化形成厚度10mm以上的液渣层。在拉坯过程中，液渣挤入结晶器壁与铸坯坯壳之间形成渣膜，起到润滑作用。在液渣层上面的保护渣受到钢水传热，温度达800℃~900℃，未熔化、已软化，形成烧结层。在烧结层上面是粉状或粒状的原渣层，原渣层与烧结层起到了隔热保温、减缓保护渣熔化和烧结的作用。

近年来，随着连铸生产向高速、近终形和铸坯直接轧制方向发展，钢铁企业对连铸坯的质量提出了更高的要求。为了预防保护渣卷吸，改善钢坯质量并降低保护渣用量，适用于无表面处理直接轧钢，同时满足高速连铸的润滑性能要求，针对保护渣的润滑性能、保温性能、作业稳定性、消耗量及对耐材侵蚀等方面需求，日本耐材公司着力开发了新型保护渣。

高碱度保护渣

据分析，钢坯表面出现裂纹是由于结晶器中热量散失较快且不均匀所致。针对中碳钢易出现的纵裂纹的问题，日本开发了超高碱度保护渣（CaO/SiO2>1.9）。该保护渣中MgO和Na2O含量低，其结晶速度快，在弯月面渣膜可快速形成结晶层，有效减少了钢液弯月面的热量散失，能使结晶器中下移钢壳保持足够的厚度。

连铸过程中，高铝中碳钢中的Al会和保护渣中的SiO2反应，在结晶器中出现保护渣结圈、钢坯断裂、钢坯表面凹陷和裂纹等问题。通过分析保护渣在连铸过程中可能发生的反应，精确控制所需保护渣成分，日本开发出新型保护渣，使用前CaO/SiO2为1.2，连铸中可达到2.7。新型保护渣形成了均匀的钙铝石（12CaO·7Al2O3）和枪晶石结晶相。其结晶温度在1110℃，在连铸中避免了漏钢检测报警、钢坯表面缺陷等常见问题。新型保护渣用于高铝中碳钢连铸，无漏钢报警现象发生，生成的板坯厚度均匀，质量显著改善。

高黏度保护渣

低碳钢和超低碳钢连铸时，熔融石英质水口导热系数低，使钢水散热较慢，不容易发生漏钢及弯月面凝固现象，有利于保持连铸的稳定性，但熔融石英质水口的抗渣侵蚀性较差，使用寿命短。日本开发了钢水连铸用高黏度保护渣PRIOS，1300℃下黏度为1.3Pa·s。应用效果显示，新开发的保护渣可避免漏钢及弯月面凝固现象发生，润滑性能良好，水口的侵蚀得到有效改善且渣的消耗速率下降，提高了水口使用寿命，保证了连铸稳定运行。此外，用于大型坯和异型坯连铸的高黏度开浇保护渣和高黏度作业保护渣，也取得较好的应用效果。

无碳/氟保护渣

炭黑及石墨等碳材用在保护渣中，可防止结晶器结圈，但会引起钢水增碳，导致铸坯表面出现缺陷。特别是对于超低碳钢、高氧钢和不锈钢，避免增碳尤其重要。日本企业添加金属粉开发出无碳保护渣，改善了超低碳钢、高氧钢和不锈钢的质量。

在连铸保护渣中，氟会加速对浸入式水口渣线ZrO2-C材料的侵蚀。为降低侵蚀，日本开发出了板坯连铸（中碳及包晶型钢除外）用无氟保护渣。通过添加B2O3，保持保护渣的低黏度并抑制晶体增长，其黏度及结晶化温度和含氟渣相同，可以实现连铸的稳定进行。高黏度（＞1.0 Pa·s）无氟保护渣可以改善大方坯表面质量，降低对浸入式水口渣线侵蚀，降低保护渣消耗量。

为减缓ZrO2的蚀损速率，提高渣线使用寿命，也有日本公司向保护渣中添加ZrO2，开发了对ZrO2-C材料低侵蚀的保护渣。

放热型保护渣

日本企业以喷雾干燥中空球状颗粒为主料，加入质量分数2%的金属粉制备出放热型保护渣。保护渣中金属粉发生氧化反应，放出热量使钢水温度升高。放热型保护渣可用于不同钢种连铸，可提升超低碳钢铸坯的质量并保持不增碳效果，能改善超低碳硅钢的浮垢问题并保持足够的渣层厚度。放热型保护渣黏度高，不易在低碳钢中形成夹杂，改善了铸坯质量；保温效果好，使结晶器铜板温度波动幅度小，中碳钢铸坯表面开裂情况显著减少；可向弯月面区供热，抑制气泡、夹杂缺陷和弯月面区钢水初凝壳的扩展。

连铸开浇保护渣常采用放热型保护渣。常用的放热开浇保护渣易导致中碳钢和包晶钢铸坯表面裂纹、超低碳钢增碳等质量问题。采用单质Si粉及Si-Ca合金粉为原料，并加入Fe2O3等氧化剂来优化保护渣，日本企业开发出适用于中碳钢的高碱度放热开浇保护渣，适用于洁净钢的无碳、无铁放热开浇保护渣，适用于大型坯及异型坯的高黏度开浇保护渣及作业保护渣。采用新型放热保护渣可以明显改善钢坯质量，提高生产效率。

薄板坯连铸保护渣

薄板坯连铸过程中，低碳钢及超低碳钢坯易出现条状缺陷，中碳钢及包晶钢易出现裂纹等缺陷。薄板坯连铸速率较快，钢壳容易粘到结晶器内壁上，造成漏钢事故发生。降低渣的黏度或降低渣的凝固温度均可减小结晶器内壁摩擦阻力。日本企业通过添加Li2O降低了保护渣的黏度，改善了保护渣的润滑性能，开发了适用于薄板坯连铸的保护渣。该保护渣适用于低碳钢、超低碳钢、中碳钢、高碳钢的薄板坯高速连铸。

为了满足连铸技术发展要求，日本保护渣技术取得显著进步，高碱度与超高碱度保护渣、高黏度保护渣、无碳及无氟保护渣、放热颗粒保护渣及其他类低侵蚀性保护渣与薄板坯连铸用低黏度保护渣均取得良好的应用效果。日本还在重点关注连铸技术更新及新型钢种所需保护渣技术，如高效连铸、薄板坯高速连铸及洁净钢用新型保护渣。（中国冶金报）