板坯连铸双相不锈钢结晶器保护渣应用研究
翟华平
（江苏星火特钢有限公司，江苏 泰州，225721）
摘 要：针对双相不锈钢连铸生产设备及工艺，研制开发了双相不锈钢板坯连铸结晶器用保护渣。通过在某厂现场试验证明，其保护渣具有较好的性能稳定性，吨钢渣耗量在0.27-0.39kg/t，连铸坯边部凹陷率降低了13.0-16.5%，表面纵裂纹、振痕和夹渣等明显降低，可满足双相不锈钢连铸生产要求。
关键词：双相不锈钢；保护渣；连铸；结晶器
1 引言
双相不锈钢指铁素体与奥氏体各约占50%，一般较少相的含量最少也需要达到30%的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，具有良好的耐腐蚀和焊接性能优良等特点，被广泛应用于能源、石油、化工、造纸和桥梁等领域[1-3]。
双相不锈钢市场潜力巨大，但其在连铸生产过程易产生皮下气泡、表面裂纹、中心疏松和缩孔等缺陷，恶化连铸坯表面质量，导致热加工性能较差，严重制约双相不锈钢的生产[4]。因此，在连铸过程中需要保护渣的导热系数小、稳定性和保温性好，以此来提高双相不锈钢连铸坯的表面质量。
2 双相不锈钢连铸时保护渣存在的问题
双相不锈钢中Cr2O3夹杂进入保护渣易引起硬化现象，夹杂物铬酸铁(FeO·Cr2O3)在Cr 较高时比较稳定，且常与TiN 等夹杂伴生，呈条带状分布或网络状分布，变形程度差，压力加工时极易脆断[5]。
由于渣中Al元素的存在，连铸保护渣在吸收夹杂物过程中，渣中Al2O3的增加速度快，易形成铝酸三钙 (3CaO·Al2O3)。当铝酸三钙达到一定浓度后，熔渣的黏度变大，导致钢渣界面的反应条件恶化，保护渣的吸收夹杂效果变差。相对而言，保护渣碱度越高，熔渣吸收夹杂物的能力就越强，但随碱度的变大，熔渣表面张力增大，润湿性减小，对渣膜的形成和润滑性能带来了不利影响[6]。本试验用双相不锈钢化学成分见表1。
表1试验双相不锈钢的化学成分(质量分数，%)
Table 1 Composition analysis of duplex stainless steels (mass fraction,%)
C
Si
Mn
S
P
Cr
Ni
Mo
B
N
￡0.03
￡1.50
2.0-9.0
￡0.02
￡0.02
20.0-28.0
1.0-9.0
2.0-5.0
￡0.01
0.10-0.40
3 保护渣主要成分及性能选择
保护渣基料采用CaO-SiO2-Al2O3渣系，此渣系适应性比较强，吸附夹杂后仍有稳定的物化性能。在基料基础上加入适量助熔剂对其熔化温度和粘度等性能进行适当调整，为使双相不锈钢保护渣具有较强的适应性，选取不同含量的MgO、MnO、Na2O、Li2O和 CaF2等熔剂，多种熔剂相混合，保证保护渣在结晶器内吸附夹杂物之后有相当的稳定性。此外，为防止双相不锈钢保护渣对铸坯造成增碳，保护渣固定碳含量控制在2.0 %以下，同时在渣中掺入少量非碳质材料来代替部分碳质材料。保护渣具体化学成分见表2所示。
表2双相不锈钢保护渣的化学成分(%)
Table 2 Chemical composition of duplex stainless steel mould powder(%)
CaO
SiO2
Al2O3
MgO
MnO
Na2O
Li2O
F-
Fe2O3
C固
35.0-38.0
24.0-26.0
5.0-8.0
0.3-1.0
1.0-5.0
4.0-7.0
0.5-1.0
5.0-7.0
≤2.0%
1.5-2.0
双相不锈钢结晶器保护渣主要用于断面尺寸为(180-240)mm × (1200-1600)mm 的双相不锈钢板坯生产，铸机为直弧形，结晶器长度900mm，铸坯拉速为1.0-1.2m/min，中间包钢水温度1500-1 560℃。结晶器保护渣的性能必须与连铸工艺及生产的钢种及其规格相适应，否则，不仅会导致连铸工艺难以顺行，还会使连铸坯表面产生大量缺陷。
4 保护渣物理性能
表3双相不锈钢保护渣的物理性能(%)
Table 3 Properties of duplex stainless steel mould powder(%)
渣
号
化学成分(%)
熔点
(℃)
碱度
粘度1300℃
(Pa·s)
熔化速率
(s)
CaO
SiO2
Al2O3
MgO
MnO
Na2O
Li2O
F-
Fe2O3
C固
1
36.55
24.78
5.27
0.49
2.67
4.16
0.59
5.76
1.64
1.55
1088
1.17
0.14
29
2
36.70
24.57
6.72
0.61
2.87
5.30
0.76
6.54
1.21
1.76
1080
1.10
0.16
30
3
37.61
25.73
7.36
0.74
2.93
5.64
0.63
5.87
1.25
1.83
1100
1.12
0.15
33
4
37.25
25.26
6.90
0.85
2.82
6.23
0.84
6.12
0.98
1.62
1094
1.16
0.19
32
5
37.19
24.45
6.58
0.56
2.26
5.45
0.67
6.25
1.38
1.71
1085
1.14
0.17
28
开发的双相不锈钢连铸用保护渣五个渣号的化学成分和物理性能见表3。由表看出，五个渣号的保护渣碱度范围在1.1-1.2之间，粘度0.14-0.19Pa·s，熔点保持在1080-1100℃，试验表明，熔渣具有较好的稳定性。
5 保护渣现场使用效果
表4保护渣在连铸使用前后测定的统计平均数据
Table 4 Experiment >
渣
号
液渣层
厚度/mm
吨钢渣耗量
/kg/t
铸坯边部凹陷率/%
表面
纵裂纹
振
痕
皮下
裂纹
夹
渣
铸坯
修磨率
试验前
试验后
降低
1
10.8
0.35
15.6
0.7
14.9
0.8
0.3
0.4
0.2
0.5
2
10.6
0.27
17.4
0.9
16.5
0.9
0.4
0.3
0
0.4
3
10.3
0.31
16.5
0.5
16.0
0.7
0.4
0.5
0.3
0.3
4
11.2
0.27
13.8
0.6
13.2
0.6
0.2
0.2
0
0.3
5
9.9
0.39
16.6
0.8
15.8
0.8
0.5
0.3
0.2
0.6
研制开发的板坯连铸双相不锈钢结晶器保护渣在断面尺寸为200 mm ×1300 mm的不锈钢连铸机上进行了多炉生产试验，钢种为2205及2304双相不锈钢，拉速为1.0-1.1 m/min。保护渣使用前后连铸坯夹渣及横纵裂纹等情况对比见表4。
试验过程中，连铸坯液渣层厚度适中，均保持在9-12mm，吨钢渣耗量在0.27-0.39kg/t，连铸坯边部凹陷率降低了13.0-16.5%，表面纵裂纹、振痕和夹渣等明显降低，铸坯修磨率大大降低，达到了确保钢厂连铸工艺顺行和提高铸坯质量的目的。
6 结论
针对双相不锈钢连铸生产设备及工艺，研制开发了双相不锈钢板坯连铸结晶器用保护渣，通过现场试验证明，其保护渣具有较好的性能稳定性，吨钢渣耗量在0.27-0.39kg/t，连铸坯边部凹陷率降低了13.0-16.5%，表面纵裂纹、振痕和夹渣等明显降低，可满足2205及2304双相不锈钢连铸生产要求。
参考文献
[1] Claudio Gennari, Luca Pezzato, Enrico Piva, etal. Influence of small amount and different morphology of secondary phases on impact toughness of UNS S32205 Duplex Stainless Steel[J]．Materials Science & Engineering A, 729 () : 149-156.
[2] 王东，张东铭，史晓东，等.双相不锈钢在海水淡化中的应用研究[J].冶金动力，，( 2)：56-59．
[3] 李飞飞.太钢自主研发的双相不锈钢钢筋应用于港珠澳大桥[J].支部建设（中旬刊），11月：40.
[4] 王建新，陈兴润，潘吉祥．2205双相不锈钢板坯高温热塑性研究[J].热加工工艺，，42( 3)：13-16．
[5] 甘志强.不锈钢夹杂物的成因及降低其含量的途径[ J].江西冶金，1998，18(1)：9-12 .
[6] 张丽，朱祖民. 奥氏体不锈钢保护渣的研制[J].钢铁研究，，37(2)：57-60.
来源：炼钢生产新工艺新技术新产品研讨会论文集精彩推荐：
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