Page 23 - 理化检验-物理分册2025年第一期

朱鹏宏，等：低牌号无取向电工钢B坯增碳的影响因素

了无取向电工钢板坯增碳的控制优化及应用。 浇铸相同钢种，对开浇第一块板坯（B坯）按照固定

1 保护渣增碳的影响 长度进行切割取样，利用碳硫分析仪对试样中的C
元素含量进行分析。为尽可能减小试验误差，对其
1.1 试验材料及方法 他可能造成钢水增碳的因素在试验设计上进行了限
结晶器保护渣是连铸生产必不可少的辅助材 制，如开浇长水口、中间包涂层、浸入式水口等均使
料，对铸坯质量和产量起着至关重要的作用 [22] 。选 用同一厂家、相同批次的材料。此外，工艺条件上开
取3种不同成分、熔点以及黏度的无取向电工钢保 浇投入覆盖剂总量固定为600 kg，连铸机两流开浇

护渣，分别编号为1，2，3号，其化学成分及理化性能 目标提升拉速恒定为1.4 m/min，过热度为25 ℃，连
如表1所示。在3个中间包的首炉使用此3类保护渣 铸初始C元素质量分数为0.001 9%。
表1 无取向电工钢保护渣典型化学成分及理化性能

保护渣 质量分数/% 黏度/
熔点/℃
编号 CaO MgO Na 2 O F C （Pa·s −1 ）
SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO/SiO 2
1 35.6 3.4 — 32.1 2.7 12.5 8.7 1.2 0.9 1 085 0.16
2 42.6 1.3 — 34.1 5.0 6.4 9.2 0.6 0.8 1 085 0.22
3 40.4 2.2 — 28.2 3.0 9.4 12.8 0.8 0.7 1 000 0.21

1.2 试验结果及分析 况下，浇铸一般钢种通常不会造成板坯增碳。然而，
使用3种不同成分、 熔点以及黏度的无取向电工 在浇铸超低碳钢种时，即使保持稳定浇铸也会发生
钢保护渣进行浇铸，在板坯成型后，对B坯按照固定 增碳现象。因为在熔渣层与烧结层之间存在一层由
长度600 mm进行连续取样， 检测C元素的质量分数， 渣料熔化产生的上浮碳粒，形成0.3~3 mm的结构，
结果如图1所示。由图1可知：1号保护渣浇铸板坯 该层碳元素的质量分数通常比初始渣料高1.5~5倍，
的碳元素质量分数最高，相较其他炉次增碳最严重； 因此该层结构也被称为富碳层。尽管碳在熔渣中的扩

2号保护渣浇铸板坯的碳元素质量分数及增碳量比 散速率慢、溶解度低，但是由于富碳层与钢液的弯月面
1号保护渣较低；3号保护渣浇铸的板坯碳元素质量 距离很近，且碳在钢液中的溶解度较高，一旦弯月面与
分数及增碳量最低。在相同的浇铸条件下，两个流 富碳层接触，或液面波动较大，会导致钢液直接与富碳
的板坯增碳情况没有明显差异，而板坯起始位置处 层接触，使钢液发生增碳。因此，对于连铸开浇该类无
的碳元素质量分数越高，板坯中部以及板坯尾部的 法避免的非稳态浇铸过程，减少钢水增碳量主要还是
碳元素质量分数也相对越高。同时，在连铸耐材以 依靠保护渣的成分与理化性能的设计优化。
及开浇工艺条件相对固定的情况下，影响板坯增碳 黏度是评价保护渣质量的重要物理指标之一，
的主要因素为保护渣，3种保护渣浇铸的板坯碳元素 用于表征一定温度和一定剪切力作用下熔渣流入铸
质量分数均随着浇铸时间、浇铸长度的延长而逐渐 坯与结晶器间隙的能力，是保证渣膜厚度、合理的
降低，说明在开浇阶段，保护渣对板坯增碳的影响是 传热速率和润滑铸坯的关键 [22] 。从1号、2号、3号
随着浇铸过程逐渐减小的。 保护渣的典型成分、性能及试验中浇铸钢坯的增碳
保护渣中的自由碳含量通常是影响板坯增碳的 情况看：1 号保护渣的自由碳质量分数 （1.2%）最
主要因素之一，从图1中3种保护渣影响板坯增碳的 高，碱度（0.9）与熔点（1 085 ℃）均相对偏高，黏度
结果看，并不是保护渣中的自由碳含量越低，板坯的 （0.16 Pa · s −1 ）较低，其B坯头部至尾部的碳元素质
增碳量就越少。碳在保护渣中的作用主要为熔速调 量分数由（6.3~6.7） ×10 −5 变至（2.8~3.0） ×10 −5 ，
节，无取向电工钢保护渣中通常总碳元素质量分数 其增碳量为3 种保护渣中最高；2 号保护渣的自由
为2%~4%。适当控制保护渣的熔化速率，会在结 碳质量分数（0.6%）为 3 种保护渣中最低，熔点
晶器液面上形成3层结构 （见图2），从上到下依次为 （1 085 ℃）与2号保护渣相同， 黏度（0.22 Pa · s −1 ）为
粉渣层、烧结层和熔渣层。其中，熔渣层中碳元素的 3种保护渣中最高，其B坯头部至尾部碳元素质量分
溶解度极低，通常约为0.1%~0.2%，如果结晶器内 数由（5.8~5.9） ×10 − 5 变至（2.4~2.5） ×10 − 5 ；3 号
保护渣的渣层结构合理，在钢液面上有足够厚度的 保护渣的自由碳质量分数为0.8%，熔点（1 000 ℃）
熔渣层作为隔离带，同时液面控制相对稳定，在该情 为3种保护渣中最低，黏度适中，为0.21 Pa · s −1 ，B

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