結晶器保護渣行為和厚度對鑄坯質量具有一定的影響，各鋼廠結晶器連鑄保護渣操作有所不同，目前使用機械手添加保護渣比比皆是，不僅穩定了保護渣加入的速率，而且能夠較為穩定地保持保護渣厚度，對鑄坯質量的提高有著重要的意義，特別是鐳目公司對此作出了很多研究，為連鑄自動化做出了很大的貢獻。但是看到有的鋼廠結晶器保護渣加入量過少，有的鋼廠加入量又過大，這往往與鋼廠的操作習慣有關的。向結晶器內添加保護渣偏少的廠家覺得看不見保護渣露出紅的顏色，總是有所擔憂。有的現場觀察到職工時常撈渣圈，根據筆者的經驗，生產優特鋼的企業如果不斷撈渣圈，其產品的表面質量很難控制的很好，而且內部裹渣現象時常出現。

1 渣圈的來源

這里回顧使用鐳目公司的液面自動控制系統，在2002年的時候無錫雪豐還是使用手動控制的方式，即手動控制塞棒上下運動的杠桿來調節鋼水下行流量，這種狀態下撈結晶器渣圈是常態，當時筆者認識水平低下，以為渣圈的出現是必然的，加上書本和雜志文章介紹的千篇一律都是有渣圈的存在，渣圈擁擠在彎月面與銅管內腔壁之間。就是現在這種圖形引用的比比皆是，究竟是誰描述這個渣圈呢，我看了很多文章，好像圖形都來自一個地方，努力把原始的圖形找到。

連鑄卷第8章專題講述連鑄保護渣，里面引用了大量的具有渣圈的圖片，圖2也是描述了渣圈，猜想很多專家寫的文章和書籍都引用了這里面的圖片，畢竟美國這本書系統闡述了黑色冶金從煉鐵、煉鋼、精煉、連鑄和軋鋼各個過程，這本書應該是當代闡述*為完善，也是*早全面闡述冶金生產的五本書籍，具有一定的權威性的，所以一些資料被反復利用。從連鑄卷截取拷貝來的這些具有渣圈的圖片，力圖來闡述保護澆鑄使用結晶器保護渣必然出現渣圈事實，果真是這樣的嗎？

無錫雪豐在2003年開始使用鐳目公司的液位自動控制系統，我在**時間在現場觀察，奇怪的事情發生了，在穩定的液面控制系統下居然沒有出現渣圈，開始是這樣，后來也是這樣，始終保持這種狀況，我頓時覺悟了，結晶器內不穩定的鋼水液面是渣圈出現的根本原因，解釋這個現象的春天來到了，當然我指的不僅僅是抑制渣圈的出現，還有保護渣的行為解釋，液面控制系統打開了我的思路。根據使用液面控制系統的優良的經驗，大家達成共識，正常生產過程中如果出現渣圈，說明某個環節或者幾個環節出現不受控狀態，必須馬上處理，使其恢復到受控狀態，那么渣圈是否出現就是一個良好的判斷指標。

胡適名言表達為實踐是檢驗真理的**標準，**人經過多少年的努力才認識到這個檢驗真理的標準，多不容易呀！

為什么前人科學家和學者得出渣圈必然的結論，這是因為在過去的年代液面控制僅僅是依靠手動操作來控制，即人工使用塞棒控制杠桿來調節鋼水下行流量，這樣這種方式必然造成控制上的不平穩，鋼水下行時多時少，從而引起結晶器內鋼水液面忽上忽下，從而產生渣圈。現代技術的飛速發展，結晶器鋼水液面控制技術越來越成熟，能夠達到的精度號稱達到±2mm，穩定的液面控制帶來的結果就是液面波動小，渣圈產生的條件給限制住了。我們不能責怪過去的人，因為時代在前進，技術在發展。

但是遺憾的是很多學者和工程師們仍然沿用了過去老的套路，寫文章和寫書的時候仍然采用了這種帶渣圈的老圖，其實他們沒有到現場認認真真看現在的操作。現場工程師們則是可以看到保護澆鑄正常情況下是沒有渣圈出現的。

通過對比，使用液面控制系統明顯提升了鑄坯的表面質量，從軋鋼反映過來的信息表明軋材表面缺陷也大大減少，說明了穩定的液面控制起到非常重要的作用，從日后的鑄坯表面缺陷和對應的軋鋼形成的表面缺陷來看，分析原因時候，我們首先就看液面控制系統是否處于正常工作狀態，是否出現渣圈現象。我看有的鋼廠結晶器保護渣操作，提出來需要增加保護渣的厚度，加大保護渣對液面的壓力，穩定鋼水液面，減少波動，通過對比來鑒別。

2、保護渣的作用

保護澆鑄真實的含義不僅僅是在結晶器內的鋼水上層產生一定厚度的液態保護渣層，隔絕大氣對液態金屬的侵蝕。在完成這個任務之后就是要在坯殼表面包裹著一定厚度保護渣層。在結晶器內的鋼渣界面上，首先形成是非金屬材料的保護渣坯殼，而后液態金屬附著在保護渣坯殼的內腔上形成初生的金屬坯殼，逐步發展增加其厚度，離開結晶器銅管后形成具有足夠安全厚度的坯殼，包裹著內部鋼水連續下行。形象地說，保護渣層相當于在金屬坯殼外壁穿著了一層緊身衣，這層固態和熔融狀態的保護渣殼將高溫金屬坯殼與銅管分離開來，起到了下列的作用：

l  改善摩擦關系：將金屬坯殼與銅管內表面接觸摩擦改變為非金屬的保護渣形成的渣殼與銅管的接觸摩擦，這是一個穩定摩擦接觸關系，大大降低了銅管的磨損，使得銅管壽命得到大幅度的提高。

l  減少鋼水波動：從敞開澆鑄來看，鋼水液面波動非常大，而采用保護澆鑄由于保護渣具有一定的厚度，這個自重的作用在鋼水液面上，大大降低了鋼水在整個液面上的的波動，當然也有浸入式水口插入的深度較大的作用，所以形成了穩定的液面，所以保護渣形成的振痕是有規律的。

l  改變鑄坯傳熱方式和效率：保護渣形成的渣殼與金屬坯殼表面緊密的結合，為整個坯殼傳熱的平穩性創造了條件，有利于坯殼均勻生成和發展。

l  有利于填充氣隙：液態向固態轉變中的坯殼產生收縮，造成坯殼局部凹陷，于是氣隙形成。熔融態的保護渣在結晶器拉拔規整的作用下擠入到氣隙中，將氣隙填充，保持連續穩定的保護渣層傳熱；

l  得到良好的表面質量：正是由于產生了均勻的保護渣殼，包裹著金屬坯殼的表面，得到了良好而均勻的傳熱，固態金屬坯殼不接觸銅管造成黏結缺陷，保護澆鑄的表面質量遠好于敞開澆鑄；

l  降低坯殼形成時候過熱度：液態保護渣處于結晶器鋼渣界面的上層，首先是保護渣坯殼的形成，金屬初生坯殼是附著在非金屬的保護渣殼上面形成，金屬開始凝固的過程不像敞開澆鑄那樣激烈，而是鋼水與非金屬保護渣坯殼接觸，此時形成玻璃體和結晶體的保護渣坯殼溫度比銅管內壁溫度要高的多，這樣就得到了相對平衡穩定的初生坯殼形成和生長的條件，得到了均勻和無缺陷的初生坯殼，這是高質量鑄坯生產的先決條件。

3、現場觀察分析

我在有的鋼廠觀察，看到連鑄機的結晶器保護渣層厚度不足，也就是除了液渣層和燒結層外，上面的粉渣層厚度很少，一般都可見紅彤彤的燒結層，處于習慣，我都忍不住來添加保護渣。粉渣層的不足造成的影響為：

• 保護澆鑄模式下，抑制結晶器鋼水液面的波動除了浸入式水口插入深度外，另一個重要的因素就是保護渣的重量，一定厚度的保護渣對應了一定的重量，從而形成一定的壓力，起到抑制鋼水液面波動，如同鎮江的鍋蓋面一樣，使用木質的鍋蓋壓住沸騰的開水，從而保證了鍋內的開水的平穩性。

• 由于保護渣重量不足造成鋼水液面的波動，從而形成振痕在鑄坯圓周方向上沒有呈現水平狀態，而是一種隨波逐浪的波動，這種波動在鑄坯表面的表現形式就是振痕不夠整齊，振痕波動，振痕的不穩定對鑄坯的表面質量是不利的。

• 由于液面的波動，也必然造成液態保護渣的晃動，這種晃動給更換低溫鋼水換流作用造成剪切作用，很有可能形成裹渣現象，平穩的鋼水液面和液態保護渣層是避免裹渣有力的保證。

圖4展示的是敞開澆鑄的結晶器鋼水液面波動的情況，鋼水就是像大海的波濤洶涌澎湃，這種模式生產的鑄坯表面振痕是完全沒有規律性的，是一條難以用模型來表達的非連續的曲線，圖5表現的是150mm方坯敞開澆鑄的表面情況。當然敞開澆鑄振痕的形成機理與保護澆鑄振痕形成的機理完全不同，這是一個交接面的痕跡，這里就不談振痕形成的機理。

使用木質小鍋蓋壓住沸騰的開水，保護渣自重壓在鋼水液面上，其工作原理是一樣的，上個世紀70年代我在海南當兵，經常下山挑水走山路，往往在水桶里面放置一片薄薄的木板，目的就是防止水面晃動過大濺出來，舉這個例子來說明應該是比較形象的。

我覺得鋼廠為了保證鑄坯的外表質量，防止裹渣現象的發生，應該立即調整保護渣操作模式，加大粉渣層的厚度，做到加入的保護渣看不見下面紅色的燒結層，即液渣層、燒結層和粉渣層總體厚度要達到50~70mm厚度，這樣才能達到抑制結晶器鋼水液面的波動。

加厚保護渣是否對產品表面質量將產生不利的影響？我的回答是否定的，我在外面指導有的鋼廠操作，在沒有使用自動加渣系統情況下人工加入，職工為了省事，將保護渣加到結晶器銅管的上口，保護渣層厚度約為80~90mm，我測算時間，可以堅持近20分鐘不用管，觀察鑄坯的表面質量，跟蹤后期的軋鋼，沒有發現這種加入模式對產品質量產生不利的影響。

當然我也不贊同這種保護渣加入方式，這對氣體的上升會產生不利的影響。在自動加保護渣設備上來后，可以調節一次加入量，自動控制的量就是消耗量，要養成這種習慣，始終保持黑渣面操作。

從上面幾張結晶器液面保護渣照片可以觀察到彎月面情況，雖然不是直接的鋼水對銅管形成的彎月面，但是鋼水與凝固后的保護渣形成的彎月面能夠明顯地反映出來，表現形式就是在銅管四周有一個彎彎的塌陷，這就是彎月面造成的影響。良好穩定的連鑄過程就會出現這個現象，今后有機會再來給大家闡述和解釋這個現象，這也是我**提出來的假設，自己覺得是有道理的。

4 振動偏擺

結晶器的傾斜振動也是導致渣圈出現的因素，有的鋼廠振動偏擺比較嚴重，達到0.15mm以上，估計在非正常狀態下還要大。無錫雪豐采用的是亞新全板簧振動系統，這個振動裝置工作非常穩定，其橫向偏擺值在0.1mm以內，一般都是在0.05mm左右，長期多年的工作始終保持高精度的振動模式。全板簧振動系統的內容這里就不再介紹，大家可以看我發送的有關圓坯連鑄的文章，里面就有相應的闡述和照片。

5 齊整振痕

保護渣以一定的重量壓在鋼水上，起到了抑制鋼水波動的效果，從而平靜了鋼水液面，如果保護渣重量過輕，導致液面晃動，也是造成也液面不夠穩定，從而出現渣圈，從振痕的整齊程度就可以反映出鋼水液面和液態保護渣是否處于水平穩定的狀態。我在這里放幾張反映保護澆鑄整齊振痕的照片。

當然現場生產中出現的振痕并非這樣整齊好看，根據不同的鋼種表現出來的形式都是不一樣的，我這里僅僅選擇一些比較好的振痕照片，評價指標還是看軋鋼實踐，少的表面缺陷就是好的。

6 保護水口

正確厚度的保護渣層也同時保護了浸入式水口，不*于在高溫狀態下侵蝕過重，當然結晶器電磁攪拌攪拌過重也是會導致機械沖刷水口表面，形成侵蝕過重的現象。

7 防止裹渣

在液面出現非穩定狀態下，將出現液面的波動，從而交替更換界面溫度低的鋼水時候，沖刷不穩定的保護渣液面底層，極有可能造成裹渣現象。所以我就提醒大家，液面起伏波動，給鋼水裹挾保護渣創造了條件，這是一個大害，我們在組織生產過程中一定要防止這種現象的出現，如果出現裹渣現象，對于鋼管來說就是致命的大顆粒非金屬夾雜物，往往加工后的缺陷處由于丟失了這種大顆粒夾雜，造成了難以判斷夾雜的來源。我翻譯了好幾篇有關保護渣行為的文章，也有浸入式水口行為的文章，都已經放在“唐杰民冶金40年”的微信公眾號內，現場工程師可以好好看看。

圖16和圖17是我翻譯的《用好保護渣減少鑄坯缺陷確保連鑄正常生產》一文里面摘錄的圖片，主要想闡述的是由于保護渣液面的波動造成了保護渣進入到鑄坯表面和鑄坯內部，形成了裹渣缺陷，我是借用這兩張圖來反映這個現象。需要指出的是，一定要控制鋼水液面的波動，這不僅僅是鐳目公司液面控制系統事情，鋼廠在操作上也是要注意到使用一定厚度的保護渣壓住波動的鋼水，使其鋼水液面在連鑄過程中盡可能平穩，這樣才能得到鑄坯良好的內外在質量，避免裹渣現象的產生。我覺得翻譯的幾篇有關保護渣和水口的文章相當不錯的，雖然文章很長，覺得有用，對連鑄界有參考價值，所以花費時間翻譯出來，希望對大家有用。

關于連鑄結晶器保護渣對鋼水液面波動的影響，波動產生何種后果，鮮有這方面的文章，也許是我孤陋寡聞了，其實一定厚度保護渣產生的重量，以一定的壓強作用在鋼水液面上，抑制了鋼水波動，這個保護渣厚度比如在40~60mm上，就是眾多實踐總結出來的規律性的數值，趁此機會斗膽來闡述這個行為。

我對連鑄有點實踐，對保護渣行為作用也是有點小體會的，以前寫過保護渣和振痕之間關系的文章，大家不一定同意我的觀點，但是也算是一個新的構思設想吧。針對鋼廠過薄的保護渣開始構思這篇文章，寫出來引起有關鋼廠的注意，*少參考參考吧。其實我就是一個現場工程師，所以寫的東西都是用工程師的眼光看待問題、來分析問題和提出解決問題的辦法。既然想給鋼廠做參考，就想盡快寫出來，所以不太注意格式和文法的，啰里啰嗦的，對現場情況掌握也是不足的，談的不對之處盡管指出。大家共同商量，只要團結一致，努力克服不利因素，一定能夠干好的，希望我們祖國多多生產的高質量的鋼材！

*后祝大家好！

唐杰民

2020年6月