CN101219466A - 板坯连铸含钒、铌、钛的高强度钢专用结晶器保护渣及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种板坯连铸含钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti)的高强度钢专用结晶器保护渣及其生产工艺，该保护渣是由基料(预熔料)、助熔剂材料、调碱度材料和碳质材料组成的，它们的重量百分比分别为：预熔料78－85，助熔剂材料5－12、调碱度材料5－10，碳质材料2－6；本发明的生产工艺为：将各种合格原料破碎至规定粒度，入炉预熔，出炉后立即进行水淬，气化入预熔料仓。将合格的预熔料、助熔剂材料、调碱度材料和碳质材料气化入料仓，配料，再入搅拌机搅拌，取半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造料，产品检测，合格品包装入库。本发明具有渣条少，结晶器内铺展性好，反映活跃，火焰小的优点。

Description

板坯连铸含钒、铌、钛的高强度钢专用结晶器保护渣及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种板坯连铸含钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti)的高强度钢专用结晶器保护渣及其生产工艺。

背景技术

目前国内高档次的品种钢材大部分仍依赖进口，其中含V、Ni、Ti的高强度钢是其中之一。主要原因在于国内炼钢、连铸水平以及相应配套附材质量等还达不到相应要求。在配套的附材当中，保护渣是其中的关键材料之一。

钢中引入V、Nb、Ti的主要目的是细化晶粒，增加钢的强度，优化钢的性能，但随之而产生的困难是连铸难度增大，原因是铸坯的脆性区间变宽，如果工艺控制稍有不当，便伴随着大量的裂纹缺陷产生，尤以微裂纹缺陷最为突出，主要原因是微裂纹在铸坯上难以发现，往往在轧制后造成大量钢板抱废，对企业损失很大。

所以要想成功浇铸含V、Nb、Ti的高强度钢，必须采取两条路，一是提高拉速，确保高坯面温度出钢，避开脆性区间，但不足是高拉速对连铸过程的综合要求高，搞不好易出现粘结性漏钢，所以只有连铸机装备水平和操作水平相当高的厂家采用；另一个是采是弱传热制度，确保出结晶器的坯面温度较高，在矫直过程避开脆性区间。但这两条路对保护渣都有相同的要求，第一传热性能要适当，二是吸附夹杂能力要强，以确保渣子性能稳定。

在保护渣方面，目前的现状是：

1、进口渣不能有效结合国内操作现场的具体实际情况，适应性方面较差，用进口渣浇铸该类钢种时，仍存在着裂纹缺陷明显较多的问题；

2、国内大部分钢厂没有充分认识到保护渣的重要性，该类钢种浇铸时通常采用常规同碳量钢用的保护渣进行浇铸，没有采用专用渣；

3、部分国产保护渣虽针对该类钢种特性进行设计，但主要通过析晶特性的差别来调整保护渣的传热特性，保护渣的析晶特性对铸坯的传热起着一定的作用，但结晶受结晶器状况的差别甚大，再加上通过结晶器壁的传热属于一非稳态过程，所以仅仅依据调整结晶性能的差别来解决该类问题在实际应用难以达到应有的效果。如公开号为CN1911560A的专利中运用的调整结晶的方法，从理论上有一定的道理，但在实际运用中发现，仅通过析晶特性的差别造成的效果不很明显。

4、国产渣由于采用的工艺不完善，渣子性能波动大，所以造成使用过程不稳定，易造成裂纹类缺陷产生等等。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提出一种专用结晶器保护渣及其生产工艺，从保护渣技术方面和生产工艺两个方面拿出有效解决方案，从根本上解决目前国内钢厂在浇注该类钢种时保护渣不能满足需要的矛盾，从而真正达到满足品种要求，降低微裂纹发生率，同时达到连铸工艺顺行要求的目的。

本发明的板坯连铸含钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti)的高强度钢专用结晶器保护渣是由基料(预熔料)、助熔剂材料、调碱度材料和碳质材料组成的，它们的重量百分比分别为：预熔料78-85，助熔剂材料5-12、调碱度材料5-10，碳质材料2-6；其中助熔剂材料包括有Li₂CO₃、MgCO₃、MnCO₃和NaF，所述Li₂CO₃、MgCO₃、MnCO₃和NaF在保护渣中的重量百分比分别为2.1-8％，1.3-4.8％，1.5-8.5％，2.0-7.0％。

本发明采取的生产工艺包括两大部分：

1)、预熔料生产工艺：

将各种合格原料(硅灰石∶萤石∶石灰石∶石英∶玻璃块比例为4∶1∶2∶1∶2)破碎至规定粒度，然后各种原材料分别大堆混匀，进行计量配料，按500kg每作入炉预熔，出炉后立即进行水淬，风干或烘干后，再倒大堆分层平铺，平铺直取磨料至300目全通过，然后气化入预熔料仓。

2)、含钒、铌、钛专用保护渣生产工艺：

将合格的基料(预熔料)、助熔剂材料、调碱度材料和碳质材料气化入料仓，然后依据该钢种保护渣的具体配比，按6T每作进行微机配料，再入搅拌机搅拌，取半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造料，产品检测，合格品包装入库。

本发明的试验品选择在邯郸和首钢等钢厂进行试验，首先在邯郸试验，经试用，效果如下：

1、和进口渣相比，没有一次粘结漏钢，其生产工艺的顺利性远远超过了进口渣；

2、整个生产过程的产品合格率(主指因没有裂纹特别是微裂纹和夹杂等缺陷)与国产渣和进口渣相比，分别是：本发明试品：97.9％；国产渣：88.6％；德国：96.5％；

3、结晶器内反映：我公司产品的渣条少，结晶器内铺展性好，反映活跃，火焰小。

具体实施方式

本发明的板坯连铸含钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti)的高强度钢专用结晶器保护渣是由基料(预熔料)、助熔剂材料、调碱度材料和碳质材料组成的，它们的重量百分比分别为：预熔料78-85，助熔剂材料5-12、调碱度材料5-10，碳质材料2-6；其中助熔剂材料包括有Li₂CO₃、MgCO₃、MnCO₃和NaF，所述Li₂CO₃、MgCO₃、MnCO₃和NaF在保护渣中的重量百分比分别为2.1-8％，1.3-4.8％，1.5-8.5％，2.0-7.0％。

本发明采取的生产工艺包括两大部分：

1)、预熔料生产工艺：

将各种合格原料(硅灰石∶萤石∶石灰石∶石英∶玻璃块比例为4∶1∶2∶1∶2)破碎至规定粒度，然后各种原材料分别大堆混匀，进行计量配料，按500kg每作入炉预熔，出炉后立即进行水淬，风干或烘干后，再倒大堆分层平铺，平铺直取磨料至300目全通过，然后气化入预熔料仓。

2)、含钒、铌、钛专用保护渣生产工艺：

将合格的基料(预熔料)、助熔剂材料、调碱度材料和碳质材料气化入料仓，然后依据该钢种保护渣的具体配比，按6T每作进行微机配料，再入搅拌机搅拌，取半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造料，产品检测，合格品包装入库。

具体如下：

1、技术方面

1)、选择合适的碱度，即：CaO/SiO₂

其主要原因是该类钢种的碳含量处于包晶钢范围内，其凝固收缩的线收缩比较大，所以具有与相同碳含量的普钢相同的特性，但由于V、Nb、Ti的引入，使其晶粒细化，初生坯壳的强度得以提高，故其线收缩比和裂纹敏感性较相同碳含量的普碳钢低一些，针对以上理论，结合应用实际，我们确定其碱度在1.13～1.25这个范围。理由如下：

A、较好的碱度可以确保其析晶特性满足弱传热的要求，达到降低纵裂纹发生几率的目的；

B、较高的碱度可以确保一定的玻璃体层，以更好满足润滑的需要，有效防止因机械磨擦力过大而致微裂纹的发生几率；

C、较高的碱度可确保保护渣具有较强的吸附夹杂物的能力，即确保其高温热稳定性，不致于在吸附含铝和钛等相关夹杂后而发生保护渣的物性突变而恶化渣子质量，满足工艺顺行的需要等等。

2)、合理的Al₂O₃含量

由于含V、Nb、Ti的钢种中的合金无素的还原性较强，极易产生氧化夹杂物，故稳定渣子的高温热稳定性极其关键。正常的保护渣设计是以CaO-SiO₂-Al₂O₃三元相图为基础，选择合适的区域作为基础而设计的，针对该类钢种要求，在碱度合适的条件下，选择合适的Al₂O₃含量范围，是确定该类渣的基础，经我们研究确定，选择Al₂O₃在2.5～5.5％是比较合理的。

3)、合适的凝固温度

凝固温度是确保消耗、液渣层厚度、传热和润滑等相关的指标的关键，从某种意义上讲，其对传热特性的影响甚至超过析晶特性，故凝固温度的合适确定是解决含V、Nb、Ti类高强度钢的一项关键指标。主要原因如下：

A、凝固温度确定了初生坯壳和结晶器之间渣膜的状态，即固渣膜和液渣膜的厚度关系，凝固温度高，固渣膜厚，液渣膜薄；反之，液渣膜厚，固渣膜薄；

B、凝固温度高，弱化传热效果好，抑制裂纹能力强，但润滑能力差；反之弱化传热效果差，抑制裂纹能力强，但润滑效果好；

C、凝固温度高，固渣膜厚，渣子的消耗量降低，反映渣子的消耗量增加等等。

针对以上理论依据与实践结果，我们将凝固温度确定在1115～1175之间，即可有效处理传热与润滑之间的矛盾，达到即能有效解决纵裂纹，又能有效解决润滑而防止微裂纹的目的。

4)、其它方面

此外，经深入研究，该类渣子的粘度根据钢厂工艺条件的变化，确定在0.10～0.18pa.s之间比较理想；渣子的结晶温度确定在1100～1160比较理想，析晶率确定在25～75％比较理想。

针对此，本发明产品的典型理化指标如下表：

理化指标		成份范围(％)
			化学指标	CaO/SiO2	1.19±0.06
CaO	30.5～38.5
		SiO2		25～33
Fe2O3	≤2.5
		MgO		1～5
Al2O3	2.5～5.5
		R2O		7～11
F-	5.5～9.5
		MnO		≤4
理化指标	H2O				≤0.5
		Tm(℃)	1115±40
	Ts(℃)			1145±40
		Tbr(℃)	1130±40
	Rp(％)			25～75

注：

R₂O＝Na₂O+K₂O+Li₂O；

Tm代表半球点；Ts代表凝固温度；Tbr代表析晶温度；Rp代表析晶率。

涉及技术的另一个方面是保护渣用原辅材料结构体系的合理构造，主要原因是保护渣不同于一般的化工产品，可能具备相同的化学指标，但由于所用材料不同，其使用性能将差别很大，所以材料体系的合理选择也极为重要，针对此，经研究，材料体系如下：

A、基料的选择

常规上保护渣的基料有天然矿物粉如：硅灰石类，人工合成材料如：水泥熟料、预熔料类，但目前最为理想的预熔料，主要原因是该类材料按即定目标控制，所用材料构成相对稳定，成份人为控制，所以最为理想，作为含V、Nb、Ti类高强度钢专用保护渣，是最佳选择。

B、助熔剂的合理选择

保护渣常用的助熔剂是Na₂CO₃和CaF₂，但由于该类钢种对保护渣高温热物性的特殊要求，仅靠Na₂CO₃和CaF₂来充当助熔剂是难以达到效果的，所以引入了MnCO₃、Li₂CO₃、BaCO₃中的一种或其中任意组合，通过综合效应来确保保护渣高温热物性的稳定，尽而满足需要。

C、碳质材料的优化

保护渣的配碳采用复合配碳，主要确保熔化过程的稳定，形成合理的熔化结构，减少渣条。通过采用色素碳黑1～2.5％和3～5％的高碳石墨来实现。

2、工艺方面

好的配方没有工艺保证，产品质量不可能实现稳定，本发明采取的生产工艺包括两大部分：

1)、预熔料生产工艺：

将各种合格原料(硅灰石∶萤石∶石灰石∶石英∶玻璃块比例为4∶1∶2∶1∶2)破碎至规定粒度，然后各种原材料分别大堆混匀，进行计量配料，按500kg每作入炉预熔，出炉后立即进行水淬，风干或烘干后，再倒大堆分层平铺，平铺直取磨料至300目全通过，然后气化入预熔料仓。

2)、含钒、铌、钛高强度钢专用保护渣生产工艺：

将合格的基料(预熔料)、助熔剂材料、调碱度材料、碳质材料气化入料仓，然后依据该钢种保护渣的具体配比，按6T每作进行微机配料，再入搅拌机搅拌，取半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造料，产品检测，合格品包装入库。

按上述工艺生产的保护渣，质量稳定可靠。

3、实施例

严格按照设计要求确定了如下实施例：

预熔料：75％，碳酸钠：8％，萤石：9.5％，色素碳黑：1.5％，高碳石墨：3.5％，结合剂：2.5％，总计：100％。

按上述配方生产的保护渣的理化性能指标如下表：

理化指标		成份范围(％)
			化学指标	CaO/SiO2	1.17
CaO	34.25
		SiO2		29.18
Fe2O3	1.35
		MgO		1～5
Al2O3	3.52
		R2O		9.15
F-	7.25
		MnO		2.15
理化指标	H2O				0.25
		Tm(℃)	1108
	Ts(℃)			1141
		Tbr(℃)	1137
	Rp(％)			45

4、应用效果及分析

本产品投入实际应用后，表现为：结晶器内熔化均匀，渣条少，浇铸过程工艺稳定，没有漏钢记录，同时纵裂纹和微裂纹发生几率较进口渣和国内其渣大幅度降低。

Claims (2)

1.板坯连铸含钒、铌、钛的高强度钢专用结晶器保护渣，其特征在于该保护渣是由预熔料、助熔剂材料、调碱度材料和碳质材料组成的，它们的重量百分比分别为：预熔料78-85，助熔剂材料5-12、调碱度材料5-10，碳质材料2-6；其中助熔剂材料包括有Li₂CO₃、MgCO₃、MnCO₃和NaF，所述Li₂CO₃、MgCO₃、MnCO₃和NaF在保护渣中的重量百分比分别为2.1-8％，1.3-4.8％，1.5-8.5％，2.0-7.0％。

2.一种如权利要求1所述板坯连铸含钒、铌、钛的高强度钢专用结晶器保护渣的生产工艺，该生产工艺包括两大部分：

(1)、预熔料生产工艺：

将各种合格原料：硅灰石∶萤石∶石灰石∶石英∶玻璃块比例为4∶1∶2∶1∶2破碎至规定粒度，然后各种原材料分别大堆混匀，进行计量配料，按500kg每作入炉预熔，出炉后立即进行水淬，风干或烘干后，再倒大堆分层平铺，平铺直取磨料至300目全通过，然后气化入预熔料仓。

(2)、含钒、铌、钛专用保护渣生产工艺：

将合格的预熔料、助熔剂材料、调碱度材料和碳质材料气化入料仓，然后依据该钢种保护渣的具体配比，按6T每作进行微机配料，再入搅拌机搅拌，取半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造料，产品检测，合格品包装入库。