CN101530896A - 超低碳钢用高拉速连铸保护渣 - Google Patents

Abstract

本发明涉及炼钢连铸用辅助材料。一种超低碳钢用高拉速连铸保护渣，包括预熔料和配料，预熔料的化学成分百分配比为：CaO：30～40％，SiO₂：35～45％，Al₂O₃：3～10％，MgO：1～5％，F：4～8％，Na₂O：6～12％，B₂O₃：0.5～3％，其余为原料带入的微量杂质，预熔料的碱度CaO/SiO₂为0.70～1.05，粘度为0.2～0.5Pa.s，预熔料经预熔处理；配料为：添加0.7～0.9％的单质碳；添加硼系阻燃剂，其中少部分以硼砂的形式配入，加入量为0.25～1.5％；其余大多数硼系材料预熔到预熔料中，预熔后渣中B₂O₃的含量为0.5～3％。所述配料还包括：添加0.2～0.8％的CaSi粉，0.8～4.0％的锰矿。本发明的保护渣能有效减缓保护渣对钢水的增碳，又不对保护渣的冶金理化性能产生负面影响。

Description

超低碳钢用高拉速连铸保护渣

技术领域

本发明涉及炼钢连铸用辅助材料，尤其涉及超低碳钢用高拉速连铸保护渣。

背景技术

连铸保护渣是一种粉末状或小颗粒状炼钢辅助材料，用于覆盖在连铸机结晶器内的钢水表面。它具有绝热保温、防止钢水氧化、吸收夹杂、润滑及控制传热等多种功能，是炼钢过程控制最终产品——铸坯质量的最后一道工艺要素，不适宜的保护渣性能，会引起铸坯产生夹渣、裂纹等表面缺陷，严重的甚至造成漏钢事故。因此，保护渣是保证连铸工艺顺行和铸坯表面质量的重要手段。

保护渣通常以CaO、SiO₂二元系为主，外配CaF₂、Na₂O、Li₂O等助熔剂，以及少量的Al₂O₃、MgO、MnO、FeO等组元，从而达到适宜的熔化温度和粘度。由于保护渣的熔点相对于钢水温度而言低400～500℃，因此，为控制相对低熔点的保护渣在钢水表面能缓慢熔化，还必须配入一定量的炭质材料，如碳黑和石墨。炭质材料由于具有很高的熔点，能有效阻止保护渣液滴的聚集，从而延缓了保护渣的熔化速度；且炭质材料又能完全燃烧变为气体，对保护渣不造成污染，因此是一种既廉价又实用的骨架材料，目前尚未找到其它能有效替代炭质材料的物质。

保护渣加到钢水表面后，由于炭质材料的作用，由上而下主要形成两层结构：上部为粉渣层，下部为熔融层。保护渣在实际使用过程中，由于炭质材料并不能快速氧化燃烧，因此在熔融层表面会形成一富碳层。一旦钢水表面波动过大，熔渣中富集的碳很容易就进入到钢水中，从而造成钢水增碳。通常来说，保护渣引起的钢水增碳量在7～8ppm左右。对于低碳、中碳及高碳钢，由于钢水中的原始碳含量较高，相比之下，保护渣造成的增碳可以忽略不计。但对于超低碳钢，由于原始碳含量在20ppm左右，有的甚至更低。对这类钢种而言，7～8ppm的增量足以使钢种改判，为此，必须采取有效措施来缓解这一问题。

日本专利JP11197804，提出降低保护渣中炭质材料的配入量到2.0％以下来缓解对钢水的增碳。但这仍会造成5～6ppm的增碳，随着钢种等级的逐渐提高，已不能满足用户的需求。

中国专利02137288.8、200610095062.0通过添加阻燃剂或金属熔速调节剂来延缓保护渣中碳的氧化速度，从而有效减少碳的配入量。但阻燃剂属于低熔点物质，加入量偏少，不能有效发挥作用，加入量过多，会使保护渣过早形成液相，从而产生烧结现象，这易使保护渣在使用过程中产生渣条，即结渣圈，因此是保护渣不希望出现的现象。同样，金属熔速调节剂在保护渣中的加入量也不易过多，否则金属颗粒对保护渣的粘度、流动性均会产生负面作用。

上述保护渣在连铸机拉速较低，钢水表面波动较小的情况下能有效降低对钢水的增碳作用，但随着拉速的提高，钢水波动加大，这又导致保护渣富碳层与钢水的直接接触，增碳现象明显。同时高拉速对保护渣的性能要求更高，要求更加稳定的冶金性能，上述专利添加的助燃剂或阻燃剂加入量过少，将无法起到应有的作用，加入量过多，又将破坏保护渣的相关性能，因此已不能适应超低碳钢用高拉速保护渣的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超低碳钢用高拉速连铸保护渣，该保护渣能有效减缓保护渣对钢水的增碳，又不对保护渣的冶金理化性能产生负面影响，从而保证保护渣有效发挥作用。

本发明是这样实现的：一种超低碳钢用高拉速连铸保护渣，包括预熔料和配料，预熔料的化学成分百分配比为：CaO：30～40％，SiO₂：35～45％，Al₂O₃：3～10％，MgO：1～5％，F：4～8％，Na₂O：6～12％，B₂O₃：0.5～3％，其余为原料带入的微量杂质，预熔料的碱度CaO/SiO₂为0.70～1.05，粘度为0.2～0.5Pa.s，预熔料经预熔处理；

配料为：

添加0.7～0.9％的单质碳；

添加硼系阻燃剂，其中少部分以硼砂的形式配入，加入量为0.25～1.5％；其余大多数硼系材料预熔到预熔料中，预熔后渣中B₂O₃的含量为0.5～3％，即为预熔料内B₂O₃的含量。

所述的配料还包括：添加0.2～0.8％的CaSi粉。

所述的配料还包括：添加0.8～4.0％的锰矿。

所述单质碳的碳质材料是碳黑或石墨或二者的混合物。

本发明的保护渣为一种超低碳钢用板坯连铸保护渣，其成分主要由CaO、SiO₂组成，外配一定量的氟化物、纯碱等助熔剂及少量的Al₂O₃、MgO。为保证保护渣快速熔化及熔化的均匀性，这些保护渣原料按一定比例机械混合后，需事先进行预熔处理，即在一高温炉中加热熔化，温度通常在1400℃以上，通过预熔处理，可保证各原料成分的均匀混合。由于各物质间形成了复杂的固熔体，使得各物质熔点趋于一致，保护渣的熔化温度区间，也就是熔化终了温度和熔化开始温度之差，就可以控制在较窄的范围内。熔化后的液渣通过水冷迅速降温，再研磨成粉剂，成为保护渣的预熔料，该预熔料与少量其他原料(如石墨、碳黑、硼砂、CaSi粉、锰矿等)充分机械混合后即制成保护渣成品，从而使保护渣具备更稳定的性能。

本发明的保护渣对碱度有要求，即CaO/SiO₂控制在0.70～1.05之间，这样可以有效抑制熔渣中析出大量的晶体，从而保证较好的传热能力和润滑效果。通过配加CaF₂、Na₂CO₃、Li₂CO₃等助熔剂使粘度达到0.2～0.5Pa.s，该粘度范围既能保证熔渣不轻易被卷入到钢水中，又能保证适宜的消耗量。助熔剂的加入量为20～40％。该保护渣可适用拉速为1.2～2.2m/min。

炭质材料是控制保护渣熔化的一种最有效且无其它物质能替代的保护渣的重要组元，同时又是对钢水产生增碳作用的罪魁祸首，因此，在保证炭质材料能有效控制保护渣熔化的前提下应尽可能地降低其加入量。炭质材料一般用碳黑或石墨，或二者的混合物，碳黑的含碳量基本是100％，石墨的含碳量在85％左右。本发明提出的超低碳钢用保护渣中单质碳的配入量在0.7～0.9％之间。配入量超过0.9％，保护渣液渣层表面易形成富碳层，对钢水增碳产生隐患；低于0.7％，不能有效控制保护渣的熔化过程。

由于本发明的保护渣中碳的配入量比传统保护渣中碳的配入量明显偏低，为充分发挥碳在保护渣熔化过程中所起的骨架作用，延缓碳的烧损速度，渣中需添加一定量的硼系材料阻燃剂。由于硼的氧化物熔点较低，在高温下呈熔融态，能有效封闭碳的活性部位，阻滞氧的扩散，从而延缓了碳的氧化。阻燃剂加入量过少，不能起到明显的作用，加入量过多，由于其熔点很低，使保护渣的熔化温度区间明显增大，致使保护渣产生严重的烧结现象，烧结直接导致保护渣在结晶器内的使用过程中产生渣圈，恶化了保护渣使用性能的稳定性。为此硼系阻燃剂采用两步加入法，其中以硼砂的形式外配的比例占0.25～1.5％，其余的加入量均与保护渣原料一起经预熔处理，如硼砂、硼钙矿、硼酐等，预熔后B₂O₃所占比例为0.5～3％。这样，不但有效增加了硼化物的配入量，使其更充分地发挥阻燃作用，而且由于预熔处理，保护渣的熔化温度区间明显缩小，从而也防止了烧结现象的产生。

除了硼系材料外，CaSi粉等还原剂也是一种有效的阻燃剂。它与碳共存于保护渣中，由于自身的氧化作用需夺取一部分氧，因此微观范围内也能有效抑制碳的氧化速度。CaSi粉氧化后产生CaO和SiO₂，均为保护渣的重要组成，因此不会对保护渣性能产生不良影响。CaSi粉加入过少，不能有效发挥阻燃作用，加入过多，由于氧化产生过量的热量，又会促进保护渣的熔化。因此CaSi粉适宜的加入量为0.2～0.8％。

超低碳钢是铝镇静钢，因此钢水中Al的含量较高。Al是一种很强的还原剂，可与保护渣中的SiO₂发生如下反应：

4Al+3SiO₂＝2Al₂O₃+3Si

生成物Al₂O₃进入到保护渣中，Si进入到钢水中。这样一来，保护渣中的SiO₂减少，Al₂O₃增加，破坏了保护渣的原有组成，因此性能也发生变化。为此，可在保护渣中添加少量的MnO，由于硅与氧的亲和力大于锰与氧的亲和力，因此加入的MnO可以优先与钢水中的Al反应，从而减少了渣中SiO₂的损失，而MnO含量的变化对保护渣性能的影响很小。本发明在保护渣中以锰矿的形式添加MnO，锰矿的主要成分为MnCO₃，在保护渣熔化过程中受热分解成MnO和CO₂，CO₂的产生又可以降低碳周围的氧分压，也起到了延缓保护渣中碳烧损的作用。锰矿的加入量为0.8～4.0％。

本发明的保护渣用于板坯连铸超低碳钢工艺，可实现1.2～2.2m/min的拉速作业。该保护渣不仅克服了渣钢反应对保护渣性能产生的负面影响，而且使用本保护渣可以大大降低保护渣对钢水的增碳作用，传统保护渣的平均增碳量为5～6ppm，本发明保护渣可以实现增碳量小于2ppm的目标。

具体实施方式

实施例1

一种超低碳钢用连铸保护渣，其预熔料化学成分的重量百分配比为：CaO：31％，SiO₂：42％，Al₂O₃：7％，MgO：2％，F：7％，Na₂O：8％，B₂O₃：1.0％，其余为原料带入的微量杂质，其碱度CaO/SiO₂＝0.74，粘度为0.45Pa.s。在预熔料的基础上，配入碳黑0.45％，石墨0.45％，硼砂1.3％，CaSi0.7％，锰矿1.2％。

上述超低碳钢用连铸保护渣的制备方法，包括以下步骤：

(1)预熔，按一定比例配制保护渣的原材料，如硅灰石、石英砂、铝矾土、萤石、纯碱、硼砂、镁砂等，混均后在水冷炉衬的竖炉或电炉中熔化，使熔渣成分达到上述预熔料的要求；

(2)水淬，预熔出来的熔渣直接进入水池中快速凝固；

(3)干燥，将急冷下来的熔渣样中的水分烘干；

(4)粉碎，粉碎后的粉末粒度为筛下物80％通过200目；

(5)配制，在粉碎后的预熔料中加入碳黑0.45％，石墨0.45％，硼砂1.3％，CaSi粉0.7％，锰矿1.2％；

(6)混均，将配制好的保护渣进行充分混均。

实施例2

一种超低碳钢用连铸保护渣，其预熔料化学成分重量百分配比为：CaO：34％，SiO₂：39％，Al₂O₃：4％，MgO：3％，F：5％，Na₂O：11％，B₂O₃：2.8％，其余为原料带入的微量杂质，其碱度CaO/SiO₂＝0.87，粘度为0.25Pa.s。在预熔料的基础上，配入碳黑0.4％，石墨0.4％，硼砂0.3％，CaSi0.3％，锰矿3.4％。

上述超低碳钢用连铸保护渣的制备方法，包括以下步骤：

(1)预熔，按一定比例配制保护渣的原材料，如硅灰石、石英砂、铝矾土、萤石、纯碱、硼砂、镁砂等，混均后在水冷炉衬的竖炉或电炉中熔化，使熔渣成分达到上述预熔料的要求；

(2)水淬，预熔出来的熔渣直接进入水池中快速凝固；

(3)干燥，将急冷下来的熔渣样中的水分烘干；

(4)粉碎，粉碎后的粉末粒度为筛下物80％通过200目；

(5)配制，在粉碎后的预熔料中加入碳黑0.4％，石墨0.4％，硼砂0.3％，CaSi粉0.3％，锰矿3.4％；

(6)混均，将配制好的保护渣进行充分混均。

实施例3

一种超低碳钢用连铸保护渣，其预熔料化学成分重量百分配比为：CaO：37％，SiO₂：36％，Al₂O₃：8％，MgO：2％，F：6％，Na₂O：7％，B₂O₃：2％，其余为原料带入的微量杂质，其碱度CaO/SiO₂＝1.03，粘度为0.36Pa.s。在预熔料的基础上，配入碳黑0.4％，石墨0.3％，硼砂0.8％，CaSi0.5％，锰矿2.2％。

上述超低碳钢用连铸保护渣的制备方法，包括以下步骤：

(1)预熔，按一定比例配制保护渣的原材料，如硅灰石、石英砂、铝矾土、萤石、纯碱、硼钙矿、镁砂等，混均后在水冷炉衬的竖炉或电炉中熔化，使熔渣成分达到上述预熔料的要求；

(2)水淬，预熔出来的熔渣直接进入水池中快速凝固；

(3)干燥，将急冷下来的熔渣样中的水分烘干；

(4)粉碎，粉碎后的粉末粒度为筛下物80％通过200目；

(5)配制，在粉碎后的预熔料中加入碳黑0.4％，石墨0.3％，硼砂0.8％，CaSi粉0.5％，锰矿2.2％；

(6)混均，将配制好的保护渣进行充分混均。

Claims (4)

1、一种超低碳钢用高拉速连铸保护渣，其特征是：包括预熔料和配料，预熔料的化学成分百分配比为：CaO：30～40％，SiO₂：35～45％，Al₂O₃：3～10％，MgO：1～5％，F：4～8％，Na₂O：6～12％，B₂O₃：0.5～3％，其余为原料带入的微量杂质，预熔料的碱度CaO/SiO₂为0.70～1.05，粘度为0.2～0.5Pa.s，预熔料经预熔处理；

配料为：

添加0.7～0.9％的单质碳；

添加硼系阻燃剂，其中少部分以硼砂的形式配入，加入量为0.25～1.5％；其余大多数硼系材料预熔到预熔料中，预熔后渣中B₂O₃的含量为0.5～3％，即为预熔料内B₂O₃的含量。

2、根据权利要求1所述的超低碳钢用高拉速连铸保护渣，其特征是：所述的配料还包括：添加0.2～0.8％的CaSi粉。

3、根据权利要求1或2所述的超低碳钢用高拉速连铸保护渣，其特征是：所述的配料还包括：添加0.8～4.0％的锰矿。

4、根据权利要求1所述的超低碳钢用高拉速连铸保护渣，其特征是：所述单质碳的碳质材料是碳黑或石墨或二者的混合物。