CN101612653B - 高铝钛稀土钢用连铸保护渣 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高铝钛稀土钢用连铸保护渣，其成分重量百分比为：CaO 20～40％，SiO2 30～50％，F 3～8％，Na2O 5～9％，Li2O 0～5％，C 0.5～5％，Al2O3＜8％，MgO＜5％，其余为不可避免的杂质；其碱度CaO/SiO2的范围为R±0.05，其中：R是碱度，R＝0.917-0.333M；M是钢水中Al、Ti、稀土元素的质量百分比含量的总和，％。其改善了保护渣性能，能适应Al、Ti、稀土等钢种的连铸要求，充分保证了液渣层的厚度、润滑和消耗量，避免引起铸坯产生夹渣、裂纹等表面缺陷或拉坯阻力过大而造成的漏钢事故，有效保证了连铸工艺顺行和铸坯表面质量，从而生产出高品质的合格铸坯。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼领域，尤其涉及一种连铸用的保护渣。
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--铸坯的质量的最后一道工艺要素。为保证保护渣的这五大功能，当保护渣覆盖在钢水表面时，必须在钢水和固态保护渣之间形成一定厚度的液渣层，从而有效防止空气的进入及容纳更多的外来夹杂，并为铸坯与结晶器铜板缝隙之间提供充足的液态熔渣，从而保证良好的润滑和传热的控制。一旦保护渣性能不良，不能保证液渣层的足够厚度和充分的消耗量，就会引起铸坯产生夹渣、裂纹等表面缺陷，严重的使拉坯阻力过大而造成漏钢事故。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。
通常保护渣以CaO、SiO2二元系为主，外配CaF2、Na2O、Li2O等助熔剂，以及少量的Al2O3、MgO等组元和一些其它不可避免的杂质(如Fe2O3)组成，从而达到适宜的理化性能，满足上述使用要求。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，从而控制保护渣的熔化速度；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。
SiO2是保护渣的一种重要且配入量较高的组分，是保证保护渣在熔化冷却过程中呈玻璃态的关键因素。然而当钢水中含有较高的Al、Ti、稀土Re等元素时，由于它们与氧具有很高的亲和力，而保护渣中又以SiO2具有较高的氧势，因此，渣钢之间极易发生如下化学反应：
4[Al]+3(SiO2)＝3[Si]+2(Al2O3)
[Ti]+(SiO2)＝[Si]+(TiO2)
2[Re]+x(SiO2)＝x[Si]+2(ReOx)
由于钢水温度通常在1500℃左右，因此上述反应进行得很快。另外，保护渣还存在不断消耗的过程，因此在使用过程中与钢水一边反应一边消耗。以高Al钢为例，如图1所示，横坐标为浇注时间(min)，纵坐标为Al2O3百分含量，一般在钢水开浇10min后，Al2O3百分含量ΔA就达到了动态平衡。可见，在连铸过程中，由于钢水中的Al会还原保护渣中的SiO2，使渣中SiO2 含量减少，Al2O3含量增加，从而使保护渣碱度CaO/SiO2明显增加。除了上述反应使保护渣中Al2O3增加外，保护渣在使用过程中还不断吸收从钢水中上浮出来的Al2O3夹杂。碱度增加使保护渣的析晶性大大提高，从而使结晶器冷却热阻增加，导致铸坯减薄；Al2O3的增加提高了熔渣的粘度，使保护渣的消耗量降低，进一步恶化润滑，增加了连铸漏钢的几率。
日本专利JP2003181607、JP2006110578、PCT专利WO2007125871所涉及的保护渣碱度均较高，JP2003181607在0.8～1.2，WO2007125871和JP2006110578则均大于1.5，致使渣钢反应后保护渣的析晶倾向大大增加，不利于连铸工艺的顺行；JP2003181606、JP2000000646为无Si渣设计，虽然从原理上预防了渣钢反应，但无Si渣目前仍因熔渣的各项性能指标不足而尚无工业化应用的实例。另外，JP2003181607、JP2003181606、JP11226712均添加一定量的BaO，由于Ba为重金属元素，其氧化物比重很大，增加了保护渣熔渣性能的不稳定，不利于保护渣发挥稳定功效。92106323.7是一种完全无碳的保护渣，实际工业生产表明，目前连铸保护渣还不能实现真正意义上的无碳，碳仍旧是控制保护渣熔化的一种最有效且无法替代的组元。
总之，上述发明涉及的保护渣要么没有工业应用价值，要么在使用过程中因渣钢反应而恶化保护渣的使用性能，从而给铸坯质量带来负面影响，因此不能适应高Al、Ti、稀土等钢种的连铸需求。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种高铝钛稀土钢用连铸保护渣，改善了保护渣性能，能适应Al、Ti、稀土等钢种的连铸要求，充分保证了液渣层的厚度、 润滑和消耗量，避免引起铸坯产生夹渣、裂纹等表面缺陷或拉坯阻力过大而造成的漏钢事故，有效保证了连铸工艺顺行和铸坯表面质量，从而生产出高品质的合格铸坯。
本发明实现上述目的的技术方案为：一种高铝钛稀土钢用连铸保护渣，其成分重量百分比为：CaO 20～40％，SiO230～50％，F 3～8％，Na2O 5～9％，Li2O 0～5％，C 0.5～5％，Al2O3＜8％，MgO＜5％，其余为不可避免的杂质；其碱度CaO/SiO2的范围为R±0.05，其中：
R是碱度，R＝0.917-0.333M；
M是钢水中Al、Ti、稀土元素的质量百分比含量的总和，％。
优选地，还包括B2O3，其成分重量百分比为0～10％。
优选地，还包括MnO，其成分重量百分比为0～10％。
本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：在不可避免的渣钢反应平衡后仍可实现稳定的冶金性能，正常发挥保护渣的隔热、防氧化、吸附夹杂、控制传热和润滑功能，避免引起铸坯产生夹渣、裂纹等表面缺陷或拉坯阻力过大而造成的漏钢事故，从而生产出高质量的铸坯，满足生产需求。
附图说明
图1是现有技术的高铝钢与保护渣反应Al2O3随时间变化示意图。
具体实施方式
本发明所涉及保护渣成分组成为：CaO 20～40％，SiO230～50％，Al2O30～8％，MgO 0～5％，F3～8％，Na2O 5～9％，Li2O 0～5％，C 0.5～5％。Al2O3、MgO为原料带入的不可避免的主要杂质，要求Al2O3＜8％，MgO＜5％。碱度CaO/SiO2 控制在R±0.05的范围内，R值根据钢水中Al、Ti、稀土元素的质量百分比含量值的总和M(％)，由下式确定：
R＝0.917-0.333M
上述保护渣中可添加0～10％的B2O3，即可有效降低熔渣的熔点粘度值，又不会增加析晶的可能性，从而保证了熔渣的玻璃化特性，有利于铸坯在结晶器内的润滑。
上述保护渣中可添加0～10％的MnO，即可缓解钢水中Al、Ti、稀土元素与渣中SiO2的反应量，又能降低钢水的幅射传热，尤其适用于那些即希望增加保护渣界面热阻，又想保持保护渣玻璃化特性的钢种。
上述保护渣在渣钢反应平衡后熔点不超过1150℃，1300℃粘度不超过0.5Pa.s。
实施例1
用于Al、Ti和稀土含量在0.01％的钢水连铸用保护渣，碱度计算值R＝0.917-0.333×0.01＝0.91，保护渣化学成分为：CaO：30％，SiO2：33％，Al2O3：7％，MgO：4％，F：4％，Na2O：5％，Li2O：4％，MnO：8％，C：4％，其余为原料带入的微量杂质，渣钢反应平衡后该保护渣在1300℃的粘度为0.2Pa.s，熔点为1020℃。
实施例2
用于Al、Ti和稀土含量在0.5％的钢水连铸用保护渣，碱度计算值R＝0.917-0.333×0.5＝0.75，保护渣化学成分为：CaO：30％，SiO2：40％，Al2O3：5％，MgO：2.5％，F：5％，Na2O：7％，Li2O：1.5％，MnO：2％，B2O3：4％，C：2％，其余为原料带入的微量杂质，渣钢反应平衡后该保护渣在1300℃的粘度为0.3Pa.s，熔点为1070℃。
实施例3
用于Al、Ti和稀土含量在0.01％的钢水连铸用保护渣，碱度计算值R＝0.917-0.333×0.01＝0.91，保护渣化学成分为：CaO：38％，SiO2：42％，Al2O3：1％，MgO：0.5％，F：7％，Na2O：5％，Li2O：5％，C：1.0％，其余为原料带入的微量杂质，渣钢反应平衡后该保护渣在1300℃的粘度为0.2Pa.s，熔点为1145℃。
实施例4
用于Al、Ti和稀土含量在0.01％的钢水连铸用保护渣，碱度计算值R＝0.917-0.333×0.01＝0.91，保护渣化学成分为：CaO：28％，SiO2：31％，Al2O3：7％，MgO：4％，F：4％，Na2O：5％，MnO：10％，B2O3：6％，C：4.5％，其余为原 料带入的微量杂质，渣钢反应平衡后该保护渣在1300℃的粘度为0.46Pa.s，熔点为1105℃。
实施例5
用于Al、Ti和稀土含量在0.1％的钢水连铸用保护渣，碱度计算值R＝0.917-0.333×0.1＝0.88，保护渣化学成分为：CaO：30％，SiO2：34％，Al2O3：4.5％，MgO：3％，F：3％，Na2O：9％，Li2O：2％，MnO：8％，52O3：4.5％，C：0.6％，其余为原料带入的微量杂质，渣钢反应平衡后该保护渣在1300℃的粘度为0.25Pa.s，熔点为1095℃。
实施例6
用于Al、Ti和稀土含量在1.5％的钢水连铸用保护渣，碱度计算值R＝0.917-0.333×1.5＝0.42，保护渣化学成分为：CaO：20％，SiO2：48％，Al2O3：1％，MgO：0.5％，F：5.5％，Na2O：6％，Li2O：4％，MnO：4％，B2O3：9％，C：1.5％，其余为原料带入的微量杂质，渣钢反应平衡后该保护渣在1300℃的粘度为0.40Pa.s，熔点为1135℃。
Claims (3)
1.一种高铝钛稀土钢用连铸保护渣，其特征在于成分重量百分比为：CaO20～40％，SiO2 30～50％，F 3～8％，Na2O 5～9％，Li2O 0～5％，C 0.5～5％，Al2O3＜8％，MgO＜5％，其余为不可避免的杂质；其碱度CaO/SiO2的范围为R±0.05，其中：
R是碱度，R＝0.917-0.333M；
M是钢水中Al、Ti、稀土元素的质量百分比含量的总和，％。
2.如权利要求1所述的高铝钛稀土钢用连铸保护渣，其特征在于：还包括B2O3，其成分重量百分比为0～9％。
3.如权利要求1或2所述的高铝钛稀土钢用连铸保护渣，其特征在于：还包括MnO，其成分重量百分比为0～10％。
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