CN101637811B

CN101637811B - 高压油井管专用连铸保护材料

Info

Publication number: CN101637811B
Application number: CN2009100657313A
Authority: CN
Inventors: 李书成; 李伟锋
Original assignee: HENAN XIBAO METALLURGY METERIALS GROUP CO Ltd
Current assignee: HENAN XIBAO METALLURGY METERIALS GROUP CO Ltd
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2029-08-11
Also published as: CN101637811A

Abstract

本发明公开了一种高压油井管专用连铸保护材料，其原料包括硅灰石、锂辉石、碳酸钠、萤石、铝土、锰矿粉、石墨、增碳剂、炭黑、膨润土，其重量百分含量分别为46.0%、5.0%、6.0%、15.0%、4.0%、5.0%、7.0%、6.0%、1.0%、3.0%。采用上述研究结果生产的该保护材料,在宝钢电炉1#连铸机上浇注高压油井管专用钢37Mn5，拉速在2.5～3.2m/min时的渣耗量为0.45kg/T钢、钢水表面液渣层厚度8～12mm。经现场试验结果表明，该保护材料使用时，在结晶器内铺展性、保温性和熔化性能表现良好；结晶器内四周传热量稳定和均匀，满足高拉速要求。

Description

高压油井管专用连铸保护材料

技术领域

本发明属于冶金辅料技术领域，特别涉及一种高压油井管专用连铸保护材料。

背景技术

近年来，随着石油工业的发展，油井管钢有着广阔的发展前景。根据该钢种耐腐蚀、抗压强度高等特点，并结合当今连铸技术的发展，开发了高压油井管专用连铸保护材料。

随着科学技术的进步，连铸技术已逐步走向成熟，炼钢技术不断完善，炼钢节奏加快，炉子出钢量增大。为此，近些年来，国内外钢铁企业普遍采用高效连铸技术。所谓高效连铸通常是指比常规连铸生产效率更高，以高拉速为核心，以高质量、无缺陷铸坯生产为基础，实现高连浇率、高作业率的连铸系统技术。但高拉速连铸技术的实现给连铸工艺带来了许多新的难题，其中之一就是随着浇注速度的增加，连铸保护材料相对消耗量减少，造成结晶器壁与凝固坯壳之间的润滑不充分、传热不均匀，进而导致铸坯表面缺陷，甚至发生粘结性漏钢，尤其是在非稳态浇注时期。因此，随着拉速的不断提高，开展与拉速相适应的保护材料技术的研究一直是连铸工作者关心和工作的重点。

宝钢电炉1#连铸机生产高压油井管专用钢，浇注断面：ф155mm，165×165mm²。从保证炉机匹配和产量要求出发，要求该铸机工作拉速最高达3. 2 m/min,一般拉速在2.5～3. 2 m/min.之间。随着拉速的进一步提高,有两个限制因素必须解决:凝固速率以及坯壳与结晶器壁间的摩擦力。因此,起润滑铸坯减小摩擦力和控制结晶器传热特征的保护材料的正确应用，是高拉速连铸得以实现的关键。由此，为了实现最佳操作性能和获得满意的产品质量，对保护材料提出了更高的要求：1)成渣速度快，能够及时补充液渣的快速消耗，在高速浇铸或拉速变化较大的情况，仍能维持足够的保护材料消耗量；2)结晶器壁与坯壳间的渣膜厚度适宜、分布均匀，防止坯壳与结晶器壁直接接触，以降低摩擦力并使结晶器散热均匀化，防止裂纹的产生及粘结漏钢，避免铸坯产生表面缺陷；3)足够的熔渣层厚度，防止高速连铸或拉速较大波动时，熔渣供应不足以及固体渣颗粒流入；4)稳定的操作性能，具有良好的吸收钢液上浮夹杂物功能，并使液渣物性稳定；5）在高拉速及拉速变化大时保护材料具有稳定的熔融特性和控热能力。总之，该保护材料技术的核心就是快速成渣、达到一定的渣消耗量，以保证对铸坯的润滑；同时必须使保护材料液态渣膜具有良好的填充性和缓冷性，防止在高速连铸过程中在结晶器与凝壳之间产生空隙，从而引发铸坯的不均匀凝固。

发明内容

本发明提供一种生产高压油井管钢专用连铸保护材料，并解决高速连铸中的粘结性漏钢、铸坯表面夹渣和粘渣等问题。

一种高压油井管专用连铸保护材料，其原料包括硅灰石、锂辉石、碳酸钠、萤石、铝土、锰矿粉、石墨、增碳剂、炭黑和膨润土，其重量百分含量分别为46.0%、5.0%、6.0%、15.0%、4.0%、5.0%、7.0%、6.0%、1.0%、3.0%。

所述的保护材料中Li₂O重量百分含量为0.2～0.4%，MnO重量百分含量为1.2～1.5%，MgO重量百分含量为1.0～2.0%，Fe₂O₃重量百分含量为1.0～2.0%，二元碱度（CaO/SiO₂）为0.93～0.97，其余为SiO₂、CaO 、Al₂O₃、Na₂O 和F^-，其重量百分含量为SiO₂29.0～35.0%，CaO 27.5～33.5%，Al₂O₃5.0～8.0%、Na₂O 3.5～5.5%、F^-5.0～7.0%。

高压油井管钢的碳含量一般在0.18～0.29%，在凝固过程中没有包晶反应。但高拉速时易出现纵裂纹、粘结等问题，因此所用保护材料的重点也是在于润滑；此外钢中夹杂较多要求保护材料吸收能力要好，防止铸坯表面夹渣和粘渣。

保护材料化学成分设计。首先要求保护材料的二元碱度（CaO/SiO₂）不能太高，一般要小于1.0，以保证结晶器内渣膜形成良好的玻璃态，改善坯壳与结晶器之间的润滑，本发明控制保护材料的二元碱度在0.93～0.97范围内。其次，采用多种熔剂的方法调节保护材料熔点和粘度，其中li₂O是一个重要熔剂，对降低保护材料粘度和熔点非常显著，同时Li₂O还能改善保护材料的润滑性能，尤其对高拉速要求低熔点和低粘度的保护材料特别适用，本发明保护材料中Li₂O含量控制范围为0.2～0.4%；MnO不仅能降低保护材料的熔点、粘度和凝固温度，还能提高保护材料的熔化速度，加速液渣的形成，同时对保护材料的结晶温度影响较小，有利于稳定渣膜传热，本发明保护材料中MnO含量控制范围为1.2～1.5%；一定量的MgO也能降低保护材料熔点、粘度、结晶温度和凝固温度，改善保护材料的稳定性，本发明保护材料中MgO含量控制范围为1.0～2.0%；作为常规保护材料熔剂重要成分的Na₂O在本发明保护材料中含量不能太高，一方面避免在渣膜中析出霞石，破坏渣膜的玻璃性能，减少保护材料中的Na₂O含量同时还可提高保护材料的表面张力，有利于渣-金分离，减少铸坯表面夹渣和粘渣，本发明保护材料中Na₂O含量控制范围为3.5～5.5%，Na₂O在保护材料的作用仍然是降低熔点和粘度；保护材料中的F-主要作用是降低渣粘度，改善液渣流动性，但在本发明中要特别注意控制保护材料中的F^-含量，若渣中CaF₂含量过高会引起枪晶石（3CaO.2SiO₂.CaF₂）等高熔点物的析出，破坏熔渣的玻璃性，使润滑条件恶化，另外F^-离子含量过高还会对伸入式水口造成严重侵蚀，减少水口使用寿命，为此，本发明保护材料中F-含量控制范围为5.0～7.0%。

最后，就是要求保护材料快速熔化，形成足够的液渣层和保证一定的渣消耗量。要求配碳量不能太高，但也不能过低，否则形成的液渣层和烧结层太厚，使得结渣条严重，阻碍保护材料的均匀流入。因此，配碳种类选用比表面积大和燃烧速度快的炭黑，同时添加了一定量的石墨和增碳剂，改善保护材料的铺展性，加快碳质材料的烧损，减少烧结层厚度。本发明保护材料中C含量控制范围为11.0～13.0%，Fe₂O₃含量控制范围为1.0～2.0%，。

保护材料物理性能确定。本发明要求保护材料具有较高的熔点、粘度、凝固温度和较快的熔化速度。具体设置要求为：熔点（半球点温度）为1100～1150 ℃；1300℃的粘度为0.38～0.42 Pa·S；凝固温度为1080～1120℃（粘度-温度曲线判定）；熔化速度为37～47秒（渣柱法测试）。

采用上述研究结果生产的该保护材料, 在宝钢电炉1#连铸机上浇注高压油井管专用钢37Mn5，拉速在2.5～3.2m/min时的渣耗量为0.45 kg/T钢、钢水表面液渣层厚度8～12mm。经现场试验结果表明，该保护材料使用时，在结晶器内铺展性、保温性和熔化性能表现良好；结晶器内四周传热量稳定和均匀，满足高拉速要求；试验渣渣条小、改善了流入不均现象，保护材料润滑性好，防止了粘结性漏钢。铸坯表面无夹渣和粘渣现象，铸坯表面质量好。

具体实施方式

所述的保护材料中Li₂O重量百分含量为0.2～0.4%，MnO重量百分含量为1.2～1.5%，MgO重量百分含量为1.0～2.0%，Fe₂O₃重量百分含量为1.0～2.0%，二元碱度（CaO/SiO₂）为0.93～0.97，其余为SiO₂、CaO 、Al₂O₃、Na₂O和F^-，其重量百分含量为SiO₂29.0～35.0%，CaO 27.5～33.5%，Al₂O₃5.0～8.0%、Na₂O 3.5～5.5%、F^-5.0～7.0%。

配渣基料的选用和特点。保护材料的性能取决于制渣基料的选择，常规的机混渣主要采用多种生料混合而成。本研究选择用硅灰石作为保护材料配渣基料，该料含有的常规成分为：SiO₂、CaO 、MgO、Al₂O₃，与常规的预熔料相比不含Na₂O 、F^-，有效地控制了渣中Na₂O 、F^-含量，避免破坏渣膜的玻璃性，保证铸坯与结晶器之间的润滑，使熔渣性能的稳定性得到了提高，明显增加了使用效果的稳定性。

生产工艺和质量控制标准。保护材料成品的理化性能稳定性与所使用生产工艺和控制标准是直接相关的。为了适应高拉速保护材料的高质量需求，本发明保护材料采用了如下质量控制标准：1）每种原料粒度要求通过250目；2）混匀搅拌和水磨成浆时间各1小时。

Claims

1.一种高压油井管专用连铸保护材料，其特征在于：其原料包括硅灰石、锂辉石、碳酸钠、萤石、铝土、锰矿粉、石墨、增碳剂、炭黑和膨润土，其重量百分含量分别为46.0%、5.0%、6.0%、15.0%、4.0%、5.0%、7.0%、6.0%、1.0%、3.0%。

2.如权利要求1所述的保护材料，其特征在于：所述的保护材料中Li₂O重量百分含量为0.2～0.4%，MnO重量百分含量为1.2～1.5%，MgO重量百分含量为1.0～2.0%，Fe₂O₃重量百分含量为1.0～2.0%，二元碱度（CaO/SiO₂）为0.93～0.97，其余为SiO₂、CaO 、Al₂O₃、Na₂O和F^-，其重量百分含量为SiO₂29.0～35.0%，CaO 27.5～33.5%，Al₂O₃5.0～8.0%、Na₂O 3.5～5.5%、F^-5.0～7.0%。