CN101658907A

CN101658907A - 一种大断面圆坯钢坯连铸结晶器保护渣及其制备方法

Info

Publication number: CN101658907A
Application number: CN200910066161A
Authority: CN
Inventors: 张国令; 朱云峰; 罗志刚; 徐润玉
Original assignee: HENAN TONGYU METALLURGY MATERIALS GROUP CO Ltd
Current assignee: HENAN TONGYU METALLURGY MATERIALS GROUP CO Ltd
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2029-09-16
Also published as: CN101658907B

Abstract

本发明公开了一种大断面圆坯钢坯连铸结晶器保护渣及其制备方法，所述保护渣的重量百分组成如下：SiO₂ 27～33％、CaO 24～30％、MgO 1～3％、Fe₂O₃不大于2％、Al₂O₃ 5～10％、Na₂O 4～9％、F 1～4％、MnO 0.5～2.5％、C_固15～20％。所述连铸结晶器保护渣的组成是根据CaO－SiO₂－Al₂O₃三元系中的伪硅石灰区域选择各成分组成，在构成保护渣的组分中CaO作为主要的碱性材料，SiO₂作为主要的酸性材料，Na₂O、CaF₂、Li₂O作为主要的助熔剂，碳质组分作为骨架材料以及熔速控制剂。通过基料和熔剂的有机组合，调整保护渣的化学成分，以调节保护渣的熔化温度、粘度、结晶性能、吸收夹杂能力、传热能力等理化指标，满足在特殊断面状态下能保持正常的渣耗量和液渣层厚度及合理传热量的需要，从而保证了结晶器出口端的坯壳厚度，实现无粘结连铸生产。

Description

一种大断面圆坯钢坯连铸结晶器保护渣及其制备方法

技术领域

本发明属于炼钢辅料技术领域，特别涉及一种大断面圆坯钢坯连铸结晶器保护渣及其制备方法。

背景技术

连铸结晶器保护渣是连铸生产中的重要材料，是生产无缺陷铸坯的必要手段。连铸保护渣在结晶器中有五大功能：隔绝空气，防止钢水二次氧化；绝热保温，防止钢水表面局部冷凝；净化钢水界面，吸收钢中上浮夹杂物；润滑铸坯表面，减少拉坯阻力；改善铸坯和结晶器间的凝固传热。连铸保护渣的性能直接影响到铸坯的表面质量和内部质量乃至钢材的成材率。

高拉速(大板坯拉速在1.2m/min以上)连铸技术是保证炼钢一轧钢连续作业线能够维持平衡、物流量平衡的必要条件。但是随着浇注速度的增加，连铸面临着漏钢和铸坯质量恶化等问题。造成漏钢的原因主要有：①高拉速下连铸保护渣相对消耗量减少，使润滑渣膜的厚度和均匀性得不到保证，造成结晶器内粘结现象加强，磨擦阻力增大，造成初生凝固坯壳中的拉伸应力增加；②结晶器铜板温度增高，凝壳减薄；③铸坯出结晶器下口时，较薄的坯壳容易鼓肚，铸坯由面支撑突然转变为线支撑。造成铸坯质量恶化的原因有：①由于拉坯速度较高，单位时间注入结晶器内的钢液量大，而结晶器由于容积小，对高速钢流的缓冲作用小，使结晶器内液面波动加剧，容易卷入熔渣及夹杂；弯月面波动加剧，常引起铸坯裂纹、凹坑、夹杂、气孔等缺陷，同时使结晶器钢液面上熔渣层难以保持；②在浇注过程中板坯结晶器壁各处温度场分布不均匀(尤其是水口附近)，在流股的强烈冲刷下，使凝固坯壳厚度不均匀，易造成铸坯的裂纹。

而高拉速连铸生产宽板坯钢板，由于板坯连铸的宽厚比较大，吨钢钢液与结晶器壁的接触面积大，钢液散热速度比其它类型断面的铸坯要快，因此钢液凝固速度快，结晶器液面温度低，造成保护渣的熔化条件不好，易造成铸坯表面和皮下夹渣及皱皮等缺陷；另外铸坯在凝固过程中沿宽边水平方向有较大的拉伸应力，此拉伸应力也是造成板坯纵裂的主要原因之一，随着板坯宽度的增加，纵裂出现率呈上升趋势。

由于高拉速连铸生产宽板坯存在以上诸多问题，对保护渣的性能提出了较高的要求，目前有些进口保护渣如德国斯多伯格公司制造的保护渣能解决以上部分问题，但是进口保护渣费用高，不适于大范围推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大断面圆坯钢坯连铸结晶器保护渣，以适应目前高拉速连铸生产宽板坯钢板的需要，减少漏钢现象，提高铸坯质量。

本发明采用的技术方案如下：

一种大断面圆坯钢坯连铸结晶器保护渣，所述保护渣的重量百分组成如下：SiO₂27～33％、CaO 24～30％、MgO 1～3％、Fe₂O₃不大于2％、Al₂O₃5～10％、Na₂O 4～9％、F 1～4％、MnO 0.5～2.5％、C_固15～20％。

较好的，所述保护渣的重量百分组成如下：所述保护渣的重量百分组成如下：SiO₂30～32％、CaO 26～28％、MgO 1.5～2.5％、Fe₂O₃不大于1.5％、Al₂O₃5～7％、Na₂O 5～7％、F 3～4％、MnO 0.5～1.5％、C_固17～19％。

所述连铸结晶器保护渣的组成是根据CaO-SiO₂-Al₂O₃三元系中的伪硅石灰区域选择各成分组成，在构成保护渣的组分中CaO作为主要的碱性材料，SiO₂作为主要的酸性材料，Na₂O、CaF₂、Li₂O作为主要的助熔剂，碳质组分作为骨架材料以及熔速控制剂。通过基料和熔剂的有机组合，调整保护渣的化学成份，以调节保护渣的熔化温度、粘度、结晶性能、吸收夹杂能力、传热能力等理化指标，满足在特殊断面状态下能保持正常的渣耗量和液渣层厚度及合理传热量的需要，从而保证了结晶器出口端的坯壳厚度，实现无粘结连铸生产。

进一步，调整所述保护渣具有如下理化性能：熔化温度为1070～1150℃，1300℃粘度为0.45～0.65Pa·S。

在碱度R为0.75～1.10范围内，析晶率为零，即熔融保护渣可实现90％玻璃化率，熔融保护渣液体具有优良的润滑功能。

通过提高保护渣的熔化温度使结晶器与铸坯之间的保护渣具有较高比率的固相，从而浇注包晶钢时，结晶器散热更加均匀，达到均匀缓冷之目的。

保护渣具有合适的粘度，使液态渣能均匀地流入结晶器和铸坯间的缝隙，形成均匀的渣膜，使结晶器内传热均匀、热流稳定，初生坯壳厚度均匀，防止裂纹的产生。

因此所述保护渣可减少铸坯纵向裂纹的产生，提高铸坯质量。

较好的，所述保护渣由下列重量配比的原料制成：预熔料(其成份及重量百分比组成为：SiO₂42～45％、CaO36～39％、MgO 1.5～3.5％、Fe₂O₃不大于1％、Al₂O₃4～6％、Na₂O 5～7％、F 2～4％)58～66％、水泥熟料0～8％、铝钡土2.0～6％、石英粉1～5％、碳酸钠2～8％、萤石1～5％、碳酸锰1～4％、半补强碳黑1～3％、鳞状石墨15～20％。

保护渣熔化速度与碳质材料的类型、质量分数、粒径和配碳方式都是有关的。随着保护渣中碳质材料的质量分数增加，熔化速度逐渐降低。在低质量分数条件下，粒度较小、分散度较大、着火点较低、表面自由能较高、无定形结构的活性炭和碳黑具有良好的隔离作用；在高质量分数条件下，粒度较大、分散度较小、着火点较高、表面自由能较低、片状结构的石墨具有良好的骨架作用。因此确定保护渣中碳含量的控制范围为3.0～6.0％，而原料来源优选由占原料总重量2～4％的半补强碳黑和3～5％的鳞状石墨组成。

另外原料粒度应尽量小，不易引起分熔；优选各原料粒度不大于-300目。

原料采用预熔料是出于保护渣熔化均匀性的考虑。熔化均匀性差的保护渣加到结晶器钢液面，易熔的成分首先熔化而流失，难熔的残留部分成为烧结物，这样便可能逐渐在结晶器铜板四周结成很厚的渣壳，渣面上也常出现固体烧结粒子或硬块，这些未熔的烧结物很容易在弯月面附近被卷入坯壳造成夹渣缺陷，同时不均匀熔化还影响熔渣向结晶器与坯壳间的均匀注入，这种熔化不均匀的保护渣往往造成液渣层偏离原始的化学成份，使保护渣的各种性能指标发生改变，影响其使用效果。另外在连铸过程中，结晶器钢液面上的温度场是不稳定的，钢液面各点温度的承受位置和时间不断变化，作用在保护渣层各点的温度梯度也随着位置和时间发生变化，这就造成保护渣层各点的升温速度是随着温度梯度的提高逐渐降低的。因此控制保护渣熔化的均匀性必须控制保护渣半球点温度对升温速度变化的稳定性。而预熔料配制的保护渣一方面具有均一稳定的性能，其次只有预熔料配制的保护渣在结晶器中熔化时表现出的温度和熔化后在钢液面上具有的熔化温度是一致的。故高拉速连铸宽板坯使用保护渣必须以预熔材料做为基料。

本发明所述保护渣用于1.7～1.9m/min最高2.0m/min的拉速，浇注220mm×1500mm的断面时，保护渣平均耗量在0.42～0.48kg/吨钢；合适的渣耗量可减少铸坯纵裂。

本发明还提供了一种如上所述大断面圆坯钢坯连铸结晶器保护渣的制备方法，将原料破碎至粒度不大于-300目，然后充分混合、水磨成浆，喷雾干燥后即得所述保护渣，所述原料及其重量配比为预熔料58～66％、水泥熟料0～8％、铝钡土2.0～6％、石英粉1～5％、碳酸钠2～8％、萤石1～5％、碳酸锰1～4％、半补强碳黑1～3％、鳞状石墨15～20％。

其中，混合与水磨制浆优选循序各进行两次，每次混合与水磨制浆时间各控制在1～1.5h。再进一步水磨制浆浓度为50～58％；各原料水磨制浆时加入1.8～3.0％的粘结剂，所述的粘结剂为羧甲基纤维素钠。

粘结剂选用高粘度的纤维素钠，在水磨制浆工序中，50％～65％的保护渣干料与水和粘结剂一起在高速搅拌机内混磨，各组份原料、特别是碳质材料得到充分混匀和分散并形成流动性较好的料浆。

本发明相对于现有技术，有以下优点：

本发明连铸保护渣在结晶器内流动性和铺展性好，能够均匀覆盖钢液面，无堆现象存在；钢液面上可以观察均匀的火苗，渣面活跃，熔化均匀，渣面无结团现象。保温性能较好，在浇铸温度较低时，液面无结冷钢现象。能保证铸坯得到充分润滑以实现高拉速；吸收夹杂物后性能稳定，可实现连铸生产的稳定顺行。避免了漏钢现象，提高铸坯质量，平均可使板坯纵裂和角部横裂减少2/3以上；成本低，便于推广。

具体实施方式

实施例1

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

保护渣组成如下：

SiO₂28.4％、CaO 29.9％、MgO 2.2％、Fe₂O₃1.2％、Al₂O₃7.5％、Na₂O 4.8％、F 2.2％、MnO 1.7％、C_固17.2％、H₂O 0.33％，余量为烧失、K₂O、TiO₂等杂质。

每100份原料取预熔料62份、水泥熟料8份、铝钡土5份、石英粉1份、碳酸钠2份、萤石1份、碳酸锰2.5份、半补强碳黑1.5份、鳞状石墨17份。将以上各原料粉碎至粒度不大于300目，然后充分混合1h，加入2.5％羧甲基纤维素钠为粘结剂，水磨2h得到浓度为55％的浆料，喷雾干燥后即得所述保护渣。

实施例2(实施例2和3在允许的范围内变换一下保护渣组成)

保护渣组成如下：

SiO₂31.1％、CaO 27.1％、MgO 2％、Fe₂O₃1.2％、Al₂O₃6.3％、Na₂O 6.1％、F 3.4％、MnO 1.2％、C_固17.5％、H₂O 0.33％，余量为烧失、K₂O、TiO₂等杂质。

每100份原料取预熔料64份、水泥熟料2.0份、铝钡土3.5份、石英粉2.5份、碳酸钠3.5份、萤石3.5份、碳酸锰2.0份、半补强碳黑2.0份、鳞状石墨17份；将以上各原料粉碎至粒度不大于300目，然后充分混合1h，加入2.2％(加入的量)羧甲基纤维素钠为粘结剂，水磨2h，得到浓度为58％的浆料，喷雾干燥后即得所述保护渣。

实施例3

保护渣组成如下：

SiO₂31.5％、CaO 24.1％、MgO 1.2％、Fe₂O₃1.0％、Al₂O₃6.0％、Na₂O 8.8％、F 3.5％、MnO 0.8％、C_固18.0％、H₂O 0.33％，余量为K₂O、TiO₂等(杂质)。

每100份原料取预熔料60份、铝矾土3.0份、石英粉4.5份、碳酸钠7.5份、萤石4.0份、碳酸锰1.5份、半补强碳黑2.5份、鳞状石墨17份；将以上各原料粉碎至粒度不大于300目，然后充分混合1h，加入3％羧甲基纤维素钠为粘结剂，水磨2h，得到浓度为58％的浆料，喷雾干燥后即得所述保护渣。

Claims

1.一种大断面圆坯钢坯连铸结晶器保护渣，其特征在于：所述保护渣的重量百分组成如下：SiO₂ 27～33％、CaO 24～30％、MgO 1～3％、Fe₂O₃不大于2％、Al₂O₃ 5～10％、Na₂O 4～9％、F 1～4％、MnO 0.5～2.5％、C_固15～20％。

2.如权利要求1所述的结晶器保护渣，其特征在于：所述保护渣的重量百分组成如下：SiO₂ 30～32％、CaO 26～28％、MgO 1.5～2.5％、Fe₂O₃不大于1.5％、Al₂O₃ 5～7％、Na₂O 5～7％、F 3～4％、MnO 0.5～1.5％、C_固17～19％。

3.如权利要求1或2所述的结晶器保护渣，其特征在于：所述保护渣具有如下理化性能，熔化温度为1070～1150℃，1300℃粘度为0.45～0.65Pa·S。

4.如权利要求3所述的结晶器保护渣，其特征在于：所述保护渣由下列重量配比的原料制成：预熔料(其成份及重量百分比组成为：SiO₂42～45％、CaO36～39％、MgO 1.5～3.5％、Fe₂O₃不大于1％、Al₂O₃4～6％、Na₂O 5～7％、F 2～4％)58～66％、水泥熟料0～8％、铝钡土2.0～6％、石英粉1～5％、碳酸钠2～8％、萤石1～5％、碳酸锰1～4％、半补强碳黑1～3％、鳞状石墨15～20％。

5.如权利要求4所述的结晶器保护渣，其特征在于：所述各原料粒度不大于-300目。

6.一种制备如权利要求1所述的结晶器保护渣的方法，其特征在于：将原料破碎至粒度不大于-300目，然后充分混合、水磨成浆，喷雾干燥后即得所述保护渣，所述原料及其重量配比为预熔料58～66％、水泥熟料0～8％、铝钡土2.0～6％、石英粉1～5％、碳酸钠2～8％、萤石1～5％、碳酸锰1～4％、半补强碳黑1～3％、鳞状石墨15～20％。

7.如权利要求6所述的制备结晶器保护渣的方法，其特征在于：所述混合与水磨制浆优选循序各进行两次，每次混合与水磨制浆时间各控制在1～1.5h。所述水磨制浆的浓度为50～58％；所述各原料水磨制浆时加入1.8～3.0％的粘结剂。

8.如权利要求6或7所述的制备结晶器保护渣的方法，其特征在于：所述的粘结剂为羧甲基纤维素钠。