CN101745617B - 高压锅炉管钢专用连铸结晶器功能保护材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压锅炉管钢专用连铸结晶器功能保护材料，该功能保护材料的原料包括以下成分：包括C黑、石墨、铝土、萤石、碳酸锂、白碱、方解石、熟料、硅灰石，其重量百分含量分别为2％、5.5％、3％、8％、4.0％、1.5％、5％、5％、7％、63％。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。

Description

高压锅炉管钢专用连铸结晶器功能保护材料
技术领域
本发明属于冶金辅料技术领域，特别涉及一种高压锅炉管钢专用连铸结晶器功能保护材料。
背景技术
近年来，随着现代工业的发展，高压锅炉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，开发了高压锅炉管专用连铸结晶器功能保护材料。
近些年来，围内外钢铁企业普遍采用高效连铸技术，加快炼钢节奏，增大炉子出钢量，以提高生产效率。所谓高效连铸是指以高拉速为核心，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，譬如随着浇注速度的增加，连铸功能保护材料相对消耗量减少；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等等。因此，开展与拉速相适应的结晶器功能保护材料技术的研究成为连铸工作者急待解决的问题重点。
宝钢电炉1号连铸机生产高压锅炉管专用钢，浇注断面：φ178mm——φ193mm。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2.9m/min，一般拉速在2.5～2.9m/min之间。随着拉速的进一步提高，起润滑铸坯减小摩擦力和控制结晶器传热特征的结晶器功能保护材料的正确应用，成为高拉速连铸得以实现的关键。为了实现最佳操作性能和获得满意的产品质量，对功能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，在高拉速下能维持足够的功能保护材料消耗量；2)结晶器壁与坯壳间的渣膜厚度适宜、分布均匀，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；3)足够的熔渣层厚度，防止熔渣供应不足以及固体渣颗粒流入；4)良好的吸附夹杂物功能，及稳定的熔融特性和控热能力。总之，该功能保护材料技术的核心就是快速成渣、达到一定的渣消耗量，以保证对铸坯充足的润滑；同时必须使结晶器功能保护材料液态渣膜具有良好的填充性和缓冷性，防止铸坯的不均匀凝固。
发明内容
本发明提供一种优化功能保护材料的理化指标及原料配伍，合理地控制润滑与传热，实现高效连铸高压锅炉管钢的高压锅炉管钢专用连铸结晶器功能保护材料。
一种高压锅炉管钢专用连铸结晶器功能保护材料，该功能保护材料的原料包括以下成分：包括炭黑、石墨、铝土、萤石、碳酸锂、白碱、方解石、熟料、硅灰石，其重量百分含量分别为2％、5.5％、3％、8％、1.5％、5％、5％、7％、63％。
所述功能保护材料中Li2O重量百分含量为0.2～0.4％，MgO重量百分含量为1.0～3.0％，Fe2O3重量百分含量为0.5～1.5％，二元碱度(CaO/SiO2质量比)为1.14～1.20，其余为SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-，其重量百分含量为SiO2 32.5～36.5％，CaO 38.3～42.3％，Al2O3 2.5～4.5％、Na2O 2.5～4.5％、F- 2.5～4.5％、K2O＜0.5％。
所述功能保护材料中Li2O重量百分含量为0.3％，MgO重量百分含量为2.0％，Fe2O3重量百分含量为1％，二元碱度(CaO/SiO2质量比)为1.17，其余为SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-，其重量百分含量为SiO2 34.5％，CaO 40.3％，Al2O3 3.5％、Na2O 3.5％、F- 3.5％、K2O 0.25％。
高压锅炉管钢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，因此所用功能保护材料的重点也是在于润滑；此外钢中夹杂较多要求功能保护材料吸收能力要好，防止铸坯表面夹渣和粘渣。
功能保护材料化学成分设计。首先要求功能保护材料的二元碱度(CaO/SiO2质量比)不能太高，一般要控制在1.10～1.25之间，以保证结晶器内渣膜形成一定比例的玻璃态，良好传热的同时改善坯壳与结晶器之间的润滑，本发明控制功能保护材料的二元碱度(CaO/SiO2质量比)在1.14～1.20范围内。其次，采用多种熔剂的方法调节功能保护材料熔点和粘度，其中Li2O是一个重要熔剂，对改善功能保护材料的润滑性能作用非常显著，本发明功能保护材料中Li2O质量百分含量控制范围为0.2～0.4％；一定量的MgO也能降低功能保护材料熔点、粘度、结晶温度和凝固温度，改善功能保护材料的稳定性，本发明功能保护材料中MgO质量百分含量控制范围为1.0～3.0％；作为常规功能保护材料熔剂重要成分的Na2O在本发明功能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，减少功能保护材料中的Na2O含量同时还可提高功能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，本发明功能保护材料中Na2O质量百分含量控制范围为2.5～4.5％，Na2O在功能保护材料的作用仍然是降低熔点和粘度；功能保护材料中的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功能保护材料中的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，本发明功能保护材料中F-质量百分含量控制范围为2.5～4.5％。最后，就是要求功能保护材料快速熔化，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，阻碍功能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，改善功能保护材料的铺展性，加快碳质材料的烧损，减少烧结层厚度。本发明功能保护材料中炭质量百分含量控制范围为7.0～9.0％，Fe2O3含量控制范围为0.5～1.5％。
功能保护材料物理性能确定。本发明要求功能保护材料具有较高的熔点、粘度和较快的熔化速度。具体设置要求为：熔点(半球点温度)为1150～1200℃；1300℃的粘度为0.3～0.5Pa·S；熔化速度为37～47秒(渣柱法测试)。
功能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功能保护材料配渣基料，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。功能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。为了适应高拉速功能保护材料的高质量需求，本发明功能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320目；2)混匀搅拌和水磨成浆时间各1小时。
采用上述研究结果由本发明生产的该功能保护材料，在宝钢电炉1号连铸机上浇注高压锅炉管专用钢，拉速在2.5～2.9m/min时的渣耗量为0.35Kg/T钢、钢水表面液渣层厚度6～8mm。经现场试验结果表明，该功能保护材料使用时，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，功能保护材料润滑性好，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
实施例：
一种高压锅炉管钢专用连铸结晶器功能保护材料，该功能保护材料的原料包括以下成分：包括炭黑、石墨、铝土、萤石、碳酸锂、白碱、方解石、熟料、硅灰石，其重量百分含量分别为2％、5.5％、3％、8％、1.5％、5％、5％、7％、63％。
所述功能保护材料中Li2O重量百分含量为0.22％，MgO重量百分含量为2.7％，Fe2O3重量百分含量为0.6％，二元碱度(CaO/SiO2质量比)为1.2，其余为SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-，其重量百分含量为SiO2 33％，CaO 39.6％，Al2O34.3％、Na2O 4.2％、F- 4％、K2O 0.4％。
实施例二：
一种高压锅炉管钢专用连铸结晶器功能保护材料，该功能保护材料的原料包括以下成分：包括炭黑、石墨、铝土、萤石、碳酸锂、白碱、方解石、熟料、硅灰石，其重量百分含量分别为2％、5.5％、3％、8％、1.5％、5％、5％、7％、63％。
所述功能保护材料中Li2O重量百分含量为0.34％，MgO重量百分含量为1.3％，Fe2O3重量百分含量为1.3％，二元碱度(CaO/SiO2质量比)为1.14，其余为SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-，其重量百分含量为SiO2 35.5％，CaO 40.4％，Al2O32.7％、Na2O 2.9％、F- 4.2％、K2O 0.12％。
实施例三：
一种高压锅炉管钢专用连铸结晶器功能保护材料，该功能保护材料的原料包括以下成分：包括炭黑、石墨、铝土、萤石、碳酸锂、白碱、方解石、熟料、硅灰石，其重量百分含量分别为2％、5.5％、3％、8％、1.5％、5％、5％、7％、63％。
所述功能保护材料中Li2O重量百分含量为0.3％，MgO重量百分含量为2.0％，Fe2O3重量百分含量为1％，二元碱度(CaO/SiO2质量比)为1.17，其余为SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F，其重量百分含量为SiO2 34.5％，CaO 40.3％，Al2O3 3.5％、Na2O 3.5％、F- 3.5％、K2O 0.25％。
上述白碱、熟料为所属技术领域技术人员常用的冶材材料，其中白碱的成份为工业纯度Na2CO3、熟料的成份为水泥熟料。

Claims (1)

1. 一种高压锅炉管钢专用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于：该功能保护材料的原料包括以下成分：包括炭黑、石墨、铝土、萤石、碳酸锂、白碱、方解石、熟料、硅灰石，其重量百分比分别为2%、5.5%、3%、8%、1.5%、5%、5%、7%、63%。
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