CN102019383B - 合金工具钢专用连铸结晶器功能保护材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种合金工具钢专用连铸结晶器功能保护材料，其原料组成包括：C黑、石墨、增碳剂、铝土、萤石、膨润土、氟化钠、冰晶石、碳酸锰、白碱、水渣、黄糊精，其重量百分含量分别为2％、8％、10％、20.5％、1.5％、1％、5％、3％、3％、9％、35％、2％。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。

Description

合金工具钢专用连铸结晶器功能保护材料
技术领域
本发明属炼钢用冶金辅助材料，特别涉及一种合金工具钢专用连铸结晶器功能保护材料。
背景技术
近年来，合金工具钢以其良好的韧性、耐磨性及其它性能在现代工业和民用工业的发展中起着越来越重要的作用，有着广阔的发展前景。根据该钢种的特点，并结合当今连铸技术的发展，开发了合金工具钢专用连铸结晶器功能保护材料。随着连铸技术的成熟和快速发展，国内外钢铁企业普遍采用高效连铸技术，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，以提高生产效率。同时，高拉速连铸技术的实现给连铸工艺也带来了许多新的难题，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。
宝钢电炉2#连铸机主要以生产合金工具钢为主。浇注断面：320mm×425mm。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0.8 m/min,一般拉速在0.6～0.8 m/min之间。随着拉速的提高, 起润滑铸坯减小摩擦力和控制结晶器传热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。为了保证最佳操作性能和满意的铸坯质量，对应功能保护材料必须满足更高的要求：1)、较快的成渣速度，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)、适宜的熔渣层厚度，防止熔渣供应不足以及固体渣颗粒流入，同时也应避免熔渣层过厚引起渣圈生成，影响液渣均匀流入，从而造成铸坯表面缺陷；3)、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； 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
为实现本发明的目的，所述的合金工具钢专用连铸结晶器功能保护材料，其原料组成包括：C黑、石墨、增碳剂、铝土、萤石、膨润土、氟化钠、冰晶石、碳酸锰、白碱、水渣、黄糊精，其重量百分含量分别为2%、8%、10%、20.5%、1.5%、1%、5%、3%、3%、9%、35%、2%。
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）为0.98～1.08，其余为SiO2、CaO 、Al2O3、Na2O 、F-、K2O，其重量百分含量为SiO2 14.0～20.0%，CaO 14.5～20.5%，Al2O3 14.5～20.5%、Na2O 7.0～11.0%、F- 3.5～5.5%、K2O <1.5%，其余为杂质。
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1.0%，二元碱度（CaO/SiO2）为1.03，其余为SiO2、CaO 、Al2O3、Na2O 、F-、K2O，其重量百分含量为SiO2 17.0%，CaO 17.5%，Al2O3 17.5%、Na2O 10.0%、F- 4.5%、K2O 0.8%，其余为杂质。
下面对本发明作进一步详述：
合金工具钢属中、高碳钢，且钢中合金含量较高，在高拉速连铸生产时易出现纵裂纹、粘结、漏钢等问题，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）不能太高，一般要控制在0.98～1.08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在1.0～1.06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MnO是一个重要熔剂，对改善功能保护材料的润滑性能以及延缓传热的作用非常显著，本发明功能保护材料中MnO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的作用除了降低熔点和粘度外，另一方面可促使渣膜析出晶体，并提高结晶速率，破坏渣膜的玻璃性能，从而达到延缓传热，减少纵裂纹产生的目的，本发明功能保护材料中Na2O含量控制范围为7.0～11.0%；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-含量控制范围为3.5～5.5%。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C含量控制范围为14.5～18.5%，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1240～1290 ℃；1300℃的粘度为0.6～0.8 Pa·S。
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河南省西保冶材集团有限公司生产的该功能保护材料, 在宝钢电炉2#连铸机上浇注合金工具钢， 拉速在0.6～0.8m/min时的渣耗量为0.5 kg/T钢、钢水表面液渣层厚度8～10mm。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：
一种合金工具钢专用连铸结晶器功能保护材料，其原料组成包括：C黑、石墨、增碳剂、铝土、萤石、膨润土、氟化钠、冰晶石、碳酸锰、白碱、水渣、黄糊精，其重量百分含量分别为2%、8%、10%、20.5%、1.5%、1%、5%、3%、3%、9%、35%、2%。
所述功能保护材料中，Li2O重量百分含量为0.2%， MgO重量百分含量为3.0%，Fe2O3重量百分含量为1.5%，二元碱度（CaO/SiO2）为1.05，其余为SiO2、CaO 、Al2O3、Na2O 、F-、K2O，其重量百分含量为SiO2 19%，CaO 20.0%，Al2O3 15.5%、Na2O 10.0%、F- 3.7%、K2O 1.4%，其余为杂质。
实施例二：
一种合金工具钢专用连铸结晶器功能保护材料，其原料组成包括：C黑、石墨、增碳剂、铝土、萤石、膨润土、氟化钠、冰晶石、碳酸锰、白碱、水渣、黄糊精，其重量百分含量分别为2%、8%、10%、20.5%、1.5%、1%、5%、3%、3%、9%、35%、2%。
所述功能保护材料中，Li2O重量百分含量为0.4%， MgO重量百分含量为1.5%，Fe2O3重量百分含量为0.7%，二元碱度（CaO/SiO2）为1.03，其余为SiO2、CaO 、Al2O3、Na2O 、F-、K2O，其重量百分含量为SiO2 15.5%，CaO 16.0%，Al2O3 20.0%、Na2O 7.5%、F- 5.3%、K2O 0.4%，其余为杂质。
实施例三：
一种合金工具钢专用连铸结晶器功能保护材料，其原料组成包括：C黑、石墨、增碳剂、铝土、萤石、膨润土、氟化钠、冰晶石、碳酸锰、白碱、水渣、黄糊精，其重量百分含量分别为2%、8%、10%、20.5%、1.5%、1%、5%、3%、3%、9%、35%、2%。
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1.0%，二元碱度（CaO/SiO2）为1.03，其余为SiO2、CaO 、Al2O3、Na2O 、F-、K2O，其重量百分含量为SiO2 17.0%，CaO 17.5%，Al2O3 17.5%、Na2O 10.0%、F- 4.5%、K2O 0.8%，其余为杂质。

Claims (1)

1.一种合金工具钢专用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于：其原料组成包括，C黑、石墨、增碳剂、铝土、萤石、膨润土、氟化钠、冰晶石、碳酸锰、白碱、水渣、黄糊精，其重量百分含量分别为2%、8%、10%、20.5%、1.5%、1%、5%、3%、3%、9%、35%、2%。
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