CN102389955B - 一种高铝钢连铸用结晶器保护渣 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高铝钢连铸用结晶器保护渣，其组成元素成份重量百分比满足：15%≤CaO≤40%，3%≤SiO₂≤15%，10%≤Al₂O₃≤20%，MgO≤3%，Fe₂O₃≤3%，6%≤F≤15%，Na₂O≤1.5%，3%≤Li₂O≤10%，5%≤BaO≤20%，SrO≤5%，B₂O₃≤5%，2%≤C≤15%，其余为杂质。按照上述成份范围，计算并称取所需原材料经混合加入矿热炉中熔化均匀，经过冷却，破碎加入所需量的碳质材料，再精磨，最后经喷雾颗粒干燥塔内干燥制粒。该保护渣降低渣钢反应性以减缓渣钢反应引起的保护渣性能恶化，提高了渣钢界面张力以防止卷渣，保证了良好的润滑铸坯和控制传热特性，提高了吸附Al₂O₃夹杂的能力，能够浇注出表面质量品质优异的高铝钢铸坯。

Description

一种高铝钢连铸用结晶器保护渣

技术领域

本发明涉及一种高铝钢连铸用结晶器保护渣, 适用于凝固过程中有包晶反应的高铝钢（[Al]=0.5%～3.5%）钢种的板坯连铸生产。

背景技术

传统的结晶器保护渣主要由CaO和SiO₂组成，此外为调节熔融渣的黏度和凝固温度，会添加Al₂O₃、MgO、Na₂O、F和Li₂O等，另外为调整熔渣的熔化速度还会添加C等。

在高铝钢浇铸过程中，由于钢水中的高铝含量，容易与保护渣中一些组成元素发生反应，引起保护渣成份发生改变，从而导致保护渣性能不稳定。另外，由于部分高铝钢属于裂纹敏感钢，在凝固过程中会发生包晶反应，从而产生相变收缩应力，如果浇铸过程中收缩应力来不及释放时，容易产生纵裂等表面质量缺陷。

降低保护渣中易与钢水中铝发生反应的一些成份的含量，能在一定程度上减少渣钢反应带来的不利影响。例如，中国专利200710042540.6公开的“一种高铝钢用连铸保护渣及其制造方法”，此发明的技术特征在于，其组成成份的重量百分比为：CaO+Al₂O₃：50%~60%，且CaO/Al₂O₃=0.7~1.3，SrO：4%~10%，BaO：2％~5％，MgO：1.5~3%，助熔剂：Na₂O：10%~16%，Li₂O：2%~5%，F：6%~12%，并保持SiO₂≤2%。该发明将SiO₂含量控制在2%以内，能降低渣钢反应性，有效抑制了渣钢反应引起的保护渣成份改变和性能恶化，从而使得高铝钢连铸生产顺利进行，铸坯表面质量良好。但是，由于该发明保护渣碱度高，结晶性强，在应用过程中会存在熔化欠佳、易结渣圈及消耗量偏低的问题。另外，该发明中Na₂O含量较高，仍会与钢水中的铝发生反应，从而对熔融渣的凝固温度等造成不利影响，而且Na₂O会以Na-Al-O晶体不均匀析出，影响铸坯到结晶器的传热。

常规包晶钢保护渣通过在凝固过程中析出枪晶石晶体来控制铸坯向结晶器的传热，以实现铸坯表面的缓冷和均匀冷却。但连铸含高Al的钢种时，因为保护渣组成变动，所以稳定生成枪晶石困难。中国专利200780023032.1公开的“高铝钢的连续铸造方法及结晶器保护渣”，该发明保护渣中Li₂O含量为7~13%，通过使渣膜中析出LiAlO₂晶体来取代枪晶石控制传热。该发明保护渣能够有效地防止铸坯的凹凸和裂纹，但是使LiAlO₂析出能够防止铸坯的凹凸和裂纹的正确的机理尚不明确，并且Li₂O含量偏高，会增加连铸的成本。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种适用于凝固过程中有包晶反应的高铝钢（[Al]=0.5%～3.5%）钢种板坯连铸生产的结晶器保护渣。本发明的高铝钢连铸用结晶器保护渣解决的技术问题是减缓渣钢反应引起的保护渣性能恶化，提高渣钢界面张力以防止卷渣，保证良好的润滑铸坯和控制传热特性，提高吸附Al₂O₃夹杂的能力。

本发明的另一目的是提供制备所述高铝钢连铸用结晶器保护渣的方法。

本发明采用的技术方案为：一种高铝钢连铸用结晶器保护渣，其特征在于，组成元素成份重量百分比满足：15%≤CaO≤40%，3%≤SiO₂≤15%，10%≤Al₂O₃≤20%，MgO≤3%，Fe₂O₃≤3%，6%≤F≤15%，Na₂O≤1.5%，3%≤Li₂O≤10%， 5%≤BaO≤20%，SrO≤5%，B₂O₃≤5%，2%≤C≤15%，其余为杂质。

本发明的高铝钢连铸用结晶器保护渣的化学成份的作用机理及其限定原因如下：

CaO：是保护渣中的主要成份，来源广，成本低，而且不会与钢液中Al发生反应。但由于CaO易与其它成份结合生成高熔点的结晶矿相，引起熔化温度升高，故本发明将CaO含量控制在15~40%范围。

SiO₂：是保护渣中的网络结构形成体，使保护渣熔渣形成玻璃相，以利于铸坯润滑。但是SiO₂易与钢液中Al发生反应，从而导致保护渣成份发生改变，影响保护渣性能的稳定性，故本发明将SiO₂含量控制在3~15%范围。

Al₂O₃：是典型的两性氧化物，在碱性熔渣中属于网络结构形成体，通过适当增大Al₂O₃浓度和降低SiO₂浓度，能减少或抑制SiO₂的还原。本发明将Al₂O₃含量控制在10~20%范围。

MgO、BaO和SrO：属于碱金属，在保护渣中代替CaO能改善渣的玻璃化程度，但由于这三个碱金属本身的熔点较高，且易与其它成份结合生成高熔点的结晶矿相，故本发明中将其含量分别控制为：MgO<3%, 5%<BaO<20%, SrO<5%。

Fe₂O₃：具有很强的氧化性，应将Fe₂O₃的量控制在较低范围内，从而提高保护渣的防氧化能力，故本发明将Fe₂O₃含量控制在0~3%范围。

F：是一种主要的助熔剂，能促进枪晶石的生成，但是在高碱性的熔渣环境下，较高含量的CaF₂会以晶体形式存在，从而使得熔化温度上升，故本发明将F含量控制在6~15%范围。

Na₂O和Li₂O：Na₂O是一种主要的助熔剂，价格便宜，但是Na₂O会与钢液中Al发生反应，且析出的Na-Al-O晶体不利于铸坯到结晶器的传热，故本发明将Na₂O含量控制在0~1.5%范围；Li₂O代替Na₂O作为助熔剂，成本高，但作用明显，本发明将Li₂O含量控制在3~10%范围。

B₂O₃：属于酸性氧化物，是网络结构形成体，在SiO₂含量较低的情况下能协调熔渣酸碱性并改善保护渣润滑性，但B₂O₃会与钢液中Al发生反应，故本发明将B₂O₃含量控制在0~5%范围。

C：在保护渣中充当骨架，能调节保护渣的熔化速度，本发明将C含量控制在2~15%范围。

高铝钢连铸用结晶器保护渣的制备方法，包含如下步骤：

1）分别检测原材料硅灰石、石灰石、石英砂、萤石、铝钒土、碳酸锶、碳酸钡、镁砂、含水硼砂、工业用苏打、碳酸锂和碳质材料的化学成分，选择重量百分比满足以下要求的原材料：

硅灰石：SiO₂ 43-53％, CaO40-49％, FeO＜1.0％, S＜0.03％，

石灰石：CaO53-55%, SiO₂＜6.0%, S＜0.1%，

石英砂：SiO₂＞95％，

莹石：CaF₂ 85-90%, SiO₂＜6.0%, S＜0.05%，

碳酸锂：Li₂CO₃＞98％，

工业用苏打：Na₂CO₃＞95%，

铝钒土：Al₂O₃>75%，SiO₂<8%，

碳酸锶：SrCO₃>96%，

碳酸钡：BaCO₃>95%，

镁砂：MgO>85%, SiO₂<6%, Al₂O₃<2％，

含水硼砂：Na₂O=10-20%, B₂O₃＝30-40％，

碳质材料：C＞85％；

2) 根据高铝钢连铸用结晶器保护渣组成元素成份重量百分比满足的条件，计算所需各原材料的重量；

3）按照上述计算所得重量称取硅灰石、石灰石、石英砂、莹石、碳酸锂、工业用苏打、铝矾土、碳酸锶、碳酸钡、镁砂和含水硼砂，将称量好的各原料混合加入矿热炉中，在1350℃-1450℃内保温30分钟，使其熔化均匀，出炉后自然冷却，从而得到预熔料；

4）将预熔料破碎加工到200目以下后，加入所需量的碳质材料，然后在精磨机中加入干料重量0.8-1.2倍的常温水，干料重量1.6-2％的纤维素粘结剂，精磨30-60分钟，制成料浆；

5) 将得到的浆料送入喷雾颗粒干燥塔内干燥制粒，产品要求水分小于0.5％，粒度在0.01~2mm范围，密封装袋待用。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明有降低了渣钢反应性以减缓渣钢反应引起的保护渣性能恶化，提高了渣钢界面张力以防止卷渣，保证了良好的润滑铸坯和控制传热特性，提高了吸附Al₂O₃夹杂的能力，能够浇注出表面质量品质优异的高铝钢铸坯。具体表现在以下方面：

1）该保护渣中的反应性成份SiO₂含量为3~15%，含量较传统保护渣低，能有效降低钢渣反应性从而减缓渣钢反应引起的保护渣性能恶化。另一反应性成份B₂O₃能调节保护渣的酸碱性，因为其含量控制在5%以下，不会增加渣钢反应程度。

2）该保护渣中Na₂O含量不大于1.5％，可以提高钢渣的界面张力，防止连铸过程中保护渣卷渣。

3）该保护渣结晶性较强，能有效控制铸坯到结晶器的传热，而BaO和SrO取代CaO又能提高保护渣的玻璃化程度，从而改善保护渣润滑性。因此，该保护渣具有良好的润滑铸坯和控制传热特性。

4）该保护渣的碱度，即CaO/SiO₂的值，不小于1，较传统保护渣高，具有较强的吸收夹杂的能力。

5）该保护渣适用于凝固过程中有包晶反应的高铝钢（[Al]=0.5%～3.5%）钢种板坯连铸生产。

6）本发明保护渣的制备方法操作简单，方便可行。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的高铝钢连铸用结晶器保护渣作进一步说明。

表1列出了按照本发明的高铝钢连铸用结晶器保护渣及其制造方法生产出的五个实施例的典型化学成份重量百分比，余量为不可避免的杂质。

表2列出了五个实施例的保护渣预熔原料重量比。

表3列出了五个实施例的保护渣对应的一些重要性能。

表4列出了五个实施例的保护渣对应浇铸的钢种典型成份。

表1 连铸保护渣的典型化学成份（重量百分比，%）

                                                 

表2 连铸保护渣预熔原料重量比

 

表3 连铸保护渣的性能

 

表4 对应钢种的典型化学成份(重量百分比,%)

其中：A、B、C、D、E均为板坯。

本发明的保护渣在国内某钢厂用于实高铝钢（[Al]=0.5%～3.5%）板坯的生产，检测结果表明，在浇铸过程中结晶器液面状况良好，连铸结晶器水口未出现堵塞，A、B、C、D、E五个钢种的铸坯原始合格率均在98%以上，铸坯表面质量良好。

Claims (2)

1.一种高铝钢连铸用结晶器保护渣，其特征在于，该保护渣以硅灰石、石灰石、石英砂、萤石、铝钒土、碳酸锶、碳酸钡、镁砂、含水硼砂、工业用苏打、碳酸锂和碳质材料为原材料配制而成，组成元素成份重量百分比满足：15%≤CaO≤40%，3%≤SiO₂≤15%，10%≤Al₂O₃≤20%，MgO≤3%，Fe₂O₃≤3%，6%≤F≤15%，Na₂O≤1.5%，3%≤Li₂O≤10%， 5%≤BaO≤20%，SrO≤5%，B₂O₃≤5%，2%≤C≤15%，其余为杂质；

所述高铝钢连铸用结晶器保护渣的制备方法，包含如下步骤：

1）分别检测原材料硅灰石、石灰石、石英砂、萤石、铝钒土、碳酸锶、碳酸钡、镁砂、含水硼砂、工业用苏打、碳酸锂和碳质材料的化学成分，选择重量百分比满足以下要求的原材料：

硅灰石：SiO₂ 43-53％, CaO40-49％, FeO＜1.0％, S＜0.03％，

石灰石：CaO53-55%, SiO₂＜6.0%, S＜0.1%，

石英砂：SiO₂＞95％，

莹石：CaF₂ 85-90%, SiO₂＜6.0%, S＜0.05%，

碳酸锂：Li₂CO₃＞98％，

工业用苏打：Na₂CO₃＞95%，

铝钒土：Al₂O₃>75%，SiO₂<8%，

碳酸锶：SrCO₃>96%，

碳酸钡：BaCO₃>95%，

镁砂：MgO>85%, SiO₂<6%, Al₂O₃<2％，

含水硼砂：Na₂O=10-20%, B₂O₃＝30-40％，

碳质材料：C＞85％；

2) 根据高铝钢连铸用结晶器保护渣组成元素成份重量百分比满足的条件，计算所需各原材料的重量；

3）按照上述计算所得重量称取硅灰石、石灰石、石英砂、萤石、碳酸锂、工业用苏打、铝矾土、碳酸锶、碳酸钡、镁砂和含水硼砂，将称量好的各原料混合加入矿热炉中，在1350℃-1450℃内保温30分钟，使其熔化均匀，出炉后自然冷却，从而得到预熔料；

4）将预熔料破碎加工到200目以下后，加入所需量的碳质材料，然后在精磨机中加入干料重量0.8～1.2倍的常温水，干料重量1.6～2％的纤维素粘结剂，精磨30～60分钟，制成料浆；

5) 将得到的浆料送入喷雾颗粒干燥塔内干燥制粒，产品要求水分小于0.5％，粒度在0.01~2mm范围，密封装袋待用。

2.根据权利要求1所述的高铝钢连铸用结晶器保护渣，其特征在于，所述保护渣中的SiO2的重量百分比为5.2%~15%。