CN102554162A - 一种板坯连铸结晶器保护渣及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板坯连铸结晶器保护渣，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：SiO₂：25～40%、MgO：0.1～10%、CaO：21～41%、Fe₂O₃：0.2～2.5%、Al₂O₃：2.5～14%、Na₂O：3～14%、F：2.5～10%、Li₂O：0～1.5%、MnO：0～6%、挥发份：0.5～10和C_固定：1～11%。通过有效地将廉价的电解铝废渣原料加入板坯连铸结晶器保护渣配方中使用，其中所含的氟、碳、钠、铝等化学元素可以替代或部分替代连铸结晶器保护渣配方中所使用该化学元素之原料的一种或几种，而且产品的质量性能达到并满足企业标准。在实际生产当中，所属技术领域的技术工人从各个方面设法去降低成本，但是由于保护渣生产领域与电解铝生产领域相距甚远，不可能在电解铝废渣中做改进实现电解铝废渣的变废为宝。

Description

一种板坯连铸结晶器保护渣及其生产方法

技术领域

本发明属于炼钢辅料技术领域，具体涉及一种板坯连铸结晶器保护渣及其生产方法。

技术背景

目前，中国钢铁生产和消费虽保持增长态势，但增速放缓，钢铁产能严重过剩；原燃料价格高位运行，加上全球经济形势影响，钢铁行业效益被大大压缩。各钢铁生产厂家都纷纷压低各原料的成本，做为钢铁行业炼钢辅料之一——连铸结晶器保护渣亦在此列；加之连铸结晶器保护渣的各类生产原料价格上涨，其行业竞争业已推向空前的状态，企业的降本增效对其生存发展尤为重要。各保护渣生产企业都在积极寻求好用的廉价原料以提高市场竞争力，提高抵抗市场风险的能力。

板坯连铸由于断面大，从水口到结晶器两边距离较远，影响结晶器保护渣的最终化渣效果，导致不同地方化渣效果不一，渣层厚度不同，从而影响最终的润滑及渣耗。具体特点在于：一是板坯连铸结晶器的热流大、坯壳与结晶器之间的摩擦力大，结晶器钢液波动加剧，出结晶器的凝固坯壳变薄，使结晶器内的初生坯壳受到较大的收缩应力和弯曲应力，板坯保护渣的润滑和传热对初生坯壳的形成以及铸坯的质量有着至关重要的作用。二是板坯连铸坯的断面跨度大，拉速正常在0.7—1.8m/min，钢种碳含量从0.001%-0.50%不等，要求有不同的保护渣来适应浇铸。三是板坯保护渣一般要有较高的耗量，较稳定的熔融特性和控制传热能力。

电解铝生产过程中产生的废渣目前很难综合利用，除专利号为200910064313.2，名称为《利用含氟盐酸从电解铝废渣中回收冰晶石的方法》的专利公开了一种利用含氟盐酸从电解铝废渣中回收冰晶石的方法，以电解铝废渣和含氟盐酸为原料反应制得冰晶石产品。该发明所提供的方法优点在于：①以廉价的电解铝废渣和含氟盐酸为原料回收冰晶石，生产的成本低；②含氟盐酸可循环重复利用，进一步降低的生产的成本，同时利用石灰处理反应后的含氟盐酸酸液用于制备氯化钙；理论上为电解铝废渣的处理提供了一个很不错的办法，但是在具体的操作上，特别是含氟盐酸酸液用于制备氯化钙工艺同样存在污染，而且纯净度很难保证。对于绝大多数电解铝废渣而言，都是以填埋或堆砌方式处置，不仅造成资源的严重浪费，并且由于其含氟较高，对安全生产、环境保护的危害较大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种使用新的材料、能够大幅地节约成本、更有利于环境保护的板坯连铸结晶器保护渣及其生产方法。

一种板坯连铸结晶器保护渣，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：SiO₂：25～40%、MgO：0.1～10%、CaO：21～41%、Fe₂O₃ ：0.2～2.5%、Al₂O₃：2.5～14%、 Na₂O：3～14%、F：2.5～10%、Li₂O：0～1.5%、MnO：0～6%、挥发份：0.5～10和C_固定：1～11%。

所述板坯连铸结晶器保护渣的碱度为：0.75～1.50，熔点为：1000～1200℃，粘度为:0.05～0.5Pa·S。

为达到上述目的，所述板坯连铸结晶器保护渣的生产方法包括如下步骤：

A、原材料处理：将电解铝废渣加工成300目的粉末，控制其含水量小于1%，并对其进行批量混匀；

B、原材料检测：取样分析其化学成份；

C、连铸结晶器保护渣产品配方设计：化学成份确定后，根据需要，利用电解铝废渣和其他已知原料设计连铸结晶器保护渣的配方；

D、配料：将电解铝废渣原料与其他原材料粉末按既定设计配方的比例混匀后备用；

E、调浆搅拌：将混匀料加水入球磨机，以10-12Kg/min的下料速度调浆后入水磨机搅拌30min，然后入塔前搅拌桶搅拌20-40min；

E、造粒:将搅拌后的料浆喷雾造粒；

F、成品检测，合格包装入库。

由于本发明通过有效地将廉价的电解铝废渣原料加入板坯连铸结晶器保护渣配方中使用，其中所含的氟、碳、钠、铝等化学元素可以替代或部分替代连铸结晶器保护渣配方中所使用该化学元素之原料的一种或几种，而且产品的质量性能达到并满足企业标准。在实际生产当中，所属技术领域的技术工人从各个方面设法去降低成本，但是由于保护渣生产领域与电解铝生产领域相距甚远，不可能在电解铝废渣中做改进实现电解铝废渣的变废为宝。

使用电解铝废渣生产的板坯连铸结晶器保护渣，不可避免的混入铝元素的其他结构形式，比如其中所含的单质铝以游离状态存在，在高温连铸的过程中，该结晶器保护渣中所含少量但分散均匀的单质铝起到的良好作用如下：

A:与钢液反应，提高钢液纯净度；

B:铝与钢液的反应是放热反应，能改善结晶器钢液面的热状况，形成熔渣层的时间缩短，能及时补充液渣的快速消耗，维持了板坯连铸足够的保护渣消耗量，改善润滑；能提高钢液弯月面处的温度，减少结晶器内渣条、渣圈的产生，使结晶器壁与坯壳间的渣膜厚度适宜且分布均匀，能防止板坯裂纹的产生及粘结漏钢；熔渣所产生的铝黄长石晶体能起到很好的控制传热使用，延缓传热；电解铝废渣中所含氟、碳、钠、铝等化学元素于一身，虽然板坯连铸结晶器保护渣的性能差别大，但电解铝废渣各成分的成分比例适中，利用空间大并且能够替代常规板坯连铸结晶器保护渣配方中的几种材料，能减少或替代萤石、白碱的配入量，减少熔渣的析晶倾向，实现了助熔剂的综合效应；同时能减少或替代炭黑、石墨等炭质材料的用量，有利于提高保护渣各组分的均匀度，降低熔渣分熔现象。该材料的综合性能，使得其在板坯各断面、各钢种上能广泛应用。

C：铝与钢液放热反应使钢液面的保温效果好，开浇时可以免用开浇渣，避免了换渣产生的危险及开浇质量缺陷

本发明为电解铝废渣的合理使用提供新的方法，能够有效地减少电解铝废渣的大量堆积和严重污染问题，有很好的环保效益和社会效益。更为重要的是，通过电解铝废渣在连铸结晶器保护渣生产中的应用，以廉价的成本有效地补充了昂贵的氟、碳、钠、铝等原材料，大大地降低了生产连铸结晶器保护渣的成本，成效极其显著。

具体实施方式

实施例一：

一种板坯连铸结晶器保护渣，其原料配方包括：萤石、纯碱、炭黑、石墨、氟化钠、粘土、方解石、铝钒土、碳酸锰、冰晶石、硅灰石，其质量百分含量分别为15%、10%、2%、5%、3%、2%、6%、7%、4%、2%、44%，其原材料成本为1956元/吨。所述方坯连铸结晶器保护渣企业标准：化学成份包括SiO₂、MgO、CaO、Fe₂O₃ 、Al₂O₃、 Na₂O、F、MnO、挥发份和C_固定，其质量百分含量分别为27～29%、1.2～1.7%、31～34%、<2%、6～8%、7～9%、8～10 %、3～5%、5～7%；物性指标：碱度1.21～1.25, 熔点1130～1160℃, 粘度0.13～0.15Pa·S。

作为本发明的一种优选，该板坯连铸结晶器保护渣，其原料包括电解铝废渣、萤石、水泥熟料、纯碱、炭黑、氟化钠、粘土、方解石、铝钒土、碳酸锰、硅灰石，其质量百分含量分别为15%、7%、9%、8%、1%、1%、2%、6%、3%、4%、44%，其原材料成本为1365元/吨。本发明之板坯连铸结晶器保护渣内的化学成份包括SiO₂、MgO、CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、Na₂O、F、MnO、挥发份和C_固定，其质量百分含量分别为27.27%、1.65%、33.45%、0.85%、6.12%、7.83%、9.06%、2.97%、4.57%、6.23%，碱度为1.23，熔点1143℃，粘度0.143Pa·S。生产方法如发明内容部分。

由以上数据对比可知，15%的电解铝废渣代替原配方中8%的萤石、2 %的纯碱、1%的炭黑、5%的石墨、2%的氟化钠、2%的冰晶石，原材料成本降低591元/吨。实验室检测的结果不仅符合企业标准，而且有一些性能超过了原配方，该产品批量生产后在国内A钢铁企业炼钢连铸现场使用情况如下：

连铸工艺：浇铸断面210×2300mm²，拉速1.1～1.3m/min，钢水化学成分（重量百分比）：C：0.20%，Si：0.55%，Mn：1.31%，P：0.026%，S：0.030%，开浇起步时，将本发明保护渣均匀推入结晶器，要求均匀覆盖整个钢液面，保护渣总渣层（即粉渣层、烧结层、液渣层三层厚度之和）在25～40mm之间，保持黑渣操作，不得使钢液面裸露。

开浇后，钢液面波动在3mm以内，拉速稳定在1.3 m/min，此时测量液渣层厚度9mm左右。此后隔20min测一次液渣层，其厚度在8～12mm。在浇铸过程中，该保护渣在结晶器内铺展良好、无结壳结团现象、火苗适中、化渣均匀稳定；渣条规则且较小，浇注过程中不需挑渣条。经统计，该保护渣渣耗量在0.35Kg/吨钢左右。观察冷态下铸坯，振痕清晰、规则、较浅，无沾渣、卷渣现象，铸坯表面总体平整光滑无异常，铸坯一级品合格率由原来的97.1%提高至99.9%。

实施例二：

一种板坯连铸结晶器保护渣，其原料配方包括：玻璃粉、萤石、纯碱、进口炭黑、氟化钠、粘土、方解石、铝钒土、碳酸锂、冰晶石、硅灰石，其质量百分含量分别为6%、4%、9%、2%、2%、4%、3%、5%、2%、4%、59%，其原材料成本为3786元/吨。所述方坯连铸结晶器保护渣企业标准：化学成份包括SiO₂、MgO、CaO、Fe₂O₃ 、Al₂O₃、 Na₂O、F、Li₂O、挥发份和C_固定，其质量百分含量分别为38～40%、1～2%、31～33%、<2%、4.5～6.5%、7～9%、4～6 %、6～7%、0.5～2%；物性指标：碱度0.78～0.82, 熔点1060～1110℃, 粘度0.4～0.45Pa·S。

作为本发明的一种优选，该板坯连铸结晶器保护渣，其原料包括电解铝废渣、玻璃粉、萤石、纯碱、进口炭黑、氟化钠、粘土、方解石、铝钒土、碳酸锂、冰晶石、硅灰石，其质量百分含量分别为5%、7.5%、4%、9%、0.5%、1%、4%、3%、3%、2%、2%、44%，其原材料成本为3319元/吨。本发明之板坯连铸结晶器保护渣内的化学成份包括SiO₂、MgO、CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、Na₂O、F、Li₂O、挥发份和C_固定，其质量百分含量分别为39.27%、1.26%、31.22%、0.69%、5.02%、8.19%、5.12%、0.86%、6.36%、2.01%，碱度为0.80，熔点1081℃，粘度0.452Pa·S。生产方法如实施例一。

由以上数据对比可知， 5%的电解铝废渣代替原配方中1.5%的进口炭黑、1%的氟化钠、2%的冰晶石，原材料成本降低467元/吨。实验室检测的结果不仅符合企业标准，而且有一些性能超过了原配方，该产品批量生产后在国内B钢铁企业炼钢连铸现场使用情况如下：

连铸工艺：浇铸断面180×1600mm²，拉速1～1.2m/min，钢水化学成分（重量百分比）：C：0.002%，Si：0.013%，Mn：0.15%，P：0.0025%，S：0.0038%，开浇起步时，将本发明保护渣均匀推入结晶器，要求均匀覆盖整个钢液面，保护渣总渣层（即粉渣层、烧结层、液渣层三层厚度之和）在25～40mm之间，保持黑渣操作，不得使钢液面裸露。

开浇后，钢液面波动在3mm以内，拉速稳定在1.2m/min，此时测量液渣层厚度9mm左右。此后隔20min测一次液渣层，其厚度在8～12mm。在浇铸过程中，该保护渣在结晶器内铺展良好、无结壳结团现象、火苗适中、化渣均匀稳定；渣条规则且较小，浇注过程中不需挑渣条。经统计，该保护渣渣耗量在0.35Kg/吨钢左右。观察冷态下铸坯，振痕清晰、规则、较浅，无沾渣、卷渣现象，铸坯表面总体平整光滑无异常，铸坯一级品合格率由原来的97.5%提高至99.9%。

实施例三：

一种板坯连铸结晶器保护渣，其原料配方包括：萤石、水泥熟料、纯碱、炭黑、石墨、氟化钠、锂辉石、镁砂、铝钒土、冰晶石、硅灰石，其质量百分含量分别为8%、3%、12%、3%、3%、4%、5%、2%、2%、8%、80%，其原材料成本为2976元/吨。所述方坯连铸结晶器保护渣企业标准：化学成份包括SiO₂、MgO、CaO、Fe₂O₃ 、Al₂O₃、 Na₂O、F、Li₂O、挥发份和C_固定，其质量百分含量分别为34～36%、2～4%、30～32%、<2%、4～6%、9～11%、8.5～10.5 %、0.1～0.5%、1～3%、4～6%；物性指标：碱度0.9～0.94, 熔点1075～1115℃, 粘度0.13～0.15Pa·S。

作为本发明的一种优选，该板坯连铸结晶器保护渣，其原料包括电解铝废渣、玻璃粉、萤石、水泥熟料、纯碱、炭黑、氟化钠、锂灰石、镁砂、冰晶石、硅灰石，其质量百分含量分别为12%、2%、4%、8%、9%、1%、2%、5%、2%、5%、50%，其原材料成本为2349元/吨。本发明之板坯连铸结晶器保护渣内的化学成份包括SiO₂、MgO、CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、Na₂O、F、Li₂O、挥发份和C_固定，其质量百分含量分别为33.57%、3.01%、30.90%、0.57%、5.17%、10.04%、9.35%、0.33%、2.03%、5.03%，碱度为0.92，熔点1093℃，粘度0.139Pa·S。生产方法如实施例一。

由以上数据对比可知，12%的电解铝废渣代替原配方中4%的萤石、3%的纯碱、2%的炭黑、3%的石墨、2%的氟化钠、3%的冰晶石，原材料成本降低627元/吨。实验室检测的结果不仅符合企业标准，而且有一些性能超过了原配方，该产品批量生产后在国内A钢铁企业炼钢连铸现场使用情况如下：

连铸工艺：浇铸断面150×700mm²，拉速1.4～1.6m/min，钢水化学成分（重量百分比）：C：0.50%，Si：0.27%，Mn：0.65%，P：0.027%，S：0.024%，开浇起步时，将本发明保护渣均匀推入结晶器，要求均匀覆盖整个钢液面，保护渣总渣层（即粉渣层、烧结层、液渣层三层厚度之和）在25～40mm之间，保持黑渣操作，不得使钢液面裸露。

开浇后，钢液面波动在3mm以内，拉速稳定在1.6m/min，此时测量液渣层厚度9mm左右。此后隔20min测一次液渣层，其厚度在8～12mm。在浇铸过程中，该保护渣在结晶器内铺展良好、无结壳结团现象、火苗适中、化渣均匀稳定；渣条规则且较小，浇注过程中不需挑渣条。经统计，该保护渣渣耗量在0.35Kg/吨钢左右。观察冷态下铸坯，振痕清晰、规则、较浅，无沾渣、卷渣现象，铸坯表面总体平整光滑无异常，铸坯一级品合格率由原来的96.5%提高至99.9%。

Claims (3)

1.一种板坯连铸结晶器保护渣，其特征在于：包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：SiO₂：25～40%、MgO：0.1～10%、CaO：21～41%、Fe₂O₃ ：0.2～2.5%、Al₂O₃：2.5～14%、 Na₂O：3～14%、F：2.5～10%、Li₂O：0～1.5%、MnO：0～6%、挥发份：0.5～10和C_固定：1～11%。

2.如权利要求1所述的板坯连铸结晶器保护渣，其特征在于：所述板坯连铸结晶器保护渣的碱度为：0.75～1.50，熔点为：1000～1200℃，粘度为:0.05～0.5Pa·S。

3.如权利要求1所述的板坯连铸结晶器保护渣的生产方法，其特征在于：所述生产方法包括以下步骤：

A、原材料处理：将电解铝废渣加工成300目的粉末，控制其含水量小于1%，并对其进行批量混匀；

B、原材料检测：取样分析其化学成份；

C、连铸结晶器保护渣产品配方设计：化学成份确定后，根据需要，利用电解铝废渣和其他已知原料设计连铸结晶器保护渣的配方；

D、配料：将电解铝废渣原料与其他原材料粉末按既定设计配方的比例混匀后备用；

E、调浆搅拌：将混匀料加水入球磨机，以10-12Kg/min的下料速度调浆后入水磨机搅拌30min，然后入塔前搅拌桶搅拌20-40min；

E、造粒:将搅拌后的料浆喷雾造粒；

F、成品检测，合格包装入库。