CN102554163B - 节能环保型板坯连铸结晶器保护材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能环保型板坯连铸结晶器保护材料，其原料包括C黑、增碳剂、萤石、氟化钠、冰晶石、碳酸锰、碳酸钡、白碱、水渣、方解石、硅灰石、黄糊精，其重量百分含量分别为2～5%、1～3%、11～15%、1～4%、1～3%、2～5%、2～5%、10～12%、7～15%、2～7%、40～50%、1.5～2.5%。该保护材料使用时，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，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

节能环保型板坯连铸结晶器保护材料

技术领域

本发明属于冶金辅料技术领域，特别是一种节能环保型板坯连铸结晶器保护材料。

背景技术

进入“十二五”期间，我国提出要贯彻落实科学发展观、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路；是维护我国长远利益的必然要求。要坚持节能与发展相促进，开发与节约相协调，严控高耗能、高排放行业过快增长,加大淘汰落后产能力度。预熔料是生产结晶器保护材料的主要材料，一般保护材料生产都需要50%的用量，但是生产预熔料需要很高的焦比和风动电能及水淬冷却水，排放的大量二氧化碳对厂区环境也造成污染，是一个高排放、高耗能的材料。而预熔料良好的熔化状态，控制结晶器保护材料在熔化时很少产生分熔，是保护材料熔化成液渣润滑结晶器和坯壳的重要保证。试验证明；改用一般的保护材料原材料生产的结晶器保护材料很难以达到预熔料保护材料的熔化状态和使用效果。因此，研究探索试验研发一种不使用预熔料的结晶器保护材料配方方案，是公司在保护厂区环境，确保实现节能减排目标的一个重要项目。重钢集团环保搬迁改进工程长寿新区钢厂于2010年投产。从高炉炼铁和炼钢厂的车间及设备布局上看，都安排的紧凑整齐。处处都呈现出基于环保、节能减排的设计工艺。从设计结晶器保护材料的节能环保性能出发，在保护材料原材料选用中，利用几种特殊熔剂和天然基料取代了加工时需要高耗能、高排放的预熔料。由于取代了预熔料，如何控制减少渣层分熔形成渣球、渣块和较大渣条，使保护材料充分均匀熔化，起润滑铸坯减小摩擦力和控制结晶器传热，成为节能环保型保护材料得以实现的关键。为了保证节能环保型保护材料最佳的冶金功能，和获得满意的产品质量，对保护材料提出了更高的要求：1）、保护材料中须加入适当MgO、MnO、BaO、氟铝酸钠等高熔点熔剂成分，以缩短和基料的熔化距离，减少渣层分熔、烧结和渣圈厚大现象，避免坯面产生渣坑缺陷；2)、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保护材料消耗量；3)、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；4)、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； 5)、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

本发明提供一种不需要预熔料程序就能够实现冶金需求的节能环保型板坯连铸结晶器保护材料。

为实现本发明的目的，节能环保型板坯连铸结晶器保护材料，其原料包括C黑、增碳剂、萤石、氟化钠、冰晶石、碳酸锰、碳酸钡、白碱、水渣、方解石、硅灰石、黄糊精，其重量百分含量分别为2～5%、1～3%、11～15%、1～4%、1～3%、2～5%、2～5%、10～12%、7～15%、2～7%、40～50%、1.5～2.5%。

所述连铸结晶器保护材料中，BaO重量百分含量为2～4%， MnO重量百分含量为1.0～3.5%，二元碱度（CaO/SiO₂）为1.15～1.30，余量包括SiO₂、CaO、Al₂O₃、Na₂O 、F^—，其重量百分含量分别为SiO₂ 25～30.0%，CaO 31～36%，Al₂O₃ 1.5～6.5%、Na₂O 7.0～11.0%、F^—5～8.5%。

下面对本发明作进一步详述：

在重钢新区使用的节能环保型结晶器保护材料，浇铸优质碳素结构钢和低合金优特钢属包晶区范围钢，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，因此所用保护材料的重点也是在于熔化均匀、充分润滑；此外钢中夹杂较多要求保护材料吸收能力要好，防止铸坯表面夹渣和粘渣。

保护材料化学成分设计。首先要求保护材料的二元碱度（CaO/SiO₂）不能太高，一般要控制在1.15～1.30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，本发明控制保护材料的二元碱度在1.15～1.30范围内。其次，采用多种熔剂的方法调节保护材料熔点和粘度，其中BaO、MnO是一个重要熔剂，对改善保护材料的润滑性能以及延缓传热的作用非常显著，本发明保护材料中MnO含量控制范围为1～3.5%；一定量的BaO也能降低保护材料熔点、粘度、结晶温度和凝固温度，改善保护材料的稳定性，本发明保护材料中MgO含量控制范围为2.0～4.0%；作为常规保护材料熔剂重要成分的Na₂O在本发明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，本发明保护材料中Na₂O含量控制范围为7.0～11.0%；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，本发明保护材料中F^—含量控制范围为5～8.5%。最后，就是要求保护材料快速熔化，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。本发明保护材料中C含量控制范围为3.5～6.5%。

保护材料物理性能确定。本发明要求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1080～1140 ℃；1300℃的粘度为0.7～0.12 Pa·S。

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。本研究设计的结晶器保护材料的节能环保性能出发，在保护材料原材料选用中，利用几种特殊熔剂和天然基料取代了加工时需要高耗能、高排放的预熔料，同样获得具有适宜的玻璃性和结晶性能渣膜，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。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。为了适应高拉速保护材料的高质量需求，本发明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。采用上述研究结果某1#、2#机浇铸优质碳素结构钢和低合金优特钢；断面：160/190/230×1000～1800（mm）； 拉速在1.0～1.50m/min时的渣耗量为0.5～0.60 kg/T钢、钢水表面液渣层厚度9～13mm。经现场试验结果表明，该保护材料使用时，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，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：

节能环保型板坯连铸结晶器保护材料，其原料包括C黑、增碳剂、萤石、氟化钠、冰晶石、碳酸锰、碳酸钡、白碱、水渣、方解石、硅灰石、黄糊精，其重量百分含量分别为2.5%、1%、15%、2%、1%、4%、2%、10%、14%、3%、43%、2.5%。所述连铸结晶器保护材料中，BaO重量百分含量为2～4%， MnO重量百分含量为1.0～3.5%，二元碱度（CaO/SiO₂）为1.15～1.30，余量包括SiO₂、CaO、Al₂O₃、Na₂O 、F^—，其重量百分含量分别为SiO₂ 25～30.0%，CaO 31～36%，Al₂O₃ 1.5～6.5%、Na₂O 7.0～11.0%、F^— 5～8.5%。

注：建议此方案推广应用于国内钢厂的大多板坯断面范围：150/160/180/190/200/220/230/250/300×600～1000～1500～2500（mm）；钢种：优质碳素结构钢类和低合金优特钢类；拉速：0.80～1.50m/min。

实施例二：

节能环保型板坯连铸结晶器保护材料，其原料包括C黑、增碳剂、萤石、氟化钠、冰晶石、碳酸锰、碳酸钡、白碱、水渣、方解石、硅灰石、黄糊精，其重量百分含量分别为5%、1%、11%、4%、3%、2%、5%、12%、8%、6%、41%、2%。

所述连铸结晶器保护材料中，BaO重量百分含量为2～4%， MnO重量百分含量为1.0～3.5%，二元碱度（CaO/SiO₂）为1.15～1.30，余量包括SiO₂、CaO、Al₂O₃、Na₂O 、F^—，其重量百分含量分别为SiO₂ 25～30.0%，CaO 31～36%，Al₂O₃ 1.5～6.5%、Na₂O 7.0～11.0%、F^— 5～8.5%。

实施例三：

节能环保型板坯连铸结晶器保护材料，其原料包括C黑、增碳剂、萤石、氟化钠、冰晶石、碳酸锰、碳酸钡、白碱、水渣、方解石、硅灰石、黄糊精，其重量百分含量分别为2%、2%、13%、3%、2%、3%、3%、11%、11%、5%、55.5%、1.5%。所述连铸结晶器保护材料中，BaO重量百分含量为2～4%， MnO重量百分含量为1.0～3.5%，二元碱度（CaO/SiO₂）为1.15～1.30，余量包括SiO₂、CaO、Al₂O₃、Na₂O 、F^—，其重量百分含量分别为SiO₂ 25～30.0%，CaO 31～36%，Al₂O₃ 1.5～6.5%、Na₂O 7.0～11.0%、F^— 5～8.5%。

Claims (1)

1.一种节能环保型板坯连铸结晶器保护材料，其原料包括C黑、增碳剂、萤石、氟化钠、冰晶石、碳酸锰、碳酸钡、白碱、水渣、方解石、硅灰石、黄糊精，其特征在于：各组分原料的重量百分含量分别为2～5%、1～3%、11～15%、1～4%、1～3%、2～5%、2～5%、10～12%、7～15%、2～7%、40～50%、1.5～2.5%；

所述连铸结晶器保护材料中，BaO重量百分含量为2～4%， MnO重量百分含量为1.0～3.5%，二元碱度（CaO/SiO₂）为1.15～1.30，余量包括SiO₂、CaO、Al₂O₃、Na₂O 、F^—，其重量百分含量分别为SiO₂ 25～30.0%，CaO 31～36%，Al₂O₃ 1.5～6.5%、Na₂O 7.0～11.0%、F^—5～8.5%。