CN102764866A

CN102764866A - 一种高Al2O3含量高铝钢连铸保护渣

Info

Publication number: CN102764866A
Application number: CN201210253311XA
Authority: CN
Inventors: 仇圣桃; 王强; 朱果灵; 刘志宏; 胡坤太; 张兴中; 赵沛
Original assignee: Of Continuous Casting Technology In National Engineering Research Center Co Ltd; Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Zhong Da National Engineering and Research Center of Continuous Casting Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: CN102764866B

Abstract

本发明属于利用保护粉料的熔融金属处理技术领域，涉及一种高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣，尤其涉及钢中[Al]>1.5%的高铝钢板坯连铸保护渣。所述保护渣的化学成分按质量百分含量为：CaO：5~20%，BaO：5~20%，Al₂O₃：20~50%，B₂O₃：2~15%，SiO₂≤7%，助熔剂：CaF₂：6~13%、Na₂O：6~13%、Li₂O：1~4%、MnO：2~6%，C：3~10%。本发明的保护渣具有良好的玻璃形态，能大大降低钢中铝与渣中SiO₂的反应，并能抑制渣中Al₂O₃含量的大幅增加，从而保证浇铸过程中保护渣成分和性能的稳定。

Description

一种高Al2O3含量高铝钢连铸保护渣

技术领域

本发明属于利用保护粉料的熔融金属处理技术领域，涉及一种高铝钢连铸用结晶器保护渣，尤其涉及钢中[Al]>1.5%的高铝钢板坯连铸保护渣。

背景技术

连铸保护渣是直接影响连铸稳定生产和改善铸坯质量的一种功能性消耗材料，它具有绝热保温，防止再氧化，吸收夹杂物，均匀传热，润滑坯壳等功能，在连铸工艺中起着至关重要的作用。通常，连铸保护渣以CaO和SiO₂二元系为主，外加CaF₂、Na₂O、Li₂O、MnO等助熔剂用于调节保护渣的熔化温度及黏度等性能，并配入一定量的碳用于控制保护渣的熔化速度。

高铝钢浇铸过程中，由于钢水中的铝含量较高，钢中铝容易与渣中部分氧化物（如SiO₂、MnO）发生如下反应：

[Al]+(MO)→Al₂O₃+[M]

从而使得保护渣中SiO₂被钢中的[Al]还原，造成渣中SiO₂含量的减少以及碱度的明显上升，同时生成的A1₂O₃和钢液中的A1₂O₃夹杂上浮进入渣中造成渣中A1₂O₃含量大幅增加，从而导致保护渣的熔化温度、黏度急剧增加和玻璃形态的恶化，并对铸坯表面质量和连铸工艺顺行产生不利影响。从国内外文献报导和高铝钢生产实践来看：高铝钢连铸过程中保护渣结渣圈严重，致使液渣难以流入铸坯与结晶器间的缝隙，易发生粘结；且铸坯表面容易出现凹陷等缺陷。尤其当钢中铝含量大于1.5%时，上述问题更为突出。

针对上述高铝钢连铸存在的问题，现有保护渣设计主要采用以下两种思路：

（1）通过增加渣中SiO₂含量来控制浇铸过程保护渣碱度在正常范围内变化，并且降低渣中A1₂O₃含量以保持浇铸过程保护渣A1₂O3含量在可控范围内，同时调整渣中其它成分以使保护渣性能满足连铸生产要求。如中国专利CN 200780023032.1，日本专利JP 11226712、JP2000042697以及与低碱度保护渣的有关专利CN 200810039377.2、CN201110220295.X、JP 2005152973、JP 2010042421等。然而，该成分设计只适用于钢中铝含量相对较低的钢种，当钢中铝含量大于1.5%时，浇铸过程渣中A1₂O₃含量将会大幅增加并超出可控范围，导致保护渣的使用性能恶化和影响正常连铸生产。

（2）通过降低渣中SiO₂含量甚至不用SiO₂以降低渣中SiO₂的反应活性，并增加渣中A1₂O₃来替代SiO₂以形成玻璃形态，如专利文献JP 57184563、CN 200710042540.6、CN 201010291962.9、CN201110381293.9等。该成分设计可以避免因钢渣反应造成的成分大幅变化及性能恶化；但渣中SiO₂含量很低且Al₂O₃含量很高，将会导致保护渣的熔化温度升高、玻璃形态变差，不利于保护渣的熔化和保护渣对铸坯的润滑。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣，尤其是针对钢中铝含量大于1.5%的高铝钢，该保护渣具有合适的熔化温度和良好的玻璃形态，能够满足高铝钢连铸生产要求。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣，其中，所述保护渣的化学成分按质量百分含量为：CaO：5~20%，BaO：5~20%，Al₂O₃：20~50%，B₂O₃：2~15%，SiO₂≤7%，助熔剂：CaF₂：6~13%、Na₂O：6~13%、Li₂O：1~4%、MnO：2~6%，C：3~10%，其余为不可避免的杂质。

所述保护渣中CaO：5~15%，BaO：10~20%。

所述保护渣中Al₂O₃质量百分含量为25~40%。

所述保护渣中B₂O₃质量百分含量为5~12%。

所述保护渣的熔化温度为980~1170℃，1300℃的黏度为0.11~0.30Pa.s，玻璃化率为70~95%。

本发明高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣中各化学成分的作用机理及范围确定如下：

CaO是保护渣中主要碱性氧化物，易与渣中Al₂O₃、SiO₂等生成高熔点的结晶物相，造成保护渣的熔化温度升高和玻璃形态变差，而采用BaO替代部分CaO能够降低保护渣的熔化温度和改善保护渣的玻璃形态。故本发明将控制CaO和BaO的含量分别为CaO：5~20%，BaO：5~20%。

Al₂O₃是保护渣中的两性氧化物，在高碱度即SiO₂含量较低的熔渣中可以起到网络形成体的作用。渣中Al₂O₃含量较高可以有效抑制钢中[Al]与渣中氧化物的反应，进而控制渣中Al₂O₃含量的大幅增加。故本发明将控制Al₂O₃含量在20~50%的较高含量范围。

SiO₂属于酸性氧化物，是保护渣中主要的网络形成体，容易使保护渣形成良好的玻璃形态。但渣中SiO₂容易被钢中[Al]大量还原，从而造成保护渣熔化温度大幅升高、玻璃形态恶化。B₂O₃同属酸性氧化物，其键强较大，相比SiO₂更容易形成玻璃体。在SiO₂含量较低的情况下，采用B₂O₃替代部分SiO₂可明显降低保护渣的熔化温度和改善保护渣的玻璃形态。故本发明将控制SiO₂≤7%的较低含量范围内，并将B₂O₃含量控制在2~15%范围。

CaF₂、Na₂O、Li₂O、MnO为保护渣常用的助熔剂。CaF₂主要用于进行保护渣黏度的调节，Na₂O和Li₂O能明显降低保护渣的熔化温度，而MnO在一定程度上可以减少SiO₂被钢中铝还原和降低保护渣的熔化温度。故本发明将控制其含量分别为CaF₂：6~13%，Na₂O：6~13%，Li₂O：1~4%，MnO：2~6%。

此外，C主要用于调节保护渣的熔化速度，故本发明将C含量控制在3~10%范围。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的保护渣具有良好的玻璃形态，能大大降低钢中铝与渣中SiO₂的反应，并能抑制渣中Al₂O₃含量的大幅增加，从而保证浇铸过程中保护渣成分和性能的稳定。

附图说明

图1为本发明实施例1的高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣SEM图；

图2为本发明实施例1的高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣XRD图；

图3为钢中铝含量与连铸保护渣中Al₂O₃含量的变化关系图。

具体实施方式

以下用具体实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

本发明的保护渣的熔化温度和1300℃的黏度分别采用冶金行业标准YB/T186和YB/T185测定。

保护渣的玻璃化率检测方法为：将本发明的保护渣在1300℃完全熔化后倒入室温状态下的石墨坩埚内自然冷却，根据凝固渣样中玻璃体所占的比例确定保护渣的玻璃化率。

实施例1

一种高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：7%，BaO：14.5%，Al₂O₃：31%，B₂O₃：8%，SiO₂：5%，助熔剂：CaF₂：11.3%，Na₂O：12.8%，Li₂O：1.5%，MnO：2.5%，C：5%，其余为不可避免的杂质。该保护渣的熔化温度为988℃，1300℃的黏度为0.24Pa.s，玻璃化率为95%。

其中，图1为本实施例的高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣的扫描电镜图谱（SEM），图2为本实施例的高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣的X射线衍射图谱（XRD）。由图1可知，该保护渣主要为单一均质相；结合图2的XRD分析可以看出，该保护渣主要为玻璃态结构且含有少量的LiF晶相。

实施例2

一种高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：8.5%，BaO：18%，Al₂O₃：25.5%，B₂O₃：7.3%，SiO₂：4.8%，助熔剂：CaF₂：9%，Na₂O：12.7%，Li₂O：1.5%，MnO：2%，C：8.4%，其余为不可避免的杂质。该保护渣的熔化温度为1020℃，1300℃的黏度为0.20Pa.s，玻璃化率为90%。

实施例3

一种高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：9%，BaO：13.5%，Al₂O₃：33%，B₂O₃：10%，SiO₂：4.2%，助熔剂：CaF₂：8.5%，Na₂O：9.3%，Li₂O：2.5%，MnO：3.4%，C：6%，其余为不可避免的杂质。该保护渣的熔化温度为1070℃，1300℃的黏度为0.30Pa.s，玻璃化率为80%。

实施例4

一种高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：14%，BaO：17%，Al₂O₃：28.5%，B₂O₃：7.3%，SiO₂：4.8%，助熔剂：CaF₂：7.3%，Na₂O：12%，Li₂O：3.4%，MnO：2%，C：3%，其余为不可避免的杂质。该保护渣的熔化温度为1170℃，1300℃的黏度为0.18Pa.s，玻璃化率为70%。

实施例5

一种高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：6%，BaO：16%，Al₂O₃：32%，B₂O₃：10%，SiO₂：6%，助熔剂：CaF₂：11.5%，Na₂O：11%，Li₂O：1%，MnO：2%，C：4%，其余为不可避免的杂质。该保护渣的熔化温度为1150℃，1300℃的黏度为0.23Pa.s，玻璃化率为90%。

实施例6

一种高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：9%，BaO：15%，Al₂O₃：25%，B₂O₃：11%，SiO₂：4%，助熔剂：CaF₂：11.4%，Na₂O：8%，Li₂O：1%，MnO：5%，C：10%，其余为不可避免的杂质。该保护渣的熔化温度为1170℃，1300℃的黏度为0.11Pa.s，玻璃化率为80%。

实施例7

一种高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：10%，BaO：10%，Al₂O₃：38.5%，B₂O₃：9%，SiO₂：5%，助熔剂：CaF₂：7%，Na₂O：7%，Li₂O：3%，MnO：4%，C：4%，其余为不可避免的杂质。该保护渣的熔化温度为1050℃，1300℃的黏度为0.25Pa.s，玻璃化率为90%。

Claims

1.一种高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣，其特征在于：所述保护渣的化学成分按质量百分含量为：CaO：5~20%，BaO：5~20%，Al₂O₃：20~50%，B₂O₃：2~15%，SiO₂≤7%，助熔剂：CaF₂：6~13%、Na₂O：6~13%、Li₂O：1~4%、MnO：2~6%，C：3~10%，其余为不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣，其特征在于：所述保护渣中CaO：5~15%，BaO：10~20%。

3.根据权利要求1或2所述的高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣，其特征在于：所述保护渣中Al₂O₃质量百分含量为25~40%。

4.根据权利要求1或2所述的高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣，其特征在于：所述保护渣中B₂O₃质量百分含量为5~12%。

5.根据权利要求1所述的高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣，其特征在于：所述保护渣的熔化温度为980~1170℃，1300℃的黏度为0.11~0.30Pa.s，玻璃化率为70~95%。