CN102794420B

CN102794420B - 一种高速连铸结晶器用无氟保护渣

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Publication number: CN102794420B
Application number: CN201210280187.6A
Authority: CN
Inventors: 王宏明; 李桂荣; 赵玉涛
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: CN102794420A

Abstract

本发明属于钢铁冶炼连铸生产技术领域，特别涉及到一种高速连铸结晶器用无氟保护渣。本发明的目的是提供一种高速连铸结晶器用无氟保护渣，该保护渣根据现有锂辉石的矿相组成和特性，按照该保护渣在高速连铸结晶器使用时的性能要求，加入相应的组分进行组合匹配，即保证和提高保护渣的使用性能，又降低保护渣的生产成本，同时，实现锂辉石矿物的低成本处理和利用。其特征在于本发明的无氟保护渣由以下原料按重量百分比配制：锂辉石粉40-60%，石灰粉30-50%，硅灰石粉0-10%，硅石粉0-10%，焦粉0-10%。

Description

一种高速连铸结晶器用无氟保护渣

技术领域

本发明属于钢铁冶炼连铸生产技术领域，特别涉及到一种高速连铸结晶器用无氟保护渣。

背景技术

连铸技术以其高效、节能、优质、易于实现自动化和智能化等诸多优点受到冶金界的高度重视，与之相配套的连铸结晶器保护渣也得到了相应的发展，且成为不可或缺的冶金辅助材料；现有的连铸保护渣主要采用SiO₂-Al₂O₃-CaO渣系，在此基础上加入少量助熔剂(碱金属或碱土金属氧化物、氟化物、硼化物等)和控制熔速的炭质材料(炭黑、石墨和焦炭等)，这类保护渣具有较低的熔点和粘度，而且具有玻璃渣润滑效果及吸收夹杂的效果好等优势，但目前的SiO₂-Al₂O₃-CaO系保护渣为了保证低的熔化温度，加入的氟化物、Na、K的氧化物或盐类都会造成一定的污染，不仅损害操作人员的健康，还会腐蚀设备和造成二冷水污染；对于高速连铸，需要使用熔化速度更快、粘度更低的保护渣，这需要加入更多的氟化物、Na、K的氧化物或盐类作助熔剂，这不仅造成更大的污染，而且由于这类物质都属于非网状结构物质，显著提高保护渣的析晶温度，使保护渣过早的析晶，其润滑效果恶化，以至于无法用于高速连铸结晶器使用。

对于高速连铸结晶器用保护渣，我国在进行高效连铸保护渣的开发过程中，提出采用氧化硼作助熔剂或增强渣玻璃化的组分，起到了比较满意的效果，但是，含硼渣中加入硼酐的成本高，而加入硼砂时，又会带入Na盐；Li₂O可以有效降低硅酸钙或铝酸钙渣系的熔点和粘度的作用，因此，在高速连铸保护渣中可以作为调整渣性能的组分，但是，现有技术中在冶金渣中加入的Li₂O都是以价格很高的Li₂O或Li₂CO₃的形式加入的，因此这种含Li₂O的保护渣的成本很高；同时，锂辉石是自然界矿物含Li₂O较高的主要矿物之一，但是，锂辉石中含有的3-8%Li₂O外，还含有大量的SiO₂和 Al₂O₃，从锂辉石中分离出Li₂O的成本很高，特别对与品位较低的锂辉石矿物，分离Li₂O的成本更高，因此，对于锂辉石矿物而言，也需要开发一种低成本利用的方法；锂辉石中的SiO₂和 Al₂O₃也是保护渣的主要组分，因此，考虑如何将锂辉石用于高速连铸保护渣，是一种提高保护渣性能、降低保护渣成本和锂辉石矿物处理成本的可行方案之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速连铸结晶器用无氟保护渣，该保护渣根据现有锂辉石的矿相组成和特性，按照该保护渣在高速连铸结晶器使用时的性能要求，加入相应的组分进行组合匹配，即保证和提高保护渣的使用性能，又降低保护渣的生产成本，同时，实现锂辉石矿物的低成本处理和利用。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：

一种高速连铸结晶器用无氟保护渣，其特征在于本发明的无氟保护渣由以下原料按重量百分比配制：锂辉石粉40-60%，石灰粉 30-50%，硅灰石粉0-10%，硅石粉 0-10%，焦粉 0-10%；其制备方法如下：先将锂辉石粉、石灰粉、硅灰石粉和硅石粉充分干燥脱水后按重量分数称量配料，在1300-1400℃下预熔，预熔渣冷却后粉碎并制粉，粒度在200目以下，配入碳质材料焦粉后磨细混匀磨细，混匀料的粒度在200目以下，然后采用喷雾塔造粒制成空心颗粒，保护渣的粒度范围在0.1-0.4mm。

为保证本发明的使用效果，对制备本发明所采用的原料特征限定如下：

本发明采用的锂辉石的特征在于锂辉石的成分以质量百分含量计算为100%，要求：7.0%>Li₂O>4.0%，25%>Al₂O₃>15%，SiO₂<77%，包括Na₂O、K₂O、MnO、TiO₂、P₂O₅ 、Fe₂O₃和S在内的杂质总和<1.0%，其中P₂O₅、Fe₂O₃、S为纯有害杂质，P₂O₅<0.5%，Fe₂O₃<0.5%，S< 0.03%。

本发明采用的石灰的特征在于所述石灰的成份以质量百分含量计算为100%，要求100%＞CaO≥90.0%，5%≥MgO＞0，2.5%≥SiO₂＞0，杂质中S<0.03%，P< 0.03%。

本发明采用的硅灰石的特征在于所述硅灰石的成份以质量百分含量计算为100%，要求SiO₂ 50%～55%，CaO 40%～46%，MgO 1.5-1.8%，杂质中S<0.03%，P< 0.03%。

本发明采用的硅石的特征在于所述硅石的成份以质量百分含量计算，SiO₂ 97%-98%，Fe₂O₃ 0.32-1.56%，余量为杂质，杂质中Al₂O₃+TiO₂<3%，S<0.03%，P< 0.03% 。

本发明采用的焦粉的特征在于所述焦粉的成份以质量百分含量计算，固定碳>90%，灰分、杂质、水分三者的总和小于10%。

本发明中各主要原料的主要作用和配加比例确定根据如下：

1）锂辉石：锂辉石中的三大组元Li₂O，Al₂O₃，SiO₂都是本发明的保护渣的重要组分，锂辉石对保护渣的性能有重要影响，锂辉石的添加量不仅决定了本发明的Li₂O含量，还对保护渣的其余两个重要成分指标：即Al₂O₃量和保护渣的碱度有决定性作用或重要影响，但锂辉石的添加量应首先根据保护渣中要求的Li₂O含量及锂辉石的成分确定，本发明的保护渣中，Li₂O的含量在2-4%的范围内时，本发明的性能最理想，鉴于此，本发明中锂辉石的加入量在 40%-60%范围内。

2）石灰：石灰的主要组分是CaO，本发明中石灰的加入量对渣的碱度和钙铝比（CaO/ Al₂O₃）有重要影响，本发明中石灰的加入量应首先根据锂辉石的加入量和锂辉石中SiO₂的含量确定，将二元碱度CaO/SiO₂控制在0.8-1.05的范围内，石灰的加入量在30-50%的范围内。

3）硅灰石：硅灰石的主要成分是CaO（40-46%）和SiO₂（50-55%），且钙硅比与本发明的保护渣的二元碱度CaO/SiO₂相接近，因此，硅灰石用作调整钙铝比（CaO/ Al₂O₃）的组元，对渣碱度的影响小，将钙铝比（CaO/ Al₂O₃）控制在>2.0的范围内，使锂辉石中的Al₂O₃与石灰主要结合成低熔点的铝酸钙12CaO·7A1₂O₃，因此，硅灰石的添加量在0-10%范围内最好。

4）硅石：硅石的主要成分是SiO₂，用于微调渣的碱度，因此需要根据锂辉石中SiO₂的含量和锂辉石的添加量及渣的碱度要求调整硅石的加入量，硅石的添加量在0-10%范围内最好。

5）焦粉：焦粉的作用主要是调整渣的熔化速度，根据渣的消耗量需求和钢种需要进行调整，其添加量的适宜范围是0-10%。

本发明的主要组成指标见表1。

表1 本发明的主要组成指标

指标	Li₂O含量	二元碱度	钙铝比	配碳量
					范围	2-4%	0.8-1.05	>2.0	0-10

与现有技术相比较，采用本发明的优点如下：

1）、本发明的保护渣利用现有的锂辉石资源，直接制备含氧化锂的无氟高速连铸结晶器保护渣，提高了锂辉石的利用价值，且降低了含氧化锂保护渣的成本，与现有技术从锂辉石中提取Li₂O后再用于保护渣中，降低了加工制造成本，提高了资源的利用率，具有显著的经济优势。

2）本发明的保护渣具有更适合高速连铸结晶器使用的技术需求，即较低的熔点、较高的熔化速度和较高的铺展性及合适的粘度，保证了保护渣的润滑、防氧化和吸收夹杂等功能，本发明的保护渣的主要物性指标见表2。

3）本发明的保护渣不含有毒有害成分，不含易挥发腐蚀设备的成分，该保护渣能延长设备使用寿命，不损害操作人员健康，具有推广价值。

指标	熔化温度，℃	1300℃下熔速，s	σ _1300℃，N·m	η _1300℃，Pa·s
					范围	900-960	20-25	0.30-0.40	0.08-0.16

表2 本发明的主要物性指标。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的阐述；实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

实施例的制备过程和采用的原料的成分特征如下：

制备方法：先将锂辉石粉、石灰粉、硅灰石粉和硅石粉充分干燥脱水后按重量分数称量配料，在1300-1400℃下预熔，预熔渣冷却后粉碎并制粉，粒度在200目以下，配入碳质材料焦粉后磨细混匀磨细，混匀料的粒度在200目以下，然后采用喷雾塔造粒制成空心颗粒，保护渣的粒度范围在0.1-0.4mm。

所用原料的成分特征如下：

锂辉石的成分以质量百分含量计算，要求： Li₂O 5.0%，Al₂O₃ 19.4%，SiO₂ 74%，Na₂O 0.24%，K₂O 0.28%，CaO 0.11%，MnO 0.04%，TiO₂ 0.02%，P₂O₅ 0.09%，余量为未知成份的微量杂质。

石灰的成份以质量百分含量计算，CaO 90.0%，MgO 4.0%， SiO₂ 1.5%，其余为杂质，杂质中S ≤0.035%，P ≤0.015%。

硅灰石的化学组成为(质量%)：SiO₂ 52%，CaO 45%，MgO 0.8%，其余为杂质，杂质中S<0.03%，P< 0.03%，余量杂质。

硅石的化学组成为(质量%)，SiO₂ 98%，Fe₂O₃ 0.35%，其余为杂质，杂质中Al₂O₃+TiO₂<1.4%，S<0.03%，P< 0.03% 。

焦粉的技术指标为：固定碳 92%，灰分 5%、其余为杂质和水份。

实施实例1

采用的配方为：锂辉石粉50%，石灰粉 40%，硅石粉 5%，焦粉 5%。

所制备的保护渣进行成分分析结果如下（质量百分数）：

Li₂O 2.5%，CaO 36.5%，SiO₂ 41%，Al₂O₃ 10.0%，C 4.8%，余量为杂质，其中 S 0.02%，P 0.02%。

本实施例的主要组成指标见表3。

本实施例的主要物化性能指标见表4。

实施实例2

采用的配方为：锂辉石粉40%，石灰粉 40%，硅灰石粉10%，硅石粉 5%，焦粉 5%。

所制备的保护渣进行成分分析结果如下（质量百分数）：

Li₂O 2.0%，CaO 40.5%，SiO₂ 40.5%，Al₂O₃ 9.6%，C 4.8%，余量为杂质，其中 S 0.02%，P 0.02%。

本实施例的主要组成指标见表3。

本实施例的主要物化性能指标见表4。

实施实例3

采用的配方为：锂辉石粉60%，石灰粉 30%，硅石粉 10%。

所制备的保护渣进行成分分析结果如下（质量百分数）：

Li₂O 3.8%，CaO 38.5%，SiO₂ 40.8%，Al₂O₃ 12.0%，余量为杂质，其中 S 0.02%，P 0.02%。

本实施例的主要组成指标见表3。

本实施例的主要物化性能指标见表4。

实施实例4

采用的配方为：锂辉石粉40%，石灰粉 50%，硅灰石粉5%，硅石粉 5%。

所制备的保护渣进行成分分析结果如下（质量百分数）：

Li₂O 2.1%，CaO 41.5%，SiO₂ 39.8%，Al₂O₃ 11.8%，余量为杂质，其中 S 0.02%，P 0.02%。

本实施例的主要组成指标见表3。

本实施例的主要物化性能指标见表4。

表3实施例结果——主要组成指标

指标	Li₂O含量	二元碱度	钙铝比	配碳量
					实施例1	2.5%	0.89	3.65	4.8
实施例2	2.0%	1.0	4.12	4.8
					实施例3	3.8%	0.81	3.85	0
实施例4	2.0%	1.02	4.02	0

表4 实施例结果——物化性能指标

指标	熔化温度，℃	1300℃下熔速，s	σ _1300℃，N·m	η _1300℃，Pa·s
					实施例1	950	22	0.32	0.08
实施例2	960	25	0.30	0.09
					实施例3	924	21	0.38	0.08
实施例4	956	24	0.31	0.12

从实施例结果可以看出：本发明的保护渣的组成指标及物化性能指标均满足要求，在拉速为2.2m/min的高速板坯连铸机结晶器使用，保护渣的吨钢消耗为0.49-0.56 kg/t，满足润滑要求，铸坯表面保护渣层均匀，结晶器内无渣圈，铸坯无夹渣，无拉漏，与现有技术的保护渣相比，铸坯表面质量好，无缺陷，拉坯阻力减小，振痕变浅，铸坯合格率由95%提高到100%，拉漏事故完全得以控制，特别是该渣的半球点温度、粘度及熔化速度，都控制在适宜的范围，而且调整范围宽，具有比传统保护渣更好的使用性能，因此具有推广价值。

Claims

1.一种高速连铸结晶器用无氟保护渣，其特征在于：所述无氟保护渣由以下原料按重量百分比配制：锂辉石粉40-60%，石灰粉 30-50%，硅灰石粉0-10%，硅石粉 0-10%，焦粉 0-10%。

2.如权利要求1所述的一种高速连铸结晶器用无氟保护渣，其特征在于：所述锂辉石的成分以质量百分含量计算为100%，要求：7.0%>Li₂O>4.0%，25%>Al₂O₃>15%，SiO₂<77%，包括Na₂O、K₂O、MnO、TiO₂、P₂O₅ 、Fe₂O₃和S在内的杂质总和<1.0%，其中P₂O₅、Fe₂O₃、S为纯有害杂质，P₂O₅<0.5%，Fe₂O₃<0.5%，S< 0.03%。

3.如权利要求1所述的一种高速连铸结晶器用无氟保护渣，其特征在于：所述石灰的成份以质量百分含量计算为100%，要求100%＞CaO≥90.0%，5%≥MgO＞0，2.5%≥SiO₂＞0，杂质中S<0.03%，P< 0.03%。

4.如权利要求1所述的一种高速连铸结晶器用无氟保护渣，其特征在于：所述硅灰石的成份以质量百分含量计算为100%，要求SiO₂ 50%～55%，CaO 40%～46%，MgO 1.5-1.8%，杂质中S<0.03%，P< 0.03%。

5.如权利要求1所述的一种高速连铸结晶器用无氟保护渣，其特征在于：所述硅石的成份以质量百分含量计算，SiO₂ 97%-98%，Fe₂O₃ 0.32-1.56%，余量为杂质，杂质中Al₂O₃+TiO₂<3%，S<0.03%，P< 0.03% 。

6.如权利要求1所述的一种高速连铸结晶器用无氟保护渣，其特征在于：所述焦粉的成份以质量百分含量计算，固定碳>90%，灰分、杂质、水分三者的总和小于10%。

7.如权利要求1所述的一种高速连铸结晶器用无氟保护渣的制备方法，其特征在于：先将锂辉石粉、石灰粉、硅灰石粉和硅石粉充分干燥脱水后按重量分数称量配料，在1300-1400℃下预熔，预熔渣冷却后粉碎并制粉，粒度在200目以下，配入碳质材料焦粉后磨细混匀磨细，混匀料的粒度在200目以下，然后采用喷雾塔造粒制成空心颗粒，保护渣的粒度范围在0.1-0.4mm。