CN102962419B

CN102962419B - 一种环保节能型-方坯结晶器保护渣

Info

Publication number: CN102962419B
Application number: CN201210477759.XA
Authority: CN
Inventors: 李书成; 李伟锋; 黄占基; 李保军
Original assignee: HENAN XIBAO METALLURGY METERIALS GROUP CO Ltd
Current assignee: Henan Xibao Metallurgy Materials Group Co., Ltd.; Xixia County Xibao metallurgy material limited company
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2032-11-22
Also published as: CN102962419A

Abstract

本发明公开了一种环保节能型-方坯结晶器保护渣，由下述重量份的原料制成：炭黑1.00～1.50份、石墨原矿25～40份、BJ粉7～11份、白碱5～8份、硅酸钙13～18份、硅灰石23～33份、铝土1～4份、黄糊精2～3份。采用本发明所述的环保节能型-方坯结晶器保护渣，在结晶器内铺展性、保温性和熔化性能表现良好，渣面覆盖稳定没有翻动现象，渣层也没有结渣块出现；结晶器内四个面传热量稳定和均匀，满足高拉速要求；试验渣渣条小、改善了流入不均现象，保护渣润滑性好，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

一种环保节能型-方坯结晶器保护渣

技术领域

本发明属于冶金辅料技术领域，具体涉及一种环保节能型-方坯结晶器保护渣。

背景技术

我国是世界上对能源依赖程度最高的国家之一，其中煤炭占了能源资源总量的75.2％，在国民经济中具有重要的战略地位。节约煤炭资源，对于保证国民经济的稳定发展，具有十分重要的战略意义。“十二五”期间，我国发展仍处于可以大有作为的重要战略机遇期。随着工业化、城镇化进程加快和消费结构持续升级，我国能源需求呈刚性增长，受国内资源保障能力和环境容量制约以及全球性能源安全和应对气候变化影响，资源环境约束日趋强化，“十二五”时期节能减排形势仍然十分严峻，任务十分艰巨。应充分认识做好“十二五”节能减排工作的重要性、紧迫性和艰巨性。确保实现“十二五”节能减排目标。在大多方、圆坯结晶器保护渣中固定碳含量都在10～20%范围，这些固定碳主要来源于优质焦煤经煅烧后生产的增碳剂，和石墨矿石水磨浮选后生产的高碳石墨，这两种碳质材料在生产时对大气和水资源都造成不同程度的污染，在方、圆坯保护渣原材料中属于高耗能高污染材料，也使方坯保护渣的材料成本居高不下。如何转换材料替代方坯保护渣中的增碳剂和高碳石墨等碳质材料，同时降低方坯保护渣的材料成本，是西保集团保护渣研发、生产者的主要研究工作方向，也对确保实现节能减排目标的推行具有积极意义。

石墨原矿中含有固定碳15～25%；SiO₂33～45%；Al₂O₃ 8～15%；Fe₂O₃ ≤4.0%；CaO 8～15%；MgO 1～5%。石墨原矿的成分范围与SiO₂–CaO–Al₂O₃三元渣系的方坯结晶器保护渣成分范围比较接近，是一种理想的方坯保护渣富碳型基料。同时，石墨原矿的使用可以节约大量的增碳剂和高纯石墨用量。在对保护渣原材料的要求中，石墨原矿的加工过程只需均化磨细即可使用，不需浮选、煅烧等复杂的耗能加工程序，是一种廉价的环保型保护渣原材料，很值得在冶金材料中大力推广使用。

在现有的炼钢设备，因运行年代较长，连铸机设备逐渐老化，机械稳定性较差，浇铸生产中结晶器液面波动范围较大，多年正常使用的结晶器保护渣对此生产条件的适应性也逐渐下降，主要表现为：结晶器液面结渣块现象逐渐增多，渣层中气体逸出时压力过大很容易翻动，保护渣消耗量过大。需要依此现象对保护渣进行优化和改进，确保保护渣的正常使用，弥补铸机老化、机械稳定性差的不足。为确保良好的渣层保温效果，保护渣中需维持11～15%的固定碳量以达到渣层保温效果。这里面的固定碳主要以增碳剂和高碳石墨为主，由于增碳剂和高纯石墨的熔化点很高，与较低熔点的基料熔化区间太大，骨架性能较强，所以两相区的分熔倾向性较大。由于增碳剂的材料密度较大，在渣粉中形成的间隙太小，导致高温形成的气体逸出受阻，所以渣层翻动较大。由此，为了实现最佳操作性能和获得满意的产品质量，对节能环保型方坯保护渣提出了更高的要求：1、保护渣必须具有良好的绝热保温性能，以抑制连铸过程中在结晶器内形成搭桥和结壳；2、确保较高的弯月面温度，维持渣流畅通，减轻振痕，减少铸坯表面及皮下缺陷；3、渣层达到稳定传热状态所需要的加热时间要短；4、稳定传热状态下渣层中的温度梯度要大；5、所选保护渣原材料和碳质材料密度要小，确保生产出轻质保护渣，使渣层疏松，使高温分解释放的气体能顺利逸出，避免压力过大造成渣层翻动，确保渣面平稳覆盖。

发明内容

本发明的目的是提出一种用天然石墨原矿为主的富碳型基料取代增碳剂和高碳石墨，达到节约煤炭资源和降低保护渣材料成本、解决方坯保护渣使用中液面结渣块多和渣层中气体逸出时压力过大造成翻动的问题、提高方坯保护渣的使用稳定性的环保节能型-方坯结晶器保护渣。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种环保节能型-方坯结晶器保护渣,由下述重量份的原料制成：炭黑1.00～1.50份、石墨原矿25～40份、BJ粉7～11份、白碱5～8份、硅酸钙13～18份、硅灰石23～33份、铝土1～4份、黄糊精2～3份。

所述的环保节能型-方坯结晶器保护渣制品中，二元碱度（CaO/SiO₂）为0.73～0.87，包括以下成份：SiO₂30.0～36.0份、CaO 23.0～28.0份、Al₂O₃7.0～10.0份、Fe₂O₃1.0～3.0份、MgO1.0～5.0份、Na₂O 5.0～8.0份、F^-2.0～4.0份、固定碳11～16份、挥发份6～11份。

所述环保节能型-方坯结晶器保护渣的渣层厚度7～11mm。

本发明的环保节能型-方坯结晶器保护渣技术方案的设计，应从保护渣化学成分设计、保护渣物理性能确定、配渣基料的选用和特点、生产工艺和质量控制标准等因素考虑。

一、保护渣化学成分设计

首先要求保护渣的二元碱度（CaO/SiO₂）不能太高，一般要小于0.90，以保证结晶器内渣膜形成良好的玻璃态，改善坯壳与结晶器之间的润滑，本发明控制保护渣的二元碱度在0.73～0.87范围内。本发明的方坯低碳类钢的碳含量在0.09～0.25%范围，即处于亚包晶钢范围，初生坯壳强度高，铸坯振痕较深，坯面容易出现凹陷和纵裂。小断面方坯结晶器散热快，液面温度低，易发生结晶器壁粘渣现象及熔渣易于凝固，铸坯易产生皱皮、结疤、重接等缺陷，所以保护渣中需配入较多的固定碳确保渣层较好的保温效果。因此，本发明保护渣中C含量控制范围为11.0～16.0%，Fe₂O₃含量控制范围为1.0～2.0%。保护渣中的F^-主要作用是降低渣粘度，改善液渣流动性，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，因此在本发明中特别注意控制保护渣中的F^-含量，本发明保护渣中F^-含量控制范围为2.0～4.0%。小断面方坯连铸时，由于拉速高，结晶器液面波动大，不易稳定，若保护渣选择不当，易使铸坯产生夹渣等缺陷。目前通过提高粘度来减少保护渣卷渣。在方坯铸机上，高粘度保护渣被用来解决结晶器内的波动和卷渣。选用高粘度保护渣可以大大减少轧材的表面缺陷。然而，保护渣粘度增高时，渣耗会减少，就会使润滑严重不足。使用高粘度低析晶温度保护渣，可以保证保护渣的耗量，且大大减少由卷渣引起的非金属夹杂含量。本发明的保护渣在1300℃时粘度为0.60～0.95 Pa·S。

二、保护渣物理性能确定

本发明要求保护渣具有较低的熔点、凝固温度和较快的熔化速度和较高粘度值特点。

三、配渣基料的选用和特点

保护渣的性能取决于制渣基料的选择，常规方坯保护渣中固定碳主要以高成本、高耗能的增碳剂和高碳石墨为主，由于增碳剂和高纯石墨的熔化点很高，与较低熔点的基料熔化区间太大，骨架性能较强，所以两相区的分熔倾向性较大。由于增碳剂的材料密度较大，在渣粉中形成的间隙太小，导致高温形成的气体逸出受阻，所以渣层翻动较大，由于小方坯结晶器内渣层空间较小，再加上浸入式水口的占用，周边渣层空间非常狭窄，翻动时很容易把渣圈、烧结层和渣层混为一体，严重影响三层结构的正常熔化。环保节能型保护渣选用天然石墨原矿为基料，粉状材料密度较小，容易形成较轻、疏松的渣层结构，气体逸出压力较小，渣层不易生产翻动，再加上石墨原矿为天然富碳和基料结合体，材料成分均匀性良好，减少了渣层熔化时的分熔倾向，明显增加了使用效果的稳定性。

四、生产工艺和质量控制标准

保护渣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。为了适应高拉速方坯保护渣的高质量需求，本发明保护渣采用了如下质量控制标准：a.每种原料粒度为250目；b.每种原料混匀搅拌和水磨成浆时间各1小时。采用本发明所述的环保节能型-方坯结晶器保护渣，在1台150×150mm² 方坯连铸机上浇注螺纹钢, 拉速稳定在2.70 m/min时的渣耗量为0.25～0.30 kg/T钢、钢水表面液渣层厚度7～11mm。该保护渣使用时，在结晶器内铺展性、保温性和熔化性能表现良好，渣面覆盖稳定没有翻动现象，渣层也没有结渣块出现；结晶器内四个面传热量稳定和均匀，满足高拉速要求；试验渣渣条小、改善了流入不均现象，保护渣润滑性好，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

一种环保节能型-方坯结晶器保护渣,由下述重量份的原料制成：炭黑0.10份、石墨原矿25份、BJ粉7份、白碱5份、硅酸钙13份、硅灰石23份、铝土1份、黄糊精2份。

所述的环保节能型-方坯结晶器保护渣制品中，二元碱度（CaO/SiO₂）为0.73，包括以下成份：SiO₂30.0份、CaO 23.0份、Al₂O₃7.0份、Fe₂O₃1.0份、MgO1.0份、Na₂O 5.0份、F^-2.0份、固定碳11份、挥发份6份。

所述环保节能型-方坯结晶器保护渣的渣层厚度7mm。

实施例二

一种环保节能型-方坯结晶器保护渣,由下述重量份的原料制成：炭黑1.125份、石墨原矿28.75份、BJ粉8份、白碱5.75份、硅酸钙14.25份、硅灰石25.5份、铝土1.75份、黄糊精2.25份。

所述的环保节能型-方坯结晶器保护渣制品中，二元碱度（CaO/SiO₂）为0.765，包括以下成份：SiO₂31.5份、CaO 24.25份、Al₂O₃7.75份、Fe₂O₃1.5份、MgO2.0份、Na₂O 5.75份、F^-2.5份、固定碳12.25份、挥发份7.25份。

所述环保节能型-方坯结晶器保护渣的渣层厚度8mm。

实施例三

一种环保节能型-方坯结晶器保护渣,由下述重量份的原料制成：炭黑1.25份、石墨原矿32.5份、BJ粉9份、白碱6.5份、硅酸钙15.5份、硅灰石28份、铝土2.5份、黄糊精2.5份。

所述的环保节能型-方坯结晶器保护渣制品中，二元碱度（CaO/SiO₂）为0.737，包括以下成份：SiO₂33份、CaO 25.5份、Al₂O₃8.5份、Fe₂O₃2份、MgO 3份、Na₂O 6.5份、F^-3份、固定碳13.5份、挥发份8.5份。

所述环保节能型-方坯结晶器保护渣的渣层厚度9mm。

实施例四

一种环保节能型-方坯结晶器保护渣,由下述重量份的原料制成：炭黑1.375份、石墨原矿36.25份、BJ粉10份、白碱7.25份、硅酸钙16.75份、硅灰石30.5份、铝土3.25份、黄糊精2.75份。

所述的环保节能型-方坯结晶器保护渣制品中，二元碱度（CaO/SiO₂）为0.772，包括以下成份：SiO₂34.5份、CaO 26.75份、Al₂O₃9.25份、Fe₂O₃2.5份、MgO 4份、Na₂O 7.25份、F^-3.5份、固定碳14.75份、挥发份9.75份。

所述环保节能型-方坯结晶器保护渣的渣层厚度10mm。

实施例五

一种环保节能型-方坯结晶器保护渣,由下述重量份的原料制成：炭黑1.50份、石墨原矿40份、BJ粉11份、白碱8份、硅酸钙18份、硅灰石33份、铝土4份、黄糊精3份。

所述的环保节能型-方坯结晶器保护渣制品中，二元碱度（CaO/SiO₂）为0.87，包括以下成份：SiO₂36.0份、CaO 28.0份、Al₂O₃10.0份、Fe₂O₃3.0份、MgO5.0份、Na₂O8.0份、F^-4.0份、固定碳16份、挥发份11份。

所述环保节能型-方坯结晶器保护渣的渣层厚度11mm。

Claims

1.一种环保节能型-方坯结晶器保护渣,其特征在于：由下述重量份的原料制成：炭黑1.00～1.50份、石墨原矿25～40份、BJ粉7～11份、白碱5～8份、硅酸钙13～18份、硅灰石23～33份、铝土1～4份、黄糊精2～3份。

2.如权利要求1所述的环保节能型-方坯结晶器保护渣，其特征在于：二元碱度（CaO/SiO₂）为0.73～0.87，包括以下成份：SiO₂30.0～36.0份、CaO 23.0～28.0份、Al₂O₃7.0～10.0份、Fe₂O₃1.0～3.0份、MgO1.0～5.0份、Na₂O 5.0～8.0份、F^-2.0～4.0份、固定碳11～16份、挥发份6～11份。