CN103121090A

CN103121090A - 一种高锰中碳包晶钢连铸结晶器保护渣及其制备方法

Info

Publication number: CN103121090A
Application number: CN2013100780297A
Authority: CN
Inventors: 张福; 陈永艳; 屈党军; 彭会志; 薄红涛; 王岩; 王正英; 赵春宝; 梁冠东; 王旭阳
Original assignee: XIXIA LONGCHENG METALLURGICAL MATERIAL CO Ltd
Current assignee: XIXIA LONGCHENG METALLURGICAL MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: CN103121090B

Abstract

本发明公开了一种高锰中碳包晶钢连铸结晶器保护渣及其制备方法，通过在保护渣中加入2%～8%的MnO，使保护渣透红外性能明显降低，降低保护渣的红外透光度，从而使保护渣辐射传热性能降低，以达到降低裂纹率，将裂纹率有效地控制在0.8%以下，极大地降低了生产成本；并且通过有效地控制保护渣结晶性能，有效地避免了液态渣膜中出现析晶情况的发生，从而有效地避免了出现粘结甚至漏钢等生产事故发生。

Description

一种高锰中碳包晶钢连铸结晶器保护渣及其制备方法

技术领域

本发明属于炼钢辅料技术领域，具体涉及一种高锰中碳包晶钢连铸结晶器保护渣及其制备方法。

技术背景

对于中碳包晶钢连铸而言，凝固过程中会发生包晶反应，结晶器弯月面以下50mm区域初生坯壳收缩大，晶粒粗大，初生坯壳生长不均匀，易产生裂纹，这在全球钢铁行业中是一个公认的难题。

目前，生产中碳包晶钢连铸结晶器保护渣的厂家不少，但不论是进口渣还是国产渣在连铸实践中都存在着众多的问题，主要表现在：（1）铸坯裂纹率高，造成钢厂生产成本居高不下；（2）进口渣不能有效结合我国现场具体工艺情况及时做出相应的调整，难以满足实际需要；（3）国产渣常采用提高保护渣结晶性能的方法来控制通过渣膜的传热量来解决裂纹，但保护渣结晶性能提高的同时会使液态渣膜中出现析晶，从而恶化铸坯与结晶器之间的润滑状况，进而导致出现粘结甚至漏钢等生产事故的发生。

2012年09月05日公开的申请号为201210153879.4发明专利一种中碳亚包晶钢连铸结晶器用保护渣，所述保护渣的组分按照重量百分比计算为：CaO 40～50 %，SiO₂ 40～50 %，B₂O₃ 1～6 %，Li₂O 1～4 %，Al₂O₃ 1～5 %，BN 1～6 %，不可避免的杂质1～2 %，杂质中S<0.03 %，P<0.03 %。其制备方法如下：将原料充分干燥脱水后按重量分数称量配料，磨细混匀，预熔后冷却再磨粉，然后采用传统的保护渣制备成型工艺制成颗粒状成品渣。本发明的保护渣具有较低的熔化温度和较高的析晶温度，特别是兼具玻璃渣的润滑及防氧化效果好，吸收夹杂能力强的优点和高析晶温度渣具有的保温性能好，控制铸坯裂纹产生的优势，适合用于裂纹敏感的中碳亚包晶钢的浇注。其不足之处在于：在实际应用当中，保护渣结晶性能提高的同时会使液态渣膜中出现析晶，从而恶化铸坯与结晶器之间的润滑状况，进而导致出现粘结甚至漏钢等生产事故的发生。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种通过降低保护渣的红外透光度，从而使保护渣辐射传热性能降低，以达到降低裂纹率，降低生产成本和有效避免出现粘结甚至漏钢等生产事故发生的高锰中碳包晶钢连铸结晶器保护渣其制备方法。

一种高锰中碳包晶钢连铸结晶器保护渣，其由如下重量百分比的原材料制得：萤石粉 6.2～6.3 %、工业纯碱 6.3～7.0 %、硅灰石粉 40.6～41.0 %、水泥熟料 4.1～4.5 %、炭黑 2.6 %、土状石墨 10.4～10.1 %、方解石 1.2～1.9 %、铝矾土 7.5～7.8 %、无碳烟灰 14～15 %、碳酸锰 5 % 。

采用上述原材料制得的保护渣，其化学成分质量百分比为：CaO：25％～30％，SiO₂：34%～42％，CaF₂：10%～15％，MgO：1%～3％，Fe₂O₃：0.5%～2.5%，Al₂O₃：2.5%～7%，Na₂O：8%～12％，MnO：2～8% 。

本发明的高锰中碳包晶钢连铸结晶器保护渣制备方法，其无需将原材料预先制备成预熔基料，极大地节约了生产制造成本。并且包括如下步骤：

a) 原材料检测：取样分析其化学成份；

b) 连铸结晶器保护渣产品配方设计：化学成份确定后，根据原材料的化学成份和原材料配比需要，设计连铸结晶器保护渣的配方；

c) 配料：将原材料按既定设计配方的比例混匀后备用；

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

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。

本发明的改进方案，所述粒度要求不大于0.2 mm,且95%以上的粒度不低于0.17 mm 。

本发明进一步的优选方案，所述MnO的质量百分含量为：5～7 %。

本发明的设计原理和思路如下：

玻璃是由多原子组成的大分子结构的物质，多原子分子在振动时，只有振动过程中能改变分子的对称行为而使偶极矩发生的振动方式，才能吸收红外辐射。振动过程中偶极矩变化越大，相应的吸收带越强。振动粒子的电荷越多，则偶极矩的变化越大，红外吸收就越强，由于偶极矩和玻璃分子结构中存在的杂质及缺陷直接相关，故可通过加入外来离子来提高材料的红外吸收性能。另外，由于过渡族金属离子在保护渣的网络结构中由于与周围氧离子的距离不等，它们之间会产生一个较大的偶极矩，当晶格振动时其偶极矩的变化将增大，它们有自己的特征振动谱带，这个谱带与保护渣自身的谱带相叠加，进一步提高了材料的红外辐射性能。研究发现，保护渣中加入Mn²⁺过渡金属离子在保护渣中的固溶对保护渣的结构产生影响，使保护渣中Si、O、Al等元素的化学环境发生变化，降低了分子结构的对称型，从而使保护渣的红外吸收性能提高。

Mn²⁺的离子半径较小，最外层电子对核的屏蔽作用小，因而有效核电核较大，对配体有较强的吸引力，所以它们有很强的形成配合物的倾向。由于配合物分裂能的不同，其选择吸收光的波长不同，因此过渡族金属元素在玻璃中的着色不同。加入MnO后保护渣颜色为淡黄色，加入FeO后的保护渣变成暗绿色，这是因为它们吸收可见光区中某些波长的光而呈现出未被吸收的那部分光的颜色。事实上，过渡族金属元素的吸收光的范围往往扩展到近紫色光区和红外光区，它们吸收光的范围大致在200～25000 nm的波长范围，热射线也被包含在这个范围之内。

由于保护渣中MnO的加入，使保护渣中的固溶对保护渣的结构产生影响，保护渣中的Si、O、Al等元素的化学环境发生变化，降低了分子结构的对称型，从而使保护渣的红外吸收性能提高。其电子层结构特征使其吸收谱带与保护渣原有的红外吸收谱带叠加，使渣膜在红外光区的吸收能力增强。

基于以上理论，通过构建连铸条件下连铸坯通过保护渣渣膜与结晶器铜壁之间的辐射传热灰体模型，并利用该模型模拟计算在连铸条件下，铸坯坯壳通过厚度不同的保护渣渣膜向结晶器铜壁方向的辐射换热量，以此来比较各保护渣的辐射传热性能。该方法是独创的保护渣辐射传热性能评价方法，计算结果表明这种方法是可行的。

MnO的加入使保护渣透红外性能明显降低，证明其具有较好的降低保护渣辐射传热性能的作用，渣膜辐射传热性能计算结果表明，MnO组分的保护渣渣膜的辐射传热能力相对基础渣有不同程度的下降，随着MnO%加入量的增加下降幅度明显，最多可降辐射传热量65%。经X射线衍射测试研究发现，在含MnO的渣中有Mn₂SiO₄晶体析出，该晶体降低了保护渣的红外透光度，从而使保护渣辐射传热性能降低。MnO%大于8%时，综合性能已不明显。故项目之产品的MnO含量在2%～8%。

本发明通过在保护渣中加入2%～8%的MnO，使保护渣透红外性能明显降低，降低保护渣的红外透光度，从而使保护渣辐射传热性能降低，以达到降低裂纹率，将裂纹率有效地控制在0.8%以下，极大地降低了生产成本；并且通过有效地控制保护渣结晶性能，有效地避免了液态渣膜中出现析晶情况的发生，从而有效地避免了出现粘结甚至漏钢等生产事故发生。

具体实施方式

实施例一：

Figure 2013100780297100002DEST_PATH_IMAGE001

A钢厂实验工艺：试验钢种：中碳包晶钢，浇注断面：230*1030 mm²，浇注温度：1535～1565 ℃，拉速：0.8～1.1 m/min；

试验数量：5.0 t；

经过试验浇钢约50炉近6000余吨的试验，结果如下：

结晶器内反映火焰小、渣条少，工人反映易操作。铸坯质量较用普碳钢类保护渣有了大幅度的提高，表面合格率与上月的73.45%提高以99.27％。解决了用普碳钢类保护渣的表面凹坑类问题，同时对铸坯表面分析，方坯低碳保护渣基本没有增碳现象。

实施例二：

Figure 2013100780297100002DEST_PATH_IMAGE002

B钢厂试验工艺：钢种：中碳包晶钢，断面：250*1700 mm²，拉速：0.85～1.05 m/min。

试验中观测到：保护渣在结晶器中铺展性良好，火苗适中，反应活跃，无结团、无渣块，熔化均匀；

液渣层：总渣层35 mm左右，液渣稳定保持在10～12 mm；

渣耗量：据统计，约为0.53 Kg/T，耗量适中；

本实验时段内，结晶器内钢液面极稳定，没有出现边部剧烈翻腾现象，拉速稳定在1～1.05 m/min；跟踪时段内，未出现监控曲线跑高现象,说明该渣结晶器润滑效果理想。成品铸坯表面未出现裂纹、凹坑等现象，表面合格率与上月的73.45%提高以99.38％。

实施例三

Figure 2013100780297100002DEST_PATH_IMAGE003

C钢厂实验工艺：试验钢种：中碳包晶钢，浇注断面：270*1800 mm²，拉速：0.8～1.0 m/min；

试验中观测到：保护渣在结晶器中铺展性良好，火苗适中，反应活跃，无结团、无渣块，熔化均匀；渣条少，工人反映易操作

液渣层：总渣层30mm左右，液渣稳定保持在11～13 mm；

渣耗量：据统计，约为0.58 Kg/T，耗量适中；

本实验时段内，结晶器内钢液面极稳定，没有出现边部剧烈翻腾现象，拉速稳定在0.9-0.95 m/min；跟踪时段内，未出现监控曲线跑高现象,说明该渣结晶器润滑效果理想。成品铸坯表面未出现裂纹、凹坑等现象，表面合格率与上月的75.45%提高以99.48％。

本发明通过在保护渣中加入2%～8%的MnO，将裂纹率有效地控制在0.8%以下，极大地降低了生产成本；并且通过有效地控制保护渣结晶性能，有效地避免了液态渣膜中出现析晶情况的发生，从而有效地避免了出现粘结甚至漏钢等生产事故发生。

Claims

1. 一种高锰中碳包晶钢连铸结晶器保护渣，其特征在于：其由如下重量百分比的原材料制得：萤石粉 6.2～6.3 %、工业纯碱 6.3～7 %、硅灰石粉 40.6～41 %、水泥熟料 4.1～4.5 %、炭黑 2.6 %、土状石墨 10.4～10.1 %、方解石 1.2～1.9 %、铝矾土 7.5～7.8 %、无碳烟灰 14～15 %、碳酸锰 5 % 。

2. 如权利要求1所述的高锰中碳包晶钢连铸结晶器保护渣，其特征在于：其化学成分质量百分比为：CaO：25％～30％，SiO₂：34%～42％，CaF₂：10%～15％，MgO：1%～3％，Fe₂O₃：0.5%～2.5%，Al₂O₃：2.5%～7%，Na₂O：8%～12％，MnO：2%～8% 。

3. 一种如权利要求1或2所述的高锰中碳包晶钢连铸结晶器保护渣的制备方法，其特征在于：其无需将原材料预先制备成预熔基料，极大地节约了生产制造成本，并且包括如下步骤：

原材料检测：取样分析其化学成份；

连铸结晶器保护渣产品配方设计：化学成份确定后，根据原材料的化学成份和原材料配比需要，设计连铸结晶器保护渣的配方；

配料：将原材料按既定设计配方的比例混匀后备用；

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

造粒:将搅拌后的料浆喷雾造粒；

成品检测，合格包装入库。

4. 如权利要求3所述的高锰中碳包晶钢连铸结晶器保护渣的制备方法，其特征在于：所述粒度要求不大于0.2 mm,且95%以上的粒度不低于0.17 mm 。

5. 如权利要求2所述的高锰中碳包晶钢连铸结晶器保护渣，其特征在于：所述MnO的质量百分含量为：5%～7%。