CN103381474B

CN103381474B - 轴承钢专用连铸结晶器保护材料

Info

Publication number: CN103381474B
Application number: CN201310319402.3A
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: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: CN103381474A

Abstract

本发明公开了一种轴承钢专用连铸结晶器保护材料，其原料包括碳黑、高碳石墨、氟化钠、冰晶石、高萤、低氟熔化料、玻璃粉、黄糊精；其质量百分含量分别为3%、10%、5～7%、5～8%、6～8%、55～63%、10～14%、2～3%。用上述研究结果由河南西保冶材集团生产的该保护材料,在苏钢浇铸轴承钢断面260×340mm²,拉速稳定在0.60m/min时的渣耗量为0.40kg/t钢、液渣层厚度8～12mm。该保护材料在结晶器内铺展性、保温性和熔化性能良好，传热稳定均匀、渣条较小，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；铸坯表面无夹渣粘渣现象，铸坯表面质量好。

Description

轴承钢专用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，特别是一种轴承钢专用连铸结晶器保护材料。

背景技术

在跨入21世纪以来，我国工业化已悄然进入重工业新发展的新的阶段，即“重工业化”时代，重工业和第二产业比重上升，发展速度加快。优钢特钢是国民经济建设、特别是发展重工业所不可缺少的重要基础材料，是一个国家工业化水平的重要标志之一。优特钢具有更高的强度和韧性、物理性能、化学性能、生物相容性和工艺性能，广泛应用于机械、汽车、石油化工、建筑、家电、航空工业、国防军工等各个领域。这些年，在机械、汽车、造船、化工等以重化工业为的产业持续发展的拉动下，我国的优特钢市场日趋看好，优特钢产量不断递增。

在2013年乃至整个“十二五”期间，特殊钢市场对钢材质量、性能、品种需求远大于对特钢数量的需求，其中对高碳铬轴承钢的质量、性能、品种需求则是特钢市场需求的重中之重。业内分析，轴承制造产业发展立足高端产品很可能是未来的主要趋势。轴承钢是用于制造滚动轴承的滚珠，滚柱和套筒等的钢种，也可用于制作精密量具，冷冲模，机床丝杠及柴油机油泵的精密偶件。轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力，所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限，对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。近五十年来我国还在轴承钢钢种及其轴承用材料方面，如无铬轴承钢、中碳轴承钢、特殊用途轴承钢及合金、金属陶瓷等取得了很大的进展。高碳铬轴承钢GCr15是世界上生产量最大的轴承钢，含碳量为1%左右，含铬量为15%左右，从1901年诞生至今100多年来，主要成分基本没有改变，随着科学技术的进步，研究工作任在继续，产品质量不断提高，占世界轴承钢生产总量的80%以上。而目前来说，国内轴承钢冶炼水平较欧美发达国家仍有一定差距，其冶炼缺陷主要表现在：①裂纹：钢锭的皮下气泡，严重的非金属夹杂物，钢材在锻轧过程中加热温度过高、锻轧后冷却快、终轧终锻温度过低等原因都有产生裂纹的可能性。②折叠：钢材在锻轧过程中产生的飞边、毛刺、皱折和尖锐棱角等，在继续轧制时压入金属内部，则形成折叠。③结疤：由于钢锭表面的夹渣、凹坑，在锻轧过程中形成较薄、扁平的分层，称之为结疤。④刮伤：因轧机导板上沾有金属颗粒、导板安装不当等原因，使钢材表面刻划出沟槽，称为刮伤或划痕。⑤夹渣：炉渣和各种耐火材料，在钢浇注过程中未浮在钢锭头部而集聚在钢锭表面，钢锭修整时又未清理掉，因此在钢材表面形成夹渣。⑥脱碳：钢材在加热过程中，表面要发生氧化作用，炉气中的氧与钢材表面的碳进行氧化，形成气体，使钢材表面的碳量低于规定数值称脱碳。脱碳对承钢来说是一个严重的缺陷，往往造成轴承零件表面脱碳，淬火后的硬度达不到技术要求。

河南省西保冶材集团有限公司是一家专业生产钢铁冶金辅料生产厂家，一贯注重依靠科技进步，实现技术创新，把增强自主创新能力作为发展科技的基点，加快新技术开发和推广。针对以上轴承钢所存在的缺陷我公司组织相关科研人员参与开发和设计出轴承钢专用保护材料，要求保护材料必须合理控制碱度和粘度，提高保护材料的润滑能力，避免保护材料熔化不均匀和不合理结晶器流场下的卷渣，降低渣膜润滑性和铸坯洁净度，合理解决了保护材料润滑和传热性能的矛盾，在技术上具有创新性。为实现低碱度高结晶率保护材料的研究开发，我公司课题组与相关钢厂开展和完成的主要研究内容有：①对铸坯表面缺陷特征，及其与连铸工艺参数、保护材料等方面的关系进行了深入地调查分析；②进行了保护材料碱度和熔剂对保护材料结晶特性及热稳定特性的影响研究；③根据钢种特性、连铸工艺参数和实验室研究结果，通过创新组合设计开发出了低碱度高结晶率、低传热量的保护材料；④进行了样品工业试验，在试验中重点进行了保护材料熔化特性、传热、润滑能力分析和铸坯表面质量检查，试验表明，研制的保护材料具有较低地传热速率和良好地润滑性，并能显著提高铸坯表面质量。

发明内容

在本发明提供一种能显著提高轴承钢纯净度和无缺陷度的专用连铸结晶器保护材料，通过精选原材料种类和配比，凸出提高MgO含量，提高保护材料的综合碱度，增加保护材料吸附溶解钢水上浮夹杂物的能力；明显增加保护材料的表面张力，促进钢-渣分离，增加钢坯的纯净度，增强保护材料的玻璃性能，确保充分润滑。

一种轴承钢专用连铸结晶器保护材料，其原料包括碳黑、高碳石墨、氟化钠、冰晶石、高萤、低氟熔化料、玻璃粉、黄糊精；其质量百分含量分别为3%、10%、5～7%、5～8%、6～8%、55～63%、10～14%、2～3%。

所述专用连铸结晶器保护材料的有效成份包括SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、Na₂O、F^－、MgO、固定碳、挥发份；其质量百分含量为SiO₂ 29.0～35.0%，CaO 22.0～28.0%，Al₂O₃ 1.0～4.0%，Fe₂O₃≤2.0%，Na₂O 10.0～13.0%，F^－ 6.0～9.0%，MgO 5.0～9.0%，固定碳10～16%，挥发份5～11%。

所述专用连铸结晶器保护材料的二元碱度（CaO/SiO₂）为0.67～0.87。

轴承钢的特点是热强度差，浇铸温度和浇铸速度较低，同时容易产生粘结漏钢。轴承钢容易粘结，这与初始生成的坯壳凝固收缩小有关，因此结晶器和凝固壳之间的液渣流入通道变的更窄，所以轴承钢专用连铸结晶器保护材料的设计重点应放在保证润滑上，渣耗量的保证非常关键。为此，设计该保护材料的粘度和凝固温度要低些，渣膜玻璃化倾向要大些，以保证良好的润滑性能，轴承钢专用连铸结晶器保护材料应满足：①为了确保充分的消耗量和润滑，可选择低碱度、较低粘度的保护材料；②为了确保保温性能，需要增加保护材料中的游离碳，本发明保护材料中碳含量控制范围为10.0～16.0%。

保护材料化学成分设计：①首先要求保护材料的二元碱（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，本发明控制保护材料的二元碱度在0.67～0.87范围内。②保护材料中的F^－主要作用是降低渣粘度，改善液渣流动性，本发明保护材料中F^－含量控制范围为6.0～9.0%。③MgO是轴承钢保护材料的优选成分，因为它可降低渣的粘度、凝固点和活化能，MgO的加入可使渣在保持相同粘度及软化点时，增加渣的流动性，提高渣耗量；另外，在渣中加入适量的MgO对提高渣的化学稳定性是很有利的，保护材料中配人较高的MgO含量能提高表面张力，促使钢-渣分离，减少铸坯夹杂物含量；MgO还可以提高Al₂O₃在保护材料中的溶解速度；本发明保护材料中MgO含量控制范围为5.0～9.0%，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含量不能太高，一方面避免在渣膜中析出霞石，破坏渣膜的玻璃性能，减少保护材料中的Na₂O含量同时还可提高保护材料的表面张力，有利于渣-金分离，减少铸坯表面夹渣和粘渣，本发明保护材料中Na₂O含量控制范围为10.0～13.0%，Na₂O在保护材料的作用仍然是降低熔点和粘度。

保护材料物理性能确定：本发明要求保护材料具有较低的熔点、粘度、凝固温度和较快的熔化速度。具体设置要求为：熔点（半球点温度）为1000～1070℃；1300℃的粘度为0.12～0.16Pa·S；凝固温度为1080～1120℃（粘度-温度曲线判定）；熔化速度为25～37秒（渣柱法测试）。

配渣基料的选用：影响保护材料的性能。常规的机混渣主要采用多种生料混合而成，由于受热后产生分解化合物而影响到性能变化，影响了熔渣的稳定性。本研究选择用预熔型渣作为保护材料配渣基料，该特制的预熔型渣除了含有常规的预熔型渣基本成分外，如SiO₂、CaO、Al₂O₃、Na₂O 、F^－，还含有本发明保护材料需要的MgO成分。由于减少了生料的配入比例，熔渣性能的稳定性得到了提高；特别是预熔型连铸渣基料比例达到了55～60%，减少了在结晶器内的分解化合反应过程，明显增加了使用效果的稳定性。其中所述高萤为高品位萤石的意思。

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。为了适应轴承钢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250目；②混匀搅拌和水磨成浆时间各1h。

发明的效果：采用上述研究结果由河南西保冶材集团有限公司生产的该保护材料, 在苏钢浇铸轴承钢断面：260×340mm², 拉速稳定在0.60 m/min时的渣耗量为0.40 kg/t钢、钢水表面液渣层厚度8～12mm。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；结晶器内四个面传热量稳定均匀、渣条较小，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

具体实施例一

所述专用连铸结晶器保护材料的有效成份包括SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、Na₂O、F^－、MgO、固定碳、挥发份；其质量百分含量为SiO₂ 30.0%、CaO 28.0%、Al₂O₃ 1.0%、Fe₂O₃1.5%、Na₂O 10.0%、F^－ 9.0%、MgO 5.0%、固定碳16%、挥发份5%。

具体实施例二

所述专用连铸结晶器保护材料的有效成份包括SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、Na₂O、F^－、MgO、固定碳、挥发份；其质量百分含量为SiO₂ 35.0%、CaO 22.0%、Al₂O₃ 4.0%、Fe₂O₃0.5%、Na₂O 13.0%、F^－ 6.0%、MgO 9.0%、固定碳10%、挥发份11%。

具体实施例三

所述专用连铸结晶器保护材料的有效成份包括SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、Na₂O、F^－、MgO、固定碳、挥发份；其质量百分含量为SiO₂ 32.0%、CaO 25.0%、Al₂O₃ 2.5%、Fe₂O₃1.0%、Na₂O 11.5%、F^－ 7.5%、MgO 7.5%、固定碳13%、挥发份8%。

Claims

1. 一种轴承钢专用连铸结晶器保护材料，其特征在于：其原料包括碳黑、高碳石墨、氟化钠、冰晶石、高萤、低氟熔化料、玻璃粉、黄糊精；其质量百分含量分别为3%、10%、5～7%、5～8%、6～8%、55～63%、10～14%、2～3%，所述各组分原料含量的百分比之和为100%；所述保护材料的有效成份包括SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、Na₂O、F^－、MgO、固定碳、挥发份；其质量百分含量为SiO₂ 29.0～35.0%，CaO 22.0～28.0%，Al₂O₃ 1.0～4.0%，Fe₂O₃≤2.0%，Na₂O 10.0～13.0%，F^－ 6.0～9.0%，MgO 5.0～9.0%，固定碳10～16%，挥发份5～11%。

2.如权利要求1所述的专用连铸结晶器保护材料，其特征在于：所述保护材料的二元碱度（CaO/SiO₂）为0.67～0.87。