CN103639384A

CN103639384A - 高拉速薄板坯连铸的结晶器保护渣

Info

Publication number: CN103639384A
Application number: CN201310691718.5A
Authority: CN
Inventors: 杨晓江; 郝占全; 于勇; 王兰玉; 张大勇; 孙彩君; 王彬; 郝常鑫; 张连祝; 殷凯; 马永红; 付建军
Original assignee: Hebei Iron and Steel Co Ltd Tangshan Branch
Current assignee: Hebei Iron and Steel Co Ltd Tangshan Branch
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-03-19

Abstract

本发明公开了一种高拉速薄板坯连铸的结晶器保护渣，其化学成份重量百分含量为：CaO 34～44%、Al₂O₃ 2～8%、SiO₂ 20～30%、MgO 1～9%、F 5～15%、Na₂O≤6.5%、K₂O≤5%、Li₂O≤6%，余量碳及不可控制的杂质。本保护渣中CaO高、SiO₂低，可提高钢水的纯净度，同时保护渣中MgO、CaO都是碱土金属氧化物，Li₂O、Na₂O、K₂O都是碱金属氧化物，熔化温度低，起到助熔的作用，可以减少助熔剂的使用量，使各种晶体的析出可能性降低，从而提高保护渣的玻璃性，使保护渣在高拉速下具有良好的润滑作用。F含量的准确控制满足高拉速下表面质量的要求，适量Al₂O₃改善润滑。本保护渣能满足SS400、Q345等中碳钢种连铸工艺要求，且保护渣成分性能稳定，可以实现多炉连浇。

Description

高拉速薄板坯连铸的结晶器保护渣

技术领域

本发明涉及一种连铸结晶器保护渣，尤其是一种高拉速薄板坯连铸的结晶器保护渣。

背景技术

连铸结晶器保护渣是以CaO-SiO₂ 体系为基础的多元混合物，具有隔热保温，防止钢液二次氧化、吸收钢液中上浮夹杂物、控制铸坯与结晶器之间的水平传热、润滑铸坯等功能，尤其是后两种功能对连铸工艺的顺利进行及铸坯表面质量具有决定性的作用。目前高拉速下薄板坯连铸面临的浇铸条件非常严格和苛刻，给改善铸坯质量和稳定连铸操作带来一系列困难，例如某钢厂拉坯速度可达4-6m/min。拉坯速度如此之高，单位时间内注入结晶器内钢液量大，结晶器内钢液搅拌非常强烈，液面稳定性差，容易引起铸坯表面和皮下夹渣及裂纹的产生，同时，结晶器内钢液面上熔渣层厚度难以保持均匀，在拉速很高时，出结晶器坯壳厚度薄。这就要求保护渣的成渣速度快，能够及时补充液渣的快速消耗，在高速铸造或拉速变化较大的情况下，仍能够维持足够的保护渣消耗量，同时要求保护渣能够在结晶器壁与坯壳间形成厚度均匀的渣膜，防止坯壳与结晶器壁直接接触，以降低摩擦力并使结晶器散热均匀，防止裂纹的产生及粘结漏钢，避免铸坯产生表面缺陷。

薄板坯铸坯厚度40～60mm或70～90mm。在同等拉速条件下，结晶器热流大，产生纵裂的倾向增大，而且浸入式水口形状受到限制，易造成钢水液面搭桥以及结晶器壁各处温度分布不均匀和强股强烈冲刷，使坯壳不均匀，结晶器内钢水表面积小，熔渣吸附夹杂物机会小。这就要求保护渣有稳定的操作性能，具有良好的溶解吸收夹杂物、保持钢液纯净度的能力，同时不会由于液渣在结晶器内成分或温度变化曾现大的物理性能波动也要求保护渣具有一定的析晶能力，增大热阻，防止热流过大引起的坯壳不均造成应力集中。

现有的保护渣大多在浇铸SS400等中碳钢在拉速4m/min以下使用良好，宽面热流稳定在1900～2000MW/M²之间，窄面热流1300～1400 MW/M²之间，热像图显示传热效果稳定良好，液渣层稳定为平均15mm，渣条很少。但是拉速达到4～6m/min时，现有的保护渣在结晶器内容易形成渣条，使结晶器与铸坯间摩擦系数大，润滑作用不好，易使铸坯产生纵裂，甚至发生漏钢。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高拉速薄板坯连铸的结晶器保护渣，以满足薄板坯中碳钢连铸工艺需要。

为解决上述技术问题，本发明所的化学成份重量百分含量为：CaO 34～44%、Al₂O₃ 2～8%、SiO₂ 20～30%、MgO 1～9%、F 5～15%、Na₂O 2～6.5%、K₂O 0.2～5%、Li₂O 0.4～6%，余量碳及不可控制的杂质。

优选的，化学成份重量百分含量为：CaO 39.2～41.7%、Al₂O₃ 2.1～4.3%、SiO₂ 21.4～23.7%、MgO 1.2～4.1%、F 9.2～11.7%、Na₂O 3.4～5.8%、K₂O 0.6～1.7 %、Li₂O 0.8～1.8%，余量碳及不可控制的杂质；其中K₂O+Li₂O为2～3.5%。

本发明所述保护渣的半球点温度为1050～1100℃，黏度为0.2～0.25Pa·s。

本发明中各化学成分的作用机理及限定原因如下：

CaO：是保护渣的基料成分，其来源广泛，价格便宜。它的熔点是2600℃，其与析晶温度有关，属于网络外氧化物。因此提高CaO含量，可以明显降低渣的黏度，并吸收钢中夹杂物。高碱度保护渣可提高溶解、吸收钢中夹杂物的速度。本发明将CaO的重量百分比控制在34～44%范围，优选39.2～41.7%范围。

Al₂O₃：在保护渣中能够起到降低保护渣凝固点、改善润滑的作用。Al₂O₃是网络形成体，能提到保护渣的玻璃性。所以本发明中Al₂O₃控制在2～8%范围内，优选2.1～4.3%范围内。

SiO₂：作为保护渣中的网络结构形成体，使保护渣溶渣形成玻璃相，以利于铸坯润滑。为了增加保护渣吸收杂质的能力可适当降低SiO₂的含量，但SiO₂太低会造成析晶温度变大，不利于传热和润滑性能。本发明中结合保护渣中CaO的含量在34～44%范围内的同时控制保护渣中SiO₂在20～30%的含量，优选为21.4～23.7%，这样在拉速条件下既很好的保持保护渣吸收杂质的能力，又同时提高熔渣玻璃态的性能。

MgO：高速连铸时，MgO是保护渣的优选成份，因为它可以降低渣的黏度、凝固点和活化能。MgO的加入可使渣在保持相同黏度及软化点的同时，增加渣的流动性，提高渣耗。另外渣中加入适量MgO对提高渣的化学稳定性是很有利的。但是MgO含量过高会使渣的熔化性能变坏。本发明中通过适当的MgO含量，使高速铸造或者拉速变化较大的情况下，仍能维持足够的保护渣消耗量本发明将MgO控制在1～9%范围内，最好控制在1.2～4.1%范围内，即能达到很好的效果。

F：作为一种重要助熔剂，一般以莹石作原料加入保护渣中。F含量较高时，结晶器液面不结冷皮，铸坯表面质量好，但渣中F含量过高，会破坏渣的玻璃性，使润滑条件恶化。本发明中将F含量控制在5～15%，最好控制在9.2～11.7%，这样更能满足连铸坯的润滑和表面质量要求。

Na₂O：属于网络外氧化物，能破坏硅酸盐网络结构，在保护渣中起降低熔化温度和黏度作用。如果加入量过高，熔渣中容易析出霞石，对结晶器润滑不利。所以本发明将其含量控制在≤6.5%范围，最好控制在3.4～5.8%。

K₂O、Li₂O：选择K₂O、Li₂O等碱性金属替代部分Na₂O作为助熔剂，使每一种碱金属氧化物的浓度控制在一定范围内，从而减低保护渣形成碱金属氧化物结晶体的可能性，满足连铸坯的润滑要求。Li₂O加入渣中，能破坏渣的链结构，使渣有流动性并降低结晶温度。降低渣的黏度和软化温度。所以本发明将K₂O+ Li₂O 选为≤11%范围，优选为2～3.5%范围。

半球点温度：保护渣的半球点温度如果设计过高，则在结晶器中容易凝结结晶导致润滑性不好，如果设计过低则不易控制成型。当控制保护渣的半球点温度使其在铸坯出结晶时，保护渣熔渣形成的渣膜应保持部分液态，以起到充分润滑铸坯的作用。本发明通过调节保护渣中各成份含量，将保护渣的半球点温度控制在1050～1100℃之间，能保证熔渣形成的渣膜在结晶器内保持液体状态，使铸坯在结晶器内全程得到保护渣的润滑。

黏度（1300℃）：一般在其1300℃条件下的保护渣的流动性，常用保护渣的黏度（1300℃）η与拉坯速度v的乘积来评价润滑状况。黏度值太大时保护渣容易导致结晶润滑性能不好导致摩擦力增大，如果太低则保护渣不易成型。本发明将保护渣的1300℃是的黏度控制在0.2～0.25Pa.s之间，在高拉速下能保证液渣流入弯月面内形成渣膜将整个铸坯包住，起到润滑和改善传热的作用。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明的保护渣中CaO高、SiO₂低，碱度高使保护渣在结晶器中吸附杂质的能力更强，可提高钢水的纯净度，同时保护渣中MgO、CaO都是碱土金属氧化物，其物理化学性质基本一致；Li₂O、Na₂O、K₂O都是碱金属氧化物，其物理化学性质基本一致；根据保护渣“多组元效应”原理，保护渣的成份相互取代后，组元越多，熔化温度低，起到助熔的作用，可以减少助熔剂的使用量，使各种晶体的析出可能性降低，从而提高保护渣的玻璃性，使保护渣在高拉速下具有良好的润滑作用。F含量的准确控制满足高拉速下表面质量的要求，适量Al₂O₃改善润滑。本保护渣能满足SS400、Q345等中碳钢种连铸工艺要求，且保护渣成分性能稳定，可以实现多炉连浇。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明，实施例1-11为高拉速薄板坯连铸的结晶器保护渣，采用下述制备方法和化学成分。

制备方法：将含有上述成份的原料研磨至小于200目的粉末，配入设计含量的碳质材料，使其成份满足成分与性能满足设计要求，在高温下熔化后经粉碎、造渣即可得到表1所列九种成份的结晶器保护渣。

化学成分：各实施例的化学成分重量百分比见表1，余量碳及不可避免的杂质。

表1：各实施例的化学成分

Figure 2013106917185100002DEST_PATH_IMAGE001

应用试验：

对本发明的以上实例在唐钢薄板坯连铸机上进行了应用试验，试验拉速4～6m/min、铸坯厚度70～90mm、铸坯宽度1200～1520mm、试验钢种SS400、Q345等常规中碳钢，并且对该试验进行跟踪检测，检测发现：1、保护渣熔化速度均匀、渣条少，液渣层厚度均在15mm左右；2、熔渣玻璃相多，保护渣析晶温度低，传热，润滑效果好，结晶器宽面热流稳定在1900～2200MW/M²之间，窄面热流稳定在1300～1500 MW/M²之间；3、在连铸结晶器中对保护渣的成份和性能进行实时抽样检测分析，发现随着连铸时间的推移，保护渣的物理性能也保持稳定，钢-渣界面清晰；4、经检测保护渣中的CaO、SiO₂等主要成份含量保持稳定，因而可以证明在连铸结晶器中钢-渣界面没有发生化学变化，不存在有传质过程；5、生产的铸坯表面质量好，避免了铸坯夹渣的产生，同时铸坯裂纹缺陷也得到了很好的控制；6、薄板坯连铸机实现了多炉连浇，并且避免了由于保护渣原因引起的漏钢事故。

Claims

1.一种高拉速薄板坯连铸的结晶器保护渣，其特征在于，其化学成份重量百分含量为：CaO 34～44%、Al₂O₃ 2～8%、SiO₂ 20～30%、MgO 1～9%、F 5～15%、Na₂O 2～6.5%、K₂O 0.2～5%、Li₂O 0.4～6%，余量碳及不可控制的杂质。

2.根据权利要求1所述的高拉速薄板坯连铸的结晶器保护渣，优选的其特征在于，其化学成份重量百分含量为：CaO 39.2～41.7%、Al₂O₃ 2.1～4.3%、SiO₂ 21.4～23.7%、MgO 1.2～4.1%、F 9.2～11.7%、Na₂O 3.4～5.8%、K₂O 0.6～1.7 %、Li₂O 0.8～1.8%，余量碳及不可控制的杂质；其中K₂O+Li₂O为2～3.5%。

3.根据权利要求1或2所述的高拉速薄板坯连铸的结晶器保护渣，其特征在于：所述保护渣的半球点温度为1050～1100℃，黏度为0.2～0.25Pa·s。