CN103785807B

CN103785807B - 一种高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣

Info

Publication number: CN103785807B
Application number: CN201410068318.3A
Authority: CN
Inventors: 彭会志; 王正英; 梁冠东; 薄红涛; 王旭阳; 谭政委; 王岩
Original assignee: XIXIA LONGCHENG METALLURGICAL MATERIAL CO Ltd
Current assignee: XIXIA LONGCHENG METALLURGICAL MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: CN103785807A

Abstract

本发明公开了一种高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣，通过38～42%CaO、25～29%SiO₂和7～10%F^-，提高保护渣结晶能力，减少应力集中，改善润滑；采用2～5％MgO和2～5%Al₂O₃改善渣膜的流动性，减少裂纹；设计碱度1.35～1.52，与25～29%SiO₂与2～5%Al₂O₃、2～5％MgO，获得很好的协调传热和控制传热效果；配碳范围在4～7%，可有效控制熔速保证液渣供给，避免皮下气泡的产生；本发明所用原料易得，渣耗量在0.32～0.38kg/吨钢左右，吨钢耗用成本相对降低；经现场实际应用，该保护渣在结晶器内铺展良好、化渣均匀稳定，铸坯合格率高。

Description

一种高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣

技术领域

本发明属于炼钢辅料制备技术领域，具体涉及一种高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣。

背景技术

连铸结晶器保护渣是连铸生产中的重要材料，可以改善铸坯的表面和皮下质量，扩大连铸的钢种。连铸结晶器保护渣的碱度是一项重要的指标，它决定着整个保护渣的设计体系位置。现在各大钢厂主要使用的保护渣的碱度一般控制在0.9～1.5之间，使保护渣具有较好的吸附性，并且有着良好的传热效果。高碱度保护渣在生产过程中并不占主流，但是对于一些高拉速的凝固过程中有包晶反应易产生纵裂包晶钢的来说，高碱度连铸结晶器保护渣在控制该种高拉速的凝固过程中有包晶反应易产生纵裂的钢种有着显著的效果，能够有效地控制铸坯裂纹的产生，但是对于协调润滑及控制传热的方面具有一定的不足。

在包晶钢板坯的连铸生产过程中，由于钢液凝固过程中有包晶反应产生，坯壳凝固收缩量较大，加之结晶器内坯壳冷却不易均匀，极易导致应力集中，从而引发坯壳表面出现纵裂等表面质量问题。针对这个问题，现在普遍采用的预防方法是均匀或减小弯月面附近初生坯壳向结晶器壁的传热，以减少初生坯壳的应力集中。具体方法主要有两种，即通过调整结晶器本身参数及调整保护渣。

一般认为调整结晶器的参数，如减小结晶器水冷强度及减少结晶器上部铜板镀层以减小结晶器的冷却强度等手段可以在一定程度上减轻包晶钢板坯的裂纹产生率，但减少结晶器水冷强度同时会使结晶器铸坯坯壳厚度减小，出现鼓肚甚至漏钢等事故。虽然可以通过调节结晶器的锥度可以在一定程度上缓解这个问题，但是整体减小结晶器的拔热量必然会大幅度降低生产效率。同时，结晶器上部铜板镀层的可以减小弯月面附近的热能量，但是由于实际的种种限制也没有大规模使用。

现在的普遍研究方向是通过调整保护渣的相关性能以期在不降低包晶钢板坯连铸生产效率的前提下以获得表面及皮下质量良好的铸坯。目前，普遍采用利用保护渣内枪晶石的析出以控制、均匀坯壳向结晶器壁的传热，通过这方法，大多数情况下能明显改善包晶钢在连铸生产过程中的表面裂纹现象。但是在应用传统包晶钢生成区域的保护渣时时常发现坯壳的润滑有不同程度的恶化，分析原因是由于保护渣结晶能力增强后固渣膜便厚，液渣膜相对变薄，从而恶化坯壳的润滑情况，通过降低保护渣的粘度能够在一定情况先缓解此种情况，但是很难从根本上解决此问题。随后通过理论计算及实践发现，枪晶石析出之后，剩余液渣的碱度将降低，微量SiO₂将升高，第一可能使熔渣网络结构复杂化，使液渣粘度升高，二是过量的SiO₂可能于熔渣的其他成分如Al₂O₃、MgO等形成高熔点化合物，极易恶化，这些都会极易消弱保护渣的润滑效果，使保护渣在协调传热和控制传热上存在缺陷。

发明内容

本发明目的是为了弥补现有技术的不足，提供一种高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣，该保护渣在结晶器内铺展良好、化渣均匀稳定，使用该保护渣制得的包晶钢，一级品合格率在99.9%以上。

一种高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣，其原料配方重量百分比组成为：硅灰石40～45%、水泥熟料13～15%、萤石11～15%、碳酸钠1～3%、碳酸锂2%、碳黑1.8%、石墨3.5～5%、氟化钠4%、钠长石3.5～6%、方解石5～8%、镁砂1～4%、冰晶石1.5～4%、铝矾土1～4%、粘合剂1.2%。

所述高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣的化学成分重量百分比为：CaO：38％～42％，SiO₂：25%～29％，MgO：2%～5％，Al₂O₃：2%～5%，F^-：7%～10%，Li₂O：3%～4.5%，Na₂O：3%～5.2％，C：4%～7%，余量：杂质。

所述高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣的碱度即CaO/SiO₂为1.35～1.52，熔点1050℃～1120℃，1300℃下粘度0.48～0.55Pa.s。

所述粘合剂是由糊精、羧甲基纤维钠、植物淀粉中的一种或几种组成。

本发明的有益效果为：

1）本方案通过控制保护渣在弯月面析晶速度以控制传热，以适宜的析晶能力满足高拉速包晶钢的生产需求。CaO、SiO₂和F^-作为析出枪晶石的主要成分，38%～42%的CaO能够有效提高保护渣初始结晶能力，减少应力集中，避免恶化润滑，SiO₂为保护渣的主要酸性氧化物，是保护渣中重要的网络结构形成体，与碱性氧化物反应生成低熔点化合物，降低保护渣的熔点，加入量在25%～29%可以控制获得较好的熔渣熔点及结晶性能，有利于使弯月面附近液渣膜的厚度维持在一定水平，改善润滑，避免弱化保护渣的结晶性能；7%～10%的F^-，能够减小保护渣的高温粘度，提高保护渣的消耗量，在一定程度上提高润滑性能。

2）采用2%～5％的MgO，在保护渣中替代部分CaO，降低钢液面波动，改善保护渣的润滑性能；Al₂O₃对保护渣的粘度、结晶倾向影响比较大；2%～5％MgO和2%～5%Al₂O₃能够改善渣膜的流动性，使渣膜均匀生长，避免产生裂纹缺陷。

3）保护渣的碱度为1.35～1.52，使保护渣在高拉速的凝固过程中具有较好的吸附性，并且有着良好的传热效果。保护渣中成分设计25%～29%SiO₂与2%～5%Al₂O₃、2%～5％MgO，形成高熔点化合物较少，保护渣铺展效果好，使用过程中协调传热和控制传热效果上较好，减少产生纵裂纹，弥补了高拉速高碱度情况下协调润滑及控制传热方面的不足。

4）3%～4.5%Li₂O、2%～5％MgO和3%～5.2％Na₂O，能够降低渣的粘度、熔化温度，并抑制保护渣的过度结晶化。

5）本发明技术方案将配碳范围控制在4%～7%之间，保温效果比较好，确保钢液弯月面温度不会过低，弯月面不会过早凝固，避免保护渣在结晶器内结壳、避免发粘，又使保护渣在结晶器内有清晰的粉渣层、烧结层、液渣层结构，可有效控制熔速保证液渣供给；同时有利于钢水内气体的析出，避免皮下气泡的产生。

6）本发明所用原料易得，主要原料硅灰石、水泥熟料、方解石、钠长石等成本低廉，萤石、镁砂、冰晶石、铝矾土等用量相对较少，有利于降低成本；现场浇铸时，所述保护渣渣耗量在0.32～0.38kg/吨钢左右，吨钢耗用成本相对降低。

7）经现场实际应用，在浇铸过程中，钢液面波动小，该保护渣在结晶器内铺展良好、无结壳结团现象、火苗适中、化渣均匀稳定。观察冷态下铸坯，振痕清晰、规则，铸坯表面总体平整光滑无异常，铸坯一级品合格率在99.9%以上。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步描述。

实施例一

一种高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣，其原料配方重量百分比组成为：硅灰石41.5%、水泥熟料13.9%、萤石13.6%、碳酸钠1.6%、碳酸锂2%、碳黑1.8%、石墨4.3%、氟化钠4%、钠长石3.8%、方解石5.7%、镁砂1.6%、冰晶石3%、铝矾土2%、糊精0.6%、植物淀粉0.6%。

按照常规工艺制备所述保护渣，其化学成分重量百分比为：CaO：39.7％，SiO₂：29.3％，MgO：2.4％，Al₂O₃：3.5%，F^-：9.2%，C：4.9%，Na₂O：4.6％，Li₂O：4.5%，余量：杂质。

所述高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣的碱度即CaO/SiO₂为1.35，熔点1050℃，1300℃下粘度0.48Pa.s。

实施例二

一种高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣，其原料配方重量百分比组成为：硅灰石43.2%、水泥熟料14.3%、萤石13.2%、碳酸钠1.3%、碳酸锂2%、碳黑1.8%、石墨4.8%、氟化钠4%、钠长石3.5%、方解石5.2%、镁砂2.6%、冰晶石1.6%、铝矾土1.3%、植物淀粉1.2%。

按照常规工艺制备所述保护渣，其化学成分重量百分比为：CaO：39.4％，SiO₂：27.5％，MgO：3.8％，Al₂O₃：4.2%，F^-：8.7%，LiO₂：4.2%，Na₂O：5.2％，C：5.2%，余量：杂质。

所述高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣的碱度即CaO/SiO₂为1.43，熔点1096℃，1300℃下粘度0.51Pa.s。

实施例三

一种高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣，其原料配方重量百分比组成为：硅灰石40%、水泥熟料11%、萤石15%、碳酸钠3%、碳酸锂1%、碳黑1.8%、石墨5%、氟化钠4%、钠长石6%、方解石5%、镁砂3%、冰晶石2%、铝矾土2%、糊精1.2%。

按照常规工艺制备所述保护渣，其化学成分重量百分比为：CaO：38％，SiO₂：25％，MgO：5％，Al₂O₃：3.5%，F^-：10%，Li₂O：4.5%，Na₂O：5.2％，C：7%，余量：杂质。

所述高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣的碱度即CaO/SiO₂为1.52，熔点1120℃，1300℃下粘度0.55Pa.s。

实施例四

一种高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣，其原料配方重量百分比组成为：硅灰石40%、水泥熟料15%、萤石13%、碳酸钠1.5%、碳酸锂2%、碳黑1.8%、石墨3.5%、氟化钠4%、钠长石3.5%、方解石8%、镁砂4%、冰晶石1.5%、铝矾土1%、羧甲基纤维钠0.2%、植物淀粉1%。

按照常规工艺制备所述保护渣，其化学成分重量百分比为：CaO：42％，SiO₂：28％，MgO：4.5％，Al₂O₃：2%，F^-：7%，LiO₂：3%，Na₂O：4.7％，C：5.8%，余量：杂质。

所述高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣的碱度即CaO/SiO₂为1.5，熔点1107℃，1300℃下粘度0.52Pa.s。

实施例五

一种高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣，其原料配方重量百分比组成为：硅灰石45%、水泥熟料11%、萤石13%、碳酸钠1%、碳酸锂2%、碳黑1.8%、石墨3.5%、氟化钠4%、钠长石3.5%、方解石5%、镁砂1%、冰晶石4%、铝矾土4%、糊精1%、羧甲基纤维钠0.2%。

按照常规工艺制备所述保护渣，其化学成分重量百分比为：CaO：40.5％，SiO₂：29％，MgO：2％，Al₂O₃：5%，F^-：8.6%，Li₂O：3.2%，Na₂O：3％，C：4%、余量：杂质。

所述高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣的碱度即CaO/SiO₂为1.4，熔点1084℃，1300℃下粘度0.51Pa.s。

将上述所制得的保护渣用于实际连铸生产中，应用方法及试验效果如下：

A钢厂连铸工艺：浇铸断面160*750mm²，拉速1.9～2.3m/min，开浇起步时，将本发明保护渣均匀推入结晶器，要求均匀覆盖整个钢液面，保护渣总渣层（即粉渣层、烧结层、液渣层三层厚度之和）在20～45mm之间，保持黑渣操作，不得使钢液面裸露。

开浇后，钢液面波动在3mm以内，拉速稳定在1.9m/min，此时测量液渣层厚度9mm左右。此后隔20min测一次液渣层，其厚度在8～12mm。在浇铸过程中，该保护渣在结晶器内铺展良好、无结壳结团现象、火苗适中、化渣均匀稳定。

观察冷态下铸坯，振痕清晰、规则，铸坯表面总体平整光滑无异常，铸坯一级品合格率在99.9%以上。

B钢厂连铸工艺：浇铸断面160*600mm²，拉速2.1～2.5m/min，开浇起步时，将本发明保护渣均匀推入结晶器，要求均匀覆盖整个钢液面，保护渣总渣层（即粉渣层、烧结层、液渣层三层厚度之和）在20～45mm之间，保持黑渣操作，不得使钢液面裸露。

开浇后，钢液面波动在4mm以内，拉速稳定在2.3m/min，此时测量液渣层厚度10mm左右。此后隔20min测一次液渣层，其厚度在9～13mm。在浇铸过程中，该保护渣在结晶器内铺展良好、无结壳结团现象。经统计，该保护渣渣耗量在0.32~0.38kg/吨钢左右。

观察冷态下铸坯，振痕清晰、规则。铸坯一级品合格率在99.9%以上。

Claims

1.一种高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣，其特征在于，所述保护渣原料配方重量百分比组成为：硅灰石40～45%、水泥熟料13～15%、萤石11～15%、碳酸钠1～3%、碳酸锂2%、碳黑1.8%、石墨3.5～5%、氟化钠4%、钠长石3.5～6%、方解石5～8%、镁砂1～4%、冰晶石1.5～4%、铝矾土1～4%、粘合剂1.2%；所述保护渣碱度即CaO/SiO₂为1.35～1.52，熔点1050℃～1120℃，1300℃下粘度0.48～0.55Pa·s。

2.如权利要求1所述高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣，其特征在于，所述保护渣化学成分及质量百分含量为：CaO：38％～42％，SiO₂：25%～29％，MgO：2%～5％，Al₂O₃：2%～5%，F^-：7%～10%，Li₂O：3%～4.5%，Na₂O：3%～5.2％，C：4%～7%，余量：杂质。

3.如权利要求1所述高拉速包晶钢专用超高碱度结晶器保护渣，其特征在于：所述粘合剂是由糊精、羧甲基纤维钠、植物淀粉中的一种或几种组成。