CN103817302A - 一种大圆坯耐磨高锰钢用连铸结晶器保护渣 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大圆坯耐磨高锰钢用连铸结晶器保护渣，其通过采用低碳量，高粘度，减少坯壳内部热应力小，增加渣耗量，从而减少裂纹；保护渣碱度0.8～1.1，避免因传热不均而产生裂纹；8～12％Na₂O、6～8%F^-和3～4.5%Li₂O实现了结晶器中上部的弱冷和传热均匀，提高吸收夹杂效果，减少裂纹；2～8%MnO削弱晶格振动和传导传热，提高保护渣结晶性能和铸坯质量。所述保护渣原料易得，生产成本低；经现场试验，保护渣铺展性较好，渣透气性较好，化渣均匀稳定，不结团，该保护渣渣耗量在0.32～0.42kg/吨钢左右，消耗成本相对较低，铸坯一级品合格率提高显著。

Description

一种大圆坯耐磨高锰钢用连铸结晶器保护渣

技术领域

本发明属于炼钢辅料制备技术领域，具体涉及一种大圆坯耐磨高锰钢用连铸结晶器保护渣。

背景技术

  耐磨高锰钢特别适用于冲击磨料磨损和高应力碾碎磨料磨损工况，常用于制造球磨机衬板，锤式破碎机锤头，颚式破碎机颚板，圆锥破碎机轧臼壁、破碎壁，挖掘机斗齿、斗壁，铁道道岔，拖拉机和坦克的履带板等抗冲击、抗磨损的铸件。

连铸圆坯由于其形状上的不利因素易产生表面缺陷，严重时会导致漏钢事故。耐磨高锰钢在连铸过程中,其线收缩值,为2.4～3.5%,是碳钢线收缩值的两倍以上,因此高锰钢铸件在凝固收缩过程中收缩受阻时就会产生很大的内应力，容易在连铸过程中出现不可预测的事故。

对于该类钢种的连铸来说，目前国内的结晶器保护渣产品主要依赖进口，存在问题是：①保护渣成本高，造成产品的生产成本居高不下；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由于高锰钢连铸过程中的夹杂物多且呈高熔点状，故保护渣在使用过程中质量极易恶化，造成工艺不顺行和铸坯表面质量问题较多，使钢铁企业的生产成本增加。

文献《圆坯大断面中碳高锰钢专用保护渣的应用研究》中，最终设计的配方成分为：SiO₂：34.45％，Al₂O₃：6.25%，Fe₂O₃ 1.83%，CaO：27.28％，MgO：1.08％，K₂O：0.2%，Na₂O：4.41％，F^-：3.81%，C_固：18.25%，H₂O 0.3%；碱度 0.79，熔点1205℃，粘度8.47泊，该方案原渣中不含MnO、粘度高，致使冷却过程中结晶体数量少，传热效果不够理想，仍会有裂纹产生，而钢液中的MnO易在渣中富集，易发生粘结漏钢现象。

发明内容

本发明目的是为了弥补现有技术的不足，提供一种能够适应大圆坯耐磨高锰钢连铸生产的高锰连铸结晶器保护渣。

一种大圆坯耐磨高锰钢用连铸结晶器保护渣，其由如下质量百分含量的原材料制得：硅灰石54～60%、铝钒土4～6%、碳黑3 %、石墨1～2%、萤石9～12%、碳酸钠1.5～3%、碳酸锂5～7 %、方解石3.5～5.5 %、碳酸锰3～4%、粘合剂0.2～2%、轻烧镁砂2%～6%。

所述大圆坯耐磨高锰钢用连铸结晶器保护渣，其化学成分及质量百分含量为：CaO：29%～33％，SiO₂：30%～36％，MgO：3%～6％，LiO₂：3%～4.5%，Al₂O₃：6%～10%，Na₂O：8%～12％，F^-：6%～8%，MnO：2%～8%，C：2.8%～8%，余量：杂质。

所述大圆坯耐磨高锰钢用连铸结晶器保护渣的碱度即CaO/SiO₂为0.8～1.1，熔点1100℃～1150℃，1300℃下粘度0.4～0.6Pa.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。

 本技术方案的有益效果如下：

1）本发明保护渣，采用低碳量，高粘度；碳含量控制在2.8%～8%，减小钢液凝固收缩时的收缩阻力，有效减少了钢液凝固时由于钢中的铁素体向奥氏体转变而产生的大幅度相变收缩，细化晶粒，坯壳内部热应力小，坯壳生长均匀，不易产生裂纹；采用较高的粘度有利于控制铸坯表面的振痕深度，同时有利于获得高表面质量的的铸坯，Al₂O₃对保护渣的粘度、结晶倾向影响比较大，随着Al₂O₃含量的增加，保护渣的粘度增加，结晶倾向增加，故将Al₂O₃控制在6%～10%之间，使保护渣粘度控制在0.4～0.6Pa.s，避免连铸圆坯由于其形状上的不利因素易产生的表面缺陷，在适当增加渣耗量、减少粘结漏钢风险的同时，获得的铸坯表面总体平整光滑。

 2）保护渣碱度控制在0.8～1.1之间较为合适，形成低熔点的CaO-SiO₂-Al₂O₃三元相系，能够有效抑制传热，避免因传热不均而造成的裂纹的现象，又能获得较好的润滑效果，避免钢液中晶粒向粗大化方面发展。

 3）本方案的设计保护渣碱度在0.8～1.1，同时控制组分Na₂O、F^-和Li₂O含量分别在8%～12％Na₂O、6%～8%F^-和3%～4.5%Li₂O，能够降低结晶体析出温度，控制保护渣渣膜在冷凝过程中析出的结晶体数量，使保护渣在冷凝过程中部分转变为枪晶石、萤石、钠氟石等结晶体，实现了结晶器中上部的弱冷和传热均匀，减少了裂纹的产生；同时，Na₂O、CaO和F^-，能够有效提高保护渣的吸收夹杂效果，减少高锰钢连铸过程中的高熔点状夹杂物，防止成分偏析，从而避免横列纹的产生。

 4）加入2%～8%MnO能明显降低保护渣粘度和熔化温度，有效改善粘结漏钢现象，减少透明玻璃体，削弱晶格振动和传导传热，提高保护渣的结晶性能和铸坯质量。

 5）保护渣的熔点越高,越不容易产生裂纹，因为熔点提高之后结晶器内出生坯壳与结晶器铜板壁之间的固渣膜厚度增加，保护渣的热阻增大、保护渣传热均匀指数增加；但考虑到耐磨高锰钢的线收缩至较大、熔化条件恶劣，故熔点只能比常规保护渣稍高，将熔点控制在1100℃～1150℃之间。

 6）本方案的原料易得，主要原料硅灰石成本低廉，萤石、铝钒土等用量相对较少，使得生产保护渣成本相对较低，易于实现大规模生产使用。

 7）经现场使用试验表明，采用本发明保护渣，液渣层厚度8～12mm，达到了理想的设计标准；在浇铸过程中，保护渣铺展性较好，能均匀的铺展于钢水表面；保护渣透气性较好，火苗较小且火焰分布均匀，化渣均匀稳定，不存在结团等现象；该保护渣渣耗量在0.32～0.42kg/吨钢左右，消耗成本相对较低；等铸坯冷却后，观察冷态下铸坯，铸坯表面总体平整光滑无异常，振痕清晰、规则、较浅，无沾渣、卷渣现象，铸坯一级品合格率提高显著。

8）本发明方案经现场试验，保护渣质量稳定，且能够有效结合我国现场具体工艺情况及时做出相应的调整，在本发明保护渣原料和成分的范围内，基本可以满足我国大部分钢厂的实际需要。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

一种为某厂大圆坯高锰耐磨钢设计的连铸结晶器保护渣，其原材料配方为：硅灰石58%、铝钒土4.7 %、碳黑3 %、石墨1.3 %、萤石10.2 %、碳酸钠2.3%、碳酸锂6%、方解石5.1%、碳酸锰5.4 %、糊精1%、轻烧镁砂3%。

采用常规工艺制得保护渣，其主要理化指标化验结果如下：CaO：29.7％，SiO₂：34.9％，MgO：3.7％，LiO₂：3.6%，Al₂O₃：6.2%，Na₂O：8.8％，F^-：6.7%，MnO：2.8%，C：3.2%，余量：杂质。

所述保护渣碱度即CaO/SiO₂为0.85，熔点1132℃，1300℃下粘度0.45Pa.s。

开浇起步时，将调整后的保护渣推入结晶器中,经观测,钢液面波动在3mm以内，拉速稳定在0.45 m/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9.5～10.5mm，达到了理想的设计标准。经观测, 在浇铸过程中，保护渣铺展性较好，能均匀的铺展于钢水表面。保护渣透气性较好，火苗较小且火焰分布均匀，化渣均匀稳定，不存在结团等现象。经统计，该保护渣渣耗量在0.35kg/吨钢左右。等铸坯冷却后，观察冷态下铸坯，铸坯表面总体平整光滑无异常，振痕清晰、规则、较浅，无沾渣、卷渣现象，铸坯一级品合格率提高显著。

实施例二

一种为某厂大圆坯高锰耐磨钢设计的连铸结晶器保护渣，其原材料配方为：硅灰石56.7%、铝钒土 5.2%、碳黑3%、石墨1.5%、萤石12.4%、碳酸钠2.1%、碳酸锂6.7%、方解石4.9%、碳酸锰3.1%、植物淀粉1%、轻烧镁砂3.4%。

采用常规工艺制得保护渣，其主要理化指标化验结果如下：CaO：31.1％，SiO₂：32.4％，MgO：4.1％，LiO₂：4.2%，Al₂O₃：6.5%，Na₂O：8.2％，F^-：7.2%，MnO：2.7%，C：3.4%，余量：杂质。

所述保护渣碱度即CaO/SiO₂为0.97，熔点1125℃，1300℃下粘度0.56Pa.s。

    开浇起步时，将调整后的保护渣推入结晶器中,经观测,钢液面波动在3mm以内，拉速稳定在0.35 m/min，此时测量液渣层厚度10.5mm左右。此后隔20min测一次液渣层，其厚度在10～11mm，达到了理想的设计标准。经观测, 在浇铸过程中，保护渣铺展性较好，能均匀的铺展于钢水表面。保护渣透气性较好，火苗较小且火焰分布均匀，化渣均匀稳定，不存在结团等现象。经统计，该保护渣渣耗量在0.37kg/吨钢左右。等铸坯冷却后，观察冷态下铸坯，铸坯表面总体平整光滑无异常，振痕清晰、规则、较浅，无沾渣、卷渣现象，铸坯一级品合格率提高显著。

实施例三

一种为某厂大圆坯高锰耐磨钢设计的连铸结晶器保护渣，其原材料配方为：硅灰石57.4%、铝钒土5.8%、碳黑3 %、石墨2%、萤石9.8%、碳酸钠1.5%、碳酸锂5%、方解石5.5 %、碳酸锰3.2 %、羧甲基纤维钠0.8%、轻烧镁砂6%。

采用常规工艺制得保护渣，其主要理化指标化验结果如下：CaO：29％，SiO₂：30％，MgO：6％，LiO₂：3%，Al₂O₃：7.8%，Na₂O：8％，F^-：6%，MnO：2%，C：8%，余量：杂质。

所述保护渣碱度即CaO/SiO₂为0.96，熔点1125℃，1300℃下粘度0.51Pa.s。

开浇起步时，将调整后的保护渣推入结晶器中,经观测,钢液面波动在3.5mm以内，拉速稳定在0.6m/min，此时测量液渣层厚度8.5mm左右。此后隔20min测一次液渣层，其厚度在8～9mm，达到了理想的设计标准。经观测, 在浇铸过程中，保护渣铺展性较好，能均匀的铺展于钢水表面。保护渣透气性较好，火苗较小且火焰分布均匀，化渣均匀稳定，不存在结团等现象。经统计，该保护渣渣耗量在0.32kg/吨钢左右。等铸坯冷却后，观察冷态下铸坯，铸坯表面总体平整光滑无异常，振痕清晰、规则、较浅，无沾渣、卷渣现象，铸坯一级品合格率提高显著。

实施例四

一种为某厂大圆坯高锰耐磨钢设计的连铸结晶器保护渣，其原材料配方为：硅灰石58 %、铝钒土5.2 %、碳黑3 %、石墨1 %、萤石10.4%、碳酸钠3%、碳酸锂6 %、方解石5.2%、碳酸锰4 %、糊精0.1%、羧甲基纤维钠0.1 %、轻烧镁砂4%。

采用常规工艺制得保护渣，其主要理化指标化验结果如下：CaO：29％，SiO₂：30％，MgO：3％，LiO₂：3%，Al₂O₃：6%，Na₂O：12％，F^-：6%，MnO：8%，C：2.8%，余量：杂质。

所述保护渣碱度即CaO/SiO₂为0.96，熔点1120℃，1300℃下粘度0.4Pa.s。

开浇起步时，将调整后的保护渣推入结晶器中,经观测,钢液面波动在3mm以内，拉速稳定在0.35 m/min，此时测量液渣层厚度11.5mm左右。此后隔20min测一次液渣层，其厚度在11～12mm，达到了理想的设计标准。经观测, 在浇铸过程中，保护渣铺展性较好，能均匀的铺展于钢水表面。保护渣透气性较好，火苗较小且火焰分布均匀，化渣均匀稳定，不存在结团等现象。经统计，该保护渣渣耗量在0.42kg/吨钢左右。等铸坯冷却后，观察冷态下铸坯，铸坯表面总体平整光滑无异常，振痕清晰、规则、较浅，无沾渣、卷渣现象，铸坯一级品合格率提高显著。

实施例五

一种为某厂大圆坯高锰耐磨钢设计的连铸结晶器保护渣，其原材料配方为：硅灰石54%、铝钒土 6 %、碳黑3 %、石墨1 %、萤石9%、碳酸钠1.5%、碳酸锂5.5 %、方解石3.8 %、碳酸锰3%、糊精1%、羧甲基纤维钠0.2 %、轻烧镁砂2%。

采用常规工艺制得保护渣、其主要理化指标化验结果如下：CaO：29％，SiO₂：36％，MgO：3％，LiO₂：3%，Al₂O₃：10%，Na₂O：8％，F^-：6%，MnO：2%，C：2.8%，余量：杂质。

所述保护渣碱度即CaO/SiO₂为0.8，熔点1135℃，1300℃下粘度0.53Pa.s。

开浇起步时，将调整后的保护渣推入结晶器中,经观测,钢液面波动在3mm以内，拉速稳定在0.55m/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10～11mm，达到了理想的设计标准。经观测, 在浇铸过程中，保护渣铺展性较好，能均匀的铺展于钢水表面。保护渣透气性较好，火苗较小且火焰分布均匀，化渣均匀稳定，不存在结团等现象。经统计，该保护渣渣耗量在0.34kg/吨钢左右。等铸坯冷却后，观察冷态下铸坯，铸坯表面总体平整光滑无异常，振痕清晰、规则、较浅，无沾渣、卷渣现象，铸坯一级品合格率提高显著。

实施例六

一种为某厂大圆坯高锰耐磨钢设计的连铸结晶器保护渣，其原材料配方为：硅灰石60 %、铝钒土4 %、碳黑3 %、石墨1.4%、萤石12%、碳酸钠1.5%、碳酸锂7 %、方解石3.5 %、碳酸锰3.6 %、糊精1%、植物淀粉1 %、轻烧镁砂2%。

采用常规工艺制得保护渣，其主要理化指标化验结果如下：CaO：33％，SiO₂：30％，MgO：3％，LiO₂：4.5%，Al₂O₃：6%，Na₂O：8％，F^-：8%，MnO：2%，C：5.2%，余量：杂质。

所述保护渣碱度即CaO/SiO₂为1.1，熔点1150℃，1300℃下粘度0.6Pa.s。

开浇起步时，将调整后的保护渣推入结晶器中,经观测,钢液面波动在3mm以内，拉速稳定在0.4m/min，此时测量液渣层厚度11mm左右。此后隔20min测一次液渣层，其厚度在10.5～11.5mm，达到了理想的设计标准。经观测, 在浇铸过程中，保护渣铺展性较好，能均匀的铺展于钢水表面。保护渣透气性较好，火苗较小且火焰分布均匀，化渣均匀稳定，不存在结团等现象。经统计，该保护渣渣耗量在0.39kg/吨钢左右。等铸坯冷却后，观察冷态下铸坯，铸坯表面总体平整光滑无异常，振痕清晰、规则、较浅，无沾渣、卷渣现象，铸坯一级品合格率提高显著。

Claims (4)

1.一种大圆坯耐磨高锰钢用连铸结晶器保护渣，其特征在于，所述保护渣由如下质量百分含量的原材料制得：硅灰石54～60%、铝钒土4～6%、碳黑3 %、石墨1～2%、萤石9～12%、碳酸钠1.5～3%、碳酸锂5～7 %、方解石3.5～5.5 %、碳酸锰3～4%、粘合剂0.2～2%、轻烧镁砂2%～6%。

2.如权利要求1所述大圆坯耐磨高锰钢用连铸结晶器保护渣，其特征在于，所述保护渣化学成分及质量百分含量为：CaO：29%～33％，SiO₂：30%～36％，MgO：3%～6％，LiO₂：3%～4.5%，Al₂O₃：6%～10%，Na₂O：8%～12％，F^-：6%～8%，MnO：2%～8%，C：2.8%～8%，余量：杂质。

3.如权利要求1所述大圆坯耐磨高锰钢用连铸结晶器保护渣，其特征在于：所述保护渣碱度即CaO/SiO₂为0.8～1.1，熔点1100℃～1150℃，1300℃下粘度0.4～0.6Pa.s。

4.如权利要求1所述大圆坯耐磨高锰钢用连铸结晶器保护渣，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。