CN104209485B

CN104209485B - 高铝包晶钢用环保型连铸保护渣

Info

Publication number: CN104209485B
Application number: CN201410393594.7A
Authority: CN
Inventors: 李伟; 文光华; 吴健鹏; 徐静波; 陈国威; 付孝锦; 李具中
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2034-08-11
Also published as: CN104209485A

Abstract

本发明公开了一种高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，该保护渣中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：20～30％，CaO：28～40％，SiO₂：5～10％，F^‑：6～10％，Na₂O+K₂O：1.0～2.0％，B₂O₃：4～6％，MgO：1.5～3％，Li₂O：4～6％，C：4～6％，余量为不可避免的杂质，其中，CaO/Al₂O₃：1.0～2.0。本发明能够控制铸坯表面裂纹和凹陷、改善润滑性能、提高渣耗且减轻环境污染，可广泛应用于钢水连续浇筑技术领域。

Description

高铝包晶钢用环保型连铸保护渣

技术领域

本发明涉及钢水连续浇铸技术领域，具体地指一种高铝包晶钢用环保型连铸保护渣。

背景技术

在钢水连续浇铸时，从结晶器上部不断加入保护渣，以实现钢液的绝热保温，防止钢液二次氧化，并吸收钢液中的非金属夹杂，同时，熔融状态的保护渣随着结晶器振动不断流入结晶器与铸坯之间，起到润滑铸坯和控制传热的作用。

现有的保护渣主要成分为CaO和SiO₂，再添加氟化物及碱金属或碱土金属氧化物以调节保护渣的熔点、粘度，加入炭质材料作为骨架隔离作用。然而，在浇注高铝含量的钢种时，钢中Al元素含量高达0.5～5％，保护渣中SiO₂极易在钢渣界面与强还原性金属元素发生化学反应，如：4[Al]+3(SiO₂)＝2(Al₂O₃)+3[Si]。其结果是Si进人钢水，而Al₂O₃则进入熔渣。通常，浇注高铝钢时熔渣中Al₂O₃的增量>15％，渣中SiO₂含量显著减少，导致保护渣性能恶化：碱度急剧增大，熔点、粘度增大，结晶性能增强。变性后的熔渣不能满足铸坯润滑，熔渣不能均匀地流入结晶器与铸坯之间，影响铸坯质量和浇注顺行。对于具有包晶特性的高铝钢，还存在δ相向γ相的转变，产生最大为4％的收缩系数差，由此产生应力并通过纵裂纹释放。这种情况下，要求保护渣具有良好的控热能力，通常在结晶器与铸坯之间形成较厚的固态渣层，并析出较多的晶体，增大渣膜热阻，从而达到减少或消除裂纹和凹陷目的。可见，现有的保护渣显然不适用于该类钢种的连铸生产。

目前，实现高铝包晶钢连续浇铸采用低碱度和低Al₂O₃含量的CaO-SiO₂渣系保护渣，使其反应后形成的终渣性能满足连铸要求。这种低碱度的保护渣虽然能够实现高铝钢多炉连浇，但未能良好的解决铸坯表面裂纹、凹陷和深振痕等质量问题。

此外，保护渣中通常加入4～12％的氟来控制保护渣的物理性能。在浇铸过程中，氟的化合物会释放到空气或水中，不仅污染环境，还会危害人的身体健康。同时，渣中的氟进入二冷水中，使其显酸性，一方面加剧侵蚀连铸设备，另一方面使得二冷水循环使用的化学处理费用增高。为了控制氟污染，通常采用无氟和低氟保护渣来减少氟的释放。然而，氟含量过低将导致保护渣物理性能稳定性减弱，无法适应某些钢种如高铝包晶钢的连铸生产。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种控制铸坯表面裂纹和凹陷、改善润滑性能、提高渣耗且减轻环境污染的高铝包晶钢用环保型连铸保护渣。

为实现上述目的，本发明所设计的高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，该保护渣中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：20～30％，CaO：28～40％，SiO₂：5～10％，F^-：6～10％，Na₂O+K₂O：1.0～2.0％，B₂O₃：4～6％，MgO：1.5～3％，Li₂O：4～6％，C：4～6％，余量为不可避免的杂质，其中，CaO/Al₂O₃：1.0～2.0。

作为优选方案，该保护渣中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：22～28％，CaO：32～38％，SiO₂：6～9％，F^-：7～9％，Na₂O+K₂O：1.2～1.8％，B₂O₃：4.2～5.8％，MgO：1.7～2.8％，Li₂O：4.2～5.8％，C：4.2～5.8％，余量为不可避免的杂质，其中，CaO/Al₂O₃：1.14～1.73。

进一步地，该保护渣中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：27％，CaO：37％，SiO₂：8％，F^-：8％，Na₂O+K₂O：1.5％，B₂O₃：5％，MgO：2.5％，Li₂O：5.5％，C：5.5％，其中，CaO/Al₂O₃：1.37。

再进一步地，该保护渣由以下原料制成：铝酸钙精炼渣、铝矾土、苏打、萤石、无水硼砂、碳酸锂和炭黑，其中，铝酸钙精炼渣中各化学成份的重量百分比为：CaO：45～55％，Al₂O₃：35～45％，SiO₂：2～4％，MgO：1～5％，余量为不可避免的杂质；铝矾土中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：80～85％，余量为不可避免的杂质；苏打中各化学成份的重量百分比为：Na₂CO₃：98～99％，余量为不可避免的杂质；萤石中各化学成份的重量百分比为：CaF₂：90～95％，余量为不可避免的杂质；无水硼砂中各化学成份的重量百分比为：Na₂B₄O₇：95～96％，余量为不可避免的杂质；碳酸锂中各化学成份的重量百分比为：Li₂CO₃：98～99％，余量为不可避免的杂质；炭黑中各化学成份的重量百分比为：C：96～98％，余量为不可避免的杂质。

还进一步地，铝酸钙精炼渣中各化学成份的重量百分比为：CaO：49％，Al₂O₃：42％，SiO₂：3％，MgO：3％，余量为不可避免的杂质；铝矾土中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：83％，余量为不可避免的杂质；苏打中各化学成份的重量百分比为：Na₂CO₃：98.4％，余量为不可避免的杂质；萤石中各化学成份的重量百分比为：CaF₂：92％，余量为不可避免的杂质；无水硼砂中各化学成份的重量百分比为：Na₂B₄O₇：95.6％，余量为不可避免的杂质；碳酸锂中各化学成份的重量百分比为：Li₂CO₃：98.2％，余量为不可避免的杂质；炭黑中各化学成份的重量百分比为：C：97.2％，余量为不可避免的杂质。

更进一步地，该保护渣物理性质为：熔点1050～1150℃，1300℃粘度为0.10～0.20Pa·s，转折点温度为1050～1150℃。

更进一步地，该保护渣物理性质为：熔点1100℃，1300℃粘度为0.14Pa·s，转折点温度为1100℃。

本发明的工作原理是这样的：具体而言，本发明实施了以下技术手段：

(1)相对于低碱度CaO-SiO₂渣系高铝包晶钢保护渣，本发明所涉及的保护渣范围以CaO和Al₂O₃为基本成分设计弱反应性保护渣，通过控制保护渣中SiO₂含量，用Al₂O₃代替SiO₂抑制钢-渣反应，低SiO₂保护渣范围如图1所示。实践表明，CaO-Al₂O₃渣系有效改善了铸坯表面质量，尤其消除了表面裂纹和凹陷等缺陷问题。在现有的CaO-SiO₂渣系中通常加入大量B₂O₃、Na₂O和Li₂O来调节保护渣的结晶性能，CaO-Al₂O₃渣系保护渣可以添加大量B₂O₃来控制保护渣熔化性能和结晶性能，但B₂O₃反应强烈，反应后CaO-Al₂O₃渣系保护渣熔点迅速增加、粘度增大，钢水热量在垂直方向上传递的阻力增大，造成上部粉末保护渣熔化变慢，甚至发生烧结，对于改善CaO-Al₂O₃渣系保护渣润滑效果不佳。而如果在CaO-Al₂O₃渣系中添加大量的Na₂O会限制Li₂O的加入量，因为采用高Na₂O、高Li₂O时，二者通过协同作用促使保护渣结晶性能急剧增强。因此，CaO-Al₂O₃渣系需要通过采取低Na₂O高Li₂O的形式能获得更加适宜的物理性能。因为适当的B₂O₃可以改善保护渣初始熔化性能，反应后残余的B₂O₃也可以起到改善润滑的作用。而低Na₂O、高Li₂O的措施即可以控制保护渣熔点和粘度，又能抑制保护渣结晶，从而改善保护渣在结晶器内行为。所以对本发明而言，控制B₂O₃的加入量，并通过减少Na₂O含量和提高Li₂O含量协调控制保护渣熔化和结晶性能。

(2)通过研究发现，作为主矿物的mCaO·nAl₂O₃铝酸钙具有良好的净水效果，尤其是对废水中氟的处理，可以利用铝酸钙作为净水剂来处理含氟废水。除氟机理主要依靠沉淀和络合作用，形成物是钙与氟的络合物AlF₃，或者还有3CaO·Al₂O₃·CaF₂·11～33H₂O等。基于这一发现，高Al₂O₃含量的保护渣可以抑制氟向水中的迁移。本发明保护渣以CaO-Al₂O₃铝酸盐结构构成，具有固氟作用，其流入结晶器与凝固坯壳之间，最后随铸坯出结晶器脱落，能够降低氟的排放量，还能吸附废水中的氟，从而减轻对环境的污染。图2为本发明保护渣和常规CaO-SiO₂基保护渣水浸实验结果，结果表明，在各取样时间，本发明所述保护渣逸出的F^-含量不足CaO-SiO₂基保护渣逸出F^-含量的50％，同时，与偏酸度的CaO-SiO₂基保护渣水样相比，所述保护渣水样的pH值变化小，接近中性，其环保效果明显。

采用CaO-Al₂O₃渣系保护渣，其主要矿相为铝酸盐，不仅控制了保护渣的反应性，提高铸坯质量，还能通过自身的固氟作用抑制渣中氟的逸出，防止环境污染。

综上所述，本发明的优点在于：将本发明所述的保护渣用于铝含量0.80～1.00％、碳含量0.085～0.115％的高铝包晶钢可以实现CaO-Al₂O₃渣系的连续浇铸，并消除铸坯表面裂纹和凹陷，获得良好的铸坯质量。同时，该保护渣可以大量减少渣中F^-进入废水，减轻对环境的污染。

附图说明

图1为本发明高铝包晶钢用环保型连铸保护渣实施例1中CaO-SiO₂-Al₂O₃的相图；

图2为实施例1的CaO-Al₂O₃渣系保护渣和现有CaO-SiO₂渣系保护渣水浸试验结果比较图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

实施例1：

取铝酸钙精炼渣、铝矾土、苏打、萤石、无水硼砂、碳酸锂和炭黑制成高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其中，铝酸钙精炼渣中各化学成份的重量百分比为：CaO：45％，Al₂O₃：45％，SiO₂：2％，MgO：1％；铝矾土中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：80％，余量为不可避免的杂质；苏打中各化学成份的重量百分比为：Na₂CO₃：98％，余量为不可避免的杂质；萤石中各化学成份的重量百分比为：CaF₂：90％，余量为不可避免的杂质；无水硼砂中各化学成份的重量百分比为：Na₂B₄O₇：95％，余量为不可避免的杂质；碳酸锂中各化学成份的重量百分比为：Li₂CO₃：98％，余量为不可避免的杂质；炭黑中各化学成份的重量百分比为：C：96％，余量为不可避免的杂质。

该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：20％，CaO：40％，SiO₂：10％，F^-：10％，Na₂O+K₂O：1.0％，B₂O₃：4％，MgO：3％，Li₂O：6％，C：6％，余量为不可避免的杂质，其中，CaO/Al₂O₃：2.0。

该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣物理性质为：熔点1150℃，1300℃粘度为0.10Pa·s，转折点温度为1050℃。

本发明针对浇铸铝含量0.80～1.00％、碳含量0.085～0.115％的高铝包晶钢，其制备方法包括以下步骤：原料准备→配料→搅拌混匀→水磨成浆→喷雾造粒→成品包装，其中搅拌混匀和水磨成浆时间各60分钟。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：

该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：30％，CaO：40％，SiO₂：6％，F^-：6％，Na₂O+K₂O：2.0％，B₂O₃：6％，MgO：2％，Li₂O：4％，C：4％，余量为不可避免的杂质，其中，CaO/Al₂O₃：1.33。

实施例3：

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：

取铝酸钙精炼渣、铝矾土、苏打、萤石、无水硼砂、碳酸锂和炭黑制成高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其中，铝酸钙精炼渣中各化学成份的重量百分比为：CaO：49％，Al₂O₃：42％，SiO₂：3％，MgO：3％，余量为不可避免的杂质；铝矾土中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：83％，余量为不可避免的杂质；苏打中各化学成份的重量百分比为：Na₂CO₃：98.4％，余量为不可避免的杂质；萤石中各化学成份的重量百分比为：CaF₂：92％，余量为不可避免的杂质；无水硼砂中各化学成份的重量百分比为：Na₂B₄O₇：95.6％，余量为不可避免的杂质；碳酸锂中各化学成份的重量百分比为：Li₂CO₃：98.2％，余量为不可避免的杂质；炭黑中各化学成份的重量百分比为：C：97.2％，余量为不可避免的杂质。

该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：22％，CaO：38％，SiO₂：9％，F^-：9％，Na₂O+K₂O：1.8％，B₂O₃：5.8％，MgO：2.8％，Li₂O：5.8％，C：4％，余量为不可避免的杂质，其中，CaO/Al₂O₃：1.73。

该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣物理性质为：熔点1100℃，1300℃粘度为0.14Pa·s，转折点温度为1100℃。

实施例4：

取铝酸钙精炼渣、铝矾土、苏打、萤石、无水硼砂、碳酸锂和炭黑制成高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其中，铝酸钙精炼渣中各化学成份的重量百分比为：CaO：55％，Al₂O₃：35％，SiO₂：4％，MgO：5％；铝矾土中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：85％，余量为不可避免的杂质；苏打中各化学成份的重量百分比为：Na₂CO₃：99％，余量为不可避免的杂质；萤石中各化学成份的重量百分比为：CaF₂：95％，余量为不可避免的杂质；无水硼砂中各化学成份的重量百分比为：Na₂B₄O₇：96％，余量为不可避免的杂质；碳酸锂中各化学成份的重量百分比为：Li₂CO₃：99％，余量为不可避免的杂质；炭黑中各化学成份的重量百分比为：C：98％，余量为不可避免的杂质。

该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：28％，CaO：33％，SiO₂：6％，F^-：7％，Na₂O+K₂O：1.2％，B₂O₃：4.2％，MgO：2.2％，Li₂O：4.2％，C：4.2％，余量为不可避免的杂质，其中，CaO/Al₂O₃：1.18。

该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣物理性质为：熔点1050℃，1300℃粘度为0.20Pa·s，转折点温度为1150℃。

实施例5：

该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：27％，CaO：37％，SiO₂：8％，F^-：8％，Na₂O+K₂O：1.5％，B₂O₃：5％，MgO：2.5％，Li₂O：5.5％，C：5.5％，其中，CaO/Al₂O₃：1.37。

Claims

1.一种高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其特征在于：该保护渣中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：20～30％，CaO：28～40％，SiO₂：5～10％，F^-：6～10％，Na₂O+K₂O：1.0～2.0％，B₂O₃：4～6％，MgO：1.5～3％，Li₂O：4～6％，C：4～6％，余量为不可避免的杂质，其中，CaO/Al₂O₃：1.0～2.0；该保护渣由以下原料制成：铝酸钙精炼渣、铝矾土、苏打、萤石、无水硼砂、碳酸锂和炭黑，其中，铝酸钙精炼渣中各化学成份的重量百分比为：CaO：45～55％，Al₂O₃：35～45％，SiO₂：2～4％，MgO：1～5％，余量为不可避免的杂质；铝矾土中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：80～85％，余量为不可避免的杂质；苏打中各化学成份的重量百分比为：Na₂CO₃：98～99％，余量为不可避免的杂质；萤石中各化学成份的重量百分比为：CaF₂：90～95％，余量为不可避免的杂质；无水硼砂中各化学成份的重量百分比为：Na₂B₄O₇：95～96％，余量为不可避免的杂质；碳酸锂中各化学成份的重量百分比为：Li₂CO₃：98～99％，余量为不可避免的杂质；炭黑中各化学成份的重量百分比为：C：96～98％，余量为不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其特征在于：该保护渣中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：22～28％，CaO：32～38％，SiO₂：6～9％，F^-：7～9％，Na₂O+K₂O：1.2～1.8％，B₂O₃：4.2～5.8％，MgO：1.7～2.8％，Li₂O：4.2～5.8％，C：4.2～5.8％，余量为不可避免的杂质，其中，CaO/Al₂O₃：1.14～1.73。

3.根据权利要求2所述的高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其特征在于：该保护渣中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：27％，CaO：37％，SiO₂：8％，F^-：8％，Na₂O+K₂O：1.5％，B₂O₃：5％，MgO：2.5％，Li₂O：5.5％，C：5.5％，其中，CaO/Al₂O₃：1.37。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其特征在于：铝酸钙精炼渣中各化学成份的重量百分比为：CaO：49％，Al₂O₃：42％，SiO₂：3％，MgO：3％，余量为不可避免的杂质；铝矾土中各化学成份的重量百分比为：Al₂O₃：83％，余量为不可避免的杂质；苏打中各化学成份的重量百分比为：Na₂CO₃：98.4％，余量为不可避免的杂质；萤石中各化学成份的重量百分比为：CaF₂：92％，余量为不可避免的杂质；无水硼砂中各化学成份的重量百分比为：Na₂B₄O₇：95.6％，余量为不可避免的杂质；碳酸锂中各化学成份的重量百分比为：Li₂CO₃：98.2％，余量为不可避免的杂质；炭黑中各化学成份的重量百分比为：C：97.2％，余量为不可避免的杂质。

5.根据权利要求1所述的高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其特征在于：该保护渣物理性质为：熔点1050～1150℃，1300℃粘度为0.10～0.20Pa·s，转折点温度为1050～1150℃。

6.根据权利要求5所述的高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其特征在于：该保护渣物理性质为：熔点1100℃，1300℃粘度为0.14Pa·s，转折点温度为1100℃。