CN104707958A

CN104707958A - 浇铸包晶钢用高碱度连铸保护渣

Info

Publication number: CN104707958A
Application number: CN201310668533.2A
Authority: CN
Inventors: 于成峰; 李玉光; 张晨; 徐国栋; 胡会军
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: CN104707958B

Abstract

本发明公开了一种浇铸包晶钢用高碱度连铸保护渣，由基体和相对于基体总重量6～8%的炭质材料混合而成；所述的基体成分按重量百分比为：Na₂O5.0～6.0%，MgO1.5～3.0%，Si₂O26～30%，Fe₂O₃0.3～1.0%，Al₂O₃3.5～5%，Li₂O1.5～2.5%，F8～12%，以及含量不超过2%的杂质，其中：CaO/SiO₂为1.55～1.83；所述的基体满足：预熔部分占比例不低于70%。所述保护渣熔点1050～1150℃，1300℃粘度0.07～0.15Pa.s，结晶率大于85%。本发明的保护渣增强了结晶性能，能很好的预防纵裂纹的出现，同时，不会带来漏钢的风险，保证铸坯顺利浇铸。

Description

浇铸包晶钢用高碱度连铸保护渣

技术领域

本发明涉及连铸工艺中使用的辅助材料，尤其涉及包晶钢连铸工艺中使用的高碱度连铸保护渣。

背景技术

连铸保护渣是一种粉末状或小颗粒状炼钢辅助材料，是钢水连续铸造过程中加入到结晶器内覆盖在钢水表面的一种人工合成的辅助材料。它是将含CaO、SiO₂的原料、氟化物及含Na₂O材料按合适的比例进行配制，在高温下熔化成预熔粉，然后配入一定的C质材料和各种添加剂，经混匀、干燥后制成。保护渣的主要作用是润滑、隔热保温、防止二次氧化、吸附钢水中的夹杂物等。

含碳量为0.08%～0.17%的碳钢从液相冷却到1495℃时发生包晶反应，发生包晶反应时线收缩量很大，一旦钢水在结晶器内冷却不均及冷却过快，初生坯壳厚度就会不均匀，在各种应力的作用下于薄弱处被撕裂，形成表面纵裂纹。研究发现，减小结晶器弯月面区域热流密度能够促进应力释放和坯壳均匀生长，有利于减轻铸坯表面纵裂纹。在实际生产中一方面减弱结晶器水冷强度，另一方面主要采用结晶状态的保护渣。结晶态保护渣中透明玻璃体少，可减少辐射传热，同时结晶体内的微孔和界面极大地削弱晶格振动，从而减弱传导传热，达到减缓传热和减少裂纹的目的。在包晶钢连铸保护渣设计中，通常调整碱度（即CaO/SiO₂）与F含量，可以有效控制枪晶石(3CaO·2SiO₂·CaF₂)的析出量，达到合理调节保护渣结晶性的目的。

要通过保护渣减少甚至消除因结晶器传热过强引起的铸坯裂纹，过去无论是使用高碱度还是较低碱度的保护渣，均依赖于提高保护渣的转折温度（接近保护渣从液态转化为固态的凝固温度）来增加结晶器壁与凝固坯壳之间的固态渣膜厚度，即通过固态渣膜对辐射和传导传热的衰减作用达到减少坯壳向结晶器壁的传热量。有人曾提出采用碱度(CaO/SiO₂质量比值)1.78的高碱度保护渣用于中薄板坯的试验，浇铸时间约10分钟，保护渣转折温度达到1240～1260℃，有效地避免了铸坯表面纵裂纹的产生，但更长时间的浇铸过程中结晶器弯月面下热流和温度不稳定，容易出现粘结报警和漏钢。即使如此，后经国内一些学者引荐，在国内多家钢厂的连铸机上试验，这种高碱度保护渣在上机不到30分钟内均引起漏钢，给钢厂造成严重经济损失。至今，这种高转折温度的高碱度保护渣技术仍无法适应连铸的实际工艺需求。事实上，从20世纪九十年代初开始，德国、日本和中国等国的许多研究者就发现，随着碱度升高、转折温度升高，通过保护渣减少铸坯表面纵裂纹的效果增强，但发生粘结和漏钢的频度大幅度增加。

经对国内8家钢厂20多个保护渣的使用情况调查中也发现，转折温度超过1220℃的渣粘结漏钢比例很高。所以，传统的保护渣理论指导下单纯提高碱度并不科学，在实际稳定的工业化生产中也不可行。为了避免转折温度过高导致的粘结和漏钢，传统的保护渣只能将碱度限定在1.45以下。同时为了减少裂纹，控制碱度又不低于1.25，这样，传统的保护渣碱度通常在1.25～1.45之间；这种保护渣虽然可以减少裂纹，但对于裂纹特别敏感的包晶钢，难于消除裂纹，浇铸的铸坯仍然需要下线检查和清理，难于实现无表面缺陷铸坯的生产，部分纵裂纹隐藏于皮下5～10mm无法检测清理，往往造成轧制厚板上裂纹，使轧材缺陷严重甚至报废。

中国专利CN1974062A公开了一种裂纹敏感性钢种用连铸保护渣，碱度为1.0-1.2，碱度较低，虽然润滑性能可满足铸坯顺行的需要，但其控制纵裂纹效果降低。中国专利201010586683.5提供的特厚板坯包晶钢专用连铸结晶器保护渣，碱度为1.12～1.25，其粘度在0.2～0.3Ps（1300℃），熔化温度为1165～1200℃，碱度较低，容易发生纵裂等裂纹类缺陷，熔化温度和粘度较高，对铸坯的润滑不利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浇铸包晶钢用高碱度连铸保护渣，该保护渣增强了结晶性能，能很好的预防纵裂纹的出现，同时，不会带来漏钢的风险，保证铸坯顺利浇铸。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种浇铸包晶钢用高碱度连铸保护渣，由基体和相对于基体总重量6～8%的炭质材料混合而成；所述的基体成分按重量百分比为：Na₂O 5.0～6.0%，MgO 1.5～3.0%，Si₂O 26～30%，Fe₂O₃ 0.3～1.0%，Al₂O₃3.5～5%，Li₂O 1.5～2.5%，F 8～12%，以及含量不超过2%的杂质，其中：CaO/SiO₂为1.55～1.83；所述的基体满足：预熔物料占比例不低于70%。

所述保护渣熔点1050～1150℃，1300℃粘度0.07～0.15Pa.s，结晶率大于85%。

一种用于制备浇铸包晶钢用高碱度连铸保护渣的方法，按照基体最终所需的组成将用于基体的所有原料混合，预熔，得到预熔物料，然后继续向该预熔物料补加原料，得到具有所需组成的基体，然后向该基体中加入炭质材料并进行混合，然后进行喷雾干燥，从而制得所述浇铸包晶钢用高碱度连铸保护渣。

在上述预熔处理的过程中，各种原料在熔融的同时，会由于升华、蒸发等原因发生不同程度的损失，导致该预熔处理得到的物料（在本发明中称作预熔物料）的实际组成和总重量与所需基体的目标组成和目标重量（即按照化学计量比初始加入该预熔处理工艺的各种原料的总重量）相比存在由上述损失造成的偏差。因此随后需要根据该预熔物料的实际组成和重量继续补加相应的原料，以得到具有目标组成和目标重量的本发明的基体。所述的“预熔物料占比例不低于70%”即是指该预熔物料的总重量与目标重量的重量比不低于70％，也即是说，在所述预熔处理过程中损失掉的各种原料的总重量小于该目标重量的30％。

本发明的高碱度连铸保护渣从提高碱度入手，控制CaO/SiO₂为1.55～1.83，并控制其它成分，如Na₂O、MgO、Fe₂O₃、Si₂O 、Al₂O₃、Li₂O、C、F含量并协调其作用，使保护渣在结晶器弯月面区域结晶速度快，综合传热能力弱，这样可实现降低弯月面区域热流达到减少或避免铸坯表面纵裂纹的目的，同时，在上述各成分的协同作用下实现将保护渣转折温度控制在较低的水平，实际应用中根据连铸工艺需要可将转折温度控制在1140℃～ 1200℃，保证了对铸坯的润滑，减少粘结和漏钢。本发明的高碱度保护渣，不仅是单纯提高碱度，而且同等重要的在于将其它成分协同控制在本发明要求的范围内，避免了过去单纯提高碱度引起转折温度大于等于1220℃的高危险区域，实现了将转折温度控制小于等于1200℃的安全区域以减少和避免粘结及漏钢，同时利用高碱度和其它成分协同作用具有高结晶速度的优点减弱结晶器弯月面区域传热以减少和避免铸坯表面纵裂纹的目的。当然，更避免了碱度低于1.45虽然减少粘结有利但难于防止铸坯表面纵裂纹的弊端。若碱度过高超过2.0，液渣中又会有残余高熔点相析出使得转折温度大幅度升高从而不利于对铸坯的润滑，所以本发明碱度最高值控制在1.83比较合适，适合于枪晶石的大量析出。

本发明的理论依据是：要避免铸坯表面纵裂纹和粘结及漏钢从保护渣角度分析其问题的本质原因。铸坯表面纵裂纹主要缘于结晶器弯月面区域的热流密度过大和不均匀，保护渣降低热流的任务主要应该降低弯月面区域的热流，而不宜将结晶器中下部的热流都降低，即不宜大幅度降低结晶器总体平均热流。如何实现保护渣的这种功能，过去的保护渣从理论及方法上并不清楚。

本发明的保护渣为一种高碱度包晶钢用连铸保护渣，其组成为在CaO、SiO₂二元系的基础上，配以一定量的Na₂O、F、Li₂O助熔剂及MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃等其它组份。该保护渣要求的碱度，即CaO/SiO₂提高至1.55～1.83之间，增强了保护渣的结晶性能，如结晶速度比低碱度的保护渣高，这样可以有效的减弱弯月面区域的传热，防止铸坯纵裂纹的出现。由于增加了Na₂O的含量和F含量，可以降低保护渣的黏度和转折温度，并可调节保护渣流动性、熔化温度，确保渣膜的润滑作用，提高了保护渣消耗量，同时保证其低熔点的特性，促使保护渣的融化速度接近消耗速度，达到动态平衡的效果。这样，可以保证一定的析晶量，又可以因较低的转折温度是液渣膜在结晶器铜板与坯壳之间发挥润滑作用。所以本保护渣能很好的预防纵裂纹的出现，同时，不会带来漏钢的风险，保证铸坯顺利浇铸。

为保证保护渣快速熔化及熔化的均匀性，相关保护渣原料按目标成分混合后，事先需进行预熔处理，这样一来，各物质间形成了复杂的固熔体，使得各物质熔点趋于一致，保护渣的熔化温度区间，也就是熔化终了温度和熔化开始温度之差，就可以控制在较窄的范围内。预熔后的保护渣需根据成分偏差进行微调，且预熔料所占比例不得低于70%，同时配入适量的碳黑、石墨等炭质材料。预熔操作和随后的成份补加/微调操作都是本领域公知的操作工艺，可以采用本领域已知的任意合适的方式来进行，只要能够得到所需的最终目标组成，并且满足预熔料比例不低于70％即可。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例

采用如下原料(但不限于此)制备保护渣：石灰石、石英、硅灰石、镁砂、铝矾土、纯碱、碳酸锰、碳酸锂、锂精矿、碳黑、石墨等。

将上述原料磨成细粉，按保护渣基体成分（即目标成分）均匀混合后，先进行预熔处理，使各物质间形成复杂固熔体，同时释放碳酸盐及水分等挥发物，获得熔化速度更快更均匀的预熔料，经冷却破碎后再次研磨成粒径小于200目以下的细粉，根据保护渣基体成分偏差用上述原料进行微调，预熔料占比为70%，之后按要求配入适量的碳黑、石墨等炭质材料，进行机械混合，通过喷雾干燥设备获得颗粒型成品渣。

各实施例保护渣的组成成分见下表。与比较例相比，本发明的保护渣具有比传统一般碱度的渣更高的碱度，熔点较低，粘度基本一致。从而可以在保证保护渣消耗量的情况下能够有效减缓板坯在结晶器的冷却速度，增强了板坯抵抗裂纹能力。

表1 比较例和实施例

采用上述比较例和实施例中的保护渣进行了现场浇铸试验，浇铸的钢种见表2，浇铸断面分别为250×2100mm²和250×1700mm²，拉速为0.8～1.0m/min。试验结果表明，采用实施例中所述保护渣在浇铸过程中结晶器液面状况良好，未出现粘结漏钢等异常状况，结晶器热流稳定，铸坯表面及皮下质量良好，铸坯原始合格率均在98%以上，较比较例中保护渣浇铸的铸坯原始合格率提高10%以上，说明该高碱度连铸保护渣在保证铸坯顺行、防止粘结的基础上，可有效控制铸坯纵裂发生。

表2对应钢种的典型化学成份(重量百分比,wt%)

C	Si	Mn	P	S
					0.08～0.1	0.15～0.30	1.3～1.5	<0.01	<0.002

Claims

1.一种浇铸包晶钢用高碱度连铸保护渣，其特征是：由基体和相对于基体总重量6～8%的炭质材料混合而成；

所述的基体成分按重量百分比为：Na₂O 5.0～6.0%，MgO 1.5～3.0%，Si₂O 26～30%，Fe₂O₃ 0.3～1.0%，Al₂O₃3.5～5%，Li₂O 1.5～2.5%，F 8～12%，以及含量不超过2%的杂质，其中：CaO/SiO₂为1.55～1.83；

所述的基体满足：预熔物料占比例不低于70%。

2.根据权利要求1所述的浇铸包晶钢用高碱度连铸保护渣，其特征是：所述保护渣熔点1050～1150℃，1300℃粘度0.07～0.15Pa.s，结晶率大于85%。

3.一种用于制备如权利要求1或2所述的浇铸包晶钢用高碱度连铸保护渣的方法，其特征是：按照基体最终所需的组成将用于基体的所有原料混合，预熔，得到预熔物料，然后继续向该预熔物料补加原料，得到具有所需组成的基体，然后向该基体中加入炭质材料并进行混合，然后进行喷雾干燥，从而制得所述浇铸包晶钢用高碱度连铸保护渣。