CN104858381B - 一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂及其应用 - Google Patents

一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂及其应用；属于钢铁连铸技术领域。本发明所述中间包覆盖剂，以质量百分比计包括下述组分：CaO 26～35％、SiO26～13％、Al2O322～32％、MgO 5～12％、(Na2O+Li2O)8～15％、B2O32～8％。该中间包覆盖剂具有粘度低(1300℃时为0.5～1.2Pa·s)、熔化温度低(1180～1300℃)，能够高效吸收含铝钢中的夹杂物，并改善中间包内钢水的洁净度，很好地防止钢液二次氧化，改善铸坯质量，同时具有良好的保温性能等特点。本发明所设计的中间包覆盖剂，能很好地用于Al质量百分含量在0.3～3％范围内的含铝钢连铸过程。

Description

一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂及其应用
技术领域
本发明涉及一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂及其应用；属于钢铁连铸技术领域。
背景技术
作为连铸过程中重要的功能材料，中间包覆盖剂在连铸中间包内发挥绝热保温，防止液面结壳；隔绝空气，防止钢水二次氧化；以及吸收非金属夹杂等重要作用。中间包覆盖剂性能的好坏，直接决定着铸坯质量，从而影响生产效益。
钢中添加的合金元素，在大幅改善钢材质量的同时，也对其生产过程带来不利影响。含铝钢中的元素Al在连铸中间包内与熔融中间包覆盖剂接触的过程中，会在渣/钢界面与中间包覆盖剂中部分氧化物反生氧化还原反应。例如：含铝钢中的Al与中间包覆盖剂中的SiO2发生氧化还原反应：4[Al]+3(SiO2)＝2(Al2O3)+3[Si]。反应生成的Al2O3进入中间包覆盖剂，Si进入钢液中。SiO2的消耗将引起中间包覆盖剂的碱度(CaO/SiO2)急剧升高，生成的Al2O3将导致中间包覆盖剂中的氧化铝含量显著增加。此外，合金中的活泼元素还会跟钢液中溶解的氧和氮反应，生成Al2O3、AlN等夹杂物进入中间包覆盖剂中。这些会导致中间包覆盖剂粘度、熔化温度等特性发生显著变化，中间包覆盖剂保温功能、吸收夹杂物能力大大下降。
从文献检索的情况来看，目前很少有针对高铝钢的专门中间包覆盖剂，但有一些针对于中间包覆盖剂的研究及开发。如公开号为CN102652991A《一种利用硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法》，公开号为CN102581240A的专利《一种中间包覆盖剂》，公开号为CN1660520A的专利《高碱度中间包覆盖剂》，公开号为CN103111592A的专利《中间包覆盖剂》。但这些所研究的中间包覆盖剂主要还是停留在中间包覆盖剂的制备上，没有针对某些含铝钢种，也没有考虑到钢液与中间包覆盖剂的钢渣反应，不适用于含铝钢的连铸生产，尤其是Al质量百分含量为0.3～3％的含铝钢连铸中间包过程。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种组分配比合理、可有效抑制渣钢反应，并且吸收夹杂物能力强，不易变性，粘度、熔化温度特性稳定的新型中间包覆盖剂及其在含铝钢中的应用。
本发明提供的一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂，以质量百分比计包括下述组分：
CaO 26～35％，优选为28～35％，进一步优选为30～35％；
SiO26～13％，优选为8～13％，进一步优选为9～12％；
Al2O322～32％，优选为25～32％，进一步优选为28～32％；
MgO 5～12％，优选为6～11％，进一步优选为8～10％；
(Na2O+Li2O)8～15％，优选为9～15％，进一步优选为10～14.5％；
B2O32～8％，优选为5～7％，进一步优选为5.5～6.5％。
本发明所述中间包覆盖剂中，CaO与SiO2质量比为2～5.5：1，优选为3～5：1，进一步优选为3～4：1。
本发明所述中间包覆盖剂中，Na2O与Li2O的质量比为4～30：1，优选为8～20：1，进一步优选为10～12：1。
本发明所述中间包覆盖剂中，加入MgO 5～12％。本发明所述中间包覆盖剂的应用，包括用做含铝钢连铸过程中的中间包覆盖剂。
本发明所述中间包覆盖剂的熔点为1180～1300℃，温度1300℃时的粘度为0.5～1.2Pa·s。
本发明所述中间包覆盖剂的应用，所述含铝钢中，Al质量百分含量为0.3～3％，优选为0.5～2.5％，进一步优选为1～2％。
原理及优势
原理
本发明所述一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂中，添加适量的Al2O3主要作用是：增加熔渣中Al2O3含量，从而抑制反应4[Al]+3(SiO2)＝2(Al2O3)+3[Si]向右进行，减少了SiO2被还原量及渣中Al2O3的增加量，稳定了中间包覆盖剂的碱度，减少中间包覆盖剂的变性。
本发明所述中间包覆盖剂中，添加适量的B2O3的主要作用是：通过适量的B2O3与其他组分的协同作用，抵消配入Al2O3后中间包覆盖剂吸收夹杂物能力变小及熔点升高的影响。
本发明所述中间包覆盖剂中，添加Na2O和Li2O的主要目的是：通过控制Na2O与Li2O的质量比，以及二者与其它组元的协同作用，尤其是Na2O、Li2O与B2O3的协同作用，实现了降低中间包覆盖剂粘度的目的，同时也实现了降低中间包覆盖剂熔点的目的。
本发明控制CaO与SiO2质量比为2～5.5：1的主要目是提高中间包覆盖剂的碱度，有利于减少覆盖剂对中间包耐火材料的侵蚀。
本发明所述中间包覆盖剂中加入5～12％的MgO的主要目的是：MgO与炉衬中的Al2O3在包衬渣线部位形成了高熔点的MgO·Al2O3尖晶石，因而减轻对中间包包衬的侵蚀。
本发明所述的中间包覆盖剂中，粘度低将能吸收钢液面上的非金属夹杂物、耐火材料颗粒等浮游物，这对减少钢中夹杂物的含量，为结晶器提供洁净的钢水有非常重要的作用。
与现有技术相比较，本发明所具有的优势：
1)有效抑制渣钢界面反应。本发明配入适量的Al2O3，增加了中间包覆盖剂熔渣中Al2O3的活度，有效的抑制了渣钢反应平衡的向右的进行，稳定了中间包覆盖剂的成分，进而将中间包覆盖剂的理化性能控制在合理的范围内。
2)吸收高熔点Al2O3、AlN夹杂物效果好。本发明配入适量B2O3，可有效减小中间包覆盖剂的粘度及界面张力，进而提高中间包覆盖剂熔渣对高熔点Al2O3、AlN夹杂物润湿性，促进了夹杂物的熔解吸收。
3)防氧化能力强。本发明设计的中间包覆盖剂成分熔化温度低，在中间包中能形成较厚的液渣层，将钢液和空气隔绝起来，起到很好的防氧化能力和保温的功能。
综上所述，本发明提供的一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂，具有抑制渣/钢反应，不易变性，粘度熔点稳定，以及吸收高熔点Al2O3、AlN夹杂物能力强等特点。连铸过程中，该中间包覆盖剂始终保持较好的黏度和热阻，较好地实现了隔绝空气防止氧化，保温和吸收夹杂物等功能，大幅度提高了钢的洁净度，防止钢液出现二次氧化和较大的温降，显著地提高了铸坯质量和生产效益。特别是将本发明所开发的中间包覆盖剂用于含铝钢的连铸过程时，能有效地抑制熔融状态下的中间包覆盖剂与合金间的界面反应，并有效地吸收中间包内Al2O3、AlN等高熔点夹杂物，提高中间包吸收夹杂物和减少温降，进而达到减少铸坯裂纹及凹陷，提高铸坯质量的目的。
具体实施方式
以下结合实例对本发明作进一步的阐述，实例仅用于说明本发明，而不是以任何形式来限制本发明。
本发明的中间包覆盖剂的熔化温度、1300℃的粘度分别采用冶金行业标准YB/T186和YB/T185测定。
实施例1
一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂，其成分质量百分含量为：CaO 28％、SiO28％、Al2O332％、MgO 12％、(Na2O+Li2O)14％(Na2O/Li2O＝13：1质量比)、B2O36％。该中间包覆盖剂的碱度CaO/SiO2为3.5。采用上述方法测得的中间包覆盖剂的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的中间包覆盖剂用于Al质量百分含量为3％的含铝钢的连铸工艺；经检测，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少44％，总氧含量仅增加1个ppm，钢水温降5℃。
实施例2
一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂，其成分质量百分含量为：CaO 30％、SiO26％、Al2O330％、MgO 12％、(Na2O+Li2O)15％(Na2O/Li2O＝30：1质量比)、B2O37％。该中间包覆盖剂的碱度CaO/SiO2为5。采用上述方法测得的中间包覆盖剂的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的中间包覆盖剂用于Al质量百分含量为2.5％的含铝钢的连铸工艺；经检测，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少35％，总氧含量没有增加，钢水温降4℃。
实施例3
一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂，其成分质量百分含量为：CaO 35％、SiO213％、Al2O327％、MgO 5％、(Na2O+Li2O)12％(Na2O/Li2O＝11：1质量比)、B2O38％。该中间包覆盖剂的碱度CaO/SiO2为2.7。采用上述方法测得的中间包覆盖剂的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的中间包覆盖剂用于Al质量百分含量为0.3％含铝钢的连铸工艺；经检测，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少40％，总氧含量仅增加2个ppm，钢水温降4℃。
实施例4
一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂，其成分质量百分含量为：CaO 34％、SiO212％、Al2O325％、MgO 6％、(Na2O+Li2O)15％(Na2O/Li2O＝11.5：1质量比)、B2O38％。该中间包覆盖剂的碱度CaO/SiO2为2.8。采用上述方法测得的中间包覆盖剂的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的中间包覆盖剂用于Al质量百分含量为1％的含铝钢的连铸工艺；经检测，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少42％，总氧含量仅增加1个ppm，钢水温降6℃。
实施例5
一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂，其成分质量百分含量为：CaO 30％、SiO210％、Al2O328％、MgO 12％、(Na2O+Li2O)13％(Na2O/Li2O＝11.5：1质量比)、B2O37％。该中间包覆盖剂的碱度CaO/SiO2为3。采用上述方法测得的中间包覆盖剂的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的中间包覆盖剂用于Al质量百分含量为1.5％的含铝钢的连铸工艺；经检测，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少37％，总氧含量仅增加1个ppm，钢水温降5℃。
实施例6
一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂，其成分质量百分含量为：CaO 33％、SiO28％、Al2O332％、MgO 10％、(Na2O+Li2O)15％(Na2O/Li2O＝6.5：1质量比)、B2O32％。该中间包覆盖剂的碱度CaO/SiO2为4.1。采用上述方法测得的中间包覆盖剂的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的中间包覆盖剂用于Al质量百分含量为2.5％的含铝钢的连铸工艺；经检测，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少45％，总氧含量仅增加2个ppm，钢水温降4℃。
实施例7
一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂，其成分质量百分含量为：CaO 33％、SiO29％、Al2O330％、MgO 12％、(Na2O+Li2O)8％(Na2O/Li2O＝11.6：1质量比)、B2O38％。该中间包覆盖剂的碱度CaO/SiO2为3.7。采用上述方法测得的中间包覆盖剂的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的中间包覆盖剂用于Al质量百分含量为2％的含铝钢的连铸工艺；经检测，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少38％，总氧含量没有增加，钢水温降5℃。
表1中间包覆盖剂的主要物性参数
对比例1
本对比例中所用中间包覆盖剂的组分，以质量百分比计为：CaO 36％、SiO233％、Al2O313.7％、MgO 3.8％、(Na2O+Li2O)13.5％(Na2O/Li2O＝13：1质量比)。该中间包覆盖剂的碱度CaO/SiO2为1.1。将该对比例所设计的中间包覆盖剂用于Al质量百分含量为2.5％的含铝钢的连铸工艺；经检测，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少18％，总氧含量增加8个ppm，钢水温降11℃。
对比例2
本对比例中所用中间包覆盖剂的组分，以质量百分比计为：CaO 42％、SiO236％、Al2O32％、MgO 4％、(Na2O+Li2O)14％(Na2O/Li2O＝13：1质量比)、B2O32％。该中间包覆盖剂的碱度CaO/SiO2为1.17。将该对比例所设计的中间包覆盖剂用于Al质量百分含量为2％的含铝钢的连铸工艺；经检测，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少21％，总氧含量增加6个ppm，钢水温降11℃。
对比例3
本对比例中所用中间包覆盖剂的组分，以质量百分比计为：CaO：45.0％，SiO2：10％，Al2O3：10.0％，MgO：20％，(Na2O+Li2O)：15％(Na2O/Li2O＝1：1质量比)。该中间包覆盖剂的碱度CaO/SiO2为1.05。将该对比例所设计的中间包覆盖剂用于Al质量百分含量为3％的含铝钢的连铸工艺；经检测，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少23％，总氧含量增加7个ppm，钢水温降10℃。
通过对比例1、2、3以及本发明的7个实施例，可以看出本专利所设计的新型中间包覆盖剂可以很好的用于含铝钢的连铸中间包过程，在使用本专利的中间包覆盖剂后，钢水的吸收夹杂物能力大大增强，总氧含量增加量减少，钢液温降减少。

Claims (1)

1.一种新型含铝钢连铸中间包覆盖剂，其特征在于：
其成分质量百分含量为：CaO 28%、SiO2 8%、Al2O3 32%、MgO 12%、(Na2O+ Li2O) 14% ，Na2O/ Li2O的质量比=13：1、B2O3 6%；该中间包覆盖剂的碱度CaO/ SiO2为3.5；所设计的中间包覆盖剂用于Al质量百分含量为3%的含铝钢的连铸工艺；经检测，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少44%，总氧含量仅增加1个ppm，钢水温降5℃；
或
其成分质量百分含量为：CaO 30%、SiO2 6%、Al2O3 30%、MgO 12%、(Na2O+ Li2O) 15% ，Na2O/ Li2O质量比=30：1、B2O3 7%；该中间包覆盖剂的碱度CaO/ SiO2为5；所设计的中间包覆盖剂用于Al质量百分含量为2.5%的含铝钢的连铸工艺；经检测，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少35%，总氧含量没有增加，钢水温降4℃；
或
其成分质量百分含量为：CaO 33%、SiO2 8%、Al2O3 32%、MgO 10%、(Na2O+ Li2O) 15% 、Na2O/ Li2O质量比=6.5：1、B2O3 2%；该中间包覆盖剂的碱度CaO/ SiO2为4.1；所设计的中间包覆盖剂用于Al质量百分含量为2.5%的含铝钢的连铸工艺；经检测，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少45%，总氧含量仅增加2个ppm，钢水温降4℃；
或
其成分质量百分含量为：CaO 33%、SiO2 9%、Al2O3 30%、MgO 12%、(Na2O+ Li2O) 8% 、Na2O/ Li2O质量比=11.6：1、B2O3 8%；该中间包覆盖剂的碱度CaO/ SiO2为3.7；所设计的中间包覆盖剂用于Al质量百分含量为2%的含铝钢的连铸工艺；经检测，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少38%，总氧含量没有增加，钢水温降5℃。
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