CN104923754B - 高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣及其制备方法，其原料配方重量百分比成分为：硅灰石57‑60%、萤石7‑9%、碳酸钠8‑10%、碳酸锂0‑2%、玻璃粉7‑9%、铝矾土3‑5%、炭黑4.5‑4.7%、石墨5‑5.5%组成。其化学成分重量百分比为：氧化钙36.8‑38.3%、二氧化硅23.5‑25%、氧化镁2.9‑3.4、三氧化二铝3.1‑3.7、氧化钠4‑4.2%、氧化锂0‑1.3%、固定炭7.8‑8.5%、保护渣碱度即CaO/SiO₂为1.50‑1.54，熔点1050℃‑1100℃，1300℃下粘度0.2‑0.25Pa.s。本发明所述保护渣能有效解决包晶钢在连铸中出现的保护渣结壳、夹渣、铸坯表面裂纹、粘结漏钢等问题，具有结晶器内化渣均匀稳定，铸坯表面质量好，不易粘结漏钢等优点。

Description

高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣及其制备方法

技术领域

本发明属于炼钢辅料技术领域，具体涉及一种高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣及其制备方法。

背景技术

包晶钢的碳含量一般为0.08-0.18%，其主要特点是：包晶钢属于裂纹敏感钢种。在相变过程中产生较大的体积收缩极易产生表面裂纹，而且在结晶器中凝固时，由于传热不均而产生局部的应力集中，使该部位可能发生纵裂现象，在结晶器内容易发生漏钢事故，是连铸较难浇铸的钢种。

包晶钢的含碳量较低，属于典型的中碳钢，而且发生包晶反应的温度较高，反应速度较慢，化学成分较难达到均匀，所以易产生偏析，而且难消除，材料易发生断裂。

综上所属由于包晶钢的这些特点，导致在浇铸过程中易出现铸坯表面裂纹，粘结漏钢等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种高拉速包晶钢薄板坯连铸结晶器保护渣及其制备方法，本发明采用了高碱度，低粘度，高比例使用预熔料的全新思路。

本发明的目的之一在于提供一种高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣，其原料配方重量百分比为：硅灰石57-60%、萤石7-9%、碳酸钠8-10%、碳酸锂0-2%、玻璃粉7-9%、铝矾土3-5%、炭黑4.5-4.7%、石墨5-5.5%，粘结剂1.5-2%。

本发明所述保护渣化学成分重量百分比为：氧化钙36.8-38.3%、二氧化硅23.5-25%、氧化镁2.9-3.4%、三氧化二铝3.1-3.7%、氧化钠4-4.2%、氧化锂0-1.3%、固定炭7.8-8.5%。

本发明所述所述粘结剂为淀粉和水玻璃中的任意一种。

本发明所述炭黑为半补强炭黑、中超炭黑中的一种或几种。

本发明所述保护渣碱度即CaO/SiO₂为1.50-1.54，熔点1050-1100℃，1300℃下粘度为0.2-0.25Pa.s。

本发明的另一目的在于提供一种高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣的制备方法，包括如下步骤：

1）按下述配比准备原料：硅灰石57-60%，萤石7-9%，碳酸钠8-10%，碳酸锂0-2%，玻璃粉7-9%，铝矾土3-5%，炭黑4.5-4.7%，石墨5-5.5%，粘结剂1.5-2%；

将上述原料中的硅灰石、萤石、玻璃粉、铝矾土破碎成0.1-1mm的颗粒，然后与铝矾土、石墨混合、造块、烘干，在竖炉内用焦炭做燃料进行熔化，经冷凝、粉碎成直径2mm的预熔基料做半成品使用；

2）将预熔基料充分机械混匀搅拌加水调浆，水含量控制在35-45%；加入步骤1）所述重量百分比的碳酸钠、碳酸锂，熔化后加入步骤1）所述重量百分比的炭黑进行预搅拌，然后加入重量百分比为1.5-2%的粘结剂，搅拌磨浆后，泥浆由泥浆泵输送，以1.0-2.5Mpa的压力在喷吹塔中喷射，喷吹温度控制在750-800℃，即得到保护渣半成品；

3）保护渣半成品在料仓内冷却至50℃以下，得到保护渣成品，颗粒度≤0.2mm，其中0.2-0.17mm的粒径在90%以上，水份≤0.30%。

本发明所述粘结剂为淀粉和水玻璃中的任意一种。

本发明所述炭黑为半补强炭黑、中超炭黑中的一种或几种。

本发明的设计思路和原理如下：

包晶钢这种裂纹敏感性钢，保护渣设计的重点放在控制从铸坯传往结晶器的热流上，限制结晶器通热量，希望保护渣有较大的热阻。同时兼顾润滑即保证保护渣流入，选用凝固温度高，析晶温度也高的保护渣，有助于减少铸坯在冷却过程中的热应力。包晶钢要使用保护渣要使结晶器内冷却以弱冷为主，设计时考虑以下因素：为达到较高的结晶率和凝固温度，需要使用高碱度保护渣；由于凝固温度比较高，为了确保适当的消耗量，黏度要适当的设计低一些。

1.碱度（CaO/SiO2）的设计

碱度是保护渣一项重要指标，它决定着整个保护渣的设计体系位置。在常规情况下保护渣是以CaO-SiO2-Al2O3三元相系中的低熔点区域设计，其碱度在0.8-1.6这个区域内。随着保护渣碱度的增加其析晶倾向增加，在碱度大于1.0后其析出晶粒向粗大方向发展，这对抑制传热，解决裂纹是有利的。

2.熔点的设计

通常情况下，从解决裂纹的角度出发，熔点越高越不容易产生裂纹，因为熔点高了之后结晶器内初生坯壳与结晶器铜板壁之间的固渣膜厚度增加，保护渣热阻增大，保护渣传热均匀指数增加，因此熔点越高越不容易产生裂纹，但考虑到本发明碱度较高，为保证稳定的渣耗量，使液渣充分连续的填充进坯壳和铜板壁之间的间隙。本发明将保护渣的熔点设计在1050℃-1100℃这个范围。

3.黏度的设计

保护渣加入结晶器后，很快形成液渣覆盖在钢水面上，同时随着铸坯的移动和结晶器的振动，液渣流入弯月面内形成渣膜将整个铸坯包住，起到润滑和改善传热的作用。渣膜的厚度和均匀性与黏度有很大关系，如果黏度过低会使渣膜厚度增加，且不均匀，铸坯易产生裂纹。黏度过高，会使液渣流入困难使渣膜变薄，渣的流动性变差，润滑不良。实践证明，在唐钢一钢轧厂FTSC线上，将包晶钢保护渣黏度设计在1300℃下0.2-0.25Pa.s既能起到很好的控制裂纹的作用，又很好的改善润滑。

4配炭的设计

配炭是保护渣中的一项重要研究内容。结晶器保护渣中炭是以炭黑、石墨、或者焦粉的形式加入的，用它们来控制保护渣的熔化速度和液态保护渣的绝热。由于炭不溶于液渣，炭的颗粒形成骨架，组织或者延迟了液渣滴的聚合，炭的含量、类型、颗粒尺寸和着火温度对保护渣的性能都有影响。炭黑能降低保护渣的熔化温度，保护渣的完全熔化的时间随着炭黑的增加而延长。但使用炭黑时，将易于造成铸坯的裂纹缺陷。在设计配炭时要保证保护渣熔化均匀，稳定消耗。因此本发明使用炭黑+石墨的复合配碳形式（固定炭含量7.8-8.5%），其目的是保证粉渣层和烧结层稳定成渣，稳定消耗，避免出现结块，熔化不均的情况。

采用上述技术方案的有益效果在于：本发明一种高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣，可有效解决薄板坯包晶钢保护渣浇铸过程中出现的铸坯表面夹渣，出现裂纹，粘结漏钢等问题。具有结晶器内化渣均匀稳定，铸坯质量好，不易粘结漏钢的优点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣，其原料配方重量百分比为：硅灰石 57%、萤石9 %、碳酸钠9 %、碳酸锂1 %、玻璃粉7 %、铝矾土4 %、炭黑4.5%、石墨5 %，粘结剂1.5%。

上述保护渣对应的化学成分重量百分比为：氧化钙36.8 %、二氧化硅25 %、氧化镁3 %、三氧化二铝3.6 %、氧化钠4 %、氧化锂0.7 %、固定炭7.8 %。

粘结剂为淀粉；炭黑为半补强炭黑。

保护渣碱度即CaO/SiO₂为1.5，熔点1.60℃，1300℃下粘度为0.2 Pa.s。

上述高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣的制备方法，包括如下步骤：

将上述配比原料中的硅灰石、萤石、玻璃粉、铝矾土破碎成0.1-1mm的颗粒，然后与铝矾土、石墨混合、造块、烘干，在竖炉内用焦炭做燃料进行熔化，经冷凝、粉碎成直径2mm的预熔基料做半成品使用；将预熔基料充分机械混匀搅拌加水调浆，水含量35%；加入上述重量百分比的碳酸钠、碳酸锂，熔化后加入上述重量百分比的炭黑进行预搅拌，然后加入重量百分比为1.5%的粘结剂，搅拌磨浆后，泥浆由泥浆泵输送，以1.0Mpa的压力在喷吹塔中喷射，喷吹温度控制在750℃，即得到保护渣半成品；保护渣半成品在料仓内冷却至35℃，得到保护渣成品，颗粒度≤0.2mm，其中0.2-0.17mm的粒径在90%以上，水份0.30%。

实施例2

高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣，其原料配方重量百分比为：硅灰石 60%、萤石8.2 %、碳酸钠8 %、碳酸锂0 %、玻璃粉8 %、铝矾土5 %、炭黑4.7%、石墨5.5 %，粘结剂1.8 %。

上述保护渣对应的化学成分重量百分比为：氧化钙37.3 %、二氧化硅23.5 %、氧化镁3.4 %、三氧化二铝3.5 %、氧化钠4.2 %、氧化锂0 %、固定炭8.1 %。

粘结剂为水玻璃；炭黑为中超炭黑。

保护渣碱度即CaO/SiO₂为1.52，熔点1050℃，1300℃下粘度为0.21 Pa.s。

上述高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣的制备方法，包括如下步骤：

将上述配比原料中的硅灰石、萤石、玻璃粉、铝矾土破碎成0.1-1mm的颗粒，然后与铝矾土、石墨混合、造块、烘干，在竖炉内用焦炭做燃料进行熔化，经冷凝、粉碎成直径2mm的预熔基料做半成品使用；将预熔基料充分机械混匀搅拌加水调浆，水含量控制在45%；加入上述重量百分比的碳酸钠、碳酸锂，熔化后加入上述重量百分比的炭黑进行预搅拌，然后加入重量百分比为1.8%的粘结剂，搅拌磨浆后，泥浆由泥浆泵输送，以2.5Mpa的压力在喷吹塔中喷射，喷吹温度控制在800℃，即得到保护渣半成品；保护渣半成品在料仓内冷却至44℃，得到保护渣成品，颗粒度≤0.2mm，其中0.2-0.17mm的粒径在95%以上，水份0.20%。

实施例3

高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣，其原料配方重量百分比为：硅灰石 59%、萤石7%、碳酸钠10%、碳酸锂2%、玻璃粉7%、铝矾土3%、炭黑4.6%、石墨5%，粘结剂2%。

上述保护渣对应的化学成分重量百分比为：氧化钙38.3%、二氧化硅25%、氧化镁3.4%、三氧化二铝3.7%、氧化钠4%、氧化锂1.3%、固定炭8.5%。

粘结剂为淀粉；炭黑为半补强炭黑和中超炭黑质量比1:1的混合物。

保护渣碱度即CaO/SiO₂为1.54，熔点1100℃，1300℃下粘度为0.25Pa.s。

上述高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣的制备方法，包括如下步骤：

将上述配比原料中的硅灰石、萤石、玻璃粉、铝矾土破碎成0.1-1mm的颗粒，然后与铝矾土、石墨混合、造块、烘干，在竖炉内用焦炭做燃料进行熔化，经冷凝、粉碎成直径2mm的预熔基料做半成品使用；将预熔基料充分机械混匀搅拌加水调浆，水含量控制在40%；加入上述重量百分比的碳酸钠、碳酸锂，熔化后加入上述重量百分比的炭黑进行预搅拌，然后加入重量百分比为2%的粘结剂，搅拌磨浆后，泥浆由泥浆泵输送，以1.5Mpa的压力在喷吹塔中喷射，喷吹温度控制在780℃，即得到保护渣半成品；保护渣半成品在料仓内冷却至45℃，得到保护渣成品，颗粒度≤0.2mm，其中0.2-0.17mm的粒径在93%以上，水份0.25%。

实施例4

高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣，其原料配方重量百分比为：硅灰石59%、萤石9%、碳酸钠8%、碳酸锂1.5%、玻璃粉9%、铝矾土3%、炭黑4.7%、石墨5.3%，粘结剂1.9%。

上述保护渣对应的化学成分重量百分比为：氧化钙37.5%、二氧化硅24.1%、氧化镁3.3%、三氧化二铝3.4%、氧化钠4.1%、氧化锂0.9%、固定炭7.7%。

所述粘结剂为水玻璃；炭黑为半补强炭黑。

保护渣碱度即CaO/SiO₂为1.51，熔点1070℃，1300℃下粘度为0.25Pa.s。上述高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣的制备方法，包括如下步骤：

将上述配比原料中的硅灰石、萤石、玻璃粉、铝矾土破碎成0.1-1mm的颗粒，然后与铝矾土、石墨混合、造块、烘干，在竖炉内用焦炭做燃料进行熔化，经冷凝、粉碎成直径2mm的预熔基料做半成品使用；将预熔基料充分机械混匀搅拌加水调浆，水含量控制在38%；加入上述重量百分比的碳酸钠、碳酸锂，熔化后加入上述重量百分比的炭黑进行预搅拌，然后加入重量百分比为1.9%的粘结剂，搅拌磨浆后，泥浆由泥浆泵输送，以2.0Mpa的压力在喷吹塔中喷射，喷吹温度控制在760℃，即得到保护渣半成品；保护渣半成品在料仓内冷却至50℃，得到保护渣成品，颗粒度≤0.2mm，其中0.2-0.17mm的粒径在94%以上，水份0.20%。

实施例5

本实施例列举实施例1保护渣的应用过程。

钢厂浇铸工艺：结晶器截面尺寸：92=>65*860-1730mm，拉速4.2-4.5m/min。

开浇起步时，将保护渣推入结晶器内，要求均匀覆盖整个钢液面，保护渣总渣层（粉渣层、烧结层、液渣层三层总和）厚度在20-45mm之间，保持黑渣操作，不得使钢液面裸露。

开浇后，钢液面波动控制在1mm以内，拉速稳定在4.3m/min ，此时测量液渣层厚度在10mm左右，此后隔20min测一次液渣层，厚度在8-12mm之间。在浇铸过程中，保护渣在结晶器内铺展良好，无结块、结团现象、火苗适中，化渣均匀稳定，渣条规则且较小，一般无需挑渣操作，经统计渣耗在0.35kg吨钢左右。

在冷态下铸坯表面振痕清晰，规则较浅无沾渣，卷渣现象，铸坯表面整体平整光滑无异常。

Claims (7)

1.高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣，其特征在于，其原料配方重量百分比为：硅灰石57-60%、萤石7-9%、碳酸钠8-10%、碳酸锂0-2%、玻璃粉7-9%、铝矾土3-5%、炭黑4.5-4.7%、石墨5-5.5%，粘结剂1.5-2%。

2.根据权利要求1所述的高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣，其特征在于，所述粘结剂为淀粉和水玻璃中的任意一种。

3.根据权利要求1或2所述的高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣，其特征在于，所述炭黑为半补强炭黑、中超炭黑中的任意一种或几种。

4.根据权利要求1或2所述的高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣，其特征在于，所述保护渣碱度即CaO/SiO₂为1.50-1.54，熔点1050-1100℃，1300℃下粘度为0.2-0.25Pa.s。

5.一种高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）按下述配比准备原料：硅灰石57-60%，萤石7-9%，碳酸钠8-10%，碳酸锂0-2%，玻璃粉7-9%，铝矾土3-5%，炭黑4.5-4.7%，石墨5-5.5%，粘结剂1.5-2%；

将上述原料中的硅灰石、萤石、玻璃粉、铝矾土破碎成0.1-1mm的颗粒，然后与铝矾土、石墨混合、造块、烘干，在竖炉内用焦炭做燃料进行熔化，经冷凝、粉碎成直径2mm的预熔基料做半成品使用；

2）将预熔基料充分机械混匀搅拌加水调浆，水含量控制在35-45%；加入步骤1）所述重量百分比的碳酸钠、碳酸锂，熔化后加入步骤1）所述重量百分比的炭黑进行预搅拌，然后加入重量百分比为1.5-2%的粘结剂，搅拌磨浆后，泥浆由泥浆泵输送，以1.0-2.5Mpa的压力在喷吹塔中喷射，喷吹温度控制在750-800℃，即得到保护渣半成品；

3）保护渣半成品在料仓内冷却至50℃以下，得到保护渣成品，颗粒度≤0.2mm，其中0.2-0.17mm的粒径在90%以上，水份≤0.30%。

6.根据权利要求5所述一种高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为淀粉和水玻璃中的任意一种。

7.根据权利要求5所述的高拉速薄板坯包晶钢连铸结晶器保护渣的制备方法，其特征在于，所述炭黑为半补强炭黑、中超炭黑中的一种或几种。