CN105312524A

CN105312524A - 一种合金钢用环保型连铸保护渣

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Publication number: CN105312524A
Application number: CN201410369000.9A
Authority: CN
Inventors: 姜丹宁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2016-02-10

Abstract

本发明公开了一种环保型合金钢用连铸保护渣，由下述质量百分比原料制备而成：CaO：40.5％，SiO₂：30％，Al₂O₃：5％，MgO：3.5％，B₂O₃：4％，C：1.5％，Li₂O2.5-3.5%、Na₂O5.5-9.5%，CaO/SiO₂为1.2-1.5；所述保护渣中Na₂O与Li₂O之和在10％以上。凝固温度为1170℃，析晶率100％。对设备无腐蚀，可防止钢液的氧化，钢液热损失小，净化钢渣界面效果好。该保护渣中二元碱度CaO/SiO₂控制在1.1-1.5之间，在绿色环保的同时降低了保护渣对连铸设备的腐蚀，提高了合金钢的生产质量。

Description

一种合金钢用环保型连铸保护渣

技术领域

本发明属于钢铁冶金材料技术领域，具体涉及一种合金钢用环保型连铸保护渣。

背景技术

连铸保护渣是一种炼钢中使用的辅助材料，覆盖在连铸机结晶器钢水表面，在钢水释放的热量的作用下，逐渐升温并发生烧结融化，在结晶器钢液面上形成双层三层或者多层的渣层结构。其主要功能是防止钢水被二次氧化，绝热保温，改善铸坯与结晶器之间的传热。因此连铸保护渣技术对钢铁生产过程的质量保证有着非常重要的意义。

现有的连铸保护渣含有较多的氟元素，氟是一种有毒元素，在连铸生产过程中由于高温的作用，一部分氟化物会挥发到大气中对空气造成污染同时危害人类健康。除了导致大气污染和水污染外，还会腐蚀相关的连铸设备。随着环保对冶金行业越来越严格的要求，从源头上解决连铸生产的氟污染问题，必要而且有意义。合金钢中含有的CuTiCr等元素，各种夹杂物对保护渣物化性能影响相差较大，对保护渣吸收夹杂物的能力以及由于钢-渣反应和吸收夹杂物后性能的稳定性要求特别高。含碳量在0.08%-0.16%的中碳包晶、亚包晶钢，凝固过程会发生包晶反应，初生坯壳收缩较大，而且生长不均匀，容易导致表面裂纹。为减缓包晶反应产生的剧烈体积收缩而引起的应力过大，需要控制坯壳尤其是在弯月面附近向结晶器的传热速度，所以实现对初生凝固坯壳的缓冷就成为保护渣首要的任务和核心功能。因此合金钢对连铸保护渣的质量会提出更高的要求。现有的连铸保护渣难以满足合金钢高质量的要求，难以减少合金钢生产过程的质量缺陷。

中国发明专利201010110275.2采用了B₂O₃、Na₂O、Li₂O等作为助溶剂，基本可以达到无氟或者低氟的要求。其中，所述保护渣成分按重量百分比为：Na₂O3-15％，MgO3-12％，Al2O3＜8％，B₂O₃2-9％，C1-15％，其余为CaO与SiO₂，CaO/SiO₂为1.1-1.5；所述保护渣中Na₂O与MgO之和在10％以上。然而其存在的问题是必须加入较多的助溶剂降低熔点，增加了成本同时难以满足合金钢的生产要求。

中国发明专利201210270965.3公开了一种高温合金用连铸结晶器保护渣配方。该保护渣的组成成分按重量百分比计含有：SiO₂32.3-37.8%、CaO₃1.0-40.0%、Al2O33.0-6.0%、Li₂O3.5-3.5%、Na₂O5.5-9.5%、F5.5-8.5%、TC4.5-6.5%、0.4＜Fe₂O₃≤2.2%，其余为K₂O≤2%、MnO≤1%及其它微量组分；该保护渣中二元碱度CaO/SiO₂控制在1.07-1.15之间，保护渣的理化性能参数为：半球点熔化温度为1094-1150℃，1250℃下的粘度为0.18-0.28Pa·s，析晶温度为820-1000℃，凝固温度为930-1000℃。虽然改配方能满足合金钢的生产要求，但是其缺点是含有氟元素。

发明内容

为了克服现有连铸保护渣含有有毒的氟元素和难以保证合金钢生产质量的不足，本发明的目的在于提出一种新型的环保型合金钢用连铸保护渣；同时满足绿色环保和高质量合金钢生产的两方面要求。

为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。

碳质材料、溶剂以及基料是连铸保护渣的三大组成部分。基料通常分为酸性材料和碱性材料，其中酸性材料包括：玻璃粉、硅石粉以及石英砂等；碱性材料包括：高炉渣、赤泥以及硅灰石等物质。苏打、萤石以及硼砂等为主要的溶剂材料。炭质材料一般有炭黑类、石墨类和焦炭粉等物质。另外，现在越来越多的生产单位和应用单位对人工合成的保护渣的应用，这使得其成为一类保护渣的原料组成部分。为了适应保护渣质量的提高以及种类的增多，尽可能的使生产的原料性能和成分稳定。

本发明所涉及的保护渣为一种合金钢用无氟环保型保护渣，其组成为在CaO为主要成分的基础上，配以一定量的B2O3、Li2O助熔剂，同时要减少Na2O、SiO2的含量，增加Al2O3以减少稀土氧化物的产生及MgO、Al2O3等。适量增加组元K2O，改善保护渣熔融特性。兼作助熔剂。采用较高碱度（CaO/SiO2），该比值一般在1.1以上，可以提高保护渣的结晶温度和结晶率，一方面减少辐射传热，另一方面结晶体内的微小裂纹、空隙会阻碍和衰减传热强度，达到减缓传热和减少裂纹的目的，保护渣中通常还含有1%左右的Fe2O3，可以加快碳质材料烧损、减少烧结层厚度。

MgO和Al2O3一样,都是网络结构限制体,能够限制保护渣中结晶相的析出。保护渣结晶温度随碱度增加而增大,随着网络限制体Al2O3和MgO的增多而降低,而Na2O和CaO则能提高结晶度。因此Na2O和MgO必须具备一定的加入量，单项以不低于3％为宜，且Na2O和MgO的总和不得低于10％，否则也不利于晶体的形成。在保证一定晶体析出量的同时，提高Na2O，降低MgO有助于降低析晶温度，反之增加析晶温度.本保护渣以镁硅钙石(3CaO·MgO·2SiO2)和钠硅钙石(Na2O·CaO·SiO2)为主要析出相，可取代含F渣中的枪晶石，有效抑制铸坯表面裂纹的发生。该保护渣由于不含对人体及环境有危害的F，因此可谓是一种绿色产品。经生产现场使用验证，使用该无氟保护渣，不但对连铸浸入式水口的腐蚀程度明显降低，比同类型含F渣低13％左右。而且不会造成二冷水pH值的降低，对设备的锈蚀程度必然大大减轻。另外二冷水中也不再产生氟化物的富集，明显改善了循环水的处理和排放压力。

在碱度大于1和小于1时,Li2O和K2O含量的变化对熔点的影响基本相同。熔点随着Li2O和K2O含量而降低。当Li2O和K2O含量小于10%,熔点随着Li2O和K2O含量的增加而显著减小;当Li2O和K2O含量增加到10%左右,在增加Li2O和K2O含量熔点几乎不降低。由此可见,碱金属只能在一定范围之内能显著地改变熔点,Li2O作为一种可选的助熔剂，在熔点、粘度偏高时可适当添加,当其含量超过这个范围后,对熔点的作用效果明显减小。

与现有技术相比本发明的有益效果。

本发明的无氟环保型保护渣，由于各项使用性能及指标均在传统保护渣的范围内，因此，对铸坯表面质量没有任何负面影响。生产实绩表明，使用本发明的环保型合金钢连铸保护渣，铸坯表面质量良好，没有产生表面夹渣、针孔、凹陷等质量问题和粘结漏钢事故，用于包晶钢、含裂纹敏感性元素的合金钢种上，也未产生纵向裂纹，完全满足了连铸工艺的各项需求。

具体实施方式

针对合金钢种，铸坯断面在l35×950-1550mm²，拉速在2.0-3.0m/min的连铸工艺条件下，研究及设计相应保护渣。对于裂纹敏感的合金钢保护渣来说，首先要确保铸坯适宜的传热效果（缓冷作用），然后以较低的粘度和足够的单耗来确保润滑作用。根据上述原则开发了用于中薄板坯钢种的具有高碱度、高结晶性能、能在结晶器内对初生坯壳进行缓冷的连铸保护渣。根据钢种特点及高拉速对保护渣物化性能的要求，确定各性能指标的基本取值范围：碱度CaO/SiO2=1.2-1.28：熔化温度T半=1000-1150℃；粘度(1300℃)=0.07-0.15PaS：结晶性能为50%-75%结晶体；保护渣消耗量为0.40-0.70kg/t钢；熔渣层厚度为10-14mm。具体如表1所示。

表1保护渣技术要求

项目	技术要求
		SiO2%	28±3.5
CaO%	34±3.5
		Al2O3 %	4.5±2.0
Fe2O3 %	≤3.0
		MgO%	≤5.0
Li2O%	≤3.0
		Na2O%	7.5±2.5
H2O%	≤0.5
		熔点	1150±50
熔速	25±10
		粘度	0.7-1.5

保护渣成分为：CaO：40.5％，SiO₂：30％，Al₂O₃：5％，MgO：3.5％，B₂O₃：4％，C：1.5％，Li₂O2.5-3.5%、Na₂O5.5-9.5%其余为原料带入的微量杂质，该渣碱度为1.3，在1300℃的粘度为0.38Pa.s，凝固温度为1170℃，析晶率100％。

实施例1：CaO：40.5％，SiO₂：30％，Al₂O₃：5％，MgO：3.5％，B₂O₃：4％，C：1.5％，Li₂O2.5%、Na₂O9.5%，CaO/SiO₂为1.2；凝固温度为1170℃，析晶率100％。

实施例2：CaO：40.5％，SiO₂：30％，Al₂O₃：5％，MgO：3.5％，B₂O₃：4％，C：1.5％，Li₂O3.5%、Na₂O5.5%，CaO/SiO₂为1.5；凝固温度为1170℃，析晶率100％。

实验结果表明这两种保护渣较好，没有表面质量缺陷。同时由于不含有氟元素有效的降低钢水对浸入式水口的侵蚀，在降低成本的同时提高了合金钢的生产质量。在试验中，保护渣在结晶器钢水液面的熔化状态较好，液面的熔渣层厚度为11-14mm，生产出的铸坯表面比较光滑，振痕浅且比较均匀，没有凹陷、裂纹等问题。通过该实验可以验证该保护渣有利于均匀散热以及减小摩擦力，在做到绿色环保的同时，保证了铸坯的质量。

Claims

1.一种合金钢用环保型连铸保护渣，其特征在于，所述保护渣成分按重量百分比为：CaO：40.5％，SiO₂：30％，Al₂O₃：5％，MgO：3.5％，B₂O₃：4％，C：1.5％，Li₂O2.5-3.5%、Na₂O5.5-9.5%，CaO/SiO₂为1.2-1.5；所述保护渣中Na₂O与Li₂O之和优选在9％以上；凝固温度为1170℃，析晶率100％。

2.根据权利要求1所述的合金钢用环保型连铸保护渣，其特征在于，所述保护渣中添加有Li₂O，其重量百分比为：Li₂O＜3.5％。

3.根据权利要求1所述的合金钢用环保型连铸保护渣，其特征在于，所述保护渣的熔点为：1100-1250℃。

4.根据权利要求3所述的合金钢用环保型连铸保护渣，其特征在于：保护渣中粒度为0.2-1.0mm级≥80%，小于0.2mm级＜17%。