CN105642848A

CN105642848A - 一种用于高碳钢的连铸保护渣

Info

Publication number: CN105642848A
Application number: CN201610097354.1A
Authority: CN
Inventors: 郭亮亮; 徐正其; 王大智; 张晨
Original assignee: Baosteel Special Steel Co Ltd
Current assignee: Baosteel Special Steel Co Ltd
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2016-06-08

Abstract

一种用于高碳钢的连铸保护渣，其组分的重量百分数为：CaO：18～35％；SiO₂：22～37％；MgO：4～10％；Al₂O₃：2～6％；Na₂O+K₂O：5～15％；Li₂O：2～6％；B₂O₃：3～10％；C：1～5％；NaF：6～12％。本发明所述连铸保护渣具有低熔点和低粘度的特点，在连铸结晶器内容易迅速形成液渣层，解决了高碳钢连铸时的保护渣熔融性、润滑及传热问题，从而提高连铸坯表面质量，保证了高碳钢的连铸生产和质量。

Description

一种用于高碳钢的连铸保护渣

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种用于高碳钢的连铸保护渣。

背景技术

常用的连铸保护渣是以CaO-SiO₂-Al₂O₃为基料，Na₂O、K₂O和CaF₂等为熔剂，碳质组分作为骨架材料的一种硅酸盐材料。连铸过程中将保护渣连续、均匀铺展在结晶器钢液表面，熔化后，熔渣流入结晶器与坯壳之间，形成渣膜而逐步消耗，具有绝热保温功能、防止钢液氧化、吸收钢液中上浮夹杂物、控制均匀传热和改善铸坯润滑等作用，在连铸工艺中起着非常重要的作用。

随着保护渣中的各种氧化物种类、含量不同，保护渣的化学性质和物理性能会发生如下变化：保护渣的粘度一般随SiO₂、Al₂O₃含量的上升而逐渐增加，随着CaO、MgO、Na₂O、F等含量的增加而减小。保护渣的凝固温度随CaO的上升而增加，随SiO₂、Al₂O₃、MgO、Na₂O、F等含量的增加而减小；保护渣的结晶倾向是随着CaO、MgO、Na₂O、F等含量的上升而增加，随SiO₂、Al₂O₃含量的增加而减少。

保护渣熔化流入结晶器壁与凝固坯壳间形成的渣膜可起到润滑剂的作用，减少拉坯阻力，防止坯壳与结晶器壁的粘结。由于高碳钢中C含量较高(碳重量百分数为0.77～1.70％)，液相线温度比普通低碳钢低100℃以上，保护渣熔化困难；高碳钢热收缩系数较低、凝固坯壳收缩量小，均导致保护渣难以流入铸坯与结晶器间的通道，保护渣消耗量减少，摩擦力增加，高碳钢表面发生凹陷与纵裂、乃至漏钢，严重影响了产品的后续质量，已成为高碳钢连铸生产中的主要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高碳钢的连铸保护渣，解决高碳钢连铸时的保护渣熔融性差、润滑性差及传热性差等技术问题，从而提高连铸坯表面质量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于高碳钢的连铸保护渣，其组分的重量百分数为：

进一步，所述连铸保护渣的碱度为0.5～1.2。

所述连铸保护渣具有低熔点和低粘度、在连铸结晶器内容易迅速形成液渣层的特点，其半球点温度为850～1000℃，粘度为0.75～1.3dpa·s。

为了使高碳钢连铸时用到的保护渣处于低熔点区、并具有适当的理化性质，本发明选择低碱度初始渣，其中，保护渣中CaO和SiO₂是主要成分，配以MgO和Al₂O₃起到维持粘度的作用，Li₂O和B₂O₃起到降低熔点、稳定液渣层作用。

本发明的保护渣化学成分中：

CaO：CaO是保护渣的主要成分，来源广、价格低。保护渣熔渣结构可认为是一种硅酸盐结构，Si-O四面体通过共同两个角连接形成长链，在此硅酸盐熔体中加入CaO和MgO等碱金属氧化物后，Si-O四面体网络结构遭到破坏，链的变形阻力因断裂增多而减小，从而降低了保护渣粘度。若CaO含量低于18％时，难以吸收钢中氧化物夹杂物；但当CaO含量高于35％时，晶体的析出温度升高，结晶化倾向增大，会导致高碳钢连铸结晶器摩擦阻力增大。故本发明控制CaO含量为18～35％。

SiO₂：保护渣中网络结构形成体，使保护渣形成玻璃相，起到润滑作用，为了保持保护渣性能稳定性，设计保护渣碱度在0.5～1.2，故本发明须控制SiO₂含量为22～37％。

MgO：保护渣中代替CaO改善渣的玻璃化程度，起到降低保护渣的粘度作用，可明显改善高碳钢保护渣流动性能。当MgO含量低于4％时，渣的流动性和渣耗改善不明显；但当MgO含量高于10％时，由于MgO熔点较高，且易与其它成分结合生成高熔点的结晶矿相，反而使渣的熔化性能恶化，故本发明控制MgO含量为4～10％。

Al₂O₃：保护渣粘度随Al₂O₃增加而上升，Al₂O₃含量低于2％时，熔渣粘度变化不显著，但当Al₂O₃含量高于10％时，粘度会急剧升高、恶化保护渣润滑效果，故本发明控制Al₂O₃含量为2～6％。

F：F^-可以替代O^2-破坏网络状硅氧离子，将大的分子团分裂为较小的复合阴离子，从而降低保护渣聚合度，是保护渣中调节粘度的重要元素。当F含量低于6％时，粘度和熔点调整不到位；F含量高于12％时，会破坏熔渣的玻璃性，使润滑条件恶化。故本发明控制F含量为6～12％。

Na₂O+K₂O：氧化钠和氧化钾的混合物是助熔剂，能显著降低保护渣的熔点，含量越多，降低熔点的作用越明显。但含量过高的话，析出晶体，不利于结晶器传热。当Na₂O+K₂O低于5％时，钢渣反应达到平衡后熔渣熔点过高；Na₂O+K₂O高于15％时，钢渣反应达到平衡后熔渣熔点过低而不适用，同时熔渣中易析出霞石(Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂)对结晶器润滑不利。故本发明控制Na₂O+K₂O含量为5～15％。

Li₂O：Li₂O是一种强的助熔剂，可显著降低保护渣熔渣在冷凝过程中的析晶温度和粘度转折温度，减缓和均匀弯月面区域的热流密度。Li₂O含量低于2％时，对高碳钢保护渣玻璃化程度改善不明显；当Li₂O含量高于6％时，会因大量的黄长石晶体析出而使高碳钢保护渣玻璃化程度大大降低。因此，Li₂O的适量加入可获得低熔点、低粘度、玻璃性好的保护渣，本发明所述高碳钢保护渣中最佳Li₂O加入量为2～6％。

B₂O₃：B₂O₃自身熔点450℃，加入保护渣中能显著降低保护渣的熔化温度，从而使保护渣的流动性增强。B₂O₃属酸性氧化物，其“网络”形成体的作用比SiO₂弱，因而降低了SiO₂的作用，使得保护渣“网络”程度减弱，再加上熔渣的流动性增强，起到了降低高碳钢保护渣粘度的作用，维持稳定液渣层作用。当B₂O₃含量低于3％时，保护渣熔点下降不显著；但B₂O₃含量高于10％时，保护渣凝固温度基本不发生变化。因此，本发明控制B₂O₃含量为3～10％。

高碳钢的液相线温度随着钢水中碳含量的增加而降低，所以浇注温度比一般钢种低、有的甚至低100℃以上；同时，由于刚碳钢的热膨胀系数低，结晶器和凝固坯壳之间的液渣流入通道变得更窄。因此，高碳钢保护渣需具有低熔点、低粘度、高渣耗量等特点。本发明中Li₂O在高碳钢保护渣中起强助熔剂作用，可显著降低保护渣熔点；高碳钢保护渣添加B₂O₃，起到扩大良好润滑功能的液渣比例，维持稳定液渣层和渣耗量的作用，同时减缓和均匀弯月面区域的热流密度，保证高碳钢凝固初生坯壳的均匀性。

C：C在保护渣中充当骨架，能控制保护渣熔化速度，起到隔热作用。当保护渣C含量低于1％时，隔热性能不好；但当C含量超过5％时，保护渣熔化速度变慢，故本发明控制C含量为1～5％。

本发明控制连铸保护渣的碱度为0.5～1.2，即CaO/SiO₂的比值为0.5～1.2。当碱度增加到0.5～1.2范围内，CaO向熔渣中提供的O^2-离子促使Si-O聚合体解体，复合阴离子团变小，粘流活化能降低，导致粘度降低；如果碱度高于1.2，保护渣中CaO易与其它组分结合生成高熔点的结晶矿物，引起熔化温度升高。反之，若碱度低于0.5，导致保护渣粘度过高。故本发明控制连铸保护渣的碱度为0.5～1.2。

本发明所述连铸保护渣的制备方法如下：按上述原料配比后加热至熔化，然后冷却凝固，得凝固渣，将凝固渣的水分烘干至低于1wt％，粉碎至200目，装料备用。

本发明的有益效果，保证了高碳钢的连铸生产和质量：

1)本发明解决了高碳钢保护渣熔化困难问题。高碳钢液相线温度比普通低碳钢低100℃以上，保护渣熔化困难，本发明开发的连铸保护渣具有低熔点、低粘度的特点，在连铸结晶器内容易迅速形成液渣层，保护渣的液渣层厚度在12mm以上，同时还能起到很好地隔绝空气的作用。

2)本发明解决了高碳钢结晶器润滑问题。高碳钢热收缩系数较低、凝固坯壳收缩量小，导致保护渣难以流入铸坯与结晶器间的通道。本发明开发的连铸保护渣具有高渣耗量(0.4kg/t以上)的特点，能充分流入连铸坯与结晶器间的通道，形成渣膜，起到稳定润滑和均匀传热作用。

3)本发明所述连铸保护渣具有低熔点和低粘度的特点，在连铸结晶器内容易迅速形成液渣层，可以充分发挥连铸保护渣的优势，对结晶器内坯壳润滑和传热有效；对防止钢水二次氧化、结晶器均匀性传热也有利，保证了高碳钢的连铸生产和质量。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明的保护渣主要用于高碳高锰钢和冷作模具钢连铸生产。本发明连铸保护渣各组分的实施例参见表1，本发明实施例的性能参见表2。

本发明实施例所述连铸保护渣的制备方法为：按照表1中原料配比混合均匀后加热至熔化，冷却凝固，将凝固后得到的凝固渣的水分烘干小于1wt％，并粉碎至200目得到实施例的连铸保护渣，具体性能参见表2。

表1单位：wt％

	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	Na₂O+K₂O	Li₂O	B₂O₃	NaF	C	碱度R
											实施例1	34.8	29.4	4.2	2.1	10.3	2.3	3.1	10.8	3	1.18
实施例2	28	25.4	4.3	2.2	11.2	3.5	9.8	11.6	4	1.10
											实施例3	27.5	30.6	5.4	5.9	10.4	4.2	4.8	9.2	2	0.90
实施例4	18.3	36.8	8.6	2.5	5.4	5.8	9.9	10.7	2	0.50
											对比例1	28.2	29.1	2.8	3.5	14.5	—	—	12	4.5	0.97
对比例2	17.9	40.6	3.4	2.7	12.1	3.8	4.9	12.4	2.2	0.44
											对比例3	43.5	21	3.6	2.2	10.8	3.1	2.7	10.1	2	2.07

Claims

1.一种用于高碳钢的连铸保护渣，其组分的重量百分数为：

2.根据权利要求1所述的用于高碳钢的连铸保护渣，其特征在于，所述连铸保护渣的碱度为0.5～1.2。

3.根据权利要求1或2所述的用于高碳钢的连铸保护渣，其特征在于，所述连铸保护渣的半球点温度为850～1000℃，粘度为0.75～1.3dpa·s。