CN105642851B - 一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣及其制备方法，所述保护渣的化学成分及质量百分含量为CaO 33%～41%、SiO2 27%～33%、Al2O3 3%～6%、MgO 3%～7%、Na2O 3%～11%、F‑ 6%～12%、BaO 2%～5%、SrO 1%～4%、B2O3 1%～7%、C 1%～5%。本发明依据保护渣组成成分对结晶性能的影响机理，从控制传热机理出发，有效改善了钢坯的表面质量，从本质上降低了钢坯表面纵裂纹的发生概率，生产的钢坯表面纵裂纹大幅度减少，折痕均匀并且钢坯表面平整光滑，结晶器中保护渣铺展好，熔化均匀，钢坯表面无清理率达到98.5%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种连铸工艺中使用的辅助材料，尤其是涉及一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣及其制备方法。
背景技术
结晶器保护渣是在连续铸钢过程中，置于结晶器内的钢液面上用以保温、防氧化和吸收非金属夹杂的物料。在钢水连续铸造时，在连铸结晶器内的钢水面上不断地加入保护渣，熔化的保护渣随着结晶器的振动不断流入铸坯和结晶器之间，起到润滑和控制传热的作用；熔渣隔绝空气避免钢水氧化；未熔的固态渣对钢水具有保温作用；熔渣还吸收钢水中的氧化铝等夹杂物。保护渣在连铸生产中加入到结晶器内的钢液面上，由于受到钢液的高温作用，保护渣在结晶器内熔化，在钢液面上形成了纵向三层结构，自上而下分别为原渣层、烧结层和熔渣层，这种层状结构，对铸坯表面质量有很大的影响。
公开号为CN104607 607A的中国专利申请公布了一种含锆中碳钢连铸用无氟保护渣，该保护渣由以下重量百分含量的氧化物组成：CaO 35%～45 %、SiO2 30%～35%、Al2O3 2%～5%、MgO 1%～3%、CaO 33%～41%、SiO2 27%～33%、Al2O3 3.1%～5.9%、MgO 3%～7%、B2O3 6%～10%、(Na2O +Li2O) 10%～15%、ZrO2 1%～3%。公开号为CN102728797A的中国专利申请公布了一种有效控制CSP中碳钢裂纹的结晶器保护渣，其化学成分的质量分数为CaO 35%~38%，SiO2 28%~31%、Al2O3 1%~3%、MgO 1%~2%、Fe2O3 0.5%~1.5%、F- 10%~11.5%、Na2O 9%~11.5%、MnO 1.5%~3.5%、固定碳5~8%，其余为不可避免的微量元素。本发明为控制CSP中碳钢裂纹，碱度在1.20～1.25，并将粘度控制在0.08~0.09Pa·S，熔点为1155~1185℃。以上专利虽然可以在一定程度上改善铸钢的表面性能，但无法从本质上消除钢坯表面纵裂纹的难题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣，从本质上解决了大板坯中碳钢在连铸过程中表面纵裂纹问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣，所述保护渣的化学成分及质量百分含量为CaO 33%～41%、SiO2 27%～33%、Al2O3 3%～6%、MgO 3%～7%、Na2O 3%～11%、F- 6%～12%、BaO2%～5%、SrO 1%～4%、B2O3 1%～7%、C 1%～5%。
优选地，所述保护渣的化学成分及质量百分含量为CaO 34.05%、SiO2 27.24%、Al2O3 3.7%、MgO4.9%、Na2O 7.91%、F- 8.6、BaO 5%、SrO 3%、B2O3 2.4%、C 3.2%。
优选地，所述保护渣的碱度CaO/SiO2为1.1～1.3。
优选地，所述保护渣的熔点1088℃～1098℃,1300℃下粘度0.36 Pa·s～0.42Pa·s。
优选地，所述保护渣的粒度为180目～220目。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）预处理：按保护渣化学成分配比原料并进行破碎处理，得到预处理原料；
（2）熔化：用无炉衬水冷炉壁电炉熔化所述的预处理原料，得到熔渣；
（3）水淬：将所述的熔渣倒入常温水池冷却，凝固，得到玻璃体；
（4）干燥：将所述的玻璃体烘干，得到烘干的玻璃体；
（5）粉碎：将所述烘干的玻璃体粉碎，得到玻璃体粉末；
（6）加入碳质材料：按配方比例将碳质材料和所述的玻璃体粉末混合，然后加入粘结剂羟甲基纤维素钠盐（CMC），得到混合粉末；
（7）造粒：将所述混合粉末按比例气化送入料仓，进行微机配料，配料后再进入搅拌机搅拌得到保护渣半成品，取保护渣半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造粒，产品检测，合格品包装入库。
优选地，步骤（4）中所述烘干的玻璃体含水量小于2％。
优选地，步骤（6）中所述碳质材料为中超碳黑或土状石墨中的一种。
本发明的有益效果是：
本发明依据保护渣组成成分对结晶性能的影响机理，从控制传热机理出发，有效改善了钢坯的表面质量，从本质上降低了钢坯表面纵裂纹的发生概率，具体来说有以下几点：
（1）本发明中添加B2O3组分，从而有效避免了保护渣在冷凝过程中析出高熔点的固相组分，不仅保证了保护渣对铸坯的润滑作用，减少了钢坯受到的摩擦力，同时还使保护渣靠近结晶器侧传热均匀，有效改善了钢坯的表面质量，从本质上降低了钢坯表面纵裂纹的发生概率。
（2）本发明中MgO 、BaO、SrO三种碱土金属的氧化物协同使用，有效提高了本发明中保护渣吸收高熔点夹杂的性能，同时协调了保护渣的玻璃化特性，减小了产品的表面缺陷和及皮下夹杂缺陷。
（3）本发明中部分实施例中选用生物质碳作为碳质材料，在保护渣熔化过程中，不仅起到了良好的骨架效应，控制保护渣的熔化速度在合理范围内，保证了熔渣均匀、迅速、适量地流入钢坯与结晶器之间的缝隙，同时生物质碳利于降低能耗，降低生产成本，提高经济效益。
具体实施方式
保护渣原料：石灰石、海砂、工业氧化铝、菱镁矿、蒙脱土、萤石、碳酸钡、天青石、硼砂和碳质材料。下面结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣，其化学成分及质量百分含量为CaO36.3%、SiO2 33%、Al2O3 3%、MgO 5%、Na2O 3%、F- 12%、BaO 2%、SrO 1%、B2O3 3.7%、C 1%。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）预处理：按保护渣化学成分配比准备石灰石、海砂、工业氧化铝、菱镁矿、蒙脱土、萤石、碳酸钡、天青石、硼砂并进行破碎处理，得到预处理原料；
（2）熔化：用无炉衬水冷炉壁电炉熔化所述的预处理原料，得到熔渣；
（3）水淬：将所述的熔渣倒入常温水池冷却，凝固，得到玻璃体；
（4）干燥：将所述的玻璃体烘干至含水量为1.5％得到烘干的玻璃体；
（5）粉碎：将所述烘干的玻璃体粉碎，得到玻璃体粉末；
（6）加入碳质材料：根据具体的偏差补加上述原料进行微调，然后按配方比例加入中超碳黑，然后加入粘结剂羟甲基纤维素钠盐（CMC），得到混合粉末；
（7）造粒：将所述混合粉末按比例气化送入料仓，进行微机配料，配料后再进入搅拌机搅拌得到保护渣半成品，取保护渣半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造粒，产品检测，合格品包装入库。
经测定，该大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣的粒度为180目，碱度CaO/SiO2为1.1，熔点1088℃，1300℃下粘度0.36 Pa·s。
实施例2
一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣，其化学成分及质量百分含量为CaO 35%、SiO2 31%、Al2O3 4%、MgO 7%、Na2O 4%、F- 8%、BaO 3%、SrO 2%、B2O3 2%、C 4%。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）预处理：按保护渣化学成分配比准备石灰石、海砂、工业氧化铝、菱镁矿、蒙脱土、萤石、碳酸钡、天青石、硼砂并进行破碎处理，得到预处理原料；
（2）熔化：用无炉衬水冷炉壁电炉熔化所述的预处理原料，得到熔渣；
（3）水淬：将所述的熔渣倒入常温水池冷却，凝固，得到玻璃体；
（4）干燥：将所述的玻璃体烘干至含水量为1.5％得到烘干的玻璃体；
（5）粉碎：将所述烘干的玻璃体粉碎，得到玻璃体粉末；
（6）加入碳质材料：根据具体的偏差补加上述原料进行微调，然后按配方比例加入土状石墨，然后加入粘结剂羟甲基纤维素钠盐（CMC），得到混合粉末；
（7）造粒：将所述混合粉末按比例气化送入料仓，进行微机配料，配料后再进入搅拌机搅拌得到保护渣半成品，取保护渣半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造粒，产品检测，合格品包装入库。
经测定，该大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣的粒度为220目，碱度CaO/SiO2为1.13，熔点1096℃，1300℃下粘度0.42 Pa·s。
实施例3
一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣，其化学成分及质量百分含量为CaO 37%、SiO2 29%、Al2O3 4%、MgO 3%、Na2O 6%、F- 6%、BaO 4%、SrO 4%、B2O3 4%、C 3%。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）预处理：按保护渣化学成分配比准备石灰石、海砂、工业氧化铝、菱镁矿、蒙脱土、萤石、碳酸钡、天青石、硼砂并进行破碎处理，得到预处理原料；
（2）熔化：用无炉衬水冷炉壁电炉熔化所述的预处理原料，得到熔渣；
（3）水淬：将所述的熔渣倒入常温水池冷却，凝固，得到玻璃体；
（4）干燥：将所述的玻璃体烘干至含水量为1.0％得到烘干的玻璃体；
（5）粉碎：将所述烘干的玻璃体粉碎，得到玻璃体粉末；
（6）加入碳质材料：根据具体的偏差补加上述原料进行微调，然后按配方比例加入土状石墨，然后加入粘结剂羟甲基纤维素钠盐（CMC），得到混合粉末；
（7）造粒：将所述混合粉末按比例气化送入料仓，进行微机配料，配料后再进入搅拌机搅拌得到保护渣半成品，取保护渣半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造粒，产品检测，合格品包装入库。
经测定，该大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣的粒度为200目，碱度CaO/SiO2为1.27，熔点1094℃，1300℃下粘度0.39 Pa·s。
实施例4
一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣，其化学成分及质量百分含量为CaO 36%、SiO2 30%、Al2O3 6%、MgO 4%、Na2O 7%、F-10%、BaO 2%、SrO 1%、B2O33%、C 1%。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）预处理：按保护渣化学成分配比准备石灰石、海砂、工业氧化铝、菱镁矿、蒙脱土、萤石、碳酸钡、天青石、硼砂并进行破碎处理，得到预处理原料；
（2）熔化：用无炉衬水冷炉壁电炉熔化所述的预处理原料，得到熔渣；
（3）水淬：将所述的熔渣倒入常温水池冷却，凝固，得到玻璃体；
（4）干燥：将所述的玻璃体烘干至含水量为2.0％得到烘干的玻璃体；
（5）粉碎：将所述烘干的玻璃体粉碎，得到玻璃体粉末；
（6）加入碳质材料：根据具体的偏差补加上述原料进行微调，然后按配方比例加入鳞片石墨，然后加入粘结剂羟甲基纤维素钠盐（CMC），得到混合粉末；
（7）造粒：将所述混合粉末按比例气化送入料仓，进行微机配料，配料后再进入搅拌机搅拌得到保护渣半成品，取保护渣半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造粒，产品检测，合格品包装入库。
经测定，该大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣的粒度210目，碱度CaO/SiO2为1.2，熔点1092℃，1300℃下粘度0.37 Pa·s。
实施例5
一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣，其化学成分及质量百分含量为CaO 41%、SiO2 32%、Al2O3 3%、MgO 3%、Na2O 4%、F-8%、BaO3%、SrO 4%、B2O31%、C 1%。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）预处理：按保护渣化学成分配比准备石灰石、海砂、工业氧化铝、菱镁矿、蒙脱土、萤石、碳酸钡、天青石、硼砂并进行破碎处理，得到预处理原料；
（2）熔化：用无炉衬水冷炉壁电炉熔化所述的预处理原料，得到熔渣；
（3）水淬：将所述的熔渣倒入常温水池冷却，凝固，得到玻璃体；
（4）干燥：将所述的玻璃体烘干至含水量为1.0％得到烘干的玻璃体；
（5）粉碎：将所述烘干的玻璃体粉碎，得到玻璃体粉末；
（6）加入碳质材料：根据具体的偏差补加上述原料进行微调，然后按配方比例加入鳞片石墨，然后加入粘结剂羟甲基纤维素钠盐（CMC），得到混合粉末；
（7）造粒：将所述混合粉末按比例气化送入料仓，进行微机配料，配料后再进入搅拌机搅拌得到保护渣半成品，取保护渣半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造粒，产品检测，合格品包装入库。
经测定，该大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣的粒度为190目，碱度CaO/SiO2为1.28，熔点1090℃，1300℃下粘度0.38 Pa·s。
实施例6
一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣，其化学成分及质量百分含量为CaO 33%、SiO2 27%、Al2O3 4%、MgO 6%、Na2O 3%、F-7%、BaO5%、SrO 3%、B2O37%、C 5%。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）预处理：按保护渣化学成分配比准备石灰石、海砂、工业氧化铝、菱镁矿、蒙脱土、萤石、碳酸钡、天青石、硼砂并进行破碎处理，得到预处理原料；
（2）熔化：用无炉衬水冷炉壁电炉熔化所述的预处理原料，得到熔渣；
（3）水淬：将所述的熔渣倒入常温水池冷却，凝固，得到玻璃体；
（4）干燥：将所述的玻璃体烘干至含水量为1.5％得到烘干的玻璃体；
（5）粉碎：将所述烘干的玻璃体粉碎，得到玻璃体粉末；
（6）加入碳质材料：根据具体的偏差补加上述原料进行微调，然后按配方比例加入中超碳黑，然后加入粘结剂羟甲基纤维素钠盐（CMC），得到混合粉末；
（7）造粒：将所述混合粉末按比例气化送入料仓，进行微机配料，配料后再进入搅拌机搅拌得到保护渣半成品，取保护渣半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造粒，产品检测，合格品包装入库。
经测定，该大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣的粒度为180目，碱度CaO/SiO2为1.22，熔点1098℃，1300℃下粘度0.40 Pa·s。
实施例7
一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣，其化学成分及质量百分含量为CaO 35%、SiO2 28%、Al2O3 5%、MgO 4%、Na2O9%、F-6%、BaO4%、SrO1%、B2O36%、C 2%。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）预处理：按保护渣化学成分配比准备石灰石、海砂、工业氧化铝、菱镁矿、蒙脱土、萤石、碳酸钡、天青石、硼砂并进行破碎处理，得到预处理原料；
（2）熔化：用无炉衬水冷炉壁电炉熔化所述的预处理原料，得到熔渣；
（3）水淬：将所述的熔渣倒入常温水池冷却，凝固，得到玻璃体；
（4）干燥：将所述的玻璃体烘干至含水量为1.0％得到烘干的玻璃体；
（5）粉碎：将所述烘干的玻璃体粉碎，得到玻璃体粉末；
（6）加入碳质材料：根据具体的偏差补加上述原料进行微调，然后按配方比例加入土状石墨，然后加入粘结剂羟甲基纤维素钠盐（CMC），得到混合粉末；
（7）造粒：将所述混合粉末按比例气化送入料仓，进行微机配料，配料后再进入搅拌机搅拌得到保护渣半成品，取保护渣半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造粒，产品检测，合格品包装入库。
经测定，该大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣的粒度为200目，碱度CaO/SiO2为1.25，熔点1094℃，1300℃下粘度0.41 Pa·s。
实施例8
一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣，其化学成分及质量百分含量为CaO35.1%、SiO2 27%、Al2O3 3%、MgO 6%、Na2O 11%、F- 7%、BaO 2%、SrO2%、B2O3 4.9%、C 2%。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）预处理：按保护渣化学成分配比准备石灰石、海砂、工业氧化铝、菱镁矿、蒙脱土、萤石、碳酸钡、天青石、硼砂并进行破碎处理，得到预处理原料；
（2）熔化：用无炉衬水冷炉壁电炉熔化所述的预处理原料，得到熔渣；
（3）水淬：将所述的熔渣倒入常温水池冷却，凝固，得到玻璃体；
（4）干燥：将所述的玻璃体烘干至含水量为2.0％得到烘干的玻璃体；
（5）粉碎：将所述烘干的玻璃体粉碎，得到玻璃体粉末；
（6）加入碳质材料：根据具体的偏差补加上述原料进行微调，然后按配方比例加入生物质碳，然后加入粘结剂羟甲基纤维素钠盐（CMC），得到混合粉末；
（7）造粒：将所述混合粉末按比例气化送入料仓，进行微机配料，配料后再进入搅拌机搅拌得到保护渣半成品，取保护渣半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造粒，产品检测，合格品包装入库。
经测定，该大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣的粒度为190目，碱度CaO/SiO2为1.3，熔点1092℃，1300℃下粘度0.42 Pa·s。
实施例9
一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣，其化学成分及质量百分含量为CaO34.05%、SiO2 27.24%、Al2O3 3.7%、MgO 4.9%、Na2O 7.91%、F- 8.6%、BaO 5%、SrO 3%、B2O3 2.4%、C 3.2%。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）预处理：按保护渣化学成分配比石灰石、海砂、工业氧化铝、菱镁矿、蒙脱土、萤石、碳酸钡、天青石、硼砂并进行破碎处理，得到预处理原料；
（2）熔化：用无炉衬水冷炉壁电炉熔化所述的预处理原料，得到熔渣；
（3）水淬：将所述的熔渣倒入常温水池冷却，凝固，得到玻璃体；
（4）干燥：将所述的玻璃体烘干至含水量为1.5％得到烘干的玻璃体；
（5）粉碎：将所述烘干的玻璃体粉碎，得到玻璃体粉末；
（6）加入碳质材料：根据具体的偏差补加上述原料进行微调，然后按配方比例加入生物质碳，然后加入粘结剂羟甲基纤维素钠盐（CMC），得到混合粉末；
（7）造粒：将所述混合粉末按比例气化送入料仓，进行微机配料，配料后再进入搅拌机搅拌得到保护渣半成品，取保护渣半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造粒，产品检测，合格品包装入库。
经测定，该大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣的粒度为200目，碱度CaO/SiO2为1.25，熔点1090℃，1300℃下粘度0.40 Pa·s。
将以上实施例中制得的保护渣随机在南阳市某钢厂进行保护渣初试，试验中主要考察钢坯表面质量和结晶器液面状况，钢坯表面质量包括铸坯表面裂纹、平整形及折痕，液面状况包括保护渣的铺展性、熔化均匀性、粘结剂漏钢。初试发现，在连铸工艺条件基本相当的情况下，使用本发明的保护渣后，钢坯表面纵裂纹大幅度减少，折痕均匀并且钢坯表面平整光滑；结晶器中保护渣铺展好，熔化均匀，钢坯表面无清理率达到98.5%以上。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣，其特征在于，所述保护渣的化学成分及质量百分含量为CaO 33%～41%、SiO2 27%～33%、Al2O3 3%～6%、MgO 3%～7%、Na2O 3%～11%、F- 6%～12%、BaO 2%～5%、SrO 1%～4%、B2O3 1%～4.9%、C 1%～5%,
所述保护渣的碱度CaO/SiO2为1.1～1.3,
所述保护渣的熔点1088℃～1098℃,
1300℃下粘度0.36 Pa·s～0.42 Pa·s。
2. 根据权利要求1所述的一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣，其特征在于，所述保护渣的化学成分及质量百分含量为CaO 34.05%、SiO2 27.24%、Al2O3 3.7%、MgO4.9%、Na2O7.91%、F- 8.6、BaO 5%、SrO 3%、B2O3 2.4%、C 3.2%。
3.根据权利要求1所述的一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣，其特征在于，所述保护渣的粒度为180目～220目。
4.根据权利要求1所述的一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预处理：按保护渣化学成分配比原料并进行破碎处理，得到预处理原料；
（2）熔化：用无炉衬水冷炉壁电炉熔化所述的预处理原料，得到熔渣；
（3）水淬：将所述的熔渣倒入常温水池冷却，凝固，得到玻璃体；
（4）干燥：将所述的玻璃体烘干，得到烘干的玻璃体；
（5）粉碎：将所述烘干的玻璃体粉碎，得到玻璃体粉末；
（6）加入碳质材料：按配方比例将碳质材料和所述的玻璃体粉末混合，然后加入粘结剂羟甲基纤维素钠盐（CMC），得到混合粉末；
（7）造粒：将所述混合粉末按比例气化送入料仓，进行微机配料，配料后再进入搅拌机搅拌得到保护渣半成品，取保护渣半成品检测，待合格后，入球磨机干磨，入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造粒，产品检测，合格品包装入库。
5.根据权利要求4所述的一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述烘干的玻璃体含水量小于2％。
6.根据权利要求4所述的一种大板坯中碳钢用连铸结晶器保护渣的制备方法，其特征在于，步骤（6）中所述碳质材料为中超碳黑或土状石墨中的一种。
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