CN106041007A

CN106041007A - 一种改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂及其应用

Info

Publication number: CN106041007A
Application number: CN201610648132.4A
Authority: CN
Inventors: 王万林; 周乐君; 李欢; 朱晨阳; 吕培生
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2016-10-26

Abstract

一种改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂及其应用，本发明之改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂，以质量百分比计包括下述组分：CaO 31~39%、SiO₂ 6~13%、Al₂O₃ 16~24%、MgO 12~20%、Na₂O 6~13%、Li₂O 1~5%、C 0.5～1.5%、MnO 1.5~7%。本发明之中间包覆盖剂适用于中锰钢连铸过程。将中间包覆盖剂应用于连铸生产过程中，能够迅速熔化覆盖在整个钢水表面，很好地防止钢液二次氧化；具有较好的保温效果，可以减少钢水温度的损失；含碳量低，防止增碳；碱度高，能有效地吸收钢水中的夹杂物，以及有效抑制覆盖剂物性的变化。

Description

一种改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂及其应用

技术领域

本发明属于钢铁冶炼领域，涉及一种中间包覆盖剂，尤其是涉及一种改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂及其应用。

背景技术

中间包覆盖剂是连铸过程中重要的功能材料。中间包覆盖剂有显著的绝热保温作用，能有效地减少中间包的钢水的大量散热，防止钢水结壳；中间包覆盖剂的加入，能够把钢水和空气隔绝开来，防止钢水接触空气造成二次氧化；中间包覆盖剂还能吸附非金属夹杂物，从而减少钢水中夹杂物的含量。因此冶炼过程中，中间包覆盖剂对连铸过程的顺利进行以及钢材质量都有极大的影响。

汽车用钢中锰钢强塑积在25~50GPa%之间，兼具高强度和高延伸率，并且成本适中，具有极好的应用前景。但是由于该钢种具有较低的含碳量（≤0.6%）和较高的含锰量（4~12%），使得该钢种的中间包覆盖剂面临许多问题。例如：中锰钢具有较低的碳含量（≤0.6%），为了避免钢水增碳，无碳的中包覆盖剂应运而生，然而如果覆盖剂不含碳，最直接的问题就是覆盖剂粉末将快速熔化，保温层急剧减少，保温效果恶化。所以必须有提高其保温性的方法。再者，钢液中的锰或其它合金元素铝等会与保护渣部分成分发生氧化还原反应，例如：[Mn] +1/2(SiO₂)= 1/2[Si]+(MnO)，4[Al] +3(SiO₂)= [Si]+(Al₂O₃)；渣钢界面反应导致中间包覆盖剂中MnO等合金元素氧化物含量增加，SiO₂消耗将引起中间包覆盖剂的碱度升高，该结果则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。

为此，针对中锰钢含锰量高，含碳量低等特点，合理的设计中间包覆盖剂的成分，提高其吸收夹杂物、保温性能、防止钢水二次氧化和表面结壳能力，为高铝钢连铸的顺利进行提供全面的理论基础，具有重要的理论意义和实际意义。

从文献检索的情况来看，虽然目前中间包覆盖剂研究及开发的专利不少，但针对汽车用中锰钢的专门中间包覆盖剂还未发现。与其钢种相似的中间包覆盖剂，比如说公开号为CN105478694A的专利《高铝钢用中间包覆盖剂的配置工艺》，虽然能控制渣钢反应，但未考虑覆盖剂会对钢水增碳，故不适用于低碳钢；公开号为CN101653819的专利《连铸中间包空心颗粒无碳覆盖剂及其制备工艺》是一种专门针对超低碳钢设计的中间包覆盖剂，虽然能有效防止增碳，但未针对考虑含Mn低碳钢中活泼元素带来的特殊问题，故不适用于汽车用中锰钢。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种可提高钢水质量，不增碳，具有良好的保温性和铺展性的改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂及其应用。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂，以质量百分比计包括下述组分：

CaO 31~39%，优选为32~38%，进一步优选为34~37%；

SiO₂ 6~13%，优选为7~12%，进一步优选为8~11%；

Al₂O₃ 16~24%，优选为17~22%，进一步优选为18~20%；

MgO 12~20%，优选为14~18%，进一步优选为15~17%；

Na₂O 6~13%，优选为8~12%，进一步优选为9~11%；

Li₂O 1~5%，优选为1.2~4%，进一步优选为1.5~3.5%；

C 0.5~1.5%，优选为0.7~1.1%，进一步优选为0.8~1.0%，

MnO 3~7%，优选为4~6.5%，进一步优选为4.2~6%。

本发明所述改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂中，(CaO+MgO)与SiO₂质量比（碱度）为3.3～9.8：1，优选为3.83～8：1，进一步优选为4.36～6.75：1。碱度较高（3.3～9.8）。

本发明所述改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂的熔点范围为1200~1410℃、1400℃的粘度为0.25~1.1 Pa·s。

本发明所述改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂的应用，包括用作汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂。

本发明所述改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂的应用，所述中锰钢中C质量百分含量≤0.6%。

本发明所述改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂的应用，所述汽车用中锰钢中Mn的质量分数为4%~12%。

原理及优势

原理

本发明所述中间包覆盖剂中，由于Al₂O₃不易与钢液中的活泼金属发生反应，用Al₂O₃替代传统中间包覆盖剂中的部分SiO₂，此类中间包覆盖剂成分中Al₂O₃含量较高并且不易与钢中活泼金属元素发生反应，并且由于SiO₂含量较少，熔渣体系中活动较低，因此可有效抑制[Mn] +1/2(SiO₂)= 1/2[Si]+(MnO)， 4[Al] +3(SiO₂)= [Si]+(Al₂O₃)等渣钢界面反应的正向进行，同时Al₂O₃添加还会导致界面张力上升，防止卷渣。

本发明所述中间包覆盖剂中，适量添加Na₂O和Li₂O的主要目的是：使中间包覆盖剂粘度降低，同时降低中间包覆盖剂的熔化温度。

本发明所述中间包覆盖剂中，添加C 0.5~1.5%的目的是：配入一定量的C，可以有效防止中间包钢液二次氧化；同时将C含量保持在1.5%以下，是防止钢液增碳。

本发明通过控制(CaO+MgO)与SiO₂质量比为3.3～9.8的主要目的是：提高中间包覆盖剂的碱度，提高吸收钢水中夹杂物的能力。

本发明可采用现有技术中的喷雾造粒生产空心球形颗粒覆盖剂，从而降低其堆比重，获得良好铺展性能和保温性能。

本发明所述覆盖剂中，添加MnO的主要目的是作为过渡金属氧化物，能起到控制辐射传热的作用，可进一步起到保温效果。此外，熔渣体系中活度增大，进一步抑制[Mn] +1/2(SiO₂)= 1/2[Si]+(MnO)反应的正向进行。

与现有技术相比较，本发明所具有的优势：

1）抑制钢渣反应能力强。通过添加适量的Al₂O₃和MnO，从而来抑制钢渣反应，使得钢渣界面不再活跃，从而减弱卷渣趋势；同时也能稳定中间包覆盖剂的成分，使其理化性能控制在合理的范围内。

2）有效防止二次氧化同时避免增碳。通过添加适量的C，在保证中间包覆盖剂能有效防止钢液二次氧化的同时，尽可能的减少中间包覆盖剂对钢水的增碳作用。

3）高效吸收夹杂物。通过对Na₂O和Li₂O等成分的合理配比，使中间包覆盖剂的粘度、熔点及界面张力减少，提高中间包覆盖剂对夹杂物润湿性，促进夹杂物的熔解吸收，能改善中间包内钢水的洁净度。

4）良好的保温效果。通过采用喷雾造粒生产空心球形颗粒覆盖剂具有降低其堆比重，从而获得良好铺展性能和保温性能。

综上所述，本发明之改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂，应用于连铸生产过程中，具有良好的铺展性，能够迅速熔化覆盖在整个钢水表面，能够高效吸收中锰钢中的夹杂物，改善中间包内钢水的洁净度，很好地防止钢液二次氧化、防止增碳，改善铸坯质量，同时具有良好的保温性能等特点。碱度高，能有效地吸收钢水中的夹杂物，有效抑制覆盖剂物性的变化。可提高钢水质量，含碳量低，不增碳，具有良好的保温性和铺展性，适用于新型汽车用中锰钢的中间包钢水保护浇注。本发明中间包覆盖剂能保证中锰钢连铸生产顺行。

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熔化温度、1400℃的粘度分别采用冶金行业标准YB/T186和YB/T185测定。

实施例1

一种改进型汽车用钢连铸中间包覆盖剂，其主要成分质量百分含量为：CaO：35.2%，SiO₂：9.4%，Al₂O₃：17.8%，MgO：16.3%，Na₂O：11.4%，Li₂O：3.4%，C：1%，MnO：5.5%。该中间包覆盖剂的碱度(CaO+MgO)/SiO₂为5.48。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碳含量为0.2wt%，Mn含量为7.4wt%的汽车用中锰钢连铸工艺；经检测，在中间包内总含氧量小于12ppm，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少57%，钢水温降11℃。

实施例2

一种改进型汽车用钢连铸中间包覆盖剂，其主要成分质量百分含量为：CaO：36.8%，SiO₂：8.5%，Al₂O₃：17.3%，MgO：16.8%，Na₂O：9.5%，Li₂O：4%，C：1.1%，MnO：6%。该中间包覆盖剂的碱度(CaO+MgO)/SiO₂为6.3。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碳含量为0.05wt%，Mn含量为5wt%的汽车用中锰钢连铸工艺；经检测，在中间包内总含氧量小于12ppm，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少48%，钢水温降14℃。

实施例3

一种改进型汽车用钢连铸中间包覆盖剂，其主要成分质量百分含量为：CaO：35.3%，SiO₂：10.9%，Al₂O₃：18.5%，MgO：16.3%，Na₂O：10.4%，Li₂O：2.7%，C：0.8%，MnO：5.1%。该中间包覆盖剂的碱度(CaO+MgO)/SiO₂为4.73。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碳含量为0.5wt%，Mn含量为10wt%的汽车用中锰钢连铸工艺；经检测，在中间包内总含氧量小于15ppm，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少43%，钢水温降13℃。

实施例4

一种改进型汽车用钢连铸中间包覆盖剂，其主要成分质量百分含量为：CaO：36.4%，SiO₂：10.9%，Al₂O₃：17.7%，MgO：15.2%，Na₂O：10.7%，Li₂O：3.3%，C：0.8%，MnO：5%。该中间包覆盖剂的碱度(CaO+MgO)/SiO₂为4.73。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碳含量为0.1wt%，Mn含量为7wt%的汽车用中锰钢连铸工艺；经检测，在中间包内总含氧量小于11ppm，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少54%，钢水温降16℃。

实施例5

一种改进型汽车用钢连铸中间包覆盖剂，其主要成分质量百分含量为：CaO：34.6%，SiO₂：9.8%，Al₂O₃：19.5%，MgO：16.7%，Na₂O：9.4%，Li₂O：3.7%，C：1%，MnO：5.3%。该中间包覆盖剂的碱度(CaO+MgO)/SiO₂为5.23。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碳含量为0.04wt%，Mn含量为4.4wt%的汽车用中锰钢连铸工艺；经检测，在中间包内总含氧量小于13ppm，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少46%，钢水温降9℃。

实施例6

一种改进型汽车用钢连铸中间包覆盖剂，其主要成分质量百分含量为：CaO：36.8%，SiO₂：9.8%，Al₂O₃：18.2%，MgO：16%，Na₂O：10%，Li₂O：3.5%，C：0.9%，MnO：4.8%。该中间包覆盖剂的碱度(CaO+MgO)/SiO₂为5.39。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碳含量为0.08wt%，Mn含量为4.8wt%的汽车用中锰钢连铸工艺；经检测，在中间包内总含氧量小于14ppm，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少53%，钢水温降15℃。

对比例1

一种中间包覆盖剂，其成分质量百分含量为：CaO：31.3%，SiO₂：27.4%，Al₂O₃：17.2%，MgO：6.3%，Na₂O：9.8%，Li₂O：2.7%，C：1%，MnO：4.3%。该中间包覆盖剂的碱度(CaO+MgO)/SiO₂为1.37。该对比例所设计的中间包覆盖剂用于碳含量为0.5wt%，Mn含量为8.4wt%的汽车用中锰钢连铸工艺；经检测，在中间包内总含氧量小于12ppm，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少19%，钢水温降10℃。从对比例1看出，较高含量的SiO₂的中间包覆盖剂，由于钢渣反应严重，导致吸收夹杂物效果不好。

对比例2

一种中间包覆盖剂，其成分质量百分含量为：CaO：32.8%，SiO₂：11.8%，Al₂O₃：14.2%，MgO：18%，Na₂O：11%，Li₂O：1.7%，C：5.7%，MnO：4.8%。该中间包覆盖剂的碱度(CaO+MgO)/SiO₂为4.31。该对比例所设计的中间包覆盖剂用于碳含量为0.1wt%，Mn含量为6.3wt%的汽车用中锰钢连铸工艺；经检测，在中间包内总含氧量小于14ppm，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少49%，钢水温降8℃，但浇注过程中发现存在增碳现象。从对比例2看出，添加C过高的中间包覆盖剂，虽其他性能不变，但造成钢液增碳严重。

对比例3

一种中间包覆盖剂，其成分质量百分含量为：CaO：36.2%，SiO₂：11.6%，Al₂O₃：18.5%，MgO：16.7%，Na₂O：11.3%，Li₂O：4.7%，C：1%。该中间包覆盖剂的碱度(CaO+MgO)/SiO₂为4.56。该对比例所设计的中间包覆盖剂用于碳含量为0.03wt%，Mn含量为10.2wt%的汽车用中锰钢连铸工艺；经检测，在中间包内总含氧量小于15ppm，钢液经过中间包前后夹杂物总量减少21%，钢水温降12℃。从对比例3看出，未添加MnO的中间包覆盖剂，由于存在钢渣反应，导致吸收夹杂物效果不好。

通过对比例1、2、3以及本发明的6个实施例，可以看出本发明所设计的中间包覆盖剂可以很好的用于汽车用中锰钢连铸过程。在使用本发明中间包覆盖剂后，吸收熔解夹杂物能力大大增强，总氧含量明显减少，钢液温降减少。

Claims

1.一种改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂，其特征在于，以质量百分比计包括下述组分：

CaO 31~39%，SiO₂ 6~13%，Al₂O₃ 16~24%，MgO 12~20%，Na₂O 6~13%，Li₂O 1~5%，C 0.5～1.5%，MnO 3~7%。

2.根据权利要求1所述的改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂，其特征在于，以质量百分比计包括下述组分：

CaO 32~38%；SiO₂ 7~12%；Al₂O₃ 17~22%；MgO 14~18%；Na₂O 8~12%；Li₂O 1.2~4%；C 0.7~1.1%；MnO 4~6.5%。

3.根据权利要求2所述的改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂，其特征在于，以质量百分比计包括下述组分：

CaO 34~37%；SiO₂ 8~11%；Al₂O₃ 18~20%；MgO 15~17%；Na₂O 9~11%；Li₂O 1.5~3.5%；C0.8~1.0%；MnO 4.2~6%。

4.根据权利要求1或2所述的改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂，其特征在于，(CaO+MgO)与SiO₂质量比为3.3～9.8：1。

5.根据权利要求1或2所述的改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂，其特征在于，改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂的熔点范围为1200~1410℃、1400℃的粘度为0.25~1.1 Pa·s。

6.根据权利要求1或2所述的改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂，其特征在于，改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂，采用喷雾造粒生产空心球形颗粒。

7.如权利要求1～6任意一项所述改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂的应用，其特征在于，包括用作汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂。

8.根据权利要求7所述的改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂的应用，其特征在于，所述中锰钢中C质量百分含量≤0.6%。

9.根据权利要求7或8所述的改进型汽车用中锰钢连铸中间包覆盖剂的应用，其特征在于，所述汽车用中锰钢中Mn的质量分数为4%~12%。