CN107824754A - 一种用于倒角结晶器的保护渣及采用倒角结晶器的钢材铸坯方法 - Google Patents

一种用于倒角结晶器的保护渣及采用倒角结晶器的钢材铸坯方法 Download PDF

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CN107824754A CN201711235072.4A CN201711235072A CN107824754A CN 107824754 A CN107824754 A CN 107824754A CN 201711235072 A CN201711235072 A CN 201711235072A CN 107824754 A CN107824754 A CN 107824754A
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Abstract

本发明提供了一种用于倒角结晶器的保护渣，按重量份数计，包括38～44重量份的CaO、20～24重量份的SiO2、4～26重量份的辅助氧化物；所述辅助氧化物包括ZnO、B2O3和BaO中的一种或多种。本发明从用于倒角结晶器的保护渣方面进行研究，改进了保护渣的性能，基于保护渣对于润滑铸坯和控制传热的作用，对保护渣的成分和比例进行改进，得到了结晶性能好、润滑性能好的保护渣，从而减少了铸坯角部纵裂纹缺陷的发生比例。本发明提供的保护渣在铸坯过程中，结晶性能良好，有利于保护渣在弯月面附近快速大量析晶以控制传热，保证倒角结晶器角部坯壳均匀性；增强了析晶后剩余液渣的润滑性能，降低了转折温度。

Description

一种用于倒角结晶器的保护渣及采用倒角结晶器的钢材铸坯 方法
技术领域
本发明属于钢铁浇铸技术领域，涉及一种保护渣及一种钢材铸坯的制备方法，尤其涉及一种用于倒角结晶器的保护渣及一种采用倒角结晶器的钢材铸坯方法。
背景技术
钢的生产过程主要分为炼钢和浇铸两大环节。浇铸就是把钢水凝固铸成固体，现今主要采用的是连续铸钢法。连续铸钢的具体流程为：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程，具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。
其中，结晶器是连铸机非常重要的部件，是一个强制水冷的无底钢锭模，承接从中间罐注入的钢水并使之按规定断面形状凝固成坚固坯壳的连续铸钢设备，被称之为连铸设备的“心脏”，其结构、材质和性能参数对铸坯质量和铸机生产能力起着决定性作用。结晶器需要和连铸结晶器保护材料(渣)一同使用。结晶器的作用主要在于使钢液逐渐凝固成所需要规格、形状的坯壳；通过结晶器的振动，使坯壳脱离结晶器壁而不被拉断和漏钢；通过调整结晶器的参数，使铸坯不产生脱方、鼓肚和裂纹等缺陷；保证坯壳均匀稳定的生成。铸坯的表面和内部缺陷与结晶器内钢液的流动状态密切相关，伴随着连铸机拉速(浇铸速度)的提高，结晶器内液面波动加剧，容易产生卷渣，造成铸坯质量恶化。因而，对于结晶器的改进和优化一直是业内研究人员关注的技术方向。
在钢水的连铸过程中，角部横裂纹缺陷是钢铁企业面临的共同难题，角部横裂纹能够引起后续钢材的边部裂纹缺陷，严重的会直接造成钢材报废。研究人员将直角结晶器改为倒角结晶器，通过提高铸坯角部温度，避开矫直高温低塑性区，从而解决和减缓了角部横裂纹的共性问题，随后，众多业内企业又对倒角结晶器进行持续改进，更加优化了倒角结晶器。但是实践应用表明，倒角结晶器在使用过程中易出现角部纵裂纹缺陷。
因此，如何找到一种更适宜的方法，解决和减缓连铸过程中铸坯角部纵裂纹，已成为业内诸多大型钢企以及一线研发人员亟待解决的问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种保护渣及钢材铸坯的制备方法，特别是一种用于倒角结晶器的保护渣及一种采用倒角结晶器的钢材铸坯方法，本发明通过控制保护渣的成分和参数，得到结晶性能好、润滑性能好的保护渣，用于钢材铸坯过程中，有效的减少了铸坯角部纵裂纹的缺陷。
本发明提供了一种用于倒角结晶器的保护渣，按重量份数计，包括：
CaO 38～44 重量份；
SiO2 20～24 重量份；
辅助氧化物 4～26 重量份；
所述辅助氧化物包括ZnO、B2O3和BaO中的一种或多种。
优选的，所述保护渣中还包括7～10重量份的氟化物。
优选的，所述氟化物包括NaF和/或CaF2；
所述保护渣中还包括Li2O、Al2O3、MgO、Fe2O3、Na2O和C中的一种或多种。
优选的，所述Li2O大于等于1.5重量份；
所述Al2O3小于等于3重量份；
所述MgO小于等于3重量份；
所述Fe2O3小于等于2重量份；
所述Na2O小于等于10重量份；
所述C为5～10重量份。
优选的，所述保护渣的碱度值为1.65～2.0。
优选的，所述保护渣的转折温度为1150～1200℃；
所述保护渣的高温粘度为0.04～0.14Pa·S。
优选的，所述高温粘度的温度为1200～1400℃；
所述保护渣用于中碳低合金钢的制备；
所述中碳低合金钢的C含量为0.10％～0.20％。
优选的，所述中碳低合金钢中还包括其他元素；
所述其他元素包括Mn、Al、Nb、V、Ti、B、Ni、Cr、Mo和Cu中的一种或多种；
所述其他元素的含量小于等于5％。
本发明还提供了一种钢材铸坯的制备方法，包括以下步骤：
1)将钢水通入结晶器后，向结晶器内加入上述技术方案任意一项所述的保护渣，进行浇铸，得到钢材铸坯。
优选的，所述浇铸的过热度为0～30℃；
所述浇铸的速度为0.8～1.5m/min；
所述钢材铸坯的坯壳厚度大于等于12mm。
本发明提供了一种用于倒角结晶器的保护渣，按重量份数计，包括38～44重量份的CaO、20～24重量份的SiO2、4～26重量份的辅助氧化物；所述辅助氧化物包括ZnO、B2O3和BaO中的一种或多种。与现有技术相比，本发明针对现有的倒角结晶器在铸坯过程中存在角部纵裂纹的缺陷，而且现有的研究主要从倒角结构、二冷工艺、锥度参数设置、锥度调节方法、结晶器窄面足辊安装位置等影响方面进行优化，对保护渣的研究和改进缺少报道，存在局限性。本发明创造性的从保护渣方面进行研究，提供了一种用于倒角结晶器的保护渣，改进了保护渣的性能，从保护渣润滑铸坯和控制传热的作用上入手，对于保护渣的成分和比例进行创造性的改进，得到了结晶性能好、润滑性能好的保护渣，从而减少角部纵裂纹缺陷。本发明提供的保护渣在铸坯过程中，结晶性能良好，有利于保护渣在弯月面附近快速大量析晶以控制传热，保证倒角结晶器角部坯壳均匀性；增强了析晶后剩余液渣的润滑性能，降低了转折温度。
实验结果表明，本发明较传统的低合金钢保护渣在控制传热上更具稳定性，有利于倒角结晶器角部坯壳均匀稳定生长，铸坯角部纵裂纹缺陷率由6％降至1％。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用工业纯或钢材制备领域使用的常规纯度。
本发明所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或常规方法制备得到。
本发明所有工艺，其简称均属于本领域的常规简称，每个简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据简称，能够理解其常规的工艺步骤。
本发明提供了一种用于倒角结晶器的保护渣，按重量份数计，包括：
CaO 38～44 重量份；
SiO2 20～24 重量份；
辅助氧化物 4～26 重量份；
所述辅助氧化物包括ZnO、B2O3和BaO中的一种或多种。
本发明所述CaO的加入量为38～44重量份，优选为39～43重量份，更优选为40～42重量份。本发明对所述CaO(氧化钙)的其他参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规氧化钙的参数即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整。
本发明所述SiO2的加入量为20～24重量份，优选为20.5～23.5重量份，更优选为21～23重量份，更优选为21.5～22.5重量份。本发明对所述SiO2(二氧化硅)的其他参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规氧化钙的参数即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整。
本发明所述辅助氧化物包括ZnO、B2O3和BaO中的一种或多种，更优选为ZnO、B2O3和BaO中的多种。本发明所述辅助氧化物的加入量为4～26重量份，优选为7～23重量份，更优选为10～20重量份，更优选为13～17重量份。本发明对所述辅助氧化物的其他参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规参数即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整。
本发明为进一步提高保护渣的性能，进一步减少铸坯角度纵裂纹的发生比例，所述保护渣中优选还包括7～10重量份的氟化物，更优选为7.5～9.5重量份的氟化物，更优选为8～9重量份的氟化物。本发明对所述氟化物没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规氟化物即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整，本发明所述氟化物优选包括NaF和/或CaF2，更优选为NaF或CaF2。本发明对所述氟化物的其他参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规参数即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整。
本发明为进一步提高保护渣的性能，进一步减少铸坯角度纵裂纹的发生比例，所述保护渣中优选还包括Li2O、Al2O3、MgO、Fe2O3、Na2O和C中的一种或多种，更优选为Li2O、Al2O3、MgO、Fe2O3、Na2O和C中的多种。本发明对上述氧化物的其他参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规参数即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整。
本发明所述Li2O的加入量优选大于等于1.5重量份，更优选为1.5～2.5重量份，更优选为1.6～2.3重量份，更优选为1.7～2.1重量份。本发明所述Al2O3的加入量优选小于等于3重量份，更优选为0.5～3重量份，更优选为1～2.5重量份，更优选为1.5～2.0重量份。本发明所述MgO的加入量优选小于等于3重量份，更优选为0.5～3重量份，更优选为1～2.5重量份，更优选为1.5～2.0重量份。本发明所述Fe2O3的加入量优选小于等于2重量份，更优选为0.1～2重量份，更优选为0.3～1.8重量份，更优选为0.5～1.5重量份。本发明所述Na2O的加入量优选小于等于10重量份，更优选为1～10重量份，更优选为3～8重量份，更优选为4～7重量份。本发明所述C的加入量优选为5～10重量份，更优选为6～9重量份，更优选为7～8重量份。
本发明为进一步提高保护渣的性能，进一步减少铸坯角度纵裂纹的发生比例，所述保护渣的碱度值优选为1.65～2.0，更优选为1.7～1.95重量份，更优选为1.75～1.9重量份，更优选为1.80～1.85重量份。本发明为进一步提高保护渣的性能，进一步减少铸坯角度纵裂纹的发生比例，所述保护渣的转折温度优选为1150～1200℃，更优选为1160～1190℃，更优选为1170～1180℃。本发明为进一步提高保护渣的性能，进一步减少铸坯角度纵裂纹的发生比例，所述保护渣的高温粘度为0.04～0.14Pa·S，更优选为0.06～0.12Pa·S，更优选为0.08～0.10Pa·S。本发明对所述高温粘度中高温的具体温度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的高温粘度定义中常规的高温定义即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整，本发明所述高温粘度中高温的具体温度优选为1200～1400℃，更优选为1250～1350℃，更优选为1300℃。
本发明对所述保护渣的应用范围没有特别限制，以本领域技术人员熟知的钢材铸坯过程中的结晶器的应用即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整，本发明所述保护渣优选为用于结晶器的保护渣，更优选为用于倒角结晶器的保护渣，具体可以为应用于制备中碳低合金钢铸坯过程中。
本发明对所述中碳低合金钢的成分及含量没有特别限制，以本领域技术人员熟知的中碳低合金钢的组分即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整，本发明所述中碳低合金钢的C含量优选为0.10％～0.20％，更优选为0.12％～0.18％，更优选为0.14％～0.16％。本发明所述中碳低合金钢中优选还包括其他元素。所述其他元素更优选包括Mn、Al、Nb、V、Ti、B、Ni、Cr、Mo和Cu中的一种或多种，更优选为Mn、Al、Nb、V、Ti、B、Ni、Cr、Mo和Cu中的多种。本发明所述其他元素的含量优选小于等于5％，更优选为小于等于4.5％，更优选为小于等于4％。
本发明上述步骤提供了一种用于倒角结晶器的保护渣，本发明通过创造性的选择特定成分和具体比例，得到具体特定碱度的保护渣，特定的高碱度使得保护渣结晶性能良好，有利于保护渣在弯月面附近快速大量析晶以控制传热，保证倒角结晶器角部坯壳均匀性；控制保护渣特定的转折温度，在保护渣中配入一定量的酸性、两性氧化物及过渡族金属氧化物，利用其在碱性熔渣中为网络形成体的特性，增强析晶后剩余液渣的润滑性能，降低转折温度；控制保护渣的低粘度，确保了充分的消耗量和润滑。
本发明特别针对中碳低合金钢的组成，[C]含量为0.14％～0.20％的C-Mn钢基础上加入Al、Nb、V、Ti、B、Ni、Cr、Mo、Cu等元素形成的钢种系列，主要用作中高强度结构材料。由于钢中碳含量部分落入包晶区，其铸坯表面纵裂纹倾向比低碳钢强，但比包晶钢弱。而且由于加入Al、Nb、V、Ti、B氮化物和碳氮化物形成元素，铸坯表面网状裂纹和边角横裂纹较敏感，本发明通过改进保护渣的性能，确保结晶器全程液渣润滑，铸坯振痕不能过深，大大提高了倒角结晶器生产中碳低合金钢过程中保护渣润滑铸坯和控制传热的能力，从而减少了铸坯角部纵裂纹缺陷的发生率。
本发明还提供了一种钢材铸坯的制备方法，包括以下步骤：
1)将钢水通入结晶器后，向结晶器内加入上述技术方案任意一项所述的保护渣，进行浇铸，得到钢材铸坯。
本发明对上述钢材铸坯的制备方法中所需保护渣的选择和组成，以及相应的优选原则，与前述用于倒角结晶器的保护渣中所对应原料的选择和组成，以及相应的优选原则均可以进行对应，在此不再一一赘述。
本发明对所述结晶器的结构和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规倒角结晶器的结构和参数即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整。
本发明对所述浇铸的具体工艺步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规浇铸的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整，本发明为进一步提高保护渣的性能，进一步减少铸坯角度纵裂纹的发生比例，所述浇铸的过热度优选为0～30℃，更优选为5～25℃，更优选为10～20℃，更优选为12～18℃。所述浇铸的速度优选为0.8～1.5m/min，更优选为0.9～1.4m/min，更优选为1.0～1.3m/min。所述钢材铸坯的坯壳厚度优选大于等于12mm，更优选为大于等于15mm，更优选为大于等于20mm。
本发明上述步骤提供了一种用于倒角结晶器的保护渣以及钢材铸坯的制备方法，本发明针对现有的倒角结晶器在铸坯过程中存在角部纵裂纹的缺陷，创造性的从保护渣组成方面入手，得到了结晶性能好、润滑性能好的保护渣，再结合特定步骤和参数的铸坯方法，从而减少了铸坯角部纵裂纹的发生比例。本发明通过适宜的高碱度使得保护渣结晶性能良好，有利于保护渣在弯月面附近快速大量析晶以控制传热，保证倒角结晶器角部坯壳均匀性；控制保护渣特定的转折温度，在保护渣中配入一定量的酸性、两性氧化物及过渡族金属氧化物，利用其在碱性熔渣中为网络形成体的特性，增强析晶后剩余液渣的润滑性能，降低转折温度；控制保护渣的低粘度，确保了充分的消耗量和润滑，大大的降低了铸坯角部纵裂纹的缺陷发生率。
实验结果表明，本发明较传统的低合金钢保护渣在控制传热上更具稳定性，有利于倒角结晶器角部坯壳均匀稳定生长，铸坯角部纵裂纹缺陷率由6％降至1％。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种保护渣及钢材铸坯的制备方法进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1
西昌钢钒Q345B-T(薄)钢种主要成分包括：C0.16％～0.19％，Si0.15％～0.30％，Mn0.35％～0.45％，Ti0.03％～0.05％。
将上述组分的钢水送入浇铸工序，倒入已通冷水的倒角结晶器中，钢水温度为1543℃，过热度为27℃，向结晶器内加入保护渣(CaO38.4％，SiO222.4％，Al2O33.1％，MgO2.6％，Fe2O30.6％，F8.2％,Na2O+K2O4.3％,Li2O1.7％)，控制保护渣的碱度为1.71；粘度为0.08；转折温度为1182℃，进行浇铸。
控制浇铸的拉速为1.1m/min，在铸坯坯壳厚度为17mm后拉出铸坯，得到钢材铸坯。
对本发明实施例1制备的钢材铸坯进行检测，多批次平均结果后，本发明实施例1制备的钢种的角部纵裂纹缺陷比例为0.8％，相比原有采用普通保护渣和铸坯工艺制备的同钢种，3.4％的角部纵裂纹缺陷比例，降低了76％以上。
实施例2
西昌钢钒Q235B(改进)钢种主要成分包括：C0.16％～0.19％，Si0.15％～0.25％，Mn0.20％～0.30％，Als0.01％～0.03％。
将上述组分的钢水送入浇铸工序，倒入已通冷水的倒角结晶器中，钢水温度为1545℃，过热度为26℃，向结晶器内加入保护渣，(CaO38.4％，SiO222.4％，Al2O33.1％，MgO2.6％，Fe2O30.6％，F8.2％,Na2O+K2O4.3％,Li2O1.7％)，控制保护渣的碱度为1.71；粘度为0.08；转折温度为1182℃，进行浇铸。
控制浇铸的拉速为1.1m/min，在铸坯坯壳厚度为17mm后拉出铸坯，得到钢材铸坯。
对本发明实施例2制备的钢材铸坯进行检测，多批次平均结果后，本发明实施例2制备的钢种的角部纵裂纹缺陷比例为0.9％，相比原有采用普通保护渣和铸坯工艺制备的同钢种，6.8％的角部纵裂纹缺陷比例，降低了87％以上。
实施例3
西昌钢钒Q450NQR1钢种主要成分包括：C0.08％～0.13％，Si0.35％～0.45％，Mn0.80％～0.95％，Ni0.12％～0.20％，V0.06～0.09％。
将上述组分的钢水送入浇铸工序，倒入已通冷水的倒角结晶器中，钢水温度为1547℃，过热度为27℃，向结晶器内加入保护渣，(CaO38.4％，SiO222.4％，Al2O33.1％，MgO2.6％，Fe2O30.6％，F8.2％,Na2O+K2O4.3％,Li2O1.7％)，控制保护渣的碱度为1.71；粘度为0.08；转折温度为1182℃，进行浇铸。
控制浇铸的拉速为1.1m/min，在铸坯坯壳厚度为17mm后拉出铸坯，得到钢材铸坯。
对本发明实施例3制备的钢材铸坯进行检测，多批次平均结果后，本发明实施例3制备的钢种的角部纵裂纹缺陷比例为0.6％，相比原有采用普通保护渣和铸坯工艺制备的同钢种，5.1％的角部纵裂纹缺陷比例，降低了88％以上。
以上对本发明提供的一种用于倒角结晶器的保护渣及一种采用倒角结晶器的钢材铸坯方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于倒角结晶器的保护渣，其特征在于，按重量份数计，包括：
CaO 38～44 重量份；
SiO2 20～24 重量份；
辅助氧化物 4～26 重量份；
所述辅助氧化物包括ZnO、B2O3和BaO中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的保护渣，其特征在于，所述保护渣中还包括7～10重量份的氟化物。
3.根据权利要求2所述的保护渣，其特征在于，所述氟化物包括NaF和/或CaF2；
所述保护渣中还包括Li2O、Al2O3、MgO、Fe2O3、Na2O和C中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的保护渣，其特征在于，所述Li2O大于等于1.5重量份；
所述Al2O3小于等于3重量份；
所述MgO小于等于3重量份；
所述Fe2O3小于等于2重量份；
所述Na2O小于等于10重量份；
所述C为5～10重量份。
5.根据权利要求1所述的保护渣，其特征在于，所述保护渣的碱度值为1.65～2.0。
6.根据权利要求1所述的保护渣，其特征在于，所述保护渣的转折温度为1150～1200℃；
所述保护渣的高温粘度为0.04～0.14Pa·S。
7.根据权利要求6所述的保护渣，其特征在于，所述高温粘度的温度为1200～1400℃；
所述保护渣用于中碳低合金钢的制备；
所述中碳低合金钢的C含量为0.10％～0.20％。
8.根据权利要求7所述的保护渣，其特征在于，所述中碳低合金钢中还包括其他元素；
所述其他元素包括Mn、Al、Nb、V、Ti、B、Ni、Cr、Mo和Cu中的一种或多种；
所述其他元素的含量小于等于5％。
9.一种钢材铸坯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将钢水通入结晶器后，向结晶器内加入权利要求1～8任意一项所述的保护渣，进行浇铸，得到钢材铸坯。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述浇铸的过热度为0～30℃；
所述浇铸的速度为0.8～1.5m/min；
所述钢材铸坯的坯壳厚度大于等于12mm。
CN201711235072.4A 2017-11-30 2017-11-30 一种用于倒角结晶器的保护渣及采用倒角结晶器的钢材铸坯方法 Pending CN107824754A (zh)

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