CN107952944A - Csp薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣，属于保护渣技术领域，其化学成分及其重量百分含量为：CaO：35%~38%，SiO₂：28%~31%，Li₂O：1%~2.5%，Al₂O₃：1%~3%，Na₂O：9%~11%，F^‑：10%~15%，C：4%~8%，余量为不可避免的杂质。本发明保护渣综合性能优异，在结晶器内能合适铺展，熔化均匀，形成稳定状态的初始渣层‑烧结层‑半熔渣层‑熔渣层的多层结构；渣面活跃，无卷渣现象发生；热流曲线稳定，所浇注铸坯表面、皮下及内部质量优异。

Description

CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣

技术领域

本发明属于保护渣技术领域，具体涉及一种CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣。

背景技术

薄板坯连铸连轧CSP（Compact Strip Production）工艺是上个世纪末成功开发成功的生产热轧板卷的一项短流程工艺，是继氧气转炉炼钢、连铸炼钢之后钢铁工业最重要的革命性技术之一。因其具有投资少、生产成本低、能耗小的优点，得到了迅速的发展。

与传统的厚板坯冷却后重新加热再轧制的工艺相比，具有同样成分的CSP热轧钢板经历了不同的热加工过程。但是在生产过程中，CSP热轧卷表面和内在问题频现，影响了相关品种的开发。CSP热轧钢板是经过薄板坯连铸一均热一连轧一卷曲工序生产的，连铸坯没有经过冷却到室温再加热的过程，具有凝固组织状态的薄板坯经约1100℃的均热后直接进行轧制，并且在轧制过程中采用更大的道次压下率；薄板坯的凝固时间更短，凝固后的冷却速率更高；连铸坯板带在轧制后进行快速冷却。这些工艺上的差别均对CSP高碳钢成品板的组织和性能产生明显影响。

CSP连铸拉坯速度快，保护渣的消耗量少，渣膜的厚度和均匀性波动大，卷渣比较严重，夹杂物在结晶器内上浮困难而凝固在铸坯中。结晶器通钢量大，而结晶器内熔池面积小，钢液射流强度大造成结晶器内钢水液面波动剧烈。薄板坯连铸机具有更强的冷却强度，结晶器内液面温度低，易造成化渣不良。薄板坯连铸拉速变化范围广，幅度大，对结晶器内保护渣的性能易产生不良影响，保护渣应有较宽的适应性，漏斗形结晶器的采用使铸坯在凝固过程中沿宽面水平方向有较大的几何形变，拉坯阻力大，对保护渣的润滑性能有更高的要求。

高碳钢的碳质量分数一般在0.6~1.7%，与中低碳钢种相比具有以下的特点：1）零强度温度较低，略超过1300℃，1300℃时试样的抗拉强度较低，其高温塑性较差；2）由于P、S偏析，初生坯壳凝固收缩小，强度低，在钢水静压力作用下坯壳和结晶器接触紧密，拉坯过程中坯壳受到的摩擦阻力大，坯壳易与结晶器壁粘结，导致粘结漏钢；3）钢种液相线温度低，浇注温度和浇注速度较低，凝固速度慢，热强度差，裂纹敏感性大，容易产生表面裂纹。结晶器保护渣是连铸生产中的重要材料，直接影响到铸坯的质量，乃至生产的稳顺。一种好的保护渣，应能全面发挥隔绝空气，防止钢水二次氧化；绝热保温，防止钢水表面局部冷凝；净化钢水界面，吸收钢中上浮夹杂物；润滑铸坯表面，减少拉坯阻力；改善铸坯和结晶器间的凝固传热等五个方面作用，因此，研究开发适用于CSP连铸高碳钢生产的结晶器保护渣是提高高碳钢铸坯表面质量，保证高碳钢在连铸顺行的一个重要课题。

李盼峰等（李盼峰,易兴中,王辉斌.涟钢CSP高碳钢保护渣的研究[J].中南泛珠三角炼钢连铸学术交流会,2013:6-10）分析了涟钢CSP连铸高碳钢保护渣在使用过程中存在的主要问题，及其影响因素，同时具体介绍了新开发的高碳钢保护渣在涟钢CSP连铸的现场试验情况，该文献公开了两种高碳钢保护渣组成，1#高碳钢保护渣化学成分（%）：SiO₂：24.2~30.2，MgO：4~6，CaO：22~28，Fe₂O₃：≤1.3，Al₂O₃：2~4，MnO₂：≤1.0，F^-：9.3~12.3，C_全：7.3~9.3，H₂O：≤0.5，Na₂O：7~13，熔化温度959±50，粘度（1300℃）：0.83±0.50pa，容重0.4~0.8g/cm³，碱度0.82~1.02。2#高碳钢保护渣化学成分（%）：SiO₂：25~31，MgO：4~6，CaO：22.7~28.7，Fe₂O₃：≤1.3，Al₂O₃：2.5~4.5，MnO₂：≤1.0，F^-：9.3~12.3，C_全：7.4~9.4，H₂O：≤0.5，Na₂O：10~13，熔化温度997±50，粘度（1300℃）：0.83±0.50pa，容重0.4~0.8g/cm³，碱度0.82~1.02。通过试验发现，使用上述两种保护渣，高碳钢连铸的拉漏率较以前得到有效控制，保护渣质量稳定，在使用过程中未发现因保护渣卷渣引起的铸坯表面夹渣等质量问题。同时，该文献也指出，上述高碳钢保护渣在使用过程中市场存在窄边热流值偏低的缺陷，有待优化。除此之外，该高碳保护渣对铸坯表面及内部的裂纹缺陷改善性能，以及吸附夹杂能力有限，不能很好地满足现有生产线的使用要求。

公开号为CN105642848A的专利文献提供了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％。该发明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。该发明高碳钢保护渣吸附夹杂能力较差，对铸坯内部质量改善有限，依然容易出现裂纹、疏松等缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣，以降低CSP铸坯的表面及内在质量问题的发生率，强化吸附夹杂能力。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣，其化学成分及其重量百分含量为：CaO：35%~38%，SiO₂：28%~31%， Li₂O：1%~2.5%，Al₂O₃：1%~3%，Na₂O：9%~11%，F^-：10%~15%，C：4%~8%，余量为不可避免的杂质。

进一步的，所述CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣，其化学成分及其重量百分含量为：CaO：35%~36%，SiO₂：28%~29.5%， Li₂O：1%~2%，Al₂O₃：1.5%~2.5%，Na₂O：9.5%~10.5%，F^-：11%~14%，C：5%~7%，余量为不可避免的杂质。

进一步的，所述CSP高碳钢用连铸结晶器保护渣的二元碱度 CaO/SiO₂值为1.20~1.35。

进一步的，所述CSP高碳钢用连铸结晶器保护渣的熔点为1050℃~1150℃。

进一步的，所述CSP高碳钢用连铸结晶器保护渣在1300℃下粘度为0.3~0.6Pa·s。

进一步的，所述CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣，由以下重量份的原料制备而成：硅灰石60~65份、石英6~10份、铝矾土2~3份、萤石12~15份、碳酸锂1~2份、冰晶石8~10份、碳质材料3~5份、膨润土1~2份。

进一步的，所述碳质材料为石墨和炭黑中的一种或两种的组合物。

与现有技术相比，本发明的设计思路及有益效果如下：

本发明通过上述技术方案，提供了一种CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣，以降低CSP铸坯的表面及内在质量问题的发生率，强化吸附夹杂能力，是通过对现有保护渣进行持续不断地优化而得。为了保证连铸结晶器保护渣的吸附夹杂能力，防止出现卷渣、裂纹等缺陷，同时保证保护渣在吸附了较多夹杂物之后仍具有良好的使用性能，本发明将保护渣碱度控制在1.20~1.35之间，打破了本领域常规认为的碱度不能过高（R＞1.20）的束缚，并将粘度控制在0.3~0.6Pa·s，熔点为1050℃~1150℃，使其溶解、吸收夹杂物的能力提高，并通过减少玻璃体以减缓传热，从而达到减少纵裂纹产生的目的；并通过调整配碳，控制液渣层厚度，缓解因保护渣碱度过高引起的析晶温度升高和润滑性能恶化，而导致粘结漏钢的发生。

实践中发现，本发明保护渣在吸附了较多夹杂物满足钢水纯净度的要求后，保护渣不变性，能够保证连铸生产的顺行。液渣能够均匀、适量地流入铸坯与结晶器壁之间的间隙，改善铸坯质量。本发明设计粘度值为0.3~0.6Pa·s，优选为0.3~0.5Pa·s，满足渣耗要求的同时，减少甚至避免铸坯表面及内部质量问题的产生，而且在高拉速（＞5.0m/min）时仍然能够满足工艺要求。本发明针对高碳钢CSP连铸特点，通过优化成分配比，发现碱度控制在1.20~1.35时，既能达到吸附夹杂的工艺要求，又能实现坯壳润滑，降低甚至杜绝卷渣和裂纹等缺陷的产生。本发明保护渣熔点在1050~1150℃范围内时，能够显著提高保护渣在融化过程中的热稳定性和化学稳定性，从而实现在CSP高碳钢在连铸过程中具备良好的吸附夹杂性能及其均匀传热性能。

本发明设计的CSP高碳钢保护渣综合性能优异，在结晶器内能合适铺展，熔化均匀，形成稳定状态的初始渣层-烧结层-半熔渣层-熔渣层的多层结构；渣面活跃，无卷渣现象发生；热流曲线稳定，所浇注铸坯表面、皮下及内部质量优异，铸坯合格率高。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

本发明上述CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣，其化学成分及其重量百分含量为：CaO：35%~38%，SiO₂：28%~31%， Li₂O：1%~2.5%，Al₂O₃：1%~3%，Na₂O：9%~11%，F^-：10%~15%，C：4%~8%，余量为不可避免的杂质。

上述CSP高碳钢用连铸结晶器保护渣的二元碱度 CaO/SiO₂值为1.20~1.35；熔点为1050℃~1150℃；在1300℃下粘度为0.3~0.6Pa·s。

上述CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣，由以下重量份的原料制备而成：硅灰石60~65份、石英6~10份、铝矾土2~3份、萤石12~15份、碳酸锂1~2份、冰晶石8~10份、碳素材料3~5份、膨润土1~2份。

所述碳质材料为石墨和炭黑中的一种或两种的组合物。

实施例1~10CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣的化学成分及其重量百分比见表1。

表1 CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣的化学成分及其重量百分比

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实施例1~10 CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣的原料及其重量份见表2。

表2 CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣的原料及其重量份

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实施例1~10CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣的理化指标见表3。

表3 CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣的理化指标

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本发明保护渣在本公司钢厂实践：

CSP连铸机浇铸断面：150-180mm×1280-1500mm，连铸拉速为4.5~5.5m/min。观察：保护渣熔化均匀，铺展合适。液渣层厚度保持在10~15毫米，波动小。连铸过程中，卷渣现象发生率为零。所得铸坯表面光滑，无裂纹和渣团缺陷。在所得不同批次铸坯上随机切取试样，进行低倍扫描电镜检验，未发现明显裂纹缺陷。吨钢耗渣量稳定在0.6~0.7kg，满足铸坯质量和工艺顺行要求。自2016年7月运行至今，铸坯的平均合格率达到99.99%以上，漏钢发生率为零。

本发明在研究及实践过程中所做部分对比例保护渣理化性质，见表4。

表4对比例1-3保护渣理化性能

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将上述对比例1~3保护渣用于CSP薄板坯连铸高碳钢，CSP连铸机浇铸断面：150-180mm×1280-1500mm，生产高碳钢碳质量分数为0.7%-1.0%，连铸拉速为4.5~5.5m/min，观察及检测结果如表5：

表5对比例1-3观察及检测结果

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相同工艺条件下，任取20批由实施例1、对比例1~3生产的同种高碳钢进行夹杂物检测，检测结果分别见表6所示。

表6高碳钢非金属夹杂物检测结果

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根据表6数据，比较实施例1与对比例1~3的结果可知，实施例1高碳钢中夹杂物级别最低，且含量也最少，说明实施例1保护渣应用于高碳钢具有良好的吸附夹杂能力，使钢水更好地满足纯净度要求。对比例1在实施例1保护渣成分的基础上降低了保护渣碱度，熔点较实施例1低，应用于高碳钢连铸，A类夹杂物和D类夹杂物较实施例1明显增多，不利于提高保护渣的吸附夹杂能力。对比例2 增加B₂O₃，同时在本发明范围内调整了各成分的含量，较实施例1熔点降低，粘度略有增加，应用于高碳钢连铸，A类~D类夹杂物均较实施例1有不同程度的增加，不利于提高保护渣的吸附夹杂能力。对比例3增加B₂O₃，同时调整了各成分的含量，部分成分含量超出本发明范围之外，较实施例1碱度和熔点降低，粘度增加，应用于高碳钢连铸，A类~D类夹杂物均较实施例1有不同程度的增加，也不利于提高保护渣的吸附夹杂能力。对比例1~3的结果表明，在本发明整体构思基础下，单纯性地改变某一条件或增加某种成分，均不利于提高保护渣的吸附夹杂能力，本发明保护渣各成分与指标之间具有协同增效的作用。

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 (7)

1. 一种CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣，其特征在于：其化学成分及其重量百分含量为：CaO：35%~38%，SiO₂：28%~31%， Li₂O：1%~2.5%，Al₂O₃：1%~3%，Na₂O：9%~11%，F^-：10%~15%，C：4%~8%，余量为不可避免的杂质。

2. 如权利要求1所述的CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣，其特征在于：其化学成分及其重量百分含量为：CaO：35%~36%，SiO₂：28%~29.5%， Li₂O：1%~2%，Al₂O₃：1.5%~2.5%，Na₂O：9.5%~10.5%，F^-：11%~14%，C：5%~7%，余量为不可避免的杂质。

3. 如权利要求1或2所述的CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣，其特征在于：二元碱度 CaO/SiO₂值为1.20~1.35。

4.如权利要求3所述的CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣，其特征在于：熔点为1050℃~1150℃。

5.如权利要求4所述的CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣，其特征在于：在1300℃下粘度为0.3~0.6Pa·s。

6.如权利要求5所述的CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣，其特征在于：由以下重量份的原料制备而成：硅灰石60~65份、石英6~10份、铝矾土2~3份、萤石12~15份、碳酸锂1~2份、冰晶石8~10份、碳质材料3~5份、膨润土1~2份。

7.如权利要求6所述的CSP薄板坯连铸高碳钢用结晶器保护渣，其特征在于：所述碳质材料为石墨和炭黑中的一种或两种的组合物。