CN108176832B - 一种薄板坯连铸保护渣及其制备方法 - Google Patents

一种薄板坯连铸保护渣及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种薄板坯连铸保护渣及其制备方法。将石灰石、石英砂、氧化铝、莹石、氧化锂、氧化硼、氧化钾、氧化镁混合均匀后，放入电阻炉熔制，出炉后水淬，干燥，得到预熔保护渣样；将预熔保护渣样破碎，球磨过200目，加入碳粉、水、粘结剂，精磨制成浆料；将浆料喷雾干燥造粒，得到薄板坯连铸保护渣。本发明适用于薄板坯连铸的高拉速下时保护渣析出连续层片状晶相，在有效控制铸坯和结晶器之间传热的同时还能极大地改善铸坯润滑，降低了铸坯表面的纵裂纹发生率，提高了铸坯表面及皮下质量，提高连铸的生产效率。

Description

一种薄板坯连铸保护渣及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种薄板坯连铸保护渣及其制备方法。
背景技术
薄板坯连铸连轧技术是近世界钢铁工业取得的重要技术进步之一，是一项带来钢铁工业技术革命的新技术。与传统工艺相比，薄板坯连铸连轧技术板坯厚度小、拉坯速度快、凝固速度快、出坯温度高、比表面面积大等工艺特点，以及相应的设备投入少、生产周期短、能源消耗低等生产优势。研究表明，薄板坯连铸铸坯的铸态组织均匀、第二相析出细小、热形变过程温度均匀、板坯成型好、精度高等优点。但薄板坯较小的铸坯厚度很结晶器空间使得钢水中夹杂物在结晶器内不易上浮，而冷却速度又快，易发生卷渣、粘结、漏钢、裂纹等现象。
保护渣在连铸中的作用主要有：润滑铸坯、控制传热、吸除钢液中上浮的夹杂物、防止二次氧化等。其中最主要的性能是润滑铸坯和控制传热。粘结和漏钢等现象大部分是由于结晶器壁与凝固坯壳之间的摩擦力引起的，熔融保护渣流入结晶器与铸坯之间形成玻璃层-结晶层-液渣层的多层结构，其中液渣膜可以减小坯壳和结晶器之间的摩擦力，起到润滑作用。保护渣的润滑作用与形成的液渣膜厚度、液渣膜稳定性和固态渣膜结构等有关。保护渣的多层结构可以减少钢水的热辐射，避免钢水温度的快速降低。保护渣的结晶层和玻璃层是控制传热的主要部分，两相的结构和性能对保护渣传热有非常大的影响。
薄板坯连铸拉坯速度比传统板坯连铸快的多，使用传统板坯连铸的保护渣已经不适用，而要求使用熔点更低、粘度更低、流动性更强的保护渣，为的是在结晶器壁与铸坯之间能很快地形成稳定而可控的保护渣膜，起到润滑作用。在拉速很高时，铸坯出结晶器时，坯壳厚度较薄，如果拉坯阻力过大，铸坯容易出现裂纹，严重时甚至出现拉漏，所以在铸坯与结晶器铜板之间保持一层均匀的保护渣膜是很重要的。连铸保护渣还可以起到控制坯壳和结晶器铜板之间传热的作用，薄板坯连铸的结晶器内冷却速度快、热流密度大，一旦导热不均匀，铸坯即会产生裂纹。为使坯壳均匀生长，散热必须均匀，保护渣膜厚度均匀、合适、利于坯壳传热，可有效防止纵裂产生。
传热性能和润滑性能是保护渣使用中最重要的两个性能，润滑性能保证连铸工艺顺行和铸坯质量，传热性能是控制结晶器内传热的关键。研究表明，固态渣膜中结晶比例的变化可实现对保护渣传热的调控，适当提高固态渣膜中晶体的含量可以减小通过渣膜的热流密度，实现坯壳缓冷，避免板坯表面纵裂纹的出现。在现有保护渣中，析出的晶相主要为颗粒状、矛头状、短柱状和树枝状等，以上结晶形貌虽然在保护渣控制传热方面发挥着积极作用，但是会在一定程度上对保护渣的润滑性能起到阻碍作用。
发明内容
本发明目的在于提供了一种适用于薄板坯连铸的结晶器保护渣，在使用时沿连铸方向析出具有高度取向的层片状晶体。当结晶器中的连铸坯被拉动时，可以轻易地使片状的结晶产生解理，出现层与层的相互滑动，由此可在结晶器中形成均匀的相互覆盖的“鳞片”状结构。这种结构能够使保护渣的润滑性能和传热控制性能同时得到大幅度的提升。既能有效控制铸坯与结晶器壁之间的传热，又能改善保护渣的润滑性能，使保护渣的控制传热和润滑铸坯两个关键性能得到协同调控。最终使得连铸板的质量得以大幅度的提升。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种薄板坯连铸保护渣，其化学成分按质量百分比为：
CaO 35～40％，SiO2 30～40％，Al2O3 4～7％，Na2O 2～8％，Li2O 1～6％，B2O3 1～6％，K2O 1～6％，MgO 1～6％，CaF2 10～17％，C 2～8％。
按上述方案，所述薄板坯连铸保护渣使用时的熔化温度范围为1020～1150℃，在1300℃时的黏度范围为0.02～0.30Pa·s，导热系数为0.93～1.25W/(m·K)。
上述薄板坯连铸保护渣的制备方法，包括以下步骤：
1)将石灰石、石英砂、氧化铝、莹石、氧化锂、氧化硼、氧化钾、氧化镁混合均匀后，放入电阻炉熔制，在1450～1500℃保温30min～60min，出炉后水淬，干燥，得到预熔保护渣样；
2)将预熔保护渣样破碎，球磨过200目，加入碳粉、水、粘结剂，球磨制成浆料；
3)将浆料喷雾干燥造粒，得到水分小于0.5wt％、粒度<2mm的薄板坯连铸保护渣。
按上述方案，步骤1中最高熔制温度为1450～1500℃。
按上述方案，步骤2中球磨采用参数为200r/min。
按上述方案，步骤2所述粘结剂为聚乙烯醇。
其中，CaO和SiO2主要起调节保护渣的碱度的作用；CaF2主要起促进保护渣析晶的作用；Al2O3主要起调节保护渣的析晶能力；Na2O，Li2O，B2O3，K2O，MgO主要起调节保护渣的粘度以及保证高温下稳定的低粘度；C主要起到控制保护渣熔化速率作用。
本发明所得保护渣中CaO与CaF2的配入量较高，分别为CaO 35～40％与CaF2 10～17％，碱度为1.20～1.50，使得保护渣结晶性能较强，能快速大量析出晶体以控制均匀传热，减少铸坯纵裂纹发生率，提高铸坯表面及皮下质量。该保护渣的导热系数为0.93～1.25W/(m·K)。
本发明制备的保护渣碱度较高，有较强吸收钢水中上浮夹杂的能力。
该保护渣加入Li2O 1～6％，B2O3 1～6％，能使高温下的保护渣熔体维持稳定的低粘度。
本发明相对于现有技术有益效果如下：
本发明将晶相设计的理念引入到保护渣的结晶相的生成中，设计保护渣在连铸方向生成层片状晶相。一方面通过改变保护渣成分来提高保护渣的结晶能力，以达到有效控制传热的作用；另一方面，控制保护渣在连铸方向生成取向一致的层片状晶体的能极大的改善保护渣的润滑性能，从而实现保护渣的润滑性能和控制传热的高效一体化协同调控。
本发明适用于薄板坯连铸的高拉速下时保护渣析出连续层片状晶相，主晶相为黄长石晶相和氟硅碱钙石晶相。在有效控制铸坯和结晶器之间传热的同时还能极大地改善铸坯润滑，降低了铸坯表面的纵裂纹发生率，提高了铸坯表面及皮下质量，提高连铸的生产效率。
与传统保护渣不同，本发明所述保护渣析出晶相为取向均一的层状晶体，能有效地改善铸坯润滑。该保护渣适用于薄板坯连铸生产，尤其是裂纹敏感钢板的连铸生产。
附图说明
图1：实施例1所得保护渣析出晶相的微观扫描电镜图；
图2：实施例2所得保护渣析出晶相的微观扫描电镜图。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种适用于薄板坯连铸的具有层状析晶结晶器保护渣，其原料的化学组成按质量百分比为:CaO 37.38％，SiO2 31.15％，Al2O3 5.61％，Na2O 4.67％，Li2O 1.87％，B2O31.87％，K2O 1.87％，MgO 2.80％，CaF2 12.81％，C 4％。
上述适用于薄板坯连铸的具有层状析晶结晶器保护渣的制备方法，具体步骤如下：
a.本实施例采用的保护渣化学组成按质量百分比计为：CaO 37.38％，SiO231.15％，Al2O3 5.61％，Na2O 4.67％，Li2O 1.87％，B2O3 1.87％，K2O 1.87％MgO 2.80％，CaF2 12.81％；
b.根据保护渣组成质量百分比条件，计算得到各原材料的重量比例；
c.按照计算所得重量分别称取相应原料，碳质材料除外；将称取好的原料混合均匀后，放入电阻炉熔制，在1500℃保温30min，出炉后水淬，干燥，得到预熔保护渣样；
d.将预熔料破碎，在200r/min条件下球磨1h过200目加入预先配制好的C 4％。加入等重量水，1～2％聚乙烯醇，球磨30min，制成浆料；
e.将浆料喷雾干燥造粒，成品要求水分<0.5％，粒度<2mm。
f.所得保护渣碱度为熔化温度为1140℃，1300℃下粘度为0.24Pa·s，保护渣在使用过程中析出连续层片状晶相，主晶相为黄长石晶相，导热系数为1.23W/(m·K)。如图1所示，本实施例所得保护渣析出晶相的微观扫描电镜图。
实施例2
一种适用于薄板坯连铸的具有层状析晶结晶器保护渣，其原料的化学组成按质量百分比为:CaO 36.5％，SiO2 30.44％，Al2O3 5.47％，Na2O 4.56％，Li2O 1.83％，B2O31.83％，K2O 1.83％，MgO 2.73％，CaF2 14.76％，C 4％。
上述适用于薄板坯连铸的具有层状析晶结晶器保护渣的制备方法，具体步骤如下：
a.本实施例采用的保护渣化学组成按质量百分比计为：CaO 36.5％，SiO230.44％，Al2O3 5.47％，Na2O 4.56％，Li2O 1.83％，B2O3 1.83％，K2O 1.83％，MgO 2.73％，CaF2 14.76％；
b.根据保护渣组成质量百分比条件，计算得到各原材料的重量比例；
c.按照计算所得重量分别称取相应原料，碳质材料除外；将称取好的原料混合均匀后，放入电阻炉熔制，在1500℃保温60min，出炉后水淬，干燥，得到预熔保护渣样；
d.将预熔料破碎，在200r/min条件下球磨1h过200目加入预先配制好的C 4％。加入等重量水，1～2％聚乙烯醇，球磨30min，制成浆料；
e.将浆料喷雾干燥造粒，成品要求水分<0.5％，粒度<2mm。
f.所得保护渣熔化温度为1040℃，1300℃下粘度为0.12Pa·s，保护渣在使用过程中析出连续层片状晶相，主晶相为黄长石晶相和氟硅钠钙石晶相，导热系数为1.16W/(m·K)。如图2所示，本实施例所得保护渣析出晶相的微观扫描电镜图。
实施例3
一种适用于薄板坯连铸的具有层状析晶结晶器保护渣，其原料的化学组成按质量百分比为:CaO 36.5％，SiO2 32.44％，Al2O3 5.47％，Na2O 4.56％，Li2O 1.83％，B2O31.83％，K2O 1.83％，MgO 2.73％，CaF2 12.76％，C 4％。
上述适用于薄板坯连铸的具有层状析晶结晶器保护渣的制备方法，具体步骤如下：
a.本实施例采用的保护渣化学组成按质量百分比计为：CaO 36.5％,SiO232.44％，Al2O3 5.47％，Na2O 4.56％，Li2O 1.83％，B2O3 1.83％，K2O 1.83％，MgO 2.73％，CaF2 12.76％；
b.根据保护渣组成质量百分比条件，计算得到各原材料的重量比例；
c.按照计算所得重量分别称取相应原料，碳质材料除外；将称取好的原料混合均匀后，放入电阻炉熔制，在1500℃保温30min，出炉后水淬，干燥，得到预熔保护渣样；
d.将预熔料破碎，在200r/min条件下球磨1h过200目加入预先配制好的C 4％。加入等重量水，1～2％聚乙烯醇，球磨30min，制成浆料；
e.将浆料喷雾干燥造粒，成品要求水分<0.5％，粒度<2mm。
f.所得保护渣熔化温度为1080℃，1300℃下粘度为0.20Pa·s，保护渣在使用过程中析出连续层片状晶相，主晶相为黄长石晶相，导热系数为1.20W/(m·K)。

Claims (1)

1.一种薄板坯连铸保护渣，其特征在于化学成分按质量百分比为：CaO 35～40％，SiO230～40％，Al2O3 4～7％，Na2O 2～8％，Li2O 1～6％，B2O3 1～6％，K2O 1～6％，MgO 1～6％，CaF2 10～17％，C 2～8％；使用时的熔化温度范围为1020～1150℃，在1300℃时的黏度范围为0.02～0.30Pa·s，导热系数为0.93～1.25W/(m·K)。
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