CN108723314B - 一种倒角结晶器用低合金钢保护渣 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种倒角结晶器用低合金钢保护渣，属于炼钢用冶金辅料领域。按重量份数计，倒角结晶器用低合金钢保护渣中化学成分包括32‑39重量份的CaO、30.5‑32.5重量份的SiO2、2‑6重量份的Al2O3、大于0且小于等于3重量份的Fe2O3、2‑12重量份的MgO、大于0且小于等于8重量份的Na2O、4‑7.5重量份的F以及4‑8重量份的C。该保护渣具有低碱度，偏高的熔点，较低的粘度的特点，能有效解决钒铌钛等低合金钢铸坯易产生横向裂纹缺陷问题。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢用冶金辅料领域，且特别涉及一种倒角结晶器用低合金钢保护渣。
背景技术
近年来冶金工作者对微合金元素，特别是钒铌钛等进行了深入的研究，开发的钢种也越来越多，但是随着钒铌钛的加入，连铸板坯容易产生边部横裂纹缺陷，这与低合金钢钢种特性有很大关系；生产过程中对相关炼钢、连铸生产工艺调整，缺陷率依然很高。
目前，国内大部分钢厂对结晶器铜板进行改造，依靠倒角结晶器技术改善横裂纹缺陷，但是使用倒角以后，结晶器内钢水的流场以及凝固坯壳角部的传热都有较大的变化，其中钢种特性及倒角结晶器使用后保护渣使用状况发生改变如下：
1.钒铌钛等微合金元素在连铸过程中产生的碳、氮化合物沿γ晶界析出，析出物加剧了裂纹沿晶界萌生和发展，而波谷处坯壳凝固速度较慢，晶粒粗大，微合金化合物富集更加明显，使柱状晶界上的先共析铁素体带高温断裂强度急剧下降，加上波谷处缺口效应，因此微合金很容易产生横裂纹缺陷。
2.倒角结晶器提高了凝固坯壳角部温度，凝固坯壳在钢水内部静压力的作用下坯壳变薄。
3.当结晶器内腔由原四个角变为八个角以后，凝固坯壳与铜板接触的面由四个面增加到八个面，接触面积增大；另外，角部凝固坯壳受到钢水内部静压力增加以后，坯壳与结晶器铜板之间的缝隙会减小，从而凝固坯壳受到摩擦力增大。
4.当凝固坯壳有四个面增加到八个面以后，钢水从侵入式水口流出到达不同面，反射回流会产生不同类型的反射流场，所有流场变化较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种倒角结晶器用低合金钢保护渣，其能够满足倒角结晶器用低合金钢连铸对保护渣性能的要求。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本发明提出一种倒角结晶器用低合金钢保护渣，按重量份数计，倒角结晶器用低合金钢保护渣中化学成分包括32-39重量份的CaO、30.5-32.5重量份的SiO2、2-6重量份的Al2O3、大于0且小于等于3重量份的Fe2O3、2-12重量份的MgO、大于0且小于等于8重量份的Na2O、4-7.5重量份的F以及4-8重量份的C。
本发明较佳实施例提供的倒角结晶器用低合金钢保护渣的有益效果包括：
本发明较佳实施例提供的倒角结晶器用低合金钢保护渣经在国内某倒角结晶器用低合金钢上试验及正常使用，在结晶器内铺展性良好、化渣均匀和液面稳定的情况下，渣圈生长缓慢，不用挑渣条，液渣层10-14mm，渣耗量低于0.58kg/t，铸坯表面质量合格率达99.5％以上，同时未发生报警及漏钢现象，满足倒角结晶器用低合金钢连铸对保护渣性能的要求。该保护渣具有低碱度，偏高的熔点，较低的粘度的特点，能有效解决钒铌钛等低合金钢铸坯易产生横向裂纹缺陷问题。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的倒角结晶器用低合金钢保护渣进行具体说明。
本发明实施例所提供的倒角结晶器用低合金钢保护渣，按重量份数计，倒角结晶器用低合金钢保护渣中化学成分例如可以包括32-39重量份的CaO、30.5-32.5重量份的SiO2、2-6重量份的Al2O3、大于0且小于等于3重量份的Fe2O3、2-12重量份的MgO、大于0且小于等于8重量份的Na2O、4-7.5重量份的F以及4-8重量份的C。
与上述化学成分含量相对应的，按重量份数计，提供上述化学成分的原料例如可以包括大于0且小于等于12重量份的玻璃粉、4-13重量份的萤石粉、3-10重量份的工业纯碱、大于0且小于等于5重量份的半补强炭黑、2-9重量份的鳞片石墨粉、15-45重量份的硅灰石粉、5-25重量份的石灰石粉、2-9重量份的轻烧镁砂粉、10-30重量份的高炉水渣粉以及1-5重量份的羧甲基纤维素钠。
本申请方案中，将半补强炭黑与鳞片石墨粉共同作为保护渣配碳成分，其二者复配作用后，能够确保保护渣熔化的三层结构，避免在改为倒角结晶器铜板以后导致角部变多的情况下，保护渣配碳方式不当，易使熔渣结渣圈，并且保护渣形成渣圈以后不易挑出，在挑渣操作过程中容易引发报警甚至漏钢事故的问题。
在碳质材料的选择上，将半补强炭黑与鳞片石墨以重量比为3:5复配，能够有效确保保护渣熔化的三层结构，减少渣条产生。
在基料及调整材料的选择上，采用复合双基料模式，25重量份的硅灰石和24重量份的高炉水渣粉共计约占到总材料重量的50％，能够有效保证保护渣结构的稳定性。加之调整类材料含有8重量份的玻璃粉、12重量份的石灰石粉以及4重量份的轻烧镁砂粉，共计约占到总材料重量的24％，与基料中硅灰石和高炉水渣粉的比例均较接近，从而能够具有稳定的复合基料融化结构。
在溶剂的选择上，采用自然界大量存在的萤石粉和工业纯碱，该二者的成分和性能均较为稳定，用途广泛，使用时运输较为方便和快捷。将上述二者共同作为溶剂，能够有效降低保护渣的熔点。
在一些可选地实施方式中，倒角结晶器用低合金钢保护渣中化学成分可以包括32-39重量份的CaO、30.5-32.5重量份的SiO2、3-5重量份的Al2O3、1-2重量份的Fe2O3、2-5重量份的MgO、6-8重量份的Na2O、5-7.5重量份的F以及4-6重量份的C。
可参考地，在一具体的实施方式中，倒角结晶器用低合金钢保护渣中化学成分可以包括32.17重量份的CaO、31.23重量份的SiO2、4.54重量份的Al2O3、1.06重量份的Fe2O3、3.54重量份的MgO、6.43重量份的Na2O、7.32重量份的F以及5.58重量份的C。
与上述化学成分含量相对应的，按重量份数计，提供上述化学成分的原料例如可以包括8重量份的玻璃粉、12重量份的萤石粉、5重量份的工业纯碱、3重量份的半补强炭黑、5重量份的鳞片石墨粉、25重量份的硅灰石粉、12重量份的石灰石粉、4重量份的轻烧镁砂粉、24重量份的高炉水渣粉以及2重量份的羧甲基纤维素钠。
可参考地，在另一具体的实施方式中，倒角结晶器用低合金钢保护渣中化学成分可以包括38.9重量份的CaO、31.68重量份的SiO2、3.54重量份的Al2O3、1.21重量份的Fe2O3、2.54重量份的MgO、7.52重量份的Na2O、5.76重量份的F以及4.32重量份的C。
与上述化学成分含量相对应的，按重量份数计，提供上述化学成分的原料例如可以包括10重量份的玻璃粉、9重量份的萤石粉、4重量份的工业纯碱、5重量份的半补强炭黑、3重量份的鳞片石墨粉、28重量份的硅灰石粉、10重量份的石灰石粉、5重量份的轻烧镁砂粉、23重量份的高炉水渣粉以及3重量份的羧甲基纤维素钠。
上述配比下的原材料混合而成的保护渣能够有效隔离和限制非碳质材料在高温下的相互粘连。
较佳地，本申请方案中倒角结晶器用低合金钢保护渣的二元碱度例如可以为1-1.25。值得说明的是，在本申请方案中，二元碱度指CaO与SiO2的质量百分比。
通常，低合金钢的碳含量一般处于0.15-0.25％之间，纵裂纹敏感性不强，改为倒角结晶器后铜板弯月面区域温度较高，保护渣需要有较好的导热性。其次，低合金钢夹杂物多，种类杂，其极易在初生坯壳晶间诱发晶间裂纹，随着铸坯的向下移动而扩大为大的表面缺陷。本申请方案中将保护渣的碱度范围降低至1-1.25，一方面能够保证吸附夹杂能力，减少渣膜析出的晶体，另一方面能够使玻璃体增多，增强润滑铸坯性能。
较佳地，本申请方案中倒角结晶器用低合金钢保护渣的熔点为1080-1150℃。
本申请方案中采用上述较高的熔点范围，实现较厚的固态渣膜延缓传热，使结晶器保护渣具有较低的热导率以减缓坯壳向结晶器的传热，从而降低倒角结晶器生产低合金钢过程中容易产生纵裂纹的情况。
较佳地，本申请方案中倒角结晶器用低合金钢保护渣的熔化时间为20-32s。
熔化时间是评价保护渣供给液渣能力的重要参数，是控制熔渣层厚度、渣膜均匀性和渣耗量的主要手段。在上述熔化时间范围条件下，一方面，倒角结晶器的角部温度场升高，角部初生凝固坯壳变薄，窄边坯壳鼓肚力增大，坯壳与铜板之间的缝隙减小，从而减小保护渣消耗量；另一方面，上述熔化时间能使铸坯和结晶器之间形成足够厚度和稳定均匀的渣膜，保证良好的润滑。
较佳地，本申请方案中倒角结晶器用低合金钢保护渣在1300℃条件下的粘度为0.08-0.2Pa·S，析晶率为10-50％。
保护渣的粘度是表示熔渣中结构微元体移动能力大小的一项物理指标，其实质是液渣流动时各液层分子间的内摩擦力，是流体在运动时所表现出的抵抗剪切变形的能力，它是衡量保护渣润滑性能的重要指标。本申请方案中将保护渣的粘度设置为上述范围，可以使保护渣在结晶器壁与坯壳之间形成具有一定厚度、均匀铺展的渣膜，提升保护渣的润滑性能及稳定传热，削弱连铸坯壳受到的摩擦力增大。
析晶率是指固态渣膜中结晶相所占的比例，其可以用来描述保护渣的润滑性能和传热能力。本申请方案中将保护渣的析晶率控制在10-50％的范围，不仅能够有效控制结晶器与坯壳之间的传热效果，降低发生裂纹，同时还能确保保护渣具有合适的润滑能力。
值得说明的是，本申请中，倒角结晶器用低合金钢保护渣的熔点、粘度以及析晶率均与保护渣的原料成分以及保护渣中化学成分配比有一定关联性。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例中每100重量份的倒角结晶器用低合金钢保护渣中含有8重量份的玻璃粉、12重量份的萤石粉、5重量份的工业纯碱、3重量份的半补强炭黑、5重量份的鳞片石墨粉、25重量份的硅灰石粉、12重量份的石灰石粉、4重量份的轻烧镁砂粉、24重量份的高炉水渣粉以及2重量份的羧甲基纤维素钠。
每100重量份的上述倒角结晶器用低合金钢连铸保护渣中含有32.17重量份的CaO、31.23重量份的SiO2、4.54重量份的Al2O3、1.06重量份的Fe2O3、3.54重量份的MgO、6.43重量份的Na2O、7.32重量份的F以及5.58重量份的C。
上述倒角结晶器用低合金钢连铸保护渣的二元碱度为1.13，熔点为1100℃，熔化时间为20s，1300℃下的粘度为0.12Pa·S，析晶率为10％。
试验在国内某厂进行，期间操作均按连铸浇钢现行规程执行，试验渣型号A，试验浇铸钢种为A36，断面200*1010mm，拉速1.35m/min。共试验连铸保护渣5吨，分7个浇次进行。试验过程中，A型连铸保护渣在结晶器内具有良好的铺展性和流动性，总渣层为50-70mm，液渣厚度10-13mm，能较好的隔绝钢液和粉渣层，结晶器表面火焰适中，渣耗量适中平均在0.35-0.4kg/t，确保良好润滑效果，试验过程中渣条较小，结晶器无报警情况发生，试验铸坯表面光滑无缺陷产生，达到试验目的。
实施例2
本实施例中每100重量份的倒角结晶器用低合金钢保护渣含有10重量份的玻璃粉、9重量份的萤石粉、4重量份的工业纯碱、5重量份的半补强炭黑、3重量份的鳞片石墨粉、28重量份的硅灰石粉、10重量份的石灰石粉、5重量份的轻烧镁砂粉、23重量份的高炉水渣粉以及3重量份的羧甲基纤维素钠。
每100重量份的上述倒角结晶器用低合金钢连铸保护渣中含有38.9重量份的CaO、31.68重量份的SiO2、3.54重量份的Al2O3、1.21重量份的Fe2O3、2.54重量份的MgO、7.52重量份的Na2O、5.76重量份的F以及4.32重量份的C。
上述倒角结晶器用低合金钢连铸保护渣的二元碱度为1.23，熔点为1130℃，熔化时间为22s，1300℃下的粘度为0.11Pa·S，析晶率为30％。
上述倒角结晶器用低合金钢连铸保护渣的型号为B，经在国内某倒角结晶器用低合金钢上，钢种NM360，断面230*1650mm，拉速1.2m/min，在结晶器内铺展性良好，化渣均匀，液面稳定的情况下，渣圈生长缓慢，不用挑渣条，液渣层11-14mm，渣耗量0.5kg/t，铸坯表面质量合格率达99.5％以上，同时未发生报警及漏钢现象，满足倒角结晶器用低合金钢连铸对保护渣性能的要求。
实施例3
本实施例中每100重量份的倒角结晶器用低合金钢保护渣含有12重量份的玻璃粉、13重量份的萤石粉、3重量份的工业纯碱、5重量份的半补强炭黑、2重量份的鳞片石墨粉、15重量份的硅灰石粉、25重量份的石灰石粉、2重量份的轻烧镁砂粉、10重量份的高炉水渣粉以及1重量份的羧甲基纤维素钠。
每100重量份的上述倒角结晶器用低合金钢连铸保护渣中含有32重量份的CaO、32.5重量份的SiO2、6重量份的Al2O3、0.1重量份的Fe2O3、12重量份的MgO、0.1重量份的Na2O、7.5重量份的F以及4重量份的C。
上述倒角结晶器用低合金钢连铸保护渣的二元碱度为1.25，熔点为1150℃，熔化时间为32s，1300℃下的粘度为0.2Pa·S，析晶率为40％。
实施例4
本实施例中每100重量份的倒角结晶器用低合金钢保护渣含有1重量份的玻璃粉、4重量份的萤石粉、10重量份的工业纯碱、0.1重量份的半补强炭黑、3重量份的鳞片石墨粉、28重量份的硅灰石粉、10重量份的石灰石粉、5重量份的轻烧镁砂粉、30重量份的高炉水渣粉以及3重量份的羧甲基纤维素钠。
每100重量份的上述倒角结晶器用低合金钢连铸保护渣中含有38.9重量份的CaO、31.68重量份的SiO2、2重量份的Al2O3、3重量份的Fe2O3、2.54重量份的MgO、8重量份的Na2O、4重量份的F以及8重量份的C。
上述倒角结晶器用低合金钢连铸保护渣的二元碱度为1.23，熔点为1130℃，熔化时间为25s，1300℃下的粘度为0.11Pa·S，析晶率为30％。
实施例5
本实施例中每100重量份的倒角结晶器用低合金钢保护渣含有0.1重量份的玻璃粉、10重量份的萤石粉、3重量份的工业纯碱、2重量份的半补强炭黑、9重量份的鳞片石墨粉、45重量份的硅灰石粉、5重量份的石灰石粉、9重量份的轻烧镁砂粉、10重量份的高炉水渣粉以及5重量份的羧甲基纤维素钠。
每100重量份的上述倒角结晶器用低合金钢连铸保护渣中含有39重量份的CaO、30.5重量份的SiO2、3重量份的Al2O3、2重量份的Fe2O3、2重量份的MgO、8重量份的Na2O、5重量份的F以及6重量份的C。
上述倒角结晶器用低合金钢连铸保护渣的二元碱度为1.1，熔点为1100℃，熔化时间为28s，1300℃下的粘度为0.1Pa·S，析晶率为30％。
实施例6
本实施例中每100重量份的倒角结晶器用低合金钢保护渣含有10重量份的玻璃粉、9重量份的萤石粉、4重量份的工业纯碱、3重量份的半补强炭黑、5重量份的鳞片石墨粉、28重量份的硅灰石粉、10重量份的石灰石粉、5重量份的轻烧镁砂粉、23重量份的高炉水渣粉以及3重量份的羧甲基纤维素钠。
每100重量份的上述倒角结晶器用低合金钢连铸保护渣中含有35重量份的CaO、31.5重量份的SiO2、5重量份的Al2O3、1重量份的Fe2O3、5重量份的MgO、6重量份的Na2O、7.5重量份的F以及4重量份的C。
上述倒角结晶器用低合金钢连铸保护渣的二元碱度为1.2，熔点为1120℃，熔化时间为24s，1300℃下的粘度为0.15Pa·S，析晶率为35％。
上述实施例4至实施例6所得的倒角结晶器用低合金钢保护经在国内某倒角结晶器用低合金钢上试验及正常使用，在结晶器内铺展性良好、化渣均匀和液面稳定的情况下，渣圈生长缓慢，不用挑渣条，液渣层为10-14mm，渣耗量均低于0.58kg/t，铸坯表面质量合格率均达99.5％以上，同时未发生报警及漏钢现象，满足倒角结晶器用低合金钢连铸对保护渣性能的要求。
对比例1
该对比例与实施例1的区别在于：倒角结晶器用低合金钢保护渣的二元碱度为0.5，熔点为1000℃，熔化时间为15s，1300℃条件下的粘度为0.05Pa·S，析晶率为5％。
采用相同的试验方式，其结果显示：对比例1的保护渣在结晶器内的铺展性和流动性较差，所得的总渣层为50mm，液渣厚度为35mm，钢液与粉渣层未得到充分隔绝，渣耗量适中平均在1.0kg/t，试验过程中液渣层过厚、渣耗量过大，润滑不均匀，验铸坯表面有裂纹产生。
对比例2
该对比例与实施例1的区别在于：倒角结晶器用低合金钢保护渣的二元碱度为1.5，熔点为1200℃，熔化时间为38s，1300℃条件下的粘度为0.3Pa·S，析晶率为55％。
采用相同的试验方式，其结果显示：对比例2的保护渣在结晶器内的铺展性和流动性较差，所得的总渣层为65mm，液渣厚度为25mm，钢液与粉渣层未得到充分隔绝，渣耗量适中平均在0.29kg/t，试验过程中渣条过大且量较多，润滑效果差，渣耗量过低，粘结漏钢报警严重。
由此可以看出，本申请实施例所提供的倒角结晶器用低合金钢保护渣较对比例中的倒角结晶器用低合金钢保护渣性能均更佳，说明本申请实施例提供更多倒角结晶器用低合金钢保护渣(原料配比、化学成分含量以及性质)能够有效解决钒铌钛等低合金钢铸坯易产生横向裂纹缺陷问题。
综上所述，本发明较佳实施例提供的倒角结晶器用低合金钢保护渣经在国内某倒角结晶器用低合金钢上试验及正常使用，在结晶器内铺展性良好、化渣均匀和液面稳定的情况下，渣圈生长缓慢，不用挑渣条，液渣层10-14mm，渣耗量低于0.58kg/t，铸坯表面质量合格率达99.5％以上，同时未发生报警及漏钢现象，满足倒角结晶器用低合金钢连铸对保护渣性能的要求。该保护渣具有低碱度，偏高的熔点，较低的粘度的特点，能有效解决钒铌钛等低合金钢铸坯易产生横向裂纹缺陷问题。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种倒角结晶器用低合金钢保护渣，其特征在于，按重量份数计，所述倒角结晶器用低合金钢保护渣中化学成分包括32-39重量份的CaO、30.5-32.5重量份的SiO2、3-5重量份的Al2O3、1-2重量份的Fe2O3、2-5重量份的MgO、6-8重量份的Na2O、5-7.5重量份的F以及4-6重量份的C；
所述倒角结晶器用低合金钢保护渣的二元碱度为1-1.25；
所述倒角结晶器用低合金钢保护渣的熔点为1080-1150℃；
所述倒角结晶器用低合金钢保护渣在1300℃条件下的粘度为0.08-0.2Pa·S，析晶率为10-40%；
所述低合金钢保护渣为板坯低合金钢保护渣；
所述倒角结晶器用低合金钢保护渣中提供所述化学成分的原料包括保护渣配碳成分，所述保护渣配碳成分为半补强炭黑与鳞片石墨粉；
所述倒角结晶器用低合金钢保护渣的熔化时间为20-32s。
2.根据权利要求1所述的倒角结晶器用低合金钢保护渣，其特征在于，所述倒角结晶器用低合金钢保护渣中化学成分包括32.17重量份的所述CaO、31.23重量份的所述SiO2、4.54重量份的所述Al2O3、1.06重量份的所述Fe2O3、3.54重量份的所述MgO、6.43重量份的所述Na2O、7.32重量份的所述F以及5.58重量份的所述C。
3.根据权利要求1所述的倒角结晶器用低合金钢保护渣，其特征在于，所述倒角结晶器用低合金钢保护渣中化学成分包括38.9重量份的所述CaO、31.68重量份的所述SiO2、3.54重量份的所述Al2O3、1.21重量份的所述Fe2O3、2.54重量份的所述MgO、7.52重量份的所述Na2O、5.76重量份的所述F以及4.32重量份的所述C。
4.根据权利要求1所述的倒角结晶器用低合金钢保护渣，其特征在于，所述倒角结晶器用低合金钢保护渣中提供所述化学成分的原料还包括玻璃粉、萤石粉、工业纯碱、硅灰石粉、石灰石粉、轻烧镁砂粉、高炉水渣粉以及羧甲基纤维素钠。
5.根据权利要求4所述的倒角结晶器用低合金钢保护渣，其特征在于，按重量份数计，所述原料包括大于0且小于等于12重量份的所述玻璃粉、4-13重量份的所述萤石粉、3-10重量份的所述工业纯碱、大于0且小于等于5重量份的所述半补强炭黑、2-9重量份的所述鳞片石墨粉、15-45重量份的所述硅灰石粉、5-25重量份的所述石灰石粉、2-9重量份的所述轻烧镁砂粉、10-30重量份的所述高炉水渣粉以及1-5重量份的所述羧甲基纤维素钠。
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