CN109550913A - 一种含铝超低碳钢用低反应性保护渣 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含铝超低碳钢用低反应性保护渣，其化学成分的重量百分数为：BaO+Al₂O₃：40～55％，BaO/Al₂O₃＝0.7～1.0，Na₂O：12～20％，F：8～16％，TiO₂：10～20％，CaO：3～8％，C：1～4％，不可避免的杂质含量≤5％。该保护渣的熔点为1060～1160℃，1300℃粘度为0.2～0.5Pa.s，用于含铝超低碳钢的连铸生产中，可较好地避免渣钢反应，以更稳定的熔渣物性保持于连铸工艺中，确保连铸工艺顺利进行，保证熔渣对铸坯的润滑效果，并减少铸坯表面夹渣缺陷。

Description

一种含铝超低碳钢用低反应性保护渣

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种含铝超低碳钢用低反应性保护渣。

背景技术

保护渣是一种覆盖在钢水表面的炼钢辅助用功能材料，外形呈黑色粉末状或小颗粒状。它具有绝热保温、防止钢水氧化、吸收夹杂、润滑及控制传热等多种功能，是炼钢过程控制铸坯表面质量的最后一道工艺要素。为保证保护渣的这五大功能，当保护渣覆盖在钢水表面时，必须在钢水和固态保护渣之间形成一定厚度的液渣层(厚度在6-20mm范围内为最佳)，从而有效防止空气的进入及容纳更多的外来夹杂，并为铸坯与结晶器铜板缝隙之间提供充足的液态熔渣，从而保证良好的润滑和传热的控制。一旦保护渣性能不良，不能保证液渣层的足够厚度和充分的消耗量，就会引起铸坯产生夹渣、裂纹等表面缺陷，严重的使拉坯阻力过大而造成漏钢事故。因此，保护渣是保证连铸工艺顺利进行和铸坯表面质量的重要手段。

通常，保护渣以CaO、SiO₂二元系为主，外配CaF₂、Na₂O、Li₂O等助熔剂，以及少量的Al₂O₃、MgO、MnO等组元和一些其它不可避免的杂质(如Fe₂O₃)组成，从而达到适宜的理化性能，满足上述使用要求。由于保护渣的熔点相对于钢水温度低400～500℃，因此，为控制相对低熔点的保护渣在钢水表面能缓慢熔化，还必须配入一定量的炭质材料，如碳黑和石墨。炭质材料由于具有很高的熔点，能有效阻止保护渣液滴的聚集，从而控制保护渣的熔化速度；且炭质材料又能完全燃烧变为气体，对保护渣不造成污染，因此是一种既廉价又实用的骨架材料。总之，保护渣是一种以CaO、SiO₂为主(二者含量约占60-70％)的多种氧化物和氟化物的混合体。

铝具有较好的脱氧、细化晶粒、耐蚀性等作用，因此在钢水中铝是很常见的元素之一，同时铝也是一种还原性很强的元素。在钢水浇注过程中，在结晶器内与保护渣直接接触，不可避免地与保护渣中以SiO₂为主的组元发生如下氧化还原反应：4[Al]+3(SiO₂)＝3[Si]+2(Al₂O₃)。

该反应导致保护渣中SiO₂被钢水中的Al还原，生成的Al₂O₃又进入到保护渣中，促使粘度急剧、持续升高，SiO₂的减少又使保护渣熔点持续增加。这些渣钢反应一来导致熔渣物理性能发生变化，不利于连铸工艺的顺利进行，二来渣钢界面因反应而存在的物质传递会大幅降低渣钢的界面张力，促进了卷渣的产生，使铸坯表面缺陷发生率升高。

为了从源头抑制渣钢反应，无硅或低硅渣是唯一的选择。如日本专利JP2006110578通过提高碱度，实际上就是降低熔渣中SiO₂的活度达到降低渣钢反应的目的。但这种成分设计粘度低，不适于超低碳钢的连铸工艺特点，且低粘度渣，易发生卷渣缺陷。日本专利JP 2000000646采用CaO-Al₂O₃系替代CaO-SiO₂系保护渣，实现无硅化设计。由于SiO₂是保护渣中控制传热最有效的晶体-枪晶石(3CaO·2SiO₂·CaF₂)的必须组成，因此，CaO-Al₂O₃系保护渣必须具有新的控制传热的晶体，目前普遍认可的是CaTiO₃。但与枪晶石相比，CaTiO₃熔点过高，高达1975℃，不利于保护渣对铸坯的润滑作用，因此应用前景并不明朗，这也导致CaO-Al₂O₃系保护渣至今仍不成熟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超低碳钢用低反应性保护渣，从源头上解决含铝钢在连铸过程中与保护渣产生渣钢反应的问题，保证熔渣对铸坯的润滑效果，有效改善卷渣引起的铸坯表面夹渣缺陷，尤其适合于含铝超低碳钢(C含量＜0.005％)板坯连铸工艺的生产。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

基于生产含铝钢时存在的渣钢反应问题，需要开发一种低反应性、熔渣物性更稳定的保护渣。根据各组元氧势的高低可知，比Al₂O₃稳定的氧化物除了CaO以外，还有BaO和MgO。其它组元如SiO₂、B₂O₃、MnO等都是高氧势氧化物，应尽量避免。此外，还有部分氧化物，如TiO₂、Na₂O等，虽然氧势高于Al₂O₃，但要优于SiO₂，可少量添加，以调节熔渣的综合物性能。TiO₂是有效控制传热的重要组元，Na₂O是熔渣不可或缺的助熔剂。由于CaO-Al₂O₃系中CaTiO₃熔点过高，不利于熔渣对铸坯的润滑功能，本发明提出基于BaO-Al₂O₃二元系的保护渣成分体系，形成熔点适中的BaTiO₃晶体。具体方案如下：

一种含铝超低碳钢用低反应性保护渣，其化学成分的重量百分数为：BaO+Al₂O₃：40～55％，BaO/Al₂O₃＝0.7～1.0，Na₂O：12～20％，F：8～16％，TiO₂：10～20％，CaO：3～8％，C：1～4％，不可避免的杂质含量≤5％。

进一步，所述含铝超低碳钢用低反应性保护渣的熔点为1060～1160℃，1300℃粘度为0.2～0.5Pa.s。

本发明所述保护渣以BaO、Al₂O₃二元系为基渣，且BaO/Al₂O₃比控制在1以下，使铝氧四面体[AlO₄]作为主要的网络形成体，以保证一定的粘度特征，有利于起到对铸坯的润滑作用。但BaO/Al₂O₃比过低，熔点会明显上升，故下限控制在0.7以上。BaO、Al₂O₃量占总量的40～55％，若总量太高，助熔剂等其它组元的加入量就少，熔渣的熔点、粘度值就会偏高；若总量太低，则BaO的含量不足，不利于形成一定量的BaTiO₃晶体，保护渣控制传热的作用就无法发挥。

Na₂O：Na₂O是保护渣中常见的一种助熔剂，可有效降低保护渣的熔点和粘度。为了保证充分的熔化效果，其含量不宜低于12％。但配入过量的Na₂O，会促进含钠晶体的析出，当其含量超过20％，含钠晶体的大量析出又会导致熔点和粘度呈上升的趋势，不利于熔渣对铸坯的润滑作用。因此，本发明控制Na₂O含量为12～20％。

F：F在熔渣中可打断铝氧四面体[AlO₄]网络结构，是降低保护渣粘度最有效的助熔剂。与Na₂O相似，过量的F也会导致熔渣的析晶性增强，从而破坏熔渣应有的润滑功能。本发明中F的适宜配入量控制在8～16％。

TiO₂：TiO₂与渣中的BaO可形成BaTiO₃晶体，BaTiO₃晶体的熔点为1610℃，明显低于CaTiO₃的熔点(熔点为1975℃)，因此更有利于平衡保护渣的润滑与控制传热的功能。除此以外，TiO₂也有降低熔渣熔点和粘度的作用，只有当TiO₂加入量超过10％时，上述作用才比较明显，但超过20％，析晶性就会过强。因此，本发明控制TiO₂含量为10～20％。

CaO：CaO是保护渣原材料中常见的组元，在保护渣的配制过程中不可避免地就要带入一定的量，为了低成本生产出本发明所述的保护渣，对CaO含量控制在3～8％，即比较容易实现，也不会对熔渣物性有质的影响。

由于保护渣熔点比钢水低400℃左右，为控制保护渣在钢水表面的稳定熔化并保持一定的粉渣层厚度(可起到绝热保温的效果)，炭质材料必不可少。因为C是一种高熔点物质，可防止熔化的保护渣小液滴聚集，另外C燃烧后变成气体，又不会对保护渣造成污染，因此是控制保护渣熔化速度最有效的物质。对于板坯连铸用保护渣，本发明中C的加入量控制在1～4％。

本发明保护渣中还有原料不可避免带入的一些杂质，如Fe₂O₃、MnO、MgO、SiO₂等，这些杂质含量应控制在5％以内。

需要指出的是，虽然MgO稳定性更好，但由于在本发明渣系中易形成高熔点晶体，因此本发明必须控制MgO含量越低越好。本发明中SiO₂是杂质，含量远低于＜5％，可完全避免钢水中Al与SiO₂发生氧化还原反应。

本发明制备的超低碳钢用低反应保护渣的主要物理性能表现为：熔点为1060～1160℃，1300℃粘度为0.2～0.5Pa.s。

针对连铸生产含铝钢时，本发明保护渣能较好地避免渣钢反应，保证熔渣对铸坯的正常润滑效果，以更稳定的熔渣物性保持于连铸工艺中，确保连铸工艺顺利进行，并保证铸坯表面夹渣缺陷少、质量更好，满足含铝超低碳钢的连铸生产要求。

本发明的有益效果：

铝是钢中重要的一种合金元素，其作用由最初的脱氧、细化晶粒逐渐上升到提高钢的耐蚀性、电阻率和无磁性等功能。铝含量也由0.02％逐渐提高到1％以上。但在连铸过程中，钢水中的铝不可避免地与保护渣中的SiO₂等高氧势的氧化物发生氧化还原反应，导致熔渣粘度、熔点等物性发生变化，而且渣钢界面过度的物质传递还会导致界面张力急剧下降，由此，更易产生卷渣缺陷。

本发明提供的无SiO₂的保护渣可以从源头上解决渣钢反应带来的问题，因其具有低反应性的特点，在连铸使用过程中熔渣性能的稳定性大大提高，不但保证了连铸工艺的顺利进行，而且可明显改善铸坯表面的夹渣等质量缺陷。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明实施例保护渣各组分及主要物理性能参见表1。

本发明实施例的保护渣按照表1中成分配比混合均匀使用，主要用于含铝超低碳钢连铸生产。

由表1可知，本发明制备的保护渣熔点在1060～1160℃范围，1300℃粘度在0.2～0.5Pa.s范围内。

本发明的保护渣在生产使用过程中能较好地避免渣钢反应，且可明显改善铸坯表面的夹渣等质量缺陷，满足含铝超低碳钢的连铸生产要求。

表1

Claims (2)

1.一种含铝超低碳钢用低反应性保护渣，其化学成分的重量百分数为：BaO+Al₂O₃：40～55％，且BaO/Al₂O₃＝0.7～1.0，Na₂O：12～20％，F：8～16％，TiO₂：10～20％，CaO：3～8％，C：1～4％，不可避免的杂质含量≤5％。

2.根据权利要求1所述的含铝超低碳钢用低反应性保护渣，其特征在于，所述含铝超低碳钢用低反应性保护渣的熔点为1060～1160℃，1300℃粘度为0.2～0.5Pa.s。