CN109702158B

CN109702158B - 一种高铝钢连铸用保护渣及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN109702158B
Application number: CN201910053585.6A
Authority: CN
Inventors: 胡洵璞; 汤伟; 罗登; 曾凡政; 袁工阳; 阳建君
Original assignee: Hunan University of Technology; Hunan Valin Xiangtan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Hunan University of Technology; Hunan Valin Xiangtan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2020-12-29
Anticipated expiration: 2039-01-21
Also published as: CN109702158A

Abstract

本发明公开了一种高铝钢连铸用保护渣及其制备方法和应用，该高铝钢连铸用保护渣采用Al2O3‑MgO‑B2O3渣系，以Al2O3、MgO、B2O3为主要基质，配以CaO、MnO,SiO2、CaF2、Na2O、K2O、Li2O、碳质材料等为原材料，经混合喷雾造粒后制备而成。本发明所提供的保护渣熔点低、黏度低，润滑性能好，将其应用于高铝钢生产中，可以减轻渣钢反应程度，提高铸坯的表面质量，减少凹陷、裂纹等缺陷，提高铸坯的生产合格率。本发明降低了保护渣中CaF2的用量，减少了连铸过程对环境的影响，同时制备工艺简单，易于工业化生产。

Description

一种高铝钢连铸用保护渣及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，更具体地，涉及一种高铝钢连铸用保护渣及其制备方法和应用。

背景技术

炼钢连铸用保护渣是目前连铸工艺中必需的辅助材料，随着高效连铸技术的发展，对保护渣提出了更高的要求。连铸用保护渣在连铸过程中，通过对结晶器钢液表面和铸坯坯壳的作用，起到了绝热、润滑、控制传热、溶解钢中非金属夹杂物、防止钢液氧化的作用，保证了连铸坯质量和连铸生产的顺利进行。

高铝钢为钢种Al含量＞0.5％的钢种，如Al-TRIP钢、Al-TWIP钢、电工钢和E2钢等。高铝钢的连铸一直是连铸技术的难点问题。主要问题是高铝钢中[Al]含量高，随着新型钢铁材料的开发，[Al]有增加的趋势，因此钢水反应活性增加，容易与保护渣中的成分进行反应。目前常见的保护渣为CaO-SiO₂-Al₂O₃渣系，主要基质为CaO、SiO₂和Al₂O₃，为提高渣的玻璃性能，将碱度设计得很低，如二元碱度常为0.5左右，因此，保护渣SiO₂含量在20％以上。在保护渣-钢液界面存在如下反应：4[Al]+3(SiO₂)＝2(Al₂O₃)+3[Si]，将严重改变保护渣成分和性能，使保护渣Al₂O₃含量大幅升高，导致保护渣润滑性能恶化，最终引起连铸困难，引起黏结和漏钢等问题。为降低黏度、提高润滑效果，现有保护渣常常大量加入氟化物如CaF₂，造成环境污染和人身危害及设备腐蚀。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中高铝钢连铸用保护渣的不足，提供一种高铝钢连铸用保护渣。该保护渣采用Al₂O₃-MgO-B₂O₃渣系，大幅提高Al₂O₃含量、降低SiO₂含量，抑制[Al]的氧化。同时，大幅降低了CaF₂的用量，减少了F污染，保护渣的熔化温度、熔化速度、黏度及润滑等使用性能完全符合连铸要求。

本发明要解决的另一技术问题在于提供上述高铝钢连铸用保护渣的制备方法。

本发明还要解决的技术问题在于提供上述高铝钢连铸用保护渣在高铝钢连铸方面的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高铝钢连铸用保护渣，所述保护渣由以下质量分数的原材料制备而成：Al₂O₃：40～50％、MgO：20～30％、B₂O₃：10～20％、CaO：3～8％、MnO：4～8％、碳质材料：3～8％、SiO₂:1～4％、CaF₂：1～4％、Na₂O：1～4％、Li₂O：1～3％、K₂O：1～2％。

优选地，所述保护渣由以下质量分数的原材料制备而成：Al₂O₃：40～45％、MgO：21～26％、B₂O₃：10～16％、CaO：3～5％、MnO：5～7％、碳质材料：4～8％、SiO₂:1～4％、CaF₂：1～4％、Na₂O：1～4％、Li₂O：1～3％、K₂O：1～2％。

所述Al₂O₃作为保护渣的主要基质，能降低、抑制SiO₂的还原，增强了保护渣在应用过程中化学组分的稳定性。

所述MgO作为保护渣的主要基质，能使复合阴离子解体，抑制枪晶石和霞石晶体析出；同时易生成高熔点的镁铝尖晶石晶相，保护渣玻璃性能较好，同时对铸坯与结晶器间的横向传热有较好控制。

进一步地，所述保护渣碳质材料包括炭黑和石墨。

进一步地，所述炭黑和石墨的质量比为1:3。

进一步地，所述保护渣的熔化温度区间为1050～1150℃。

进一步地，所述保护渣在1300℃下黏度为0.150～0.258Pa·s。

进一步地，所述保护渣在1300℃下熔化速度为38～45S。

一种上述高铝钢连铸用保护渣的制备方法，包括以下步骤：

S1.按比例称取各原材料(除碳质材料外)的混合物，在熔化炉内进行预熔化处理；

S2.将预熔后的混合物急冷、粉碎、干燥制成基料；

S3.在基料中加入碳质材料混合均匀；

S4.将步骤S4中的混合料输送至喷雾造粒塔雾化造粒干燥，干燥得到的颗粒过筛后，得高铝钢连铸用保护渣。

进一步地，步骤S2中所述基料的粒度为0.04mm左右。

进一步地，步骤S4中所述筛网的粒径为0.1～1mm。

一种上述高铝钢连铸用保护渣在高铝钢连铸方面的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明最新采用Al₂O₃-MgO-B₂O₃渣系设计高铝钢保护渣，具有比较适宜的熔化温度和熔化速度，连铸过程中能保持合适的液渣层厚度在10～20mm。保护渣中的B₂O₃能促进熔渣玻璃化，MgO能使复合阴离子解体，抑制枪晶石和霞石晶体析出，保护渣玻璃性能较好，有利于保持良好的润滑效果，同时对铸坯与结晶器间的横向传热有较好控制。

本发明在保护渣中加入碳质材料充当骨架，其中加入炭黑能增加保护渣的熔化速度，加入石墨后碳质材料能充分均匀的混合在保护渣中，作用效果更加明显。

本发明以Al₂O₃、MgO、B₂O₃为主要基质，加少量CaO、MnO,配加微量SiO₂、CaF₂、Na₂O、K₂O、Li₂O，增加了保护渣应用过程中的稳定性，减少了F污染。保护渣中大幅度降低了SiO₂含量，并增加了MnO，有利于抑制钢中Al对SiO₂的还原，减少保护渣使用过程Al₂O₃的变化，稳定保护渣的成分和性能。本发明中减少了保护渣CaF₂的用量，降低了连铸过程中的氟污染，有利于环保。

本发明制备的高铝钢连铸用保护渣熔点、黏度低，润滑性能好，将其应用于高铝钢生产中，可以减轻渣钢反应程度，提高铸坯的表面质量，减少凹陷、裂纹等缺陷，提高铸坯的生产合格率。

附图说明

图1为实施例1制备的高铝钢连铸用保护渣的黏度-温度曲线。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明中所用碳质材料包括炭黑和石墨，具体地，碳质材料中炭黑和石墨的质量比为1:3。

实施例1

本实施例提供一种高铝钢连铸用保护渣的制备方法，保护渣各原材料质量分数如下：Al₂O₃：40％、MgO：21％、B₂O₃：10％、CaO：3％、MnO：5％、碳质材料：8％、SiO₂:3％、CaF₂：3％、Na₂O：3％、Li₂O：3％、K₂O：1％。

本实施例中，保护渣的生产工艺包括以下步骤：

S2.将预熔后的混合物急冷、粉碎、干燥制成粒度为0.04mm左右的基料；

S3.在基料中加入碳质材料混合均匀；

S4.将步骤S4中的混合料输送至喷雾造粒塔雾化造粒干燥，干燥得到的颗粒过0.1～1mm筛后，得高铝钢连铸用保护渣。

实施例2

本实施例提供一种高铝钢连铸用保护渣的制备方法，保护渣的生产工艺与实施例1一致，保护渣各原材料质量分数如下：Al₂O₃：41％、MgO：22％、B₂O₃：12％、CaO：3％、MnO：4％、碳质材料：5％、SiO₂:3％、CaF₂：3％、Na₂O：3％、Li₂O：3％、K₂O：1％。

实施例3

本实施例提供一种高铝钢连铸用保护渣的制备方法，保护渣的生产工艺与实施例1一致，保护渣各原材料质量分数如下：Al₂O₃：45％、MgO：20％、B₂O₃：10％、CaO：4％、MnO：4％、碳质材料：6％、SiO₂:3％、CaF₂：2％、Na₂O：2％、Li₂O：2％、K₂O：2％。

实施例4

本实施例提供一种高铝钢连铸用保护渣的制备方法，保护渣的生产工艺与实施例1一致，保护渣各原材料质量分数如下：Al₂O₃：40％、MgO：20％、B₂O₃：10％、CaO：5％、MnO：5％、碳质材料：8％、SiO₂：3％、CaF₂：4％、Na₂O：3％、Li₂O：1％、K₂O：1％。

实施例5

本实施例提供一种高铝钢连铸用保护渣的制备方法，保护渣的生产工艺与实施例1一致，保护渣各原材料质量分数如下：Al₂O₃：40％、MgO：20％、B₂O₃：14％、CaO：3％、MnO：4％、碳质材料：6％、SiO₂：4％、CaF₂：2％、Na₂O：4％、Li₂O：2％、K₂O：1％。

对比例1

本对比例参照实施例1，提供一种高铝钢连铸用保护渣的制备方法，与实施例1不同之处在于：保护渣原材料质量分数为Al₂O₃：55％、MgO：10％、B₂O₃：6％，其他原材料质量分数不变。

对比例2

本对比例参照实施例1，提供一种高铝钢连铸用保护渣的制备方法，与对比例1不同之处在于：保护渣原材料质量分数为Al₂O₃：30％、MgO：16％、B₂O₃：25％，其他原材料质量分数不变。

对比例3

本对比例参照实施例1，提供一种高铝钢连铸用保护渣的制备方法，与对比例1不同之处在于：保护渣原材料质量分数为Al₂O₃：50％、MgO：10％、B₂O₃：11％，其他原材料质量分数不变。

对比例4

本对比例参照实施例1，提供一种高铝钢连铸用保护渣的制备方法，与对比例1不同之处在于：保护渣原材料质量分数为Al₂O₃：40％、MgO：30％、B₂O₃：1％，其他原材料质量分数不变。

对实施例1～5和对比例1～4制备的高铝钢连铸用保护渣进行各项性能指标检测，结果如表1所示。

表1

通过上述指标可以看出，实施例1～5制备的高铝钢连铸用保护渣的各项使用性能和参数，如熔点、黏度、熔化速度均优于对比例1～4，以实施例1的效果最佳。实施例1～5制备的高铝钢连铸用保护渣的能满足实际连铸过程工艺参数的需求，尤其是渣钢反应程度明显弱于对比例1～4。

为进一步确定本发明制备的高铝钢连铸用保护渣的结晶性能，将实施例1制备的保护渣在石墨坩埚中于1300℃充分熔化后空冷，采用X射线衍射仪(XRD)对渣熔化后结晶情况进行分析，发现主要为镁铝尖晶石(MgO·2Al₂O₃)、Na₃MgAlSi₂O₈、LiF、CaF₂、钙铝黄长石(CaO·Al₂O₃·SiO₂)、硅灰石(CaO·SiO₂)等晶相；从熔渣冷凝断口看，玻璃体比例高，可达到90％左右，

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种高铝钢连铸用保护渣，其特征在于，所述保护渣由以下质量分数的原材料制备而成：Al₂O₃：40~45%、MgO：21~26%、B₂O₃：10~16%、CaO：3~5%、MnO：5~7%、碳质材料：4~8%、SiO₂:1~4%、CaF₂：1~4%、Na₂O：1~4%、Li₂O:1~3%、K₂O：1~2%；所述碳质材料包括炭黑和石墨，所述碳质材料中炭黑和石墨的质量比为1:3。

2.根据权利要求1所述的高铝钢连铸用保护渣，其特征在于，所述保护渣的熔化温度区间为1050~1150℃。

3.根据权利要求1所述的高铝钢连铸用保护渣，其特征在于，所述保护渣在1300℃下黏度为0.150~0.258Pa•s。

4.根据权利要求1所述的高铝钢连铸用保护渣，其特征在于，所述保护渣在1300℃下熔化速度为38~45S。

5.一种权利要求1~4任一项所述的高铝钢连铸用保护渣的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.按比例称取各原材料中除碳质材料外的混合物，在熔化炉内进行预熔化处理；

S2.将预熔后的混合物急冷、粉碎、干燥制成基料；

S3.在基料中加入碳质材料混合均匀；

6.根据权利要求5所述的高铝钢连铸用保护渣的制备方法，其特征在于，步骤S4中筛网的粒径为0.1~1mm。

7.一种权利要求1~4任一项所述的高铝钢连铸用保护渣在高铝钢连铸方面的应用。