CN109732048B - 用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣、其制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣、其制备方法及应用，涉及连铸浇钢技术领域。用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣包括CaO 36‑42％、SiO₂ 37‑43％、MgO 5‑8％、Al₂O₃ 2‑5％、Fe₂O₃ 0.5‑3％、Na₂O 0.5‑2％、F^‑4.5‑8％、C 1.5‑3％。该用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣的制备方法，通过调配原料组成使制备得到的保护渣符合上述化学组成，包括：将上述保护渣的原料混合、预熔、干燥。发明人通过调控保护渣的化学组成，采用高镁低钠的化学组成使保护渣的各项参数均满足工艺要求，能够防止铸坯增碳和铸坯表面夹渣。

Description

用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣、其制备方法及应用

技术领域

本发明涉及连铸浇钢技术领域，且特别涉及用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣、其制备方法及应用。

背景技术

汽车板钢简称IF钢，又称无间隙原子钢，是在超低碳钢中加入一定量的Ti、Nb使钢中的碳、氮原子完全被固定成碳氮化合物，使钢中无间隙原子存在，钢质洁净，该钢具有极优良的延展成形性。

IF钢在60年代因真空脱氧冶金技术的应用有效降低钢中C、N、S的含量，只需少量添加Ti、Nb即可获得性能优良的超深冲钢，使IF钢得到迅速发展，到1994年世界IF钢产量已超过1000万吨。另外IF钢所具有的非时效性和深冲性，在它基础上开发出的众多超低碳钢系列产品几乎可以满足汽车用钢板所提出的各种性能要求。但在浇铸的过程中却遇到非常头疼的问题，一是铸坯增碳，另一个是铸坯表面夹渣缺陷。

铸坯增碳问题许多专利及论文都进行了大量的研究，但铸坯表面夹渣问题在低碳钢上研究的相对多些，而在超低碳钢上研究的却非常有限。近几年国内外在超低碳钢上因铸坯表面夹渣导致铸坯报废或修复的问题大量存在。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，旨在通过通过调控保护渣的化学成分，利用高镁低钠的保护渣组成使碱度、熔化温度、粘度和表面张力均满足工艺要求，从而达到防止铸坯增碳和防止铸坯表面夹渣的目的。

本发明的另一目的在于提供一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣的制备方法，其方法简便易行，制备得到的保护渣能够防止铸坯增碳，同时可以防止铸坯表面夹渣。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出了一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，按重量百分数计，包括CaO36-42％、SiO₂ 37-43％、MgO 5-8％、Al₂O₃ 2-5％、Fe₂O₃ 0.5-3％、Na₂O 0.5-2％、F^-4.5-8％、C 1.5-3％。

本发明还提出一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣的制备方法，通过调配原料组成使制备得到的保护渣符合上述化学组成，包括：将上述保护渣的原料混合、预熔、干燥。

本发明实施例提供一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣的有益效果是：发明人通过调控保护渣的化学组成，采用高镁低钠的化学组成使保护渣的二元碱度、熔化温度、粘度和表面张力均满足工艺要求，使保护渣不仅具备良好的润滑和传热效果，同时还能够防止铸坯增碳并防止铸坯表面夹渣，能够满足汽车板钢浇铸的需要。

本发明还提供了一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣的制备方法，以通过原料选择和比例调配，使最终制备的保护渣的化学组成满足上述要求，具备防止铸坯增碳、防止铸坯表面夹渣的性能。

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提供的用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供的一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，按重量百分数计，包括CaO 36-42％、SiO₂ 37-43％、MgO 5-8％、Al₂O₃ 2-5％、Fe₂O₃ 0.5-3％、Na₂O 0.5-2％、F^-4.5-8％、C 1.5-3％。优选地，保护渣还包括B₂O₃ 0.5-2％。

需要说明的是，发明人通过调控保护渣的化学组成，使保护渣的二元碱度、熔化温度、粘度和表面张力均控制在合适的范围内，从而使保护渣具备相匹配的良好润滑与传热效果，能够防止铸坯增碳和铸坯表面夹渣，显著降低连铸坯清理表面夹渣的工序，降低成本。

需要补充的是，发明人为了使保护渣的各项参数满足要求，对保护渣的化学组成进行了改进，最终形成上述保护渣的配方组成。其中，保护渣引入1％～4％的氧化铁红，使保护渣中的炭在结晶器内与液渣中的Fe₂O₃反应，而不是与钢水反应，防止钢液增碳。保护渣中还合理选择引入Na₂O的材料，采用高镁低钠的化学组成，显著增加渣的表面张力，降低熔点，防止夹渣缺陷产生。这可能是由于：当Na₂O过高会使表面张力显著下降，容易产生卷渣和铸坯粘渣缺陷。

具体地，F^-多以氟化钠、氟化钙或氟铝酸钠的形式存在，上述质量分数是指氟化钠、氟化钙或氟铝酸钠中氟离子(F^-)的重量。

具体地，为防止钢的表面渗碳，碳应该加的越少越好，但碳又是控制熔化速度和渣层结构重要物质，尤其是炭黑影响最大，而进口炭黑尤为明显。发明人发现，采用进口炭黑、国产炭黑和土状石墨的质量比为1:1-1.25:0.7-0.75的比例能够保证良好的三层结构及熔化均匀性的同时，有效防止增碳。

进一步地，发明人发现对保护渣的化学组成控制在上述范围内，保护渣的各项参数均能够满足工艺要求。保护渣具体参数如下：二元碱度(CaO/SiO₂)为0.9～1.0；熔化温度1180℃～1280℃；在1300℃下的粘度为0.3Pa·s～0.5Pa·s；在1300℃下的表面张力为0.4N/m～0.6N/m。

具体地，本发明实施例中保护渣的二元碱度(CaO/SiO₂)控制为0.9～1.0，能够保证良好润滑效果的同时，使液渣的表面张力适当增加，促使渣钢更好地分离，避免渣卷入钢中，从而能够避免造成夹渣缺陷；同时，适当提高CaO含量，可提高渣的表面张力。

具体地，本发明实施例中保护渣的熔化温度1180℃～1280℃，优选为1210-1280℃，一般的超低碳渣熔点基本在1200℃以下，而本发明主要考虑该钢种的液相线温度较高，本发明的超低碳渣在保证合适液渣层厚度的同时，尽可能地提高其熔化温度，这样可以在维持二元碱度较高的情况下，尽可能地降低设计渣时Na₂O等熔剂的用量，增加MgO的用量，从而达到提升渣钢剥离的效果。

具体地，本发明实施例中保护渣在1300℃下的粘度为0.3Pa·s～0.5Pa·s，粘度不仅影响渣本身熔剂的用量，而且影响着产品在使用过程中液渣层的厚度、液渣的表面张力大小、结晶器与铸坯间通道间渣膜的厚度，同时也影响着传热速度和铸坯润滑。发明人发现，将粘度控制在上述范围内能够有效防止增碳和夹渣的缺陷，这可能是由于汽车板钢自身传热能力强，线收缩比与包晶钢比要相对小，适当增加保护渣的粘度能够使渣料有足够的液渣层厚度和较大的表面张力。

具体地，本发明实施例中保护渣在1300℃下的表面张力为0.4N/m～0.6N/m，表面张力的大小直接决定着最终浇铸出的铸坯表面夹渣缺陷率的高低，普碳渣的表面张力大小在0.3N/m左右，发明人发现将表面张力设计在0.4N/m～0.6N/m，能够有效降低生产浇铸出的铸坯夹渣率。

进一步地，保护渣的原料包括萤石、白碱、进口炭黑、国产炭黑、土状石墨、氟硅酸钠、硅灰石、陶土、硼砂、氧化铁红、方解石、镁砂、铝钒土、冰晶石、粘合剂、减水剂和分散剂。发明人通过优化保护渣的原料使保护渣的化学组成更容易控制，采用以上几种原料进行配比形成本发明实施例提供的化学组成的保护渣。由于每种组分中的成分较为复杂，而且不同地区的原料也会相差较大，因此不对原料的比例做具体限定，但是需要使最终形成的保护渣的化学组成控制在本发明实施例提供的范围内。

具体地，减水剂选自聚羧酸盐减水剂、木质素磺酸钙减水剂和三聚氰胺减水剂中的任意一种或多种。分散剂选自硬脂酸盐、硬脂酰胺和脂肪酸酯中的任意一种或多种。粘合剂选自糊精、羧甲基纤维素钠和高岭土中的一种或多种。

本发明实施例还提供了一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣的制备方法，通过调配原料组成使制备得到的保护渣符合上述化学组成，包括：将保护渣的原料混合、预熔、干燥。

需要说明的是，保护渣的制备方法可以采用现有的常规制备方法，大致概括为：将原料分为基料(硅灰石、方解石、萤石、铝矾土、镁砂)和细料，先将基料按比例混合进入预熔炉预熔后，再将基料磨成粉料，然后再与细料混合、调浆、造粒、干燥即可。本发明下述实施例中提供的制备方法均采用该方法，不做具体赘述。

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

本实施例提供一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，其原料包括萤石、白碱、进口炭黑、国产炭黑、土状石墨、氟硅酸钠、硅灰石、陶土、硼砂、氧化铁红、方解石、镁砂、铝钒土、冰晶石、糊精(粘合剂)、聚羧酸盐减水剂、硬脂酸钠分散剂，其重量百分含量分别10.4％、0％、1.0％、1.0％、0.5％、1.0％、67.5％、3.5％、1.0％、1.0％、0.5％、5.8％、1.3％、3.0％、1.5％、0.5％、0.5％。

该保护渣中化学成分百分含量CaO 36.3％、SiO₂ 38.93％、MgO 6.41％、Fe₂O₃0.95％、Al₂O₃ 2.31％、Na₂O 1.75％、F^-6.63％、B₂O₃ 0.37％、C 2.36％。由于部分原料加热散失，总含量小于100％。

该保护渣的物理指标二元碱度(CaO/SiO₂)0.93、熔化温度1225℃，1300℃下粘度0.336Pa·s，表面张力为0.47N/m。测试方法参照保护渣行业检测标准YB/T186-2014(熔化温度)、YB/T185-2001(粘度及表面张力)，下同。

实施例2

本实施例提供一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，其原料包括萤石、白碱、进口炭黑、国产炭黑、土状石墨、氟硅酸钠、硅灰石、陶土、硼砂、氧化铁红、方解石、镁砂、铝钒土、冰晶石、羧甲基纤维素钠(粘合剂)、聚羧酸盐减水剂、硬脂酸钠分散剂，其重量百分含量分别10％、0.5％、0.5％、1.0％、0.3％、0.5％、66.5％、4％、0％、1.5％、1.5％、6.5％、2.0％、3.2％、0.7％、0.8％、0.5％。

保护渣中化学成分百分含量CaO 36.1％、SiO₂ 38.0％、MgO 7.06％、Fe₂O₃1.65％、Al₂O₃ 3.0％、Na₂O 1.18％、F^-6.33％、B₂O₃ 0％、C 1.72％。

保护渣的物理指标二元碱度(CaO/SiO₂)0.95、熔化温度1241℃，1300℃下粘度0.37Pa·s，表面张力为0.51N/m。

实施例3

本实施例提供一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，其原料包括萤石、白碱、进口炭黑、国产炭黑、土状石墨、氟硅酸钠、硅灰石、陶土、硼砂、氧化铁红、方解石、镁砂、铝钒土、冰晶石、高岭土(粘合剂)、聚羧酸盐减水剂、硬脂酸钠分散剂，其重量百分含量分别9.0％、0.8％、0.3％、1.5％、0.6％、0.5％、65％、4.5％、0.5％、2.0％、2.5％、5.0％、3.0％、2.5％、1.0％、1.0％、0.3％。

保护渣中化学成分百分含量CaO 36.5％、SiO₂ 37.62％、MgO 5.73％、Fe₂O₃2.15％、Al₂O₃ 3.84％、Na₂O 1.0％、F^-5.7％、B₂O₃ 0.19％、C 2.17％。

保护渣的物理指标二元碱度(CaO/SiO₂)0.97、熔化温度1195℃，1300℃下粘度0.45Pa·s，表面张力为0.51N/m。

实施例4

本实施例提供一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，其原料包括萤石、白碱、进口炭黑、国产炭黑、土状石墨、氟硅酸钠、硅灰石、陶土、硼砂、氧化铁红、方解石、镁砂、铝钒土、冰晶石、糊精(粘合剂)、聚羧酸盐减水剂、硬脂酸钠分散剂，其重量百分含量分别10.7％、0.3％、0.8％、1.2％、0.6％、0.8％、69.0％、1.5％、0％、1.0％、4％、4.5％、1.5％、2.2％、0.5％、1.0％、0.4％。

保护渣中化学成分百分含量CaO 39.6％、SiO₂ 39.5％、MgO 5.31％、Fe₂O₃0.95％、Al₂O₃ 2.24％、Na₂O 1.1％、F^-6.89％、B₂O₃ 0％、C 2.46％。

保护渣的物理指标二元碱度(CaO/SiO₂)1.0、熔化温度1265℃，1300℃下粘度0.31Pa·s，表面张力为0.45N/m。

对比例1

采用低镁高钠的化学组成，具体保护渣的原料包括萤石、白碱、进口炭黑、国产炭黑、土状石墨、氟硅酸钠、硅灰石、陶土、硼砂、氧化铁红、方解石、镁砂、铝钒土、冰晶石、羧甲基纤维素钠粘合剂、聚羧酸盐减水剂、硬脂酸钠分散剂，其重量百分含量分别(11％、8％、0.5％、0.3％、1.0％、0.5％、64.0％、4.0％、0％、0％、0％、1.0％、3.7％、3.0％、0.5％、1.0％、0.5％)。

保护渣中化学成分百分含量：CaO 34.97％、SiO₂ 36.81％、MgO 1.99％、Fe₂O₃1.35％、Al₂O₃ 3.94％、Na₂O 5.61％、F^-6.59％、B₂O₃ 0％、C 2.17％。

保护渣的物理指标二元碱度(CaO/SiO₂)0.95、熔化温度1145℃，1300℃下粘度0.31Pa·s，表面张力0.346N/m。

对比例2

将保护渣的熔化温度降低至1120℃左右。具体保护渣的原料包括萤石、白碱、进口炭黑、国产炭黑、土状石墨、氟硅酸钠、硅灰石、陶土、硼砂、氧化铁红、方解石、镁砂、铝钒土、冰晶石、羧甲基纤维素钠粘合剂、聚羧酸盐减水剂、硬脂酸钠分散剂，其重量百分含量分别9.0％、1.5％、0.5％、1.0％、0.8％、0.5％、60.5％、8.0％、3.0％、1.0％、0％、7.5％、1.5％、3.0％、0.5％、1.0％、0.5％。保护渣中化学成分百分含量：CaO 32.6％、SiO₂ 37.9％、MgO7.9％、Fe₂O₃ 1.05％、Al₂O₃ 2.93％、Na₂O 2.35％、F^-5.69％、B₂O₃ 0.72％、C 2.16％。

保护渣的物理指标二元碱度(CaO/SiO₂)0.86、熔化温度1120℃，1300℃下粘度0.375Pa·s，表面张力为0.41N/m。

试验例1

将实施例1-4和对比例1-2中所得的汽车板材用钢的保护渣，进行性能测试，结果见表1。

测试方法：将保护渣在越南某厂进行试验，试验渣型号XLC-11，试验钢种IF、硅钢等，断面230*1650mm²，拉速1.0-1.4m/min。共试验保护渣6T，总渣层控制45-65mm。

表1保护渣检测性能测试结果

由表1可知，采用本发明实施例中提供的保护渣化学组成，使保护渣在结晶器内铺展性、流动性良好，三层结构明显，液渣层厚度、结晶器液面火苗大小均较为合适，结晶器内渣条生成速度缓慢，试验生产出的铸坯表面无缺陷，铸坯无增碳及夹渣缺陷产生。

但是，对比例1中采用低镁高钠的化学组成保护渣的熔化温度、表面张力等参数不能满足要求，在试验过程中存在明显的增碳和夹渣现象。同样，对比例2中的保护渣虽然采用低镁高钠的化学组成，但是由于其他组分的不合理配比，仍然使保护渣的熔化温度等参数不能满足工艺要求，在试验过程中也存在明显的增碳和夹渣现象。

综上所述，本发明提供的一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，发明人通过调控保护渣的化学组成，采用高镁低钠的化学组成使保护渣的二元碱度、熔化温度、粘度和表面张力均满足工艺要求，能够防止铸坯增碳并防止铸坯表面夹渣，能够满足汽车板钢浇铸的需要。

本发明还提供的一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣的制备方法，以通过原料选择和比例调配，使最终制备的保护渣的化学组成满足上述要求。从而使保护渣具备防止铸坯增碳、防止铸坯表面夹渣的性能。

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 (10)

1.一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，其特征在于，按重量百分数计，包括CaO36-42％、SiO₂37-43％、MgO 5-8％、Al₂O₃2-5％、Fe₂O₃0.5-3％、Na₂O 0.5-2％、F^-4.5-8％、C1.5-3％和B₂O₃0.5-2％；所述保护渣的原料包括萤石、白碱、进口炭黑、国产炭黑、土状石墨、氟硅酸钠、硅灰石、陶土、硼砂、氧化铁红、方解石、镁砂、铝钒土、冰晶石、粘合剂、减水剂和分散剂。

2.根据权利要求1所述的用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，其特征在于，所述保护渣中CaO与SiO₂的质量比为0.9～1.0。

3.根据权利要求1所述的用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，其特征在于，所述保护渣的熔化温度1180℃～1280℃。

4.根据权利要求1所述的用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，其特征在于，所述保护渣在1300℃下的粘度为0.3Pa·s～0.5Pa·s。

5.根据权利要求1所述的用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，其特征在于，所述保护渣在1300℃下的表面张力为0.4N/m～0.6N/m。

6.根据权利要求1所述的用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，其特征在于，所述进口炭黑、所述国产炭黑和所述土状石墨的质量比为1:1-1.25:0.7-0.75。

7.根据权利要求1所述的用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，其特征在于，所述减水剂选自聚羧酸盐减水剂、木质素磺酸钙减水剂和三聚氰胺减水剂中的任意一种或多种。

8.根据权利要求1所述的用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣，其特征在于，所述分散剂选自硬脂酸盐、硬脂酰胺和脂肪酸酯中的任意一种或多种。

9.一种用于汽车板钢连铸结晶器的保护渣的制备方法，其特征在于，包括：将权利要求1-8中任一项所述的保护渣的原料混合、预熔、干燥。

10.权利要求1-8任一所述的保护渣在制备汽车板钢中的应用。