CN110000352B - 一种塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料，由如下重量百分比的原料制成：预熔料41～53％、β型针状硅灰石13～18％、碳酸锂5～7％、轻烧白碱7～10％、高萤石粉3～7％、高铝土3.5～6％、氟化钠2～4.5％、活性二氧化锰2～5％、硼玻璃1～4％、进口碳黑1～2.5％、土状石墨1～3％和粘结剂3～6％。本发明功能保护材料具有良好的润滑性能和传热性能，所得铸坯质量好，而且无污染，粉尘小，绿色环保。

Description

一种塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料。

背景技术

近40年来，随着石油化工工业的发展，塑料已经成为重要的工业原料，因此塑料制品成形用的模具需要量迅速增长，不少工业发达国家塑料模具的产值已经超过冷作模具的产值，在模具制造业中居首位。由于不同类型的塑料制品对模具钢的性能要求有差异，因此在不少国家已经形成包括范围很广的专用塑料模具用钢系列，包括碳素结构钢，渗碳型塑料模具钢，预硬型塑料模具钢，时效硬化型、耐蚀型、易切削型、马氏体时效型塑料模具钢以及适应低表面粗糙塑料制品模具用的镜面抛光型塑料模具用钢。

预硬型塑料模具钢1.2312，全称叫W.1.2312，W.1.2312模具钢材质硬度均匀，具有良好的抛光性能、良好的机加工性能，预硬态，可直接加工，优越的切削性比，耐磨性，主要应用在大型长寿命塑胶注塑模，如家电制品、电脑外壳等模具，热塑性塑胶的挤压模具、吹塑模具、成型工具、结构零件等。作为连铸浇铸塑料模具钢1.2312炼钢所必须的功能保护材料，有其使用的局限性，从理论上讲每个钢种都应该对应一种相应的保护渣，必须做到专用渣，这样才能真正实现保护渣真实的冶金性能，为钢厂生产出高质量的产品提供了技术支撑。

公开号为CN106735023A的中国专利申请公开了一种高氧搪瓷钢专用连铸结晶器功能保护材料，涉及冶金辅料，由如下重量百分比的原料制成：预熔料55.0～62.5％、碳酸锂4～6％、轻烧白碱4～6％、膨润土1～3％、高萤石粉8～10％、高铝土1～4％、冰晶石4～6％、氟化钠3～5％、钠长石2～4％、细玻璃粉2～4％、进口碳黑0～2％、石墨0～2％，各原料含量之和为100％。该发明材料专用于高氧搪瓷钢，在结晶器内能合适铺展，无烧结、结团现象发生；熔化均匀，达到了稳定的三层结构；液渣层厚度为8～12mm；每吨钢渣耗量为0.3～0.5kg；所浇注铸坯表面、皮下及内部质量良好。但是，该专利二元碱度偏低，渣膜透热能力强，传热快，容易产生裂纹缺陷，不适合塑料模具钢。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料，由如下重量百分比的原料制成：预熔料41～53％、β型针状硅灰石13～18％、碳酸锂5～7％、轻烧白碱7～10％、高萤石粉3～7％、高铝土3.5～6％、氟化钠2～4.5％、活性二氧化锰2～5％、硼玻璃1～4％、进口碳黑1～2.5％、土状石墨1～3％和粘结剂3～6％。

优选地，所述的预熔料的化学成分及重量百分含量为：SiO₂ 25～35％，CaO 39～46％，Al₂O₃ 2～5％，R₂O 5～15％，F^- 3～8％，MgO 4～7％，其中R₂O＝K₂O+Na₂O+Li₂O，余量为微量元素。

优选地，所述的β型针状硅灰石的化学成分及重量百分含量为：SiO₂ 46～53％，CaO 42～50％，MgO≤2.5％，Fe₂O₃≤1.5％，Al₂O₃≤1.5％，余量为微量元素。

优选地，所述的粘结剂的化学成分及重量百分含量为：淀粉92～99.95％、Fe≤0.001％、草酸盐≤0.05％和还原糖≤8％。

优选地，所述的塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料的二元碱度CaO/SiO₂为1.06～1.22，熔化温度1020～1060℃，1300℃下粘度0.2～0.5Pa·s，容重0.6～0.8g/cm³，粒径0.15～0.22mm。

优选地，所述的塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料的化学成分及其重量百分含量为：SiO₂ 30～37％，CaO 35～40％，Al₂O₃ 2～6％，Li₂O 1.5～3.6％，K₂O 0.5～2％，Na₂O 3～6％，F^- 3～6％，B2O3 1～3％，MnO 2～4％，MgO 1～4％，Fe₂O₃ 0～3％，游离碳2.5～6％，余量为微量元素。

优选地，所述的功能保护材料的制备方法包括以下步骤：

步骤S1：称取所述原料进行计量配料，装入混料机中混合50～60min；然后加入搅拌磨中，配水研磨，过筛，得料浆；

步骤S2：将所述料浆通过泥浆管道由陶瓷柱塞泥浆泵送至造粒塔雾化干燥，料浆由液态转变为固态形成中空颗粒；

步骤S3：将所述中空颗粒过筛，得合格料，进行冷却，包装。

本发明的积极有益效果：

1.本发明预熔料材料成分稳定，有害物质较少、来源广泛，物理化学性能稳定，而且预熔料是高温融化过，在生产制造过程中减少了分熔的可能性，成品经过了两次预熔过程，在钢厂结晶器液面使用中熔化效果更佳；β型针状硅灰石晶体呈纤维状、放射性集合体，甚至细小的颗粒也保持针状结构，助熔效果好，不含化学结晶水和碳酸盐，烧损量小，吸水率和吸油率低，在保护渣生产研磨、制浆、喷雾造粒过程中可减少排气现象而导致的混合不均匀及中空颗粒大小不匀，具有稳定的物理化学性能；碳酸锂、轻烧白碱、高萤石粉、高铝土、氟化钠、活性二氧化锰、硼玻璃组成的熔剂，调整保护渣的熔化温度效果好，其中，碳酸锂形成的氧化锂作为一种碱金属网络状外体氧化物，离子半径小，原子核外电子排斥力弱，离子位移的位阻力很小，结晶时离子重组容易，加入可以增加渣膜的析晶率，另外还可以降低熔渣的粘度、熔化温度、提高渣膜的流动性能；碳质材料绝热保温，控制熔化速度；本发明粘结剂可以减少碳质材料和基料密度差别，减少研磨、制浆过程中产生的偏聚现象，保持了浆料的成分性能的均匀性以及在喷雾造粒过程中的良好成型性。本发明各种原料合用，所得功能保护材料具有良好的润滑性能和传热性能，所得铸坯质量好，而且无污染，粉尘小，绿色环保。

2.本发明游离碳含量偏高，保温效果好，可以提高凝固坯壳弯月面温度，维持渣道流通，减少渣圈的过分长大，防止出现搭桥和结壳，并使钢液的热损减少，并使钢液中的气泡和夹杂物更容易上浮，满足浇钢温度低的模具钢的铸造需要。

3.本发明模具钢Mn含量高，Mn是较好的脱氧剂和脱硫剂，高Mn奥氏体的变形阻力较大，结晶明显，锻轧时较易开裂，Mn含量增加使钢的热导性下降，线膨胀系数上升，使快读加热或者冷却时形成较大的内应力，工件易于开裂，本发明功能保护材料二元碱度1.06～1.22，碱度偏高，液渣中容易析出高熔点晶体，改变了渣膜热量传递的热阻，从而减缓了传热，同时晶体的析出长大，固态渣膜中产生孔洞，减低了传热作用，阻遏了横向热流，增大热阻，减缓了从凝固坯壳传向结晶器热量，控制裂纹的产生。

4.本发明熔化温度为1020-1060℃，熔化温度偏低，低于结晶器下口处坯壳的表面温度，液态渣膜厚度增加，可以很好的维持熔渣在结晶器内沿坯壳运动而不凝固，有利于改善铸坯在结晶器内的润滑状况。

5.本发明1.2312塑料模具钢中合金元素多，属于高合金钢，其中易氧化元素Als、Cr容易生成Cr₂O₃、A1₂O₃等均为高熔点氧化物，使钢水发黏，当保护渣吸收溶解这些夹杂物达到一定程度后，就会析出硅灰石和铬酸钙等高熔点晶体，破坏了液渣的玻璃态，导致保护渣熔点明显升高，液渣随之而变稠，渣子结壳，影响铸坯的表面质量。本发明功能保护材料1300℃下粘度为0.2～0.5Pa·s，粘度偏低，并能使凝渣恢复玻璃态，不再析晶，消除了Cr₂O₃、A1₂O₃等的不利影响，保持了保护渣的良好性能。

6.本发明保护渣容重0.6-0.8g/cm³，粒径0.15-0.22mm，容重和粒径合适，既可以保证保护渣的保温性能，防止钢液二次氧化，同时使保护渣具有优异的铺展性和透气性，而且降低制造过程粉尘污染。

具体实施方式

下面结合一些具体实施方式，对本发明进一步说明。

本发明实施例1-7的塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料原料及其重量百分含量见表1，其中所述的粘结剂的化学成分及重量百分含量为：淀粉92-99.95％、Fe≤0.001％、草酸盐≤0.05％和还原糖≤8％。

本发明实施例1-7的预熔料的化学成分及其重量百分含量见下表2。

本发明实施例1-7的β型针状硅灰石的化学成分及重量百分含量见下表3。

本发明实施例1-7的塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料的化学成分及其重量百分含量见下表4。

本发明实施例1-7的塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料的理化性能见下表5。

本发明实施例1-7的塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：称取所述原料进行计量配料，装入混料机中混合50～60min；然后加入搅拌磨中，配水研磨，过筛，得料浆；

步骤S2：将所述料浆通过泥浆管道由陶瓷柱塞泥浆泵送至造粒塔雾化干燥，料浆由液态转变为固态形成中空颗粒，粒径0.15-0.22mm；

步骤S3：将所述中空颗粒过筛，得合格料，进行冷却，包装。

表1本发明功能保护材料的原料及其重量百分含量(wt％)

表2本发明预熔料的化学成分及重量百分含量(wt％)

	SiO<sub>2</sub>	CaO	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	R<sub>2</sub>O	F-	MgO	余量
								1	25	46	5	15	3	5	1
2	27.5	44.3	4.5	10	5	7	1.7
								3	30	40	4	12	8	4	2
4	31	43	3.2	9	7.8	5	1
								5	33	45	2	7.5	4.6	4	3.9
6	34.1	42.5	4	5	7	6.5	0.9
								7	35	39	4.3	8.5	5	5.2	3

表3本发明β型针状硅灰石的化学成分及重量百分含量(wt％)

	SiO<sub>2</sub>	CaO	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	R<sub>2</sub>O	F-	MgO	余量
								1	46	50	0.5	1	1.5	1	46
2	47	47	2.5	0.5	0.5	2.5	47
								3	48	48	0.5	1.6	0	1.9	48
4	50	45	2	0	1	2	50
								5	51	42	1.8	1.5	1.2	2.5	51
6	52	44	0.5	0.8	1.2	1.5	52
								7	53	43	0	1	0.6	2.4	53

表4本发明功能保护材料的化学成分及其重量百分含量(wt％)

表5本发明塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料的理化性能

	碱度	熔化温度/℃	粘度/1300℃，Pa·S	容重/g/cm<sup>3</sup>	粒径/mm
						1	1.11	1050	0.4	0.6	0.15
2	1.22	1030	0.2	0.8	0.2
						3	1.2	1060	0.27	0.63	0.22
4	1.1	1020	0.42	0.75	0.2
						5	1.06	1040	0.5	0.65	0.16
6	1.16	1045	0.23	0.68	0.2
						7	1.15	1035	0.35	0.7	0.18

应用试验

某钢厂浇铸塑料模具钢，工艺流程为：铁水预处理—转炉—LF炉—RH(VD)炉—连铸—堆冷—板坯检查—加热—轧制—钢板表面检查—正火+回火—钢板检查，其中连铸采用奥钢联直弧型连铸机，弧形半径12米，结晶器铜板有效长度900mm，浇注断面：260/300×(1800-2200)mm，浇注拉速：0.85-1.0m/min，采用本发明实施例1-7的保护渣，1.2312塑料模具钢钢水成分见下表6。

表6本发明1.2312塑料模具钢钢水成分

现场试验表明：本发明功能保护材料在结晶器内熔化均匀、渣圈少，正常拉速时液渣厚度为8-12mm，每吨钢渣耗量为0.3-0.5kg，所得铸坯表面光滑、振痕规律，较浅，无加渣、皮下气泡等质量问题，铸坯质量好，而且功能保护材料使用过程无污染，粉尘小，绿色环保，能够满足用户的需求。

Claims (5)

1.一种塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，由如下重量百分比的原料制成：预熔料43.5%、β型针状硅灰石15%、碳酸锂7%、轻烧白碱8%、高萤石粉6%、高铝土4%、氟化钠3%、活性二氧化锰4.5%、硼玻璃1.5%、进口碳黑1%、土状石墨2.5%和粘结剂4%；

所述的塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料的二元碱度CaO/SiO₂为1.22，熔化温度1030℃，1300℃下粘度0.2Pa•s，容重0.8g/cm³，粒径0.2mm；

所述的塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料的化学成分及其重量百分含量为：SiO₂ 30%，CaO 36.6%，Al₂O₃ 4%，Li₂O 2.4%，K₂O 1.2%，Na₂O 6%，F^- 5.5%，B₂O₃ 1.2%，MnO 3%，MgO 2.4%，Fe₂O₃ 2%，游离碳4.5%，余量为微量元素。

2.根据权利要求1所述的塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，所述的预熔料的化学成分及重量百分含量为：SiO₂ 25~35%，CaO 39~46%，Al₂O₃ 2~5%，R₂O 5~15%，F^- 3~8%，MgO 4~7%，其中R₂O=K₂O+Na₂O+Li₂O，余量为微量元素。

3.根据权利要求1所述的塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，所述的β型针状硅灰石的化学成分及重量百分含量为：SiO₂ 46~53%，CaO 42~50%，MgO ≤2.5%，Fe₂O₃ ≤1.5%，Al₂O₃≤1.5%，余量为微量元素。

4.根据权利要求1所述的塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，所述的粘结剂的化学成分及重量百分含量为：淀粉92~99.95%、Fe≤0.001%、草酸盐≤0.05%和还原糖≤8%。

5.根据权利要求1所述的塑料模具钢专用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，所述的功能保护材料的制备方法包括以下步骤：

步骤S1：称取所述原料进行计量配料，装入混料机中混合50~60min；然后加入搅拌磨中，配水研磨，过筛，得料浆；

步骤S2：将所述料浆通过泥浆管道由陶瓷柱塞泥浆泵送至造粒塔雾化干燥，料浆由液态转变为固态形成中空颗粒；

步骤S3：将所述中空颗粒过筛，得合格料，进行冷却，包装。