CN110315040B

CN110315040B - 一种高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣

Info

Publication number: CN110315040B
Application number: CN201910770586.2A
Authority: CN
Inventors: 谢中志; 杨云
Original assignee: Xixia Hengji Metallurgical Material Co ltd
Current assignee: Xixia Hengji Metallurgical Material Co ltd
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2021-07-09
Anticipated expiration: 2039-08-20
Also published as: CN110315040A

Abstract

本发明实施例公开了一种高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣，属于连铸生产技术领域。所述高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣，按重量百分含量计包括：SiO₂ 28～32.5％、CaO 29～33％、F 5～7％、Al₂O₃+MgO 4.8～6％、R₂O 7.5～9％、MnO 2.8～3.1％、Li₂O 1.7～2％、C 4～8.2％，其余组分为杂质，其中R₂O为碱金属氧化物。本发明公开的保护渣能够有效消除或缓解高碳(C>0.5％)高钛(Ti>1.6％)耐磨钢连铸过程中结晶器内钢渣界面固态凝结物的危害，维持保护渣性能的相对稳定，铸坯表面正常无质量缺陷，无粘结漏钢，提高铸坯原始合格率，提升了经济效益。

Description

一种高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣

技术领域

本发明实施例涉及连铸生产技术领域，具体涉及一种高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣。

背景技术

在高碳耐磨钢板坯的连铸生产过程中，高碳耐磨钢液相线温度较低，两相区温差较大，使得高碳耐磨钢在凝固过程中形成的稳定坯壳比低碳钢的要薄；同时凝固组织和显微偏析会对钢的高温机械性能造成影响，在高温条件下，相同温度的高碳耐磨钢强度会明显弱于低碳钢。因此在相同的钢水静压力作用下，高碳耐磨钢铸坯外扩变形倾向大，坯壳与结晶器间接触紧密，进而造成坯壳与结晶器壁间的摩擦力变大，增加粘结漏钢发生几率。

因此此类钢种普遍采用模铸方式组织生产，但具有成本高，成材率低的缺点。申请人于2016年提交的申请号为“201610588495.3”，发明名称为“一种高碳耐磨钢连铸用结晶器保护渣”的专利申请，该文件中记载高碳耐磨钢(C>0.5％，Ti>1％)连铸用结晶器保护渣的化学成分重量百分比为：CaO 27.5～33.5％、SiO₂ 27～34％、Al₂O₃+MgO 2～7％、Fe₂O₃<5％、F 2～8％、R₂O 4.5～10.5％、C 3.5～9.5％、CaO/SiO₂ 0.8～1.3，其中R₂O为碱性金属氧化物，其余组分为杂质。该保护渣能有效地润滑铸坯，在改善铸坯润滑的同时，降低了铸坯表面的裂纹及漏钢发生率，提高了铸坯表面及皮下质量，提高连铸的生产效率，试验结果表明，在对应钢种(C>0.5％，Ti>1％)的浇铸过程中，结晶器液面状况良好，未出现粘结漏钢等异常状况，结晶器热流稳定，铸坯原始合格率均在98.5％以上。

高碳高钛耐磨钢由于硬质相TiC的弥散析出，显著地改善了钢的耐磨性，广泛地用于矿山机械、工程机械和交通运输方面。但随着钢中钛含量的增加，这类钢种在连铸生产方面面临新的挑战，如在高碳(C>0.5％)高钛(Ti>1.6％)耐磨钢板坯的连铸生产过程中，申请人发现现有保护渣的物理性能与对应钢种不匹配，导致连铸生产效果不佳。究其原因主要由于耐磨钢中钛含量(大于1.6％)增大，在生产过程中，氮化钛容易从钢中析出，以及钛与保护渣中二氧化硅发生化学反应引起保护渣润滑坯壳性能变差。这些因素造成坯壳与结晶器壁间的摩擦力变大，应力强度进一步集中，大大增加裂纹及粘结漏钢发生几率。

因此需要对现有的连铸结晶器保护渣进行改进，使其能满足高碳(C>0.5％)高钛(Ti>1.6％)耐磨钢连铸生产的需求，有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣，以解决现有保护渣的物理性能与对应钢种不匹配，导致连铸生产效果不佳的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，本发明实施例提供了一种高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣，按重量百分含量计包括：SiO₂ 28～32.5％、CaO 29～33％、F 5～7％、Al₂O₃+MgO 4.8～6％、R₂O 7.5～9％、MnO 2.8～3.1％、Li₂O 1.7～2％、C 4～8.2％，其余组分为杂质(挥发份或烧失)，其中R₂O为碱金属氧化物。作为优选，本发明碱金属氧化物包括Na₂O或K₂O。

进一步地，所述高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣的碱度CaO/SiO₂为0.8～1.3。

进一步地，按重量百分含量计包括：SiO₂ 32.5％、CaO 33％、F 7％、Al₂O₃+MgO6％、R₂O 9％、MnO 2.8％、Li₂O 1.85％、C 4％，其余组分为杂质。

进一步地，按重量百分含量计包括：SiO₂ 28％、CaO 29％、F 5.8％、Al₂O₃+MgO4.8％、R₂O 9％、MnO 3％、Li₂O 1.7％、C 8.2％，其余组分为杂质。

进一步地，按重量百分含量计包括：SiO₂ 30％、CaO 31％、F 5％、Al₂O₃+MgO 5％、R₂O 7.5％、MnO 3.1％、Li₂O 2％、C 6.5％，其余组分为杂质。

进一步地，所述高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣在1300℃时粘度为0.110-0.125Pa.S。

进一步地，所述高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣的软化点为965-977℃。

进一步地，所述高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣的熔点为990-1000℃。

进一步地，所述高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣的流动点为1035-1048℃。

根据本发明实施例的第二方面，本发明实施例提供了上述的高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣的制备方法，包括以下步骤：

1)原材料及要求：

用于制备高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣的原材料包括熔化料、碳酸锂、工业苏打、太原炭黑、鳞片石墨、增碳剂、玻璃粉。其中熔化料是指有针对性地把不同原材料配比后，通过均化设备进行充分混合、造球、电炉熔融、冷却、破碎、风选达到320-350目粒度标准的半成品合成物料，具有挥发份少、成分均匀、性能稳定，对环境污染小等优点。

原材料所含的化学成分满足以下要求：

熔化料(自制)：R(碱度)1.55±0.10、SiO₂ 27±3.5％、CaO 41±3.5％、MnO 5±2.0％、F 6.0±2.0％、Na₂O≥2.5％；

碳酸锂：Li₂O≥98％；

工业苏打：Na₂CO₃≥98.5％；

太原炭黑：C_固≥98％；

-285石墨：C_固≥85％；

增碳剂：C_固≥90％；

玻璃粉：SiO₂ 70±3.0％、Al₂O₃＜5.0％Na₂O≥9.0％。

2)根据高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣组成化学成分重量百分比技术条件，计算各原材料所需的重量比例；

3)按称重比例称取各原材料，然后在球磨机中加入干料重量1-1.5倍量的常温水，干料重量1-2％的粘结剂(如，淀粉)，研磨45-60分钟，制成料浆；

4)通过高压循环泵将料浆送入喷雾干燥塔制粒，成品要求水分不大于0.5％，粒度小于2mm，密封装袋入库待用。

本发明实施例的高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣的各组分的作用机理及其配入量介绍如下：

CaO：保护渣中枪晶石矿相的主要成分，来源广且成本低。化学分析时，将萤石中氟化钙带入的Ca元素换算成对应质量百分比的CaO。由于CaO为结晶相的主要成分，而且保护渣在弯月面处需要快速析晶以控制传热，所以其组分质量百分比需较高，而过高的CaO将使保护渣初始结晶能力过强，提高保护渣析晶温度，在一定程度上恶化润滑，经过理论设计及实验验证，确定其质量百分比范围为29～33％。

SiO₂：为保护渣内主要的酸性氧化物，也为枪晶石的主要成分之一，是保护渣中重要的网络结构形成体，与碱性氧化物反应生成低熔点化合物，降低保护渣熔点。通过控制其加入量可调节保护渣熔点与结晶性能，一定量的SiO₂有利于使弯月面附近液渣膜的厚度维持在一定水平，改善润滑。但是过高的SiO₂易弱化保护渣结晶性能，经过理论设计及实验，本发明最终将SiO₂含量控制在28～32.5％。

F：为保护渣中主要的助熔剂，亦为生成枪晶石的主要成分之一。在一定范围内加入，能减小保护渣的高温粘度，提高保护渣消耗量，在一定程度上改善润滑。碱度较高时加入过多，则易促使高熔点物相的析出，不利润滑。本发明所述保护渣中F由萤石带入，化学成分分析时将萤石中Ca换算为对应质量百分比的CaO。经过理论设计及实验，本发明将F含量控制范围为5～7％。

Al₂O₃+MgO：Al₂O₃为两性氧化物，在碱性熔渣中属于网络结构形成体，能在一定范围内调节熔渣结晶性能。其含量超过一定范围时易大幅度增加熔渣的粘度，不利润滑，由于其本身熔点较高，且在某些情况下易生成高熔点化合物，所以其含量不应过高。MgO属于碱土金属氧化物，在保护渣中部分代替CaO，亦能改善保护渣的润滑性能，但与Al₂O₃一样，MgO本身的熔点较高，并且易与其它组分结合生成高熔点化合物，含量较高时能提高熔渣转折温度，恶化铸坯润滑。经过理论设计及实验，本发明将Al₂O₃+MgO含量控制为4.8～6％。

R₂O：碱金属氧化物，有利于降低保护渣熔点。作为优选，R₂O选用Na₂O经过理论设计及实验，本发明将Na₂O含量控制为7.5～9.0％。

MnO：加入MnO可以抑制保护渣枪晶石晶体的析出，控制传热改善润滑。经过理论设计及实验，本发明将MnO含量控制为2.8～3.1％。

Li₂O：Li₂O是一种强助溶剂，即使保护渣中的Li₂O含量较低时对熔化温度也有较大的影响，Li₂O的适量加入可以获得低熔点、低粘度、玻璃性较好的保护渣，经过理论设计及实验，本发明将Li₂O含量控制为1.7～2％。

C：在保护渣中起到骨架隔离的作用，主要用于调节保护渣的熔化速度，并且防止过度烧结的产生。所以经过理论设计及实验，本发明将C含量控制为4～8.2％。

本发明实施例具有如下优点：

本发明的高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣在现有的保护渣的基础上，增加了MnO和Li₂O，减少了氧化铁，能够有效调节保护渣的熔化特性和粘度等理化指标，使其与对应钢种相匹配，满足连铸结晶器功能保护渣在特殊断面状态下能保持其特有的功能性，有利于连铸稳定顺行。

本发明公开的保护渣能够有效消除或缓解高碳(C>0.5％)高钛(Ti>1.6％)耐磨钢连铸过程中结晶器内钢渣界面固态凝结物的危害，维持保护渣性能的相对稳定，铸坯表面正常无质量缺陷，无粘结漏钢，提高铸坯原始合格率，提升了经济效益。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例1

本实施例的高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣按重量百分含量计包括：SiO₂32.5％、CaO 33％、F 7％、Al₂O₃ 3.72％、MgO 2.28％、Na₂O 9％、MnO 2.8％、Li₂O 1.85％、C4％，其余组分为杂质。

实施例2

本实施例的高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣按重量百分含量计包括：SiO₂28％、CaO 29％、F 5.8％、Al₂O₃ 2.55％、MgO 2.25％、Na₂O 9％、MnO 3％、Li₂O 1.7％、C8.2％，其余组分为杂质。

实施例3

本实施例的高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣按重量百分含量计包括：SiO₂30％、CaO 31％、F 5.0％、Al₂O₃ 1.26％、MgO 3.74％、Na₂O 7.5％、MnO 3.1％、Li₂O 2％、C6.5％，其余组分为杂质。

对比例1

本对比例的高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣按重量百分含量计包括：SiO₂32.5％、CaO 33％、F 7％、Al₂O₃ 3.72％、MgO 2.28％、Na₂O 9％、Fe₂O₃ 1.5％、C 4％，其余组分为杂质。

对比例2

本对比例的高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣按重量百分含量计包括：SiO₂28％、CaO 29％、F 5.8％、Al₂O₃ 2.55％、MgO 2.25％、Na₂O 9％、Fe₂O₃ 4％、C 8.2％，其余组分为杂质。

对比例3

本对比例的高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣按重量百分含量计包括：SiO₂30％、CaO 31％、F 5％、Al₂O₃ 1.26％、MgO 3.74％、Na₂O 7.5％、Fe₂O₃ 2.5％、C 6.5％，其余组分为杂质。

对比例4

本对比例的高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣按重量百分含量计包括：SiO₂32.5％、CaO 33％、F 7％、Al₂O₃ 3.72％、MgO 2.28％、Na₂O 9.0％、MnO 4.65％、C 4％，其余组分为杂质。

对比例5

本对比例的高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣按重量百分含量计包括：SiO₂32.5％、CaO 27％、F 6.3％、Al₂O₃ 3.52％、MgO 2.24％、Na₂O 8.5％、MnO 2.9％、Li₂O1.8％、C 4.6％，其余组分为杂质。

测试例

对本发明实施例1-3及对比例1-5的高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣的理化性能进行测试，结果见表1。

表1

组别	碱度	1300℃粘度/Pa.S	软化点/℃	熔点/℃	流动点/℃
						实施例1	1.015	0.113	970	995	1043
实施例2	1.036	0.125	977	1000	1048
						实施例3	1.033	0.110	965	990	1035
对比例1	1.015	0.108	970	997	1029
						对比例2	1.036	0.115	960	987	1045
对比例3	1.033	0.130	980	1020	1040
						对比例4	1.015	0.145	989	1042	1078
对比例5	0.831	0.166	978	1019	1052

由表1可知，本发明实施例的连铸结晶器保护渣的在1300℃时粘度为0.110-0.125Pa.S，软化点为965-977℃，熔点为990-1000℃，流动点为1035-1048℃。

浇铸的高碳高钛耐磨钢的典型化学成分的质量百分含量为：C 0.58％、Si0.28％、Mn 1.07％、Ti 1.73％，其余为Fe和杂质。拉速：0.7-0.9m/min。分别采用实施例1-3及对比例1-5的保护渣对上述高碳高钛耐磨钢板坯进行浇铸，浇铸断面尺寸为150mm×(1800～3200mm)。试验结果见表2。

表2

由表2可知，与对比例公开的连铸结晶器保护渣相比较，采用本发明公开的连铸结晶器保护渣对高碳(C>0.5％)高钛(Ti>1.6％)耐磨钢板坯进行浇铸，铸坯表面正常无质量缺陷，无粘结漏钢，铸坯原始合格率至少为97.5％。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣，其特征在于，按重量百分含量计包括：SiO₂ 28～32.5％、CaO 29～33％、F 5～7％、Al₂O₃+MgO 4.8～6％、R₂O 7.5～9％、MnO 2.8～3.1％、Li₂O 1.7～2％、C 4～8.2％，其余组分为杂质，其中R₂O为碱金属氧化物；所述高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣的碱度CaO/SiO₂为0.8～1.3；

所述高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣在1300℃时粘度为0.110-0.125Pa.S；

所述高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣的软化点为965-977℃；

所述高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣的熔点为990-1000℃；

所述高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣的流动点为1035-1048℃。

2.根据权利要求1所述的高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣，其特征在于，按重量百分含量计包括：SiO₂ 32.5％、CaO 33％、F 7％、Al₂O₃+MgO 6％、R₂O 9％、MnO 2.8％、Li₂O1.85％、C 4％，其余组分为杂质。

3.根据权利要求1所述的高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣，其特征在于，按重量百分含量计包括：SiO₂ 28％、CaO 29％、F 5.8％、Al₂O₃+MgO 4.8％、R₂O 9％、MnO 3％、Li₂O1.7％、C 8.2％，其余组分为杂质。

4.根据权利要求1所述的高碳高钛耐磨钢用连铸结晶器保护渣，其特征在于，按重量百分含量计包括：SiO₂ 30％、CaO 31％、F 5％、Al₂O₃+MgO 5％、R₂O 7.5％、MnO 3.1％、Li₂O2％、C 6.5％，其余组分为杂质。