CN110560649B - 一种新型高铝钢保护渣及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型高铝钢保护渣。其由下述组分组成:Na3AlF6 40%~65%,Al2O3 10%~40%,CaO 6%~14%,CaF2 1%~7%,Fe2O3 1%~7%,MnO 1%~7%,C 3%~15%,其余为不可避免的杂质。本发明保护渣采用Na3AlF6‑Al2O3渣系,与传统高铝钢保护渣相比,基本不含SiO2、Na2O等与钢水中[Al]等活泼元素反应的组分,不发生钢渣反应,其成分和性能稳定,在连铸过程中,能吸收钢中的夹杂物而不发生保护渣性能恶化,能很好的润滑铸坯,并控制传热,保证了高铝钢连铸过程的顺利进行。

Description

一种新型高铝钢保护渣及其应用
技术领域
本发明涉及一种新型高铝钢保护渣及其应用;属于钢铁冶炼连铸领域。
背景技术
结晶器保护渣在连铸生产中起着吸收夹杂物、控制热流、润滑初始凝固坯壳、防止钢水氧化、减少热量散失等重要作用。传统的结晶器保护渣按成分可分为硅铝钠系、硅铝氟系和钙硅铝体系三类,应用最普遍的是钙硅铝系保护渣,配以适量调节剂(Na2O、MgO、Li2O、CaF2、B2O3和氧化锰等化合物)和骨架(碳黑、石墨等)。
高铝钢中铝的含量一般大于0.5%,由于高铝钢中的Al含量较高,在连铸过程的[Al]会与保护渣中的SiO2等还原物质发生钢渣反应:3(SiO2)+4[Al]=3[Si]+2(Al2O3),保护渣的成分发生突变,由于大量Al2O3进入渣中,容易形成高熔点物质钙铝黄长石(2CaO·Al2O3·SiO2),使保护渣的粘度急剧升高,结晶性能发生显著变化,从而导致传热不均,润滑不良,连铸过程恶化,铸坯表面出现裂纹、凹陷等严重缺陷。
保证高铝钢的连铸顺行,很多专家、学者做了大量研究,起研究方向主要分为两个方面。一是常规型低碱度CaO-SiO2系保护渣,例如专利CN 102389955A通过在保护渣中添加碱金属氧化物如MgO、BaO和SrO等,替代CaO能改善渣的玻璃化程度,改善保护渣润滑性。然而采取此类方案的保护渣渣钢反应严重,钢中的[Al]会与保护渣中的SiO2,进去到保护渣中。
二是弱(非)反应型低硅CaO-Al2O3系保护渣,例如专利CN 102389955 A通过控制保护渣中SiO2含量在2%以内,以及专利CN 108213365 A通过控制(Na2O+K2O+SiO2)≤2%,能有效降低渣钢反应,抑制保护渣成份改变和性能恶化,但保护渣碱度较高,结晶性强,不利于保护渣传热,在连铸过程中会存在熔化欠佳、易结渣圈及消耗量偏低等问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种新型高铝钢保护渣,摒弃了传统硅铝钠系、硅铝氟系和钙硅铝体系保护渣研究思路,创新性提出一种Na3AlF6-Al2O3系保护渣。该保护渣不与钢中[Al]反应,具有较低的熔点和粘度,以Na3AlF6和Al2O3作为主要析出晶相,以控制传热,保证了连铸的顺利进行。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:
本发明一种新型高铝钢保护渣,由下述质量百分含量的组分组成:
Na3AlF640%~65%,Al2O310%~40%,CaO 6%~14%,CaF2 1%~7%,Fe2O3 1%~7%,MnO 1%~7%,C 3%~15%。
作为优选方案,本发明一种新型高铝钢保护渣,所述保护渣由下述质量百分含量的组分组成:
Na3AlF640%~60%,Al2O315%~40%,CaO 6%~12%,CaF2 1%~5%,Fe2O3 1%~5%,MnO 1%~5.3%,C 3%~10%。
作为进一步的优选方案,本发明一种新型高铝钢保护渣,所述保护渣由下述质量百分含量的组分组成:
Na3AlF640%~55.5%,Al2O320%~37%,CaO 8%~12%,CaF2 1%~4%,Fe2O32%~5%,MnO 2%~5.3%,C 4%~10%。
作为更进一步的优选方案,本发明一种新型高铝钢保护渣,所述保护渣由下述质量百分含量的组分组成:
Na3AlF640.1~44.5%,Al2O329.2~29.9%,CaO 8.5~10.2%,CaF2 2.3~2.4%,Fe2O3 3.4~4.1%,MnO 4.2~5.1%,C8.0~8.3%。
作为更进一步的优选方案,本发明一种新型高铝钢保护渣,所述保护渣由下述质量百分含量的组分组成:
Na3AlF640.2%,Al2O329.9%,CaO 10.2%,CaF2 2.3%,Fe2O3 4.1%,MnO 5.1%,C8.2%。
本发明一种新型高铝钢保护渣,所述保护渣的主要析出晶相为Na3AlF6
本发明一种新型高铝钢保护渣,所述保护渣的熔化温度为1027℃~1131℃之间。
本发明一种新型高铝钢保护渣,所述保护渣1300℃下粘度为0.011~0.032Pa·s。
本发明一种新型高铝钢保护渣,所述保护渣的热流密度为683~733KW·m-2
本发明一种新型高铝钢保护渣的应用,所述保护渣用于高铝钢的连铸;所述高铝钢中,铝的含量为0.5wt%~3.5wt%。
本发明以大量的冰晶石(Na3AlF6)和Al2O3作为保护渣的主要基料,冰晶石能够很好的溶解Al2O3,且基料不与钢中的[Al]进行钢渣反应,具有很好的化学成分稳定性。
本发明中CaO、CaF2作为保护渣的添加剂,具有控制熔化温度的作用。
本发明中Fe2O3、MnO作为着色剂,具有降低辐射传热的作用。
本发明中C作为骨架,能调节保护渣的熔化速度,本发明将C含量控制在3~15%范围。
相比现有技术,本发明具有如下优势:
1)该高铝钢保护渣熔点、黏度低,能形成稳定的液态层,很好的润滑铸坯,保证连铸的顺利进行。
2)该高铝钢保护渣采用Na3AlF6-Al2O3系保护渣,没有渣钢反应的发生,成分稳定性高,其理化性能稳定,铸坯质量稳定。
3)其主要析出晶相为Na3AlF6,能很好的控制传热,提高铸坯的表面质量,减少凹陷、裂纹等缺陷。
具体实施方式:
以下结合实施例对本发明作进一步的阐述,实施例仅用于说明本发明,而不是以任何形式来限制本发明。
实施例1
配料:Na3AlF640.2%,Al2O329.9%,CaO 10.2%,CaF22.3%,MnO 5.1%,Fe2O34.1%,C8.2%。
制备过程:1)用冰晶石、石灰石、铝矾土等工业原料按上述保护渣组分含量折算、称量;将称量好的原料混合进行机械搅拌,使得各成分混合均匀;2)将混合好的样品倒入石墨坩埚中一起放入中频感应炉中加热熔化,保温一段时间以除去挥发分和均匀熔渣成分;3)将熔融态渣倒入水中急冷得到玻璃态的样品;4)将玻璃态的样品破碎后,加入所需量的碳质材料和纤维素粘结剂,制成料浆;5)将得到的浆料送入喷雾颗粒干燥塔内干燥制粒,产品要求水分小于0.5%,粒度在0.01~2mm范围,密封装袋待用。
保护渣的主要物性指标见表1。
实施例2~4
配料:组分如表1所示。
制备过程:同实施例1。
保护渣的主要物理性能见表1。
表1实施例1~4和对比例1~2保护渣的化学成分(wt%)及其物理性能
Figure BDA0002230489910000041
表2实施例对比例3~4保护渣的化学成分(wt%)及其物理性能
Figure BDA0002230489910000042
由表1可知实施例1~4的熔化温度分别为1084℃、1042℃、1039℃、1027℃,1300℃下粘度分别为0.027Pa·s、0.021Pa·s、0.014Pa·s、0.011Pa·s,热流密度分别为733KW·m-2、728KW·m-2、706KW·m-2、713KW·m-2
对比例1~4
配料:组分如表1和表2所示。
制备过程:同实施例1。
保护渣的主要物理性能见表1和表2。
对比例1~2为新型高铝钢保护渣,其中对比例1的Na3AlF6含量<40%,其熔化温度为1219℃,1300℃粘度为0.07Pa·s,热流密度为620KW·m-2。对比例2的Na3AlF6含量>65%,其熔化温度为1025℃,1300℃粘度为0.006Pa·s,热流密度为756KW·m-2
对比例1的熔化温度过高,导致渣膜厚度小,不利于铸坯润滑。对比例2的粘度过低,虽然有利于铸坯润滑,但渣耗会增加,渣膜增厚,且不均匀,铸坯易产生裂纹。
对比例3~4为传统高铝钢保护渣,其中对比例3为低碱度CaO-SiO2系保护渣,其熔化温度为1140℃,1300℃粘度为0.3Pa·s,热流密度为689KW·m-2。对比例4为低硅CaO-Al2O3系保护渣,其熔化温度为1202℃,1300℃粘度为0.2Pa·s,热流密度为670KW·m-2
实施例1~4较对比例3~4的熔化温度和粘度较低,有利于形成液渣层和铸坯润滑。
将实施例1~4和对比例1~4中的保护渣在实验室10kg中频感应炉内进行钢渣实验,实验后保护渣成分及性能如表3和表4所示,其中实验钢渣重量比为100:1,钢水中[Al]=2%,实验温度控制在1500~1550℃。因实验最终收集的是液渣,不含C,其成分测试结果中不包括初始渣中的C含量。
表3实施例1~4和对比例1~2保护渣钢渣反应后化学成分(wt%)及物理性能
Figure BDA0002230489910000051
Figure BDA0002230489910000061
表4对比例3~4保护渣钢渣反应后化学成分(wt%)及物理性能
Figure BDA0002230489910000062
由表4可知,渣钢反应实验后对比例3渣中的Al2O3增加了15.6%,在对比例3所设计的渣系中,钢渣反应后其他成分变化量较大,熔化温度升高至1178℃,1300℃下粘度升高至0.5Pa·s,粘度升高,不利于铸坯润滑,保护渣性能不稳定,容易导致铸坯缺陷,不利于连铸的顺利进行。实验后对比例4渣中的Al2O3增加了6.2%,虽然Al2O3含量变化不大,但Al2O3含量较高。在对比例4所涉及的渣系中,钢渣反应后保护渣熔化温度高达1230℃,结晶率增加,并析出高熔点CaAl4O7,导致热流密度偏低,阻碍了传热过程,将出现坯壳变薄,结晶器出口处极易出现鼓肚,甚至发生铸坯角裂或漏钢事故。
由表3可知实验后对比例1的熔化温度继续升高,导致渗渣不良,热流密度较低,传热不良,导致铸坯结晶器内冷却不均,使得铸坯产生不均匀变形。对比例2的粘度过低,渣耗较大,形成较厚且不均匀的渣膜,铸坯易产生裂纹。
由表3可知实验后实施例1~4中的Al2O3增幅仅为2.5%~3.4%,Al2O3增加的主要原因为钢中Al2O3夹杂上浮钢渣界面后被保护渣吸收所致,保护渣吸收夹杂性能优异。其余成分含量则基本保持不变,熔渣与钢液不反应,熔渣的熔化温度和粘度小幅升高,性能稳定,最终热流密度有所下降,能很好的控制传热,减少铸坯裂纹的产生,满足高铝钢连铸要求。

Claims (2)

1.一种新型高铝钢保护渣,其特征在于:所述高铝钢保护渣包括下述两种并列方案,
方案一
所述保护渣由下述质量百分含量的组分组成:
Na3AlF640.2%,Al2O329.9%,CaO 10.2%,CaF2 2.3%,Fe2O3 4.1%,MnO 5.1%,C8.2%,
所述保护渣1300℃下粘度为0.027Pa•s,
所述保护渣的主要析出晶相为Na3AlF6
所述保护渣的熔化温度为1084℃,
所述保护渣的热流密度为733KW•m-2
方案二
所述保护渣由下述质量百分含量的组分组成:
Na3AlF644.3%,Al2O329.2%,CaO 8.5%,CaF2 2.4%,Fe2O3 3.4%,MnO 4.2%,C8%,
所述保护渣1300℃下粘度为0.021Pa•s,
所述保护渣的主要析出晶相为Na3AlF6
所述保护渣的熔化温度为1042℃,
所述保护渣的热流密度为728KW•m-2
2.一种如权利要求1所述新型高铝钢保护渣的应用,其特征在于:所述保护渣用于高铝钢的连铸;所述高铝钢中,铝的含量为0.5wt%~3.5wt%。
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