CN112756573B

CN112756573B - 一种工程机械斗齿钢用的保护渣及其制备方法

Info

Publication number: CN112756573B
Application number: CN202011548673.2A
Authority: CN
Inventors: 陈永峰; 陶群南; 赵立; 左小坦; 张洪彪; 张亚兵
Original assignee: Wuhu Xinxing Ductile Iron Pipes Co Ltd
Current assignee: Wuhu Xinxing Ductile Iron Pipes Co Ltd
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2040-12-24
Also published as: CN112756573A

Abstract

本发明提供一种工程机械斗齿钢用的保护渣及其制备方法，成分：CaO：33.8～39.8％，SiO₂：27.6～33.6％，Al₂O₃：5.1～8.9％，F：2.1～3.9％，Na₂O：2.2～3.8％，C：11.9～14.5％,其余组分为不可避免杂质；保护渣碱度：1.12～1.28，粘度：0.43～0.57Pa.s，熔点：1165～1225℃。本发明保护渣是专门针对工程机械斗齿钢设计，能够降低铸坯裂纹缺陷率从而改善连铸坯的表面质量，提高轧制成材率。

Description

一种工程机械斗齿钢用的保护渣及其制备方法

技术领域

本发明属于合金冶炼领域，具体涉及一种工程机械斗齿钢用的保护渣及其制备方法。

背景技术

随着国家经济持续快速增长，基建投入不断增加，每年我国服役的超过2m³的大型矿山挖掘机大约有2000～2500台，斗齿消耗造成的直接经济损失大约每年为3000万元。因此提升斗齿使用寿命、降低斗齿消耗，成为国内机械行业的迫切需求。

提升斗齿钢质量需各环节综合控制，对于连铸环节也不例外，斗齿钢中Si、Mn、Cr合金元素含量高，在连铸结晶器内浇铸过程中，保护渣在成分设计时需考虑润滑与传热综合作用，保护渣理化性能若不匹配，可能会导致铸坯产生裂纹缺陷，降低轧制成材率，因此对斗齿钢的保护渣要求很苛刻。

目前尚未报道有斗齿钢专用的结晶器保护渣，大多数钢厂在生产斗齿钢此类钢种时，选用的保护渣都为成分相近钢种达到保护渣，但由于工艺参数可能不完全一致，在连铸浇铸时存在潜在的质量风险问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工程机械斗齿钢用的保护渣，属于全新开发的工程机械斗齿钢专用的结晶器保护渣，用于降低铸坯裂纹缺陷率，从而改善连铸坯的表面质量，提高轧制成材率。

本发明具体技术方案如下：

一种工程机械斗齿钢用的保护渣，由基础渣料、助熔剂、熔速调节剂三部分组成，所述保护渣包括以下质量百分比成分：CaO：33.8～39.8％，SiO₂：27.6～33.6％，Al₂O₃：5.1～8.9％，F：2.1～3.9％，Na₂O：2.2～3.8％，C：11.9～14.5％，其余组分为不可避免杂质。

所述保护渣碱度：1.12～1.28，粘度：0.43～0.57Pa.s，熔点：1165～1225℃。

所述工程机械斗齿钢用的保护渣的制备方法为：

将配方量的各原料混合均匀后加热充分熔化，再自然冷却至室温，将冷却后的凝固渣水分烘干，即得。

进一步的，水分烘干至水分含量控制在0.2wt％以下；

进一步的，烘干后，再研磨至200目。

所述工程机械斗齿钢包括以下质量百分比含量元素：C 0.31～0.34％、Si 1.10～1.20％、Mn 1.00～1.10％、P≤0.020％、S≤0.020％、Cr 1.00～1.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。

其中CaO和SiO₂为保护渣主要组分，Al₂O₃起到提高保护渣熔点和粘度的作用，F和Na₂O起到降低保护渣熔点和粘度的作用，C起到控制保护渣烧结性能、调节熔化速率的作用。

本发明中保护渣各化学成分的控制及作用具有以下特征：

CaO：其为保护渣主要成分之一，CaO在高温下会分解为Ca²⁺和O^2-，O^2-会与硅氧四面体结构发生反应，使硅氧键发生断裂，使保护渣粘度降低，但粘度过低会使渣膜填充不均匀，易导致纵裂和漏钢事故的发生，故本发明控制CaO含量为：33.8～39.8％。

SiO₂：为硅氧复合阴离子的形成体，SiO₂含量增加，会使保护渣碱度降低，玻璃体比例增加，润滑效果增加，但玻璃体比例过大，易导致传热速度快，坯壳表面出现裂纹，故本发明控制SiO₂含量为：27.6～33.6％。

Al₂O₃：为两性氧化物，当碱度较高时，Al₂O₃是以酸性氧化物的形式加入，Al³⁺与硅氧络离子团结合形成更为复杂的网络结构，使得保护渣熔点和粘度增加，当碱度较低时，Al₂O₃是以碱性氧化物的形式加入，Al₂O₃属网络外体，这时可使复杂阴离子团离解，保护渣熔点和粘度会降低，故Al₂O₃含量不宜过低和过高，本发明控制Al₂O₃含量为：5.1～8.9％。

F：F在熔渣中存在形式为F^-，静电势较小、数量多，极易取代熔渣中的O^2-，使熔渣中聚合而形成的复杂结构的硅氧络离子分裂成比较简单的硅氧络离子，所以F在保护渣中起到助熔的作用，当F含量低于2.1％时，粘度和熔点较高，不能满足中高碳润滑条件的需要，当F含量高于3.9％时，润滑调控过度，故本发明控制F含量为：2.1～3.9％。

Na₂O：与F作用一样，为保护渣的助熔剂，Na⁺会和硅氧四面体的一角成键，阻止硅氧四面体形成网络链或使网络链断开，O^2-作为非桥氧能够破坏复杂网状结构，使其离散成简单的阴离子团，两种离子的共同作用使保护渣熔点和粘度大大降低，但含量过高，玻璃体比例高，不利于结晶传热，故本发明控制Na₂O含量为：2.2～3.8％。

C：在保护渣中起到骨架作用，碳含量过低时，传热速率快，易导致铸坯表面裂纹，碳含量过高时，保护渣熔化速度慢，不利于保护渣的熔化，故本发明控制C含量为：11.9～14.5％。

保护渣在连铸结晶器浇钢时起润滑和控制传热作用。斗齿钢属于高合金钢，所以容易出现裂纹，并且不同钢种保护渣的熔点、粘度、碱度是不一样的，在保护渣设计中既要保证合适润滑又要保证合适的传热。本发明通过设计保护渣各成分及含量，设计得到保护渣碱度、熔点、粘度，满足斗齿钢的生产要求。本发明控制的保护渣二元碱度为1.12～1.28，当碱度在1.12～1.28范围变化时，随着碱度的升高，CaO中的O^2-会使硅氧复合阴离子团离解，保护渣的流动性能大大改善，但当碱度高于1.28时，结晶性能过强，反而会使保护渣熔点升高。故本发明控制的保护渣碱度为1.12～1.28。

本发明中斗齿钢中Si、Mn、Cr合金含量高，属于裂纹敏感钢种，同时在结晶器浇铸中对于凝固坯壳润滑效果要求较高。故本发明中保护渣需要较高碱度、较低粘度，同时为了保证保护渣在浇铸中的填充均匀性，保护渣也需要较高熔点。故本发明保护渣二元碱度设计在1.12～1.28范围内，低于1.12会造成控制传热不佳，高于1.28会影响润滑效果；粘度设计在0.43～0.57Pa.s范围，低于0.43Pa.s会造成保护渣填充不均匀，高于0.57Pa.s会造成保护渣润滑不良；熔点设计在1165～1225℃范围，低于1165℃会导致保护渣填充不均匀，影响铸坯传热效果，高于1225℃会增加拉坯阻力，铸坯容易出现裂纹。基于上述二元碱度、粘度、熔点范围，本发明将保护渣各组分设计在以下范围：CaO：33.8～39.8％，SiO2：27.6～33.6％，Al2O3：5.1～8.9％，F：2.1～3.9％，Na2O：2.2～3.8％，C：11.9～14.5％，其余组分为不可避免杂质，以满足斗齿钢生产要求。

本发明保护渣是专门针对工程机械斗齿钢设计，能够降低铸坯裂纹缺陷率从而改善连铸坯的表面质量，提高轧制成材率；本发明提供的保护渣直接效益：按照年产2.4万吨钢计算，提高5个百分点成材率考虑，可增加36万元经济效益；间接效益：通过调控保护渣配方，设计出一种工程机械斗齿钢用的连铸结晶器保护渣，用于降低铸坯裂纹缺陷率，提高轧制成材率。对于打造品牌效应，提升企业品牌知名度，具有不可估量的经济效益。

附图说明

图1为采用实施例1保护渣生产的铸坯表面质量外观图。

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，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

实施例1-实施例2

一种工程机械斗齿钢用的保护渣，包括以下质量百分比原料：如表1所示。

表1各实施例中保护渣的化学成分百分比/wt％

对比例1-对比例2

表1中没有显示的余量为不可避免杂质。

本发明对应钢种的典型化学成分数据参见表2。

表2对应钢种的典型化学成分数据/％

C	Si	Mn	P	S	Cr
						0.31～0.34	1.10～1.20	1.00～1.10	≤0.020	≤0.020	1.00～1.10

本发明各实施例和对比例所述连铸保护渣的制备方法为：按照表1中原料配比混合均匀后放入坩埚炉中加热充分熔化，再自然冷却至室温，将冷却后的凝固渣水分烘干小于0.2wt％，再研磨至200目得到实施例的保护渣，本发明各实施例和对比例保护渣性能参见表3。

表3各实施例、对比例中保护渣的性能数据

	熔点(℃)	粘度(Pa.s)	总渣层厚度(mm)	消耗量(kg/t)
					实施例1	1204	0.52	30	0.33
实施例2	1186	0.45	32	0.36
					对比例1	1152	0.37	33	0.42
对比例2	1232	0.73	30	0.28

本发明实施例1-2和对比例1-2保护渣使用条件参见表4，本发明实施例、对比例的保护渣使用效果参见表5。实施例1铸坯表面质量外观图见图1。

表4实施例1-2和对比例1-2保护渣使用条件

	钢水液相线温度/℃	拉速(m/min)	加入方式
				实施例1	1501	0.75	自动加渣
实施例2	1501	0.75	自动加渣
				对比例1	1501	0.75	自动加渣
对比例2	1501	0.75	自动加渣

表5实施例1-2和对比例1-2保护渣使用效果

通过实施例和对比例可以得到，本发明工程机械斗齿钢用的保护渣，降低铸坯裂纹缺陷率，从而提高连铸坯的表面质量。

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

1.一种工程机械斗齿钢用的保护渣，其特征在于，所述保护渣包括以下质量百分比成分：CaO：37.2%，SiO₂：30.5%，Al₂O₃：7.3%，F：3.0%，Na₂O：2.9%，C：12.9%，其余组分为不可避免杂质；所述保护渣碱度：1.22；粘度：0.52Pa.s；熔点：1204℃；

或，所述保护渣包括以下质量百分比成分：CaO：34.5%，SiO₂：30.3%，Al₂O₃：8.4%，F：3.6%，Na₂O：3.5%，C：13.8%，其余组分为不可避免杂质；所述保护渣碱度：1.14；粘度：0.45Pa.s；熔点：1186℃；

所述工程机械斗齿钢包括以下质量百分比含量元素：C 0.31~0.34%、Si 1.10~1.20%、Mn 1.00~1.10%、P≤0.020%、S≤0.020%、Cr 1.00~1.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.一种权利要求1所述工程机械斗齿钢用的保护渣的制备方法，其特征在于，所制备方法为：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，水分烘干至水分含量控制在0.2wt%以下。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，烘干后，再研磨至200目。