CN113305274A - 宽厚板连铸用中碳钢保护渣 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽厚板连铸用中碳钢保护渣，适用于碳含量在0.14~0.20%的厚板钢种，该保护渣包括基料和骨架材料；按重量百分比计，基料由79±5%的四元系物料、14±4%的助熔剂、4±2%的Al₂O₃和余量的杂质组成，其中，四元系物料是以CaO、SiO₂、CaF₂和B₂O₃为主的物料；骨架材料为C，且C的加入量为基料总重量的3±0.5%。在四元系物料中，按重量百分比计，CaF₂的含量为18±3%，B₂O₃的含量为2±1%，CaO/(SiO₂+B₂O₃)=0.95‑1.15。杂质的含量不超过基料总重量的5%。本发明能用于厚板连铸中碳钢，可实现均匀稳定的结晶器传热，有效解决了厚板星裂缺陷。

Description

宽厚板连铸用中碳钢保护渣

技术领域

本发明涉及一种炼钢连铸用辅助材料，尤其涉及一种宽厚板连铸用中碳钢保护渣。

背景技术

保护渣是一种覆盖在钢水表面辅助炼钢的功能材料，具有绝热保温、防止钢水氧化、吸收夹杂、润滑及控制传热等功能，当保护渣覆盖在钢水表面时，必须在钢水和固态保护渣之间形成一定厚度的液渣层，从而有效防止空气进入和外来夹杂吸附，并为铸坯与结晶器铜板缝隙之间提供充足的液态熔渣，从而保证良好的润滑和传热控制。保护渣性能不良不能保证液渣层的足够厚度和充分的消耗量，引起铸坯夹渣、裂纹等表面缺陷，严重的会引起拉坯阻力过大而造成漏钢事故。

现有技术的保护渣以CaO、SiO₂二元系为主，外配CaF₂、Na₂O、Li₂O等助熔剂，以及少量的Al₂O₃、MgO、MnO等组元和一些其它不可避免的杂质(如Fe₂O₃)组成，从而达到适宜的理化性能，满足上述使用要求。由于保护渣的熔点相对于钢水温度而言低400-500℃，为控制相对低熔点的保护渣能在钢水表面缓慢熔化，必须配入一定量的炭质材料，如碳黑和石墨，熔点高，能有效阻止保护渣液滴聚集，从而控制保护渣的熔化速度；且炭质材料又能完全燃烧变为气体，对保护渣不造成污染，是一种既廉价又实用的骨架材料。

中碳钢（C含量为0.14-0.20%）连铸板坯在生产宽厚板时，由于轧制压缩比较小，一旦铸坯表面存在显微裂纹等缺陷，在轧制过程中往往不能完全消除，既而在厚板上形成鸡爪状星裂，影响成品质量。造成中碳钢板坯表面产生显微裂纹的主要原因是钢水在结晶器内形成的初生坯壳在凝固过程中传热不均，请参见附图1，即包晶反应，铁素体向奥氏体的相转变带来较大的凝固收缩，一旦初生坯壳厚度不均，应力在最薄弱处集中，很易造成坯壳产生裂纹，这与所用保护渣对结晶器传热的控制能力有关。

中国发明专利申请CN201410578848.2公开了一种特厚板坯中碳低合金钢连铸用保护渣及其制备方法，该保护渣含有以下成份：Na₂O：6.0-8.0份；MgO：2.5-4.0份；CaO：41.0-43.0份；SiO₂：33.5-35.0份；Fe₂O₃：0.0-0.6份；Al₂O₃：0.0-4.0份；F：5.5-8.0份；固定碳：4.0-6.0份。该保护渣碱度为1.2-1.3，凝固温度为1200-1240℃。虽然碱度降低了，但凝固温度（通常要高于熔化温度）仍控制在较高水平，这就导致结晶器铜板和铸坯间流入的保护渣形成的固渣膜更厚、液渣膜更薄，对中碳钢的润滑效果不好，使用低碱度、高凝固温度的保护渣使结晶器内铸坯的传热很不稳定，这种忽高忽低的传热直接导致铸坯表面产生大量的显微裂纹，对厚板生产非常不利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽厚板连铸用中碳钢保护渣，能用于厚板连铸中碳钢，可实现均匀稳定的结晶器传热，有效解决了厚板星裂缺陷。

本发明是这样实现的：

一种宽厚板连铸用中碳钢保护渣，适用于碳含量在0.14~0.20%的厚板钢种，该保护渣包括基料和骨架材料；

按重量百分比计，所述的基料由79±5%的四元系物料、14±4%的助熔剂、4±2%的Al₂O₃和余量的杂质组成；

其中，四元系物料是以CaO、SiO₂、CaF₂和B₂O₃为主的物料；在所述的四元系物料中，按重量百分比计，CaF₂的含量为18±3%，B₂O₃的含量为2±1%，CaO/(SiO₂+ B₂O₃) =0.95-1.15；

所述的骨架材料为C，且C的加入量为基料总重量的3±0.5%。

所述的杂质的含量不超过基料总重量的5%。

所述的杂质包括MgO和不可避免带入的杂质。

所述的杂质还包括Fe₂O₃。

所述的助熔剂为Na₂SiO₃。

所述的宽厚板连铸用中碳钢保护渣的熔点为1060-1140℃，1300℃粘度为0.15-0.29Pa.s，析晶温度为1080-1150℃。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明采用CaO、SiO₂、CaF₂和B₂O₃组成四元系物料，能有效控制结晶器铜板的传热能力，避免了铸坯表面因结晶器传热不稳定而引起的星裂缺陷，同时抑制粘度下降，降低析晶温度，较好的平衡了传热与润滑。

2、本发明采用Na₂SiO₃作为助熔剂，其带入的Na₂O含量能在抑制枪晶石析出的同时对铸坯有较好的润滑作用，满足厚板连铸生产中碳钢的环冷和润滑要求。

综上所述，本发明具有较低的析晶温度和较高的粘度，是一种均匀传热的中碳钢用保护渣，尤其适用于碳含量在0.14-0.20%的厚板钢种，在连铸使用过程中熔渣既能保证应有的适当缓冷功能，又能保证充足的润滑功能，使结晶器传热的稳定性大大改善，中碳钢铸坯表面的显微裂纹缺陷大幅降低，有效提高了产品质量。

附图说明

图1是现有技术中中碳钢结晶器传热状态图；

图2是本发明宽厚板连铸用中碳钢保护渣中CaO、SiO₂、CaF₂的三元相图；

图3是采用本发明宽厚板连铸用中碳钢保护渣连铸生产时中碳钢结晶器传热状态图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

一种宽厚板连铸用中碳钢保护渣，适用于碳含量在0.14~0.20%的厚板钢种，该保护渣包括基料和骨架材料。

按重量百分比计，所述的基料由79±5%的四元系物料、14±4%的助熔剂、4±2%的Al₂O₃和余量的杂质组成，其中，四元系物料是以CaO、SiO₂、CaF₂和B₂O₃为主的物料。

所述的骨架材料为C，且C的加入量为基料总重量的3±0.5%，可在厚板连铸中碳钢工艺中实现保护渣熔化与使用消耗的完美平衡。

在所述的四元系物料中，按重量百分比计，CaF₂的含量为18±3%，B₂O₃的含量为2±1%，CaO/(SiO₂+ B₂O₃)=0.95-1.15。

所述的杂质通常由四元系物料和助熔剂带入，杂质不可避免，因此杂质的含量大于0，但不超过基料总重量的5%。所述的杂质为MgO等。MgO是保护渣原料无法回避的组成，MgO是一种高熔点组元，可破坏熔渣析晶的稳定性，但不宜有意添加；因此，MgO和其他杂质的含量应控制在不超过基料总量的5%的范围内。其他杂质可能是Fe₂O₃等。

所述的助熔剂为Na₂SiO₃。Na₂SiO₃的熔点为1088℃，其稳定性相较于Na₂O更好，在高温下不易挥发，具有更好的助熔效果。

Al₂O₃可以提高熔渣的粘度、降低熔渣的析晶性，对保护渣性能的设计能起到一定的积极作用，故控制在4±2%即可。

所述的宽厚板连铸用中碳钢保护渣的熔点为1060-1140℃，1300℃粘度为0.15-0.29Pa.s，析晶温度为1080-1150℃，在生产使用过程中很好地平衡了控制传热与润滑的矛盾，实现均匀稳定的传热，如附图3所示，抑制铸坯表面产生显微裂纹，实现了厚板中碳钢的高质量生产。

请参见附图2，四元系物料中B₂O₃的含量较低，采用CaO、SiO₂、CaF₂的三元相图对本发明保护渣的性能进行分析，在CaO和SiO₂的含量为1:1附近形成共晶区域，且此时熔点最低。在加入CaF₂后，熔点随CaF₂加入量的增加而降低，如图中箭头方向所示。

另外，CaO/SiO₂比、CaF₂加入量是保护渣中关键晶体即枪晶石（3CaO.2SiO₂.CaF₂）的必需条件。为了保证熔渣具有一定量的枪晶石析出，能有效控制结晶器铜板的传热能力，CaO/SiO₂控制在1以上，且CaF₂也需具备一定的含量。由于F在熔渣中可取代O，从而打断硅氧四面体[SiO₄]的网络结构，也是降低保护渣粘度最有效的助熔剂。另外B₂O₃的熔点仅有450℃，是一种有效的助熔材料，也是一种网络结构生成体，对防止粘度下降有抑制作用，少量加入B₂O₃能显著降低析晶温度。为了控制保护渣粘度在0.15-0.29Pa.s的要求范围，本发明的CaF₂含量在CaO、SiO₂、CaF₂和B₂O₃四元系物料中占18±3%，且CaO/(SiO₂+ B₂O₃)＝0.95-1.15最佳，即图中圆圈所示区域。

当Na₂O含量超过5%时，具有抑制枪晶石析出的功效，但配入过度的Na₂O又会促进含钠晶体的析出，不利于熔渣对铸坯的润滑作用，本发明对熔渣性能的要求决定Na₂O含量上限控制在9%比较适宜，因此，本发明中Na₂SiO₃的配比优选为14±4%。

实施例1：

本实施例中保护渣的各成分重量百分比如表1所示：

表1：第一种保护渣的成分及其重量配比（wt%）

由表1中的成分组成的保护渣所能达到的物理性能为：熔点为1136℃，1300℃粘度为0.28Pa.s，析晶温度为1145℃，使用该保护渣进行厚板连铸中碳钢，可实现均匀稳定的结晶器传热，如附图3所示，且厚板无星裂。

实施例2：

本实施例中保护渣的各成分重量百分比如表2所示：

表2：第二种保护渣的成分及其重量配比（wt%）

由表2中的成分组成的保护渣所能达到的物理性能为：熔点为1107℃，1300℃粘度为0.20Pa.s，析晶温度为1112℃，使用该保护渣进行厚板连铸中碳钢，可实现均匀稳定的结晶器传热，如附图3所示，且厚板无星裂。

实施例3：

本实施例中保护渣的各成分重量百分比如表3所示：

表3：第三种保护渣的成分及其重量配比（wt%）

由表3中的成分组成的保护渣所能达到的物理性能为：熔点为1065℃，1300℃粘度为0.16Pa.s，析晶温度为1083℃，使用该保护渣进行厚板连铸中碳钢，可实现均匀稳定的结晶器传热，如附图3所示，且厚板无星裂。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种宽厚板连铸用中碳钢保护渣，适用于碳含量在0.14~0.20%的厚板钢种，该保护渣包括基料和骨架材料；

其特征是：按重量百分比计，所述的基料由79±5%的四元系物料、14±4%的助熔剂、4±2%的Al₂O₃和余量的杂质组成；

其中，四元系物料是以CaO、SiO₂、CaF₂ 和B₂O₃为主的物料；在所述的四元系物料中，按重量百分比计，CaF₂的含量为18±3%，B₂O₃的含量为2±1%，CaO/(SiO₂+ B₂O₃) =0.95-1.15；

所述的骨架材料为C，且C的加入量为基料总重量的3±0.5%。

2.根据权利要求1所述的宽厚板连铸用中碳钢保护渣，其特征是：所述的杂质的含量不超过基料总重量的5%。

3.根据权利要求1或2所述的宽厚板连铸用中碳钢保护渣，其特征是：所述的杂质包括MgO和不可避免带入的杂质。

4.根据权利要求3所述的宽厚板连铸用中碳钢保护渣，其特征是：所述的杂质还包括Fe₂O₃。

5.根据权利要求1所述的宽厚板连铸用中碳钢保护渣，其特征是：所述的助熔剂为Na₂SiO₃。

6.根据权利要求1所述的宽厚板连铸用中碳钢保护渣，其特征是：所述的宽厚板连铸用中碳钢保护渣的熔点为1060-1140℃，1300℃粘度为0.15-0.29Pa.s，析晶温度为1080-1150℃。

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