CN113305275B

CN113305275B - 宽厚板连铸用包晶钢保护渣

Info

Publication number: CN113305275B
Application number: CN202010120303.2A
Authority: CN
Inventors: 张晨; 徐国栋; 蔡得祥; 范英同
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2040-02-26
Also published as: CN113305275A

Abstract

本发明公开了一种宽厚板连铸用包晶钢保护渣，适用于碳含量在0.08~0.13%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85±2%的三元系物料、10±1.5%的助熔剂和余量的杂质组成，其中，三元系物料是以CaO、SiO₂、CaF₂为主的物料并含有少量杂质；骨架材料为C，且C的加入量为基料总重量的3±0.5%。在三元系物料中，按重量百分比计，CaF₂的含量为20±2%，CaO/SiO₂=1.12‑1.13。杂质的含量不超过基料总重量的5%。本发明具有较高的析晶温度、较高的粘度和适中的碱度，能用于厚板连铸包晶钢，可大幅减少铸坯表面的显微裂纹等缺陷，实现了铸坯不修磨直接轧制的生产工艺。

Description

宽厚板连铸用包晶钢保护渣

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包晶钢保护渣。

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。

在包晶钢（C含量为0.08-0.13%）的连铸生产中，包晶钢在凝固过程中不可避免地发生一种包晶反应：L+δ→γ，即液相L与铁素体δ相转变为奥氏体γ相，这一不同晶格结构的相变产生了较大的收缩应力，一旦在连铸过程中结晶器内钢水形成的初生坯壳厚度不均匀，那么应力很容易在最薄弱处集中，造成坯壳产生裂纹。对于包晶钢的这一凝固特点，比较有效的解决办法是采用缓冷型保护渣，即析晶能力很强的保护渣。由于晶体相对于玻璃态而言热阻很大，在流入到结晶器铜板和坯壳缝隙中起润滑作用的同时能阻止钢水过快散热，从而实现坯壳缓慢均匀凝固的目的，防止应力集中。因此，通常要求保护渣具有较高的碱度（即CaO/SiO₂）。

中国发明专利ZL 201610103387.2公开了一种连铸包晶钢用低成本高碱度结晶器保护渣，由基体和相对于基体总重量的3.0-8.0%的炭质材料混合而成；所述的基体包括如下wt%的组分：Na₂O 9-14.0%、F 9.5-14.0%、MgO≤4.0%、CaO 44.0-49.0%、Si₂O 23.0-29.0%、Al₂O₃ 2.5-5.0%和Fe₂O₃≤3.0%。该保护渣的碱度为1.65-2.05，为了达到高析晶温度，F、Na₂O的含量需要达到9%以上，会造成熔渣粘度很低，通常不高于0.1Pa.s，仅适用于拉速在1.0m/min以上的板坯连铸包晶钢，而这种高碱度、低粘度的保护渣不适用于断面大、低拉速（拉速不超过1.0m/min）的厚板连铸包晶钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽厚板连铸用包晶钢保护渣，具有较高的析晶温度、较高的粘度和适中的碱度，能用于厚板连铸包晶钢，可大幅减少铸坯表面的显微裂纹等缺陷，实现了铸坯不修磨直接轧制的生产工艺。

本发明是这样实现的：

一种宽厚板连铸用包晶钢保护渣，适用于碳含量在0.08~0.13%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85±2%的三元系物料、10±1.5%的助熔剂和余量的杂质组成，其中，三元系物料是以CaO、SiO₂、CaF₂为主的物料并含有少量杂质；在所述的三元系物料中，按重量百分比计，CaF₂的含量为20±2%，CaO/SiO₂=1.12-1.13；

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Al₂O₃、MgO、MnO和其它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包晶钢保护渣的熔点为1170-1230℃，1300℃粘度为0.15-0.25Pa.s，析晶温度为1190-1250℃。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明以CaO、SiO₂、CaF₂三元系为主的物料，通过采用较高的粘度和适中的碱度设计，能有效控制结晶器铜板的传热能力，同时可满足大断面、低拉速（拉速通常不高于1.0m/min）连铸工艺条件下对铸坯的润滑功能，平衡了润滑和传热的矛盾，从而避免了由于结晶器冷传热不稳定导致的铸坯表面显微裂纹、皮下微裂纹等表面裂纹问题，从而避免了厚板表面产生质量缺陷。

2、本发明采用Na₂SiO₃作为助熔剂，其带入的Na₂O含量能确保较高的析晶温度，可满足大断面、低拉速（拉速通常不高于1.0m/min）连铸工艺条件下对铸坯的缓冷功能。

综上所述，本发明具有较高的析晶温度、较高的粘度和适中的碱度，是一种结晶器缓慢、均匀传热的包晶钢用保护渣，尤其适用于碳含量在0.08-0.13%的厚板钢种，可满足大断面、低拉速（拉速通常不高于1.0m/min）连铸工艺条件下对铸坯的缓冷和润滑功能，在厚板连铸包晶钢时，能使铸坯纵裂、表面显微裂纹和皮下裂纹等裂纹缺陷大幅降低，实现了不修磨直接轧制，有效提高了生产质量并降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明宽厚板连铸用包晶钢保护渣中三元系物料的三元相图。

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。

一种宽厚板连铸用包晶钢保护渣，适用于碳含量在0.08~0.13%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85±2%的三元系物料、10±1.5%的助熔剂和余量的杂质组成，其中，三元系物料是以CaO、SiO₂、CaF₂为主的物料并含有少量杂质。

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%，可在厚板连铸包晶钢工艺中实现保护渣熔化与使用消耗的完美平衡。

在所述的三元系物料中，按重量百分比计，CaF₂的含量为20±2%，CaO/SiO₂=1.12-1.13。

所述的杂质通常由三元系物料和助熔剂带入，通常杂质不可避免，因此杂质的含量大于0，但不超过基料总重量的5%，杂质通常为Al₂O₃、MgO和MnO。Al₂O₃、MgO是保护渣原料无法回避的组成，Al₂O₃能提高熔渣的粘度、降低熔渣的析晶性；MgO是一种高熔点组元，可破坏熔渣析晶的稳定性，但这两种组元均不宜有意添加。MnO是一种过渡族元素氧化物，加入熔渣中能起到一定的增色作用，可有效降低液渣的幅射传热系数，有利于实现对铸坯的缓冷。但MnO也是一种氧势较高的氧化物，过多的加入也会被钢水中的Al元素还原，进而生成Al₂O₃进入熔渣中，破坏熔渣的性能。因此，Al₂O₃、MgO和MnO及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。

所述的宽厚板连铸用包晶钢保护渣的熔点为1170-1230℃，1300℃粘度为0.15-0.25Pa.s，析晶温度为1190-1250℃，在生产使用过程中很好地平衡了控制传热与润滑的矛盾，实现了厚板包晶钢的高质量生产。

本发明针对厚板连铸包晶钢工艺，由于断面大且拉速低（拉速通常不高于1.0m/min），需要使用高析晶温度、高粘度的保护渣，为了实现该保护渣的物理性能，其碱度和F、Na₂O含量均需要下降至合理的范围。

请参见附图1，在CaO、SiO₂、CaF₂的三元相图中，在CaO和SiO₂的含量为1:1附近形成共晶区域，此时熔点最低。且在加入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。为了控制保护渣粘度在0.15-0.25Pa.s的要求范围，本发明的CaF₂含量在CaO、SiO₂、CaF₂三元系物料中占20±2%，且CaO/SiO₂＝1.12-1.13最佳，即图中圆圈所示区域。

当Na₂O含量低于4.5%时，随着Na₂O含量的增加，枪晶石的析晶温度是呈上升趋势的；当Na₂O含量高于4.5%时，才开始起到降低析晶温度的作用，即抑制了枪晶石的析出。为了达到对包晶钢的缓冷效果，实现较高的析晶温度很关键，Na₂SiO₃带入的Na₂O含量下限控制在4.5%左右，超过6%以后析晶温度下降过快，因此，本发明中Na₂SiO₃的配比优选为10±1.5%。

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1175℃，1300℃粘度为0.23Pa.s，析晶温度为1190℃，使用该保护渣进行厚板连铸包晶钢，能大幅减少铸坯表面的显微裂纹等缺陷，缺陷发生率相比现有技术能下降60%以上，实现铸坯不修磨直接轧制的生产工艺。

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1198℃，1300℃粘度为0.20Pa.s，析晶温度为1210℃，使用该保护渣进行厚板连铸包晶钢，能大幅减少铸坯表面的显微裂纹等缺陷，缺陷发生率相比现有技术能下降60%以上，实现铸坯不修磨直接轧制的生产工艺。

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1223℃，1300℃粘度为0.16Pa.s，析晶温度为1242℃，使用该保护渣进行厚板连铸包晶钢，能大幅减少铸坯表面的显微裂纹等缺陷，缺陷发生率相比现有技术能下降60%以上，实现铸坯不修磨直接轧制的生产工艺。

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

1.一种宽厚板连铸用包晶钢保护渣，适用于碳含量在0.08~0.13%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85±2%的三元系物料、10±1.5%的助熔剂和余量的杂质组成，其中，三元系物料是以CaO、SiO₂、CaF₂为主的物料；在所述的三元系物料中，按重量百分比计，CaF₂的含量为20±2%，CaO/SiO₂=1.12-1.13；

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%；

所述的助熔剂为Na₂SiO₃；

所述的杂质的含量不超过基料总重量的5%；

2.根据权利要求1所述的宽厚板连铸用包晶钢保护渣，其特征是：所述的杂质包括Al₂O₃、MgO、MnO和其它不可避免带入的杂质。

3.根据权利要求2所述的宽厚板连铸用包晶钢保护渣，其特征是：所述的杂质还包括Fe₂O₃。