CN113953472B - 一种高钛钢用连铸保护渣及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高钛钢用连铸保护渣，成分为：0～6wt％的CaO；20～30wt％的SiO₂；0～10wt％的Fe₂O₃；5～14wt％的F；3～10wt％的LiO₂；35～50wt％的BaO；3～15wt％的C；余量为杂质。本发明针对高钛钢，设计开发了适用于连铸浇注使用的结晶器保护渣；本发明提供的保护渣有效降低了Fe₂O₃、Al₂O₃、Na₂O、B₂O₃等物质与钢中钛的反应性，从而稳定了保护渣的性能；另外，本发明提供的保护渣大幅降低了渣中CaO含量，有效防止了高熔点钙钛矿的生产，确保了高钛钢浇注过程性能的稳定性。本发明还提供了一种高钛钢用连铸保护渣的制备方法。

Description

一种高钛钢用连铸保护渣及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种高钛钢用连铸保护渣及其制备方法。

背景技术

在高钛钢浇铸过程中因钢水中钛含量较高，钢中钛在浇注过程不仅会与钢中和空气中的氧反应生成氧化钛，还会与保护渣中的SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、Na₂O、B₂O₃等氧化物发生一系列复杂化学反应生成氧化钛。这些高熔点的氧化钛进入到保护渣中导致保护渣熔点、粘度升高及性能恶化。TiO₂还会与保护渣中的CaO结合析出高熔点的钙钛矿，影响铸坯和结晶器之间润滑和传热，最终引起铸坯皮下夹渣、裂纹和凹陷等缺陷。传统含钛钢用保护渣通过加入大量的Na₂O、B₂O₃、K₂O等熔剂来降低保护渣熔点，但这些低熔点物相含量过高后，导致保护渣熔化过快，但这些液渣由于来不及穿越渣层，导致烧结层增厚，因此，该方法也无法实现高钛钢的连续浇注使用。故目前高钛钢的生产一般采用模注形式，从而限制了高钛钢的应用领域以及很难实现规模化和低成本生产。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高钛钢用连铸保护渣及其制备方法，本发明提供的高钛钢用连铸保护渣具有较好的性能。

本发明提供了一种高钛钢用连铸保护渣，成分由以下原料组成：

1~5wt%的CaO；

20~30wt%的SiO₂；

0~10wt%的Al₂O₃；

5~14wt%的F；

3~10wt%的Li₂O；

35~50wt%的BaO；

3~15wt%的C；

余量为杂质，不添加Na₂O、K₂O、B₂O₃、Fe₂O₃。

优选的，所述SiO₂的质量含量为23~27%。

优选的，所述Al₂O₃的质量含量为2~8%。

优选的，所述F的质量含量为6~12%。

优选的，所述Li₂O的质量含量为4~8%。

优选的，所述BaO的质量含量为40~45%。

优选的，所述C的质量含量为5~12%。

优选的，所述高钛钢用连铸保护渣的熔点为850℃~1150℃，粘度为0.08~0.28Pa·S，析晶率为82~100%。

本发明提供了一种上述技术方案所述的高钛钢用连铸保护渣的制备方法，包括：

将铝矾土、氧化铝、碳酸钡、氟化钡、萤石、石英砂、碳酸锂和碳质材料制备得到高钛钢用连铸保护渣。

本发明针对高钛钢，尤其是Ti在0.3~2.0wt%的钢种，设计开发了适用于连铸浇注使用的结晶器保护渣；本发明提供的保护渣有效降低了Fe₂O₃、Al₂O₃、Na₂O、B₂O₃等物质与钢中钛的反应性，从而稳定了保护渣的性能；另外，本发明提供的保护渣大幅降低了渣中CaO含量，有效防止了高熔点钙钛矿的生产，确保了高钛钢浇注过程性能的稳定性。本发明提供的保护渣使用后，浇注出的高钛钢铸坯表面无裂纹，内部质量良好，无中心裂纹和中间裂纹，且实现了大于120分钟的连续浇注。

本发明提供的保护渣中CaO含量非常低，避免了TiO₂进入到保护渣中生成高熔点的钙钛矿，导致保护渣性能恶化；未添加Na₂O、K₂O、B₂O₃、Fe₂O₃等会与钛反应的熔剂，防止了这些熔剂因与钛反应带来的保护渣性能变化较大的问题；同时也防止了保护渣中这些低熔点物相含量过高后，烧结层增厚，液渣消耗降低，导致连铸断浇的问题；SiO₂是主要的网络形成体，适当含量的SiO₂能有效保持保护渣结构及性能的稳定性；添加3~10wt%的Li₂O组分，Li₂O的加入能有效且稳定地协调保护渣的性能，Li₂O不与钢水中[Ti]反应且其调节保护渣性能作用明显，因此Li₂O是高钛钢保护渣中助溶剂的良好选择；本发明提供的保护渣的理化性能为熔点：850℃~1150℃、粘度：0.08~0.28 Pa·S，析晶率：82~100%，不仅能有效协调控制润滑和传热特性，还具有很强的吸收TiO₂夹杂的能力，且该渣系能在连续浇注120分钟后，保护渣性能稳定。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明提供了一种高钛钢用连铸保护渣，成分为：

0~6wt%的CaO；

20~30wt%的SiO₂；

0~10wt%的Fe₂O₃；

5~14wt%的F；

3~10wt%的Li₂O；

35~50wt%的BaO；

3~15wt%的C；

余量为杂质。

在本发明中，所述CaO的质量含量优选为1~5%，更优选为2~4%，最优选为3%；所述SiO₂的质量含量优选为23~27%，更优选为25%；所述Fe₂O₃的质量含量优选为2~8%，更优选为3~6%，最优选为4~5%；所述F的质量含量优选为6~12%，更优选为8~10%，最优选为9%；所述Li₂O的质量含量优选为4~8%，更优选为5~7%，最优选为6%；所述BaO的质量含量优选为40~45%，更优选为42~43%；所述C的质量含量优选为5~12%，更优选为8~10%，最优选为9%。

在本发明中，所述杂质中Na₂O+K₂O+B₂O₃+Fe₂O₃的总质量含量优选≤3%。

本发明提供的高钛钢用连铸保护渣的熔点优选为850℃~1150℃，粘度优选为0.08~0.28 Pa·S，析晶率优选为82~100%。

本发明提供了一种上述技术方案所述的高钛钢用连铸渣的制备方法，包括：

将铝矾土、氧化铝、碳酸钡、氟化钡，萤石、石英砂、碳酸锂和碳质材料制备得到高钛钢用连铸保护渣。

在本发明中，所述铝矾土中Al₂O₃的质量含量优选>77%。

在本发明中，所述氧化铝优选为电解铝用氧化铝；所述氧化铝中Al₂O₃的质量含量优选>77%。

在本发明中，所述碳酸钡中BaCO₃的质量含量优选>96%，所述氟化钡中 BaF₂的质量含量优选>96%，所述萤石中CaF₂的质量含量优选>86%，所述石英砂中SiO₂的质量含量优选>92%，所述碳酸锂中Li₂CO₃的质量含量优选>97%，所述碳质材料中 C的质量含量优选>95%。

在本发明中，所述高钛钢用连铸渣的制备方法优选包括：

将铝矾土、氧化铝、碳酸钡、氟化钡，萤石、石英砂、碳酸锂和碳质材料混合后造球烘干，熔炼后冷却、烘干，得到保护渣预熔料；

将所述保护渣预熔料制备成高钛钢用连铸保护渣。

在本发明中，所述混合过程中优选进行研磨；所述混合后得到的混合物的粒度优选为1mm~5mm，更优选为2~4mm，最优选为3mm。

在本发明中，所述混合后优选还包括：

将得到的混合物和水混合后进行造球。

在本发明中，所述水的质量优选为混合物质量的10~20%，更优选为13~17%，最优选为15%。

本发明对所述造球和烘干的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的方法进行造球和烘干的方法即可。

在本发明中，所述熔炼优选在感应炉或其他熔炼设备中进行；所述熔炼优选为将烘干后的球团熔融为液态。

本发明对所述冷却、烘干和破碎的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的冷却、烘干和破碎的方法即可。在本发明中，所述破碎后的产物粒径优选小于5mm。

本发明对所述预熔料制备保护渣的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的保护渣的制备方法即可。

在本发明中，所述保护渣的制备方法优选包括：

将所述保护渣预熔料破碎后和碳质材料混合，得到混合物；

将所述混合物和水、粘结剂混合，得到浆料；

将所述浆料造粒后烘干，得到高钛钢用连铸保护渣。

在本发明中，所述破碎优选为破碎加工到200目以下。

在本发明中，所述混合优选在精磨机中进行。

在本发明中，所述水的质量优选为保护渣预熔料质量的0.7~1.1倍，更优选为0.8~1倍，最优选为0.9倍。

在本发明中，所述粘结剂优选为纤维素粘结剂。

在本发明中，所述粘结剂的质量优选为保护渣预熔料质量的1.5~1.8%，更优选为1.6~1.7%。

在本发明中，所述混合优选为精磨；所述精磨的时间优选为40~70分钟，更优选为50~60分钟，最优选为55分钟。

在本发明中，所述造粒的方法优选为喷雾造空心颗粒。

在本发明中，所述烘干优选为采用干燥塔烘干。

在本发明中，所述高钛钢用连铸保护渣中的水分优选＜0.6wt%；粒度优选为0.01~1.5mm，更优选为0.05~1mm，更优选为0.1~0.8mm，更优选为0.2~0.6mm，最优选为0.3~0.5mm。

本发明提供的保护渣中CaO含量非常低，避免了TiO₂进入到保护渣中生成高熔点的钙钛矿，导致保护渣性能恶化；未添加Na₂O、K₂O、B₂O₃、Fe₂O₃等会与钛反应的熔剂，防止了这些熔剂因与钛反应带来的保护渣性能变化较大的问题；同时也防止了保护渣中这些低熔点物相含量过高后，烧结层增厚，液渣消耗降低，导致连铸断浇的问题；SiO₂是主要的网络形成体，适当含量的SiO₂能有效保持保护渣结构及性能的稳定性；添加3~10wt%的Li₂O组分，Li₂O的加入能有效且稳定地协调保护渣的性能，Li₂O不与钢水中[Ti]反应且其调节保护渣性能作用明显，因此Li₂O是高钛钢保护渣中助溶剂的良好选择；本发明提供的保护渣的理化性能为熔点：850℃~1150℃、粘度：0.08~0.28 Pa·S，析晶率：82~100%，不仅能有效协调控制润滑和传热特性，还具有很强的吸收TiO₂夹杂的能力，且该渣系能在连续浇注120分钟后，保护渣性能稳定。

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。鉴于本领域的技术人员在连铸领域开展了大量的保护渣设计以及连铸工艺方面的研究工作，在理论与实践方面均积累了大量的、丰富的经验。在认真阅读了本实施例及其相应的分析后，一定能够根据其它的具体条件，在本发明提出的工艺技术或者渣料组分及其相应比例的范围内，（至多再做几次有限的常规试验）具体的选择出几组满足其它条件的保护渣等渣料配方，以实现本发明所述的技术效果。所以，以下仅举出部分实施例。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1~4

将铝矾土、电解铝用氧化铝、碳酸钡、氟化钡、萤石、石英砂、碳酸锂和碳质材料配料后进行研磨，得到粒径均为1mm~5mm的粉末；搅拌混匀后，再加入10~20%的水，再进行搅拌直至均匀，然后进行造球、烘干，将烘干的球进感应炉冶炼至球完全熔融为液态，再冷却、烘干、破碎（破碎后粒径小于5mm）后得保护渣预熔料，再按保护渣常规工艺制备，将预熔料破碎加工到200目以下，加入碳质材料后一起放入精磨机中，配入1倍的水（水的质量为预熔料质量的1倍），1.6%的纤维素粘结剂（纤维素粘结剂的质量为预熔料质量的1.6%），精磨50分钟后的得到浆料；将所述浆料进行喷雾造空心颗粒后进入干燥塔烘干，得到保护渣；将保护渣装入密封袋，水分小于0.6wt%，粒度0.01~1.5mm。

采用粘度仪和半球点熔点测试方法测试保护渣的粘度和熔点，析晶率的检测方法为：采用图像软件对保护渣的断口进行观测，得到晶体比例；用荧光分析方法对保护渣成分进行检测分析，对实施例制备的高钛钢用连铸保护渣进行检测，检测结果如表1所示。

采用本发明实施例制备的连铸保护渣浇注钢中Ti含量0.3~2.0%的钢种且浇注时间≥120分钟，得到的铸坯表面无横向和纵向裂纹，内部无疏松和裂纹。

本发明提供的保护渣中CaO含量非常低，避免了TiO₂进入到保护渣中生成高熔点的钙钛矿，导致保护渣性能恶化；未添加Na₂O、K₂O、B₂O₃、Fe₂O₃等会与钛反应的熔剂，防止了这些熔剂因与钛反应带来的保护渣性能变化较大的问题；同时也防止了保护渣中这些低熔点物相含量过高后，烧结层增厚，液渣消耗降低，导致连铸断浇的问题；SiO₂是主要的网络形成体，适当含量的SiO₂能有效保持保护渣结构及性能的稳定性；添加3~10wt%的Li₂O组分，Li₂O的加入能有效且稳定地协调保护渣的性能，Li₂O不与钢水中[Ti]反应且其调节保护渣性能作用明显，因此Li₂O是高钛钢保护渣中助溶剂的良好选择；本发明提供的保护渣的理化性能为熔点：850℃~1150℃、粘度：0.08~0.28 Pa·S，析晶率：82~100%，不仅能有效协调控制润滑和传热特性，还具有很强的吸收TiO₂夹杂的能力，且该渣系能在连续浇注120分钟后，保护渣性能稳定。

虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。

Claims (9)

1.一种高钛钢用连铸保护渣，其特征在于，成分由以下原料组成：

1~5wt%的CaO；

20~30wt%的SiO₂；

0~10wt%的Al₂O₃；

5~14wt%的F；

3~10wt%的Li₂O；

35~50wt%的BaO；

3~15wt%的C；

余量为杂质，不添加Na₂O、K₂O、B₂O₃、Fe₂O₃。

2.根据权利要求1所述的高钛钢用连铸保护渣，其特征在于，所述SiO₂的质量含量为23~27%。

3.根据权利要求1所述的高钛钢用连铸保护渣，其特征在于，所述Al₂O₃的质量含量为2~8%。

4.根据权利要求1所述的高钛钢用连铸保护渣，其特征在于，所述F的质量含量为6~12%。

5.根据权利要求1所述的高钛钢用连铸保护渣，其特征在于，所述Li₂O的质量含量为4~8%。

6.根据权利要求1所述的高钛钢用连铸保护渣，其特征在于，所述BaO的质量含量为40~45%。

7.根据权利要求1所述的高钛钢用连铸保护渣，其特征在于，所述C的质量含量为5~12%。

8.根据权利要求1所述的高钛钢用连铸保护渣，其特征在于，所述高钛钢用连铸保护渣的熔点为850℃~1150℃，粘度为0.08~0.28 Pa·S，析晶率为82~100%。

9.一种权利要求1所述的高钛钢用连铸保护渣的制备方法，其特征在于，包括：

将铝矾土、氧化铝、碳酸钡、氟化钡、萤石、石英砂、碳酸锂和碳质材料制备得到高钛钢用连铸保护渣。