CN114247860A

CN114247860A - 一种浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣

Info

Publication number: CN114247860A
Application number: CN202010992184.XA
Authority: CN
Inventors: 李玉娣; 左康林
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2022-03-29

Abstract

本发明公开了一种浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣，主要解决现有板坯连铸机浇铸中碳钢板坯过程中表面纵向裂纹发生率高的技术问题。技术方案为，一种浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣，其组成成分的重量百分比为：SiO₂24‑30％,CaO 31.5‑37.5％，Al₂O₃2‑5％，MgO 0‑2％，R₂O 6.5‑10.5％，F^‑6‑11％，F_c 2‑5％，CMC‑Na 2.0‑2.4％，余量为不可避免的杂质；所述保护渣的二元碱度为1.26‑1.38。本发明保护渣在1300℃时的粘度为0.07‑0.17Pa·S；使得板坯连铸机浇铸中碳钢板坯过程中表面纵向裂纹发生率降至1.5％以下。

Description

一种浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣

技术领域

本发明涉及板坯连铸机浇铸钢水生产中连铸结晶器用保护渣，特别涉及一种浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣，属于炼钢用冶金辅料技术领域。

背景技术

表面纵向裂纹简称纵裂，是连铸坯生产过程中时常发生的一种表面缺陷。连铸坯的表面纵裂，是指出现在铸坯表面且平行于浇铸方向的裂纹缺陷。板坯的纵裂纹多发生在宽面的中间附近。连铸坯表面纵裂形成的主要原因是结晶器的弯月面附近初生坯壳厚度生长不均，连铸坯在结晶器内形成微小裂纹后，出结晶器后在扇形段二冷区继续扩展。

现有工艺在生产Q235B、Q345B等钢种过程中，铸坯发生较为严重的表面纵裂纹缺陷，缺陷率曾一度达到6.08％，严重影响了产品质量及生产顺行。现有技术通常在二冷区采用弱冷制度以及采用高碱度保护渣来降低包晶钢板坯纵裂纹的发生。

申请公开号为CN103990770A公开一种高碱度高润滑性连铸结晶器保护渣以及包晶钢板坯连铸的方法；该发明保护渣的碱度为1.40-1.90,1300℃下的粘度为0.02-0.15Pa·S，熔点为1020-1150℃该碱度范围的连铸保护渣，虽然纵裂纹缺陷有所缓解，但连铸漏钢预报率很高，铸坯有粘结漏钢的风险。

申请公开号CN101992283A公开一种防止包晶钢连铸坯产生裂纹的方法；该发明包括采用保护渣碱度为1.3-1.5，1300℃下的粘度为0.03-0.07Pa·S；结晶器采取正弦振动，振频150-198min-1，振幅5.0-8.0mm；将结晶器水量减少5％-10％，即结晶器宽边水流密度4200-4600l/min，窄面水流密度为330-350l/min。保护渣的粘度必须与拉速匹配，该粘度范围的保护渣适合较高的连铸浇铸速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣，主要解决现有板坯连铸机浇铸中碳钢板坯过程中表面纵向裂纹发生率高的技术问题。

本发明的技术思路是提供一种合适碱度的保护渣，以提高保护渣的析晶性能，同时配合加入适量的熔剂，在保证高析晶率的基础上，控制保护渣具备一定的润滑性能，有效地协调连铸浇铸过程中传热与润滑的矛盾，既减少中碳钢板坯表面纵裂纹缺陷发生，又防止浇铸过程中板坯发生粘结报警以及漏钢事故的发生，可以将中碳钢的纵裂纹缺陷降级率从现有的6.08％降低到1.5％以下。

本发明采用的技术方案是，一种浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣，其组成成分的重量百分比为：SiO₂ 24-30％,CaO 31.5-37.5％，Al₂O₃ 2-5％，MgO 0-2％，R₂O 6.5-10.5％，F^-6-11％，F_c 2-5％，CMC-Na 2.0-2.4％，Al₂O₃、R₂O、F^-和MgO四种组分的重量百分比之和为14.5-28.5％，余量为不可避免的杂质；所述保护渣的二元碱度(CaO/SiO₂)为1.26-1.38。

所述保护渣的的物理性能，熔化温度(半球点温度)为1060-1120℃，1300℃时的粘度为0.07-0.17Pa·S。

本发明所述的浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

碱度：随着碱度的增大，保护渣中的CaO含量增大，而CaO能够破坏硅酸盐的网状结构，使保护渣熔渣的粘度减小，离子迁移的位阻降低，保护渣的结晶温度升高。本发明的保护渣既要考虑板坯浇铸过程中的纵裂，又要防止漏钢预报的发生，需要综合考虑保护渣的玻璃性和结晶性，因此将保护渣碱度设定为1.26-1.38。

Al₂O₃：保护渣中的Al₂O₃能结合氧离子生成复杂的阴离子，增大复合硅氧离子形成的链状或网状结构，使硅酸盐熔渣结构更加紧密，保护渣粘度增大，这使得晶体所需离子的迁移位阻增大，降低了保护渣的结晶温度。根据保护渣防裂纹的需求，将保护渣中的Al₂O₃含量设定在2-5％。

F^-：随着保护渣中氟含量的增大，粘度降低，保护渣中枪晶石含量增大，熔体的扩散更容易，有利于晶核的形成和长大，从而提高保护渣结晶速度。当F^-为11％试样的临界冷却速度为18℃/s，达到保护渣控制结晶器传热的结晶要求的上限。因此，将保护渣中的F^-含量设定为6-11％。

MgO：MgO作为助熔剂的助熔效果不及R₂O和F^-等明显，同时，当MgO含量较高时，MgO可以与Al₂O₃反应生产高熔点的镁铝尖晶石，使保护渣性能恶化。本发明中的MgO为原料的杂质带入，为了不影响保护渣的使用效果，控制MgO在0-2％。

R₂O：Na₂O、K₂O等溶剂均能显著降低保护渣的熔化温度，改善渣的流动性，改善保护渣润滑效果和吸收夹杂能力，有效防止粘结漏钢的产生。但Na₂O含量过高，可能会析出高熔点物质霞石(Na₂O·Al₂O₃·SiO₂)，使保护渣熔点升高。综合考虑各熔剂效果，R₂O的合适的添加范围为6.5-10.5％。

F_c：在连铸浇铸过程中，保护渣中的碳起骨架和调节保护渣熔融特性的作用。当保护渣和钢水接触后，保护渣中的碳将逐渐燃烧，使保护渣逐渐熔化，形成液渣层。随着碳素材料量的增加，熔化速率降低。熔化速度是保护渣的一个重要特性，生产中应维持适量值，因为熔化过快，保护渣的粉渣层不易保持，保护渣绝热效果差；熔化过慢，液渣层太薄，吸收夹杂能力差，铸坯表面质量恶化。考虑中碳钢的浇铸特性，将保护渣中的F_c控制在2-5％。

CMC-Na：在制备保护渣过程中，在粉渣中加入纤维素粘结剂做成空心颗粒保护渣，增加保护渣使用过程中的透气性，减少粉尘污染，粘结剂的加入量控制在2-2.4％。

由于结晶器中的传热行为严重影响着铸坯的表面质量，控制结晶器传热是连铸生产过程中的一个重要方面。若结晶器中的热流过大而影响结晶器传热的均匀性，将会导致铸坯表面发生纵裂纹。而结晶器热流过小，又会导致坯壳厚度太薄而增加拉漏的风险。而保护渣对铸坯的润滑和传热，主要靠铸坯和结晶器壁间的渣膜来实现，中碳钢保护渣渣膜以结晶相为主。

本发明用较高的碱度，碱度为1.26-1.38，增加保护渣的结晶率，保证发明的保护渣析晶率在85-95％，以降低连铸坯表面纵裂纹的发生率。同时，为防止析晶率过高而引起粘结漏钢，保护渣中配入的Al₂O₃、R₂O、F^-、MgO等熔剂，使得保护渣中有5-15％的玻璃态，保证浇铸过程中的润滑，因此，虽然对碱度和熔剂的加入量做了单独控制，同时需要保证碱度为1.26-1.38，和熔剂(Al₂O₃、R₂O、F^-、MgO)总和范围在14.5-28.5％。

上述浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣的制备方法，包括以下步骤：

1)按配比称量水泥熟料、硅灰石、熟铝矾土、石英砂、氟化钠，依次进行破碎、搅拌和预熔，得到预熔料，对预熔料进行磨细，控制预熔料粒度<200目；

2)按配比称量炭黑、石墨，进行磨粉，与步骤1)所述的预熔料混匀，混匀后得到混合粉；

3)将混合粉、水和纤维素粘结剂按比例放入精磨机中精磨制成浆料，精磨时间为50～80分钟；所述浆料组分的重量百分比为混合粉49-50％，水49-50％，纤维素粘结剂1-1.2％，各组分的重量百分比之和为100％；

4)将步骤3)得到的浆料喷雾干燥制粒，得到成品保护渣。

本发明纤维素粘结剂的主要组分为羧甲基纤维素钠CMC-Na。

本发明的原料包括，水泥熟料、硅灰石、熟铝矾土、石英砂、氟化钠、炭黑、石墨、纤维素粘结剂；本发明保护渣原料组分的重量百分比为，水泥熟料35-45％，硅灰石20-30％，熟铝矾土2-5％，石英砂5-9％，氟化钠12-22％，炭黑1-3％，石墨2-4％，纤维素粘结剂2.0-2.4％；各原料组分的重量百分比之和为100％。本发明保护渣原料均为工业原料，所述的原料其组成成分的重量百分比为：

水泥熟料：CaO 62～64％，SiO₂ 20～23％；

硅灰石：CaO 40～44％，SiO₂ 50～55％，Al₂O₃<1.5％，MgO 1～3％；

熟铝矾土：SiO₂ 3～7％，l₂O₃ 75～85％，MgO 1～3％，Fe₂O₃ 2～4％；

石英砂：SiO₂≥96％；

氟化钠：NaF≥98％；

炭黑：C≥98.5％；

石墨：C≥95％；

纤维素粘结剂：CMC-Na≥98％。

本发明相比现有技术有如下积极效果：1、本发明保护渣具有合适的碱度，保证浇铸过程中保护渣的高析晶率，达到结晶器缓冷的目的，减少中碳钢板坯纵裂纹的发生，同时配合加入适量的熔剂，在保证高析晶率的基础上，控制保护渣具备一定的润滑性能，降低浇铸过程中粘结漏钢的风险，有效地协调连铸浇铸过程中传热与润滑的矛盾，保证生产的顺行。2、采用本发明保护渣板使得板坯连铸机浇铸中碳钢板坯过程中表面纵向裂纹发生率降至1.5％以下。

具体实施方式

下面结合实施例1～5对本发明做进一步说明，如表1所示。

表1为本发明实施例保护渣的组成成分(按重量百分比计)，余量为不可避免的杂质。

表1本发明实施例保护渣组成成分，单位：重量百分比。

组分	F<sub>c</sub>	CaO	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO	R<sub>2</sub>O	F<sup>-</sup>	CMC-Na
									本发明	2-5	31.5-37.5	24-30	2-5	0-2	6.5-10.5	6-11	2.0-2.4
实施例1	4.1	36.6	27.4	3.7	1.6	7.5	7.5	2.1
									实施例2	3.8	36.1	28.1	4.4	1.3	8.5	8.5	2.3
实施例3	3.5	37.1	29.2	3.5	1.1	8.3	8.3	2.3
									实施例4	3.0	33.8	30	2.2	0.4	10.3	6.7	2.0
实施例5	2.8	35.4	25.8	4.7	0.7	9.5	6.2	2.0

本发明实施例1-5，开浇渣的二元碱度值分别为1.31，1.29，1.27，1.27，1.37；熔化温度(半球点温度)分别为1095℃，1087℃，1091℃，1074℃，1081℃；1300℃时的粘度分别为0.13Pa·s，0.14Pa·s，0.15Pa·s，0.12Pa·s，0.12Pa·s。

本发明实施例保护渣用于中碳钢生产，生产钢种Q345B；在连铸浇注过程中浇注断面为230mm*930～1650mm，拉速为0.9m/min～1.4m/min。

实施例1，保护渣平均渣耗量0.43Kg/吨钢，液渣层厚度8～15mm。试验结果表面，该结晶器保护渣铺展性良好、烟雾少，加入保护渣后结晶器渣面化渣情况良好，无结团结块，保护渣熔融三层结构较稳定。浇铸的板坯表面光滑无残留物，结晶器热电偶温度平稳，共生产板坯242块板坯，板坯纵裂发生率由实施前的6.08％下降为1.2％，连铸过程无漏钢预报发生。

实施例2，保护渣平均渣耗量0.44Kg/吨钢，液渣层厚度9～14mm。试验结果表面，该结晶器保护渣铺展性良好、烟雾少，加入保护渣后结晶器渣面化渣情况良好，无结团结块，保护渣熔融三层结构较稳定。浇铸的板坯表面光滑无残留物，结晶器热电偶温度平稳，共生产板坯182块板坯，板坯纵裂发生率由实施前的6.08％下降为1.3％，连铸过程无漏钢预报发生。

实施例3，保护渣平均渣耗量0.43Kg/吨钢，液渣层厚度9～15mm。试验结果表面，该结晶器保护渣铺展性良好、烟雾少，加入保护渣后结晶器渣面化渣情况良好，无结团结块，保护渣熔融三层结构较稳定。浇铸的板坯表面光滑无残留物，结晶器热电偶温度平稳，共生产板坯260块板坯，板坯纵裂发生率由实施前的6.08％下降为1.1％，连铸过程无漏钢预报发生。

实施例4，保护渣平均渣耗量0.39Kg/吨钢，液渣层厚度7-14mm。试验结果表面，该结晶器保护渣铺展性良好、烟雾少，加入保护渣后结晶器渣面化渣情况良好，无结团结块，保护渣熔融三层结构较稳定。浇铸的板坯表面光滑无残留物，结晶器热电偶温度平稳，共生产板坯156块板坯，板坯纵裂发生率由实施前的6.08％下降为1.4％，连铸过程无漏钢预报发生。

实施例5，保护渣平均渣耗量0.34Kg/吨钢，液渣层厚度8-14mm。试验结果表面，该结晶器保护渣铺展性良好、烟雾少，加入保护渣后结晶器渣面化渣情况良好，无结团结块，保护渣熔融三层结构较稳定。浇铸的板坯表面光滑无残留物，结晶器热电偶温度平稳，共生产板坯284块板坯，板坯纵裂发生率由实施前的6.08％下降为1.4％，连铸过程无漏钢预报发生。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣，其组成成分的重量百分比为：SiO₂ 24-30％,CaO 31.5-37.5％，Al₂O₃ 2-5％，MgO 0-2％，R₂O 6.5-10.5％，F^- 6-11％，F_c 2-5％，CMC-Na2.0-2.4％，Al₂O₃、R₂O、F^-和MgO四种组分的重量百分比之和为14.5-28.5％，余量为不可避免的杂质；所述保护渣的二元碱度为1.26-1.38；保护渣在1300℃时的粘度为0.07-0.17Pa·S；保护渣的熔点温度，即半球点温度为1060-1120℃。

2.如权利要求1所述的浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣，其特征是，所述的保护渣由水泥熟料、硅灰石、熟铝矾土、石英砂、氟化钠、炭黑、石墨、纤维素粘结剂这些原料按权利要求1成分配制。

3.如权利要求1所述的浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣，其特征是，所述保护渣的原料组分的重量百分比为，水泥熟料35-45％，硅灰石20-30％，熟铝矾土2-5％，石英砂5-9％，氟化钠12-22％，炭黑1-3％，石墨2-4％，纤维素粘结剂2.0-2.4％；各原料组分的重量百分比之和为100％。

4.如权利要求2或3所述的浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣，其特征是，所述的原料其组成成分的重量百分比为，水泥熟料：CaO 62～64％，SiO₂ 20～23％；硅灰石：CaO 40～44％，SiO₂50～55％，Al₂O₃<1.5％，MgO 1～3％；熟铝矾土：SiO₂ 3～7％，Al₂O₃ 75～85％，MgO 1～3％，Fe₂O₃2～4％；石英砂：SiO₂≥96％；氟化钠：NaF≥98％；炭黑：C≥98.5％；石墨：C≥95％；纤维素粘结剂：CMC-Na≥98％。

5.一种浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣的制备方法，其特征是，保护渣原料包括，水泥熟料、硅灰石、熟铝矾土、石英砂、氟化钠、炭黑、石墨和纤维素粘结剂，包括以下步骤：

1)按权利要求3所述的配比称量水泥熟料、硅灰石、熟铝矾土、石英砂、氟化钠，依次进行破碎、搅拌和预熔，得到预熔料，对预熔料进行磨细，控制预熔料粒度<200目；

2)按权利要求3所述的配比称量炭黑、石墨，进行磨粉，与步骤1)所述的预熔料混匀，混匀后得到混合粉；

3)按权利要求3所述的配比称量纤维素粘结剂，将混合粉、水和纤维素粘结剂按比例放入精磨机中精磨制成浆料，精磨时间为50～80分钟；所述浆料组分的重量百分比为混合粉49-50％，水49-50％，纤维素粘结剂1-1.2％，各组分的重量百分比之和为100％；

4)将步骤3)得到的浆料喷雾干燥制粒，得到成品保护渣。

6.如权利要求5所述的一种浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣的制备方法，其特征是，所述的原料其组成成分的重量百分比为，水泥熟料：CaO 62～64％，SiO₂ 20～23％；硅灰石：CaO 40～44％，SiO₂ 50～55％，Al₂O₃<1.5％，MgO 1～3％；熟铝矾土：SiO₂ 3～7％，Al₂O₃ 75～85％，MgO 1～3％，Fe₂O₃ 2～4％；石英砂：SiO₂≥96％；氟化钠：NaF≥98％；炭黑：C≥98.5％；石墨：C≥95％；纤维素粘结剂：CMC-Na≥98％。

7.如权利要求5所述的一种浇铸中碳钢用连铸结晶器保护渣的制备方法，其特征是，所述保护渣的二元碱度为1.26-1.38；保护渣在1300℃时的粘度为0.07-0.17Pa·S；保护渣的熔点温度，即半球点温度为1060-1120℃。