CN1245266C - 超低碳钢用连铸保护渣 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超低碳钢用连铸保护渣，通过在保护渣中加入硼系、类ATH系、铝酸钠等阻燃剂中的一种或几种，其用量占总量的0.5～5.0%，以延缓保护渣中碳的氧化速度，使得保护渣中的碳更有效的发挥其控制熔化速度和起骨架材料的作用，从而减少保护渣中碳的加入量，达到防止铸坯增碳的目的，能有效实现超低碳钢的生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种连铸保护渣，尤其涉及一种超低碳钢用连铸保护渣。
背景技术
连铸保护渣是钢水连续铸造过程中加入到结晶器内覆盖在钢水表面的一种人工合成的辅助材料。它由含CaO、SiO2、Al2O3、MgO、F、Na2O等成分的矿物原料经处理后，再配入控制熔化速度和起骨架作用的碳素材料加工而成。
保护渣加入结晶器钢水面上具有隔绝空气，防止钢水氧化，减少钢液面热损失，吸收上浮至钢液表面的非金属夹杂物，在结晶器和铸坯之间形成渣膜起润滑作用，控制铸坯向结晶器的传热等冶金功能。而保护渣的熔化速度直接影响着保护渣的冶金功能。目前，控制保护渣熔化速度的材料是碳素材料，因钢种、铸坯的尺寸、铸坯的形状、拉速等工艺参数的不同保护渣中碳素材料的加入量也不同，一般在2～15％左右。
随着社会的发展，以IF钢为代表的超低碳钢的应用越来越广泛，且对碳的要求也越来越低，从50ppm到30ppm甚至要求在20ppm以下。在超低碳钢的连铸过程中，比较突出的问题之一是保护渣会造成钢水或铸坯的增碳。保护渣之所以会对钢水或铸坯增碳，其根本原因是由于保护渣内配入了控制其熔化速度和起骨架作用的碳素材料。由于种种原因(如液面波动等)造成钢水或初生的坯壳与碳素材料接触就导致钢水或铸坯增碳。
如何防止超低碳钢在生产过程中增碳是生产此类钢种的关键之一。美国内陆钢厂的G.Skoczylas研究了保护渣中碳含量对铸坯增碳的影响，如图1所示，随着保护渣的含碳量的增加，铸坯增碳也上升。研究表明，减少保护渣中碳的配入量可以有效防止连铸过程中钢水或铸坯增碳。含碳量小于30ppm的超低碳钢，特别是小于20ppm的超低碳钢，如果采用含碳量的高的连铸保护渣浇注，就可能因为保护渣引起钢水或铸坯增碳而不能满足超低碳钢的连铸要求。因此超低碳钢在连铸过程中应尽可能使用含碳量低的保护渣，避免因保护渣中的碳素材料而引起钢水或铸坯增碳。
现有的超低碳钢用保护渣一般碳含量在1.5～2.5％之间。这不利于超低碳钢，特别是含碳量在20ppm以下的钢种的生产。在不影响保护渣熔化速度的前提下，如何降低保护渣中的碳的含量，国内外学者采用了多种方法，主要归结两类：
一是寻求碳素材料的替代物，是防止保护渣中碳素材料引起增碳的有效方法。例如，文献《铁与钢》1978年第10号(p58～67)刊登的“无碳保护渣的开发”一文介绍的是以BN替代保护渣中碳素材料的方法；专利US005356454A(特开平5-185195)也采用了以BN替代保护渣中碳素材料的方法。文献《韶关大学学报》1998年第3期(p112～120)刊登的“关于碳化硅作为超低碳钢连铸结晶器保护渣熔速调节剂的研究”一文介绍的是以SiC替代保护渣中碳素材料的方法，但是，由于这类替代物价格昂贵，且在使用过程中增加了保护渣的烧结倾向，使操作的稳定性下降；因此，没有大规模的推广应用的价值。
二是在保护渣中加入强还原性金属如SiCa粉，FeMn粉等，在保护渣的熔融过程中这些物质将优先与氧反应从而减缓碳素材料的氧化，这样可以减少碳素材料的配入量，从而达到防止铸坯增碳的目的。例如专利特开昭64-66056采用的就是加入0.5～5.0％的强还原性金属粉的方法。这类方法的不足在于：所添加的强还原性金属粉的化学活性比较大，在生产加工及运输过程中有特别的要求；另外，价格也比较贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超低碳钢用的可有效防止铸坯增碳的连铸保护渣。
本发明通过在保护渣中加入阻燃剂，延缓保护渣中碳的氧化速度，使得保护渣中的碳更有效的发挥其控制熔化速度和起骨架材料的作用，从而减少保护渣中碳的配入量，达到防止铸坯增碳的目的。
加在结晶器钢水面上的连铸保护渣，随着作为骨架的碳素材料的燃烧，渣滴的聚合，最终在钢水面上形成液渣，液渣不断地流入铸坯与结晶器壁之间，同时固体保护渣又不断地熔化，二者达到平衡后在钢水面上形成一定厚度的液渣层。保护渣的熔化过程实际上是碳素材料粒子的氧化，渣滴不断聚合的过程。
本发明的原理就是在保护渣中加入一定量的阻燃剂，由于阻燃剂的存在，保护渣中碳的氧化速度就变缓，这样一来，可使得在保护渣中加入少量的碳就可以控制好保护渣的熔化速度和起骨架作用。
本发明的超低碳钢用连铸保护渣，含有以下成分(重量百分比)，
基材 90.0～96.0％
碳素材料 0.4～0.95％
阻燃剂 0.5～5.0％
粘结剂 0.5～4.5％。
其中，阻燃剂为硼系、类ATH系、铝酸钠中的一种或一种以上。
所述的基材的成分为：CaO、SiO2、Al2O3、MgO、F、Na2O。
其中粘结剂为面粉、水玻璃、CMC等其中的一种或几种。
其中基材的各组份占保护渣总量的重量百分比为
CaO+MgO 33.0～41.0
SiO2+Al2O3 34.0～45.0
Na2O+F-+Li2O 10.0～19.0
CaO与SiO2的比例为 0.80～1.00
本发明是一种适用于板坯连铸的超低碳钢用保护渣。其基材含有CaO、SiO2、Al2O3、MgO、F、Na2O等成分的，其用量占总量的90.0～96.0％。
基材是由硅灰石、萤石、水泥熟料、矾土、镁砂、苏打等一定的成分配比加工而成。
制造方法：
将上述三部分原料按设计的成分经磨粉、混匀后加入粘结剂等，通过挤压或喷雾造粒后，加工成颗粒状或中空球状连铸保护渣。
要使连铸保护渣能很好的吸收夹杂物，在铸坯与结晶器之间起很好的润滑作用，能合适的控制铸坯与结晶器之间的传热等，则保护渣加入到结晶器内后必须形成合适的液渣层厚度。液渣层厚度与保护渣的熔化速度直相关，而保护渣的熔化速度是由碳素材料控制的。因此，通常保护渣从本质上讲是含由含CaO、SiO2、Al2O3、MgO、F、Na2O等成分的矿物原料经处理后制成基材，再配入控制熔化速度和起骨架作用的碳素材料两部分组成。
本发明为了获得含碳量低，而熔化速度合适的超低碳钢用保护渣采用的方法是：在保护渣中加入了硼系、类ATH系、铝酸钠等阻燃剂，以延缓保护渣中碳的氧化速度，使得保护渣中的碳更有效的发挥其控制熔化速度和起骨架材料的作用，从而减少了保护渣中碳的配入量，有效实现超低碳钢的生产。这与现有的降低保护渣中碳的方法是不同的，是本发明与现有技术的主要区别。另外，阻燃剂的价格也比较便宜。
附图说明
图1为保护渣中碳含量对铸坯增碳的影响曲线图。
图2为发明例和比较例的熔化速度指数。
图3为发明例和比较例对钢水增碳的影响。
具体实施方式
将本发明的超低碳钢用保护渣与原有保护渣(比较例1、2、3、4)在100公斤感应炉上进行使用试验。采用本发明的保护渣，可有效防止钢水或铸坯增碳。具体实施例见表1。图1是发明例和比较例的熔化速度对比，图2是发明例和比较例对钢水增碳的影响。由图1可知，采用本发明的技术将保护渣的碳降下来后，保护渣的熔化速度仍可以得到控制；由图2可知，本发明的保护渣对钢水的增碳小，能满足超低碳钢的生产要求。
表1实施例保护渣及比较例保护渣主要成份和使用效果
| No. | 主要化学成分，％ | 使用效果 | |||||||||||||
| 阻燃剂 | 碳素材料 | 粘结剂 | 基材 | ||||||||||||
| 硼系 | ATH-1 | ATH-2 | 铝酸钠 | C | 面粉 | 水玻璃 | CMC | CaO+MgO | SiO2+Al2O3 | Na2O+F-+Li2O | CaO/SiO2 | 熔化速度 | 增碳情况 | ||
| 实施例 | F1 | 0.5 | 0 | 0.5 | 2.0 | 0.80 | 1.2 | 0 | 0.6 | 36.07 | 38.30 | 17.90 | 0.90 | ○ | - |
| F2 | 0 | 2.8 | 0 | 0 | 0.85 | 2.4 | 0 | 0 | 38.10 | 41.10 | 14.00 | 0.94 | ○ | - | |
| F3 | 2.0 | 1.5 | 0 | 0.5 | 0.70 | 0 | 0.8 | 1.0 | 37.11 | 43.10 | 12.50 | 0.92 | ○ | - | |
| F4 | 0 | 0 | 0 | 4.5 | 0.92 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 39.05 | 40.03 | 12.12 | 0.84 | ○ | - | |
| F5 | 0.8 | 2.0 | 0 | 0 | 0.50 | 0 | 0 | 3.5 | 35.33 | 44.28 | 10.90 | 0.82 | △ | - | |
| F6 | 3.5 | 0 | 0 | 0 | 0.80 | 0 | 1.0 | 1.6 | 40.68 | 36.79 | 13.80 | 0.98 | ○ | - | |
| F7 | 1.0 | 0.5 | 0 | 1.5 | 0.60 | 1.5 | 0.5 | 0 | 36.0 | 42.0 | 15.80 | 0.85 | ○ | - | |
| F8 | 0 | 0 | 4.0 | 0 | 0.92 | 1.3 | 0 | 0.9 | 36.69 | 38.67 | 16.24 | 0.84 | ○ | - | |
| F9 | 2.4 | 0 | 1.0 | 0.8 | 0.50 | 0.6 | 0.6 | 0.5 | 37.15 | 39.26 | 16.80 | 0.88 | △ | - | |
| F10 | 0 | 0 | 1.4 | 1.0 | 0.75 | 1.6 | 0 | 0 | 35.75 | 43.68 | 15.35 | 0.86 | ○ | - | |
| F11 | 1.2 | 0 | 0 | 3.0 | 0.65 | 0 | 1.8 | 0.7 | 39.26 | 37.25 | 14.83 | 0.88 | ○ | - | |
| F12 | 1.4 | 0 | 2.0 | 0.5 | 0.90 | 0 | 4.0 | 0 | 40.21 | 36.08 | 13.89 | 0.90 | ○ | - | |
| 比较例 | B1 | 1.5 | 34.97 | 37.73 | 16.85 | 0.90 | ○ | + | |||||||
| B2 | 1.6 | 33.26 | 44.18 | 13.48 | 0.83 | ○ | + | ||||||||
| B3 | 2.8 | 33.34 | 41.69 | 14.54 | 0.83 | ○ | + | ||||||||
| 注：1.“○”表示熔化速度合适，“△”表示熔化速度稍快；2.“-”表示钢水不增碳，“+”表示增碳。 | |||||||||||||||
Claims (3)
1.一种超低碳钢用连铸保护渣，含有以下成分(重量百分比)，
基材 90.0～96.0％
碳素材料 0.4～0.95％
阻燃剂 0.5～5.0％
粘结剂 0.5～4.5％。
其中，所述的阻燃剂为硼系、类ATH系、铝酸钠中的一种或一种以上。
2.根据权利要求1所述的超低碳钢用连铸保护渣，其特征在于，其中基材各组份及其所占保护渣总量的重量百分比为
CaO+MgO 33.0～41.0
SiO2+Al2O3 34.0～45.0
Na2O+F-+Li2O 10.0～19.0
CaO与SiO2的比率 0.80～1.00。
3.根据权利要求1所述的超低碳钢用连铸保护渣，其特征在于，其中所述的粘结剂为面粉、水玻璃、CMC中的一种或一种以上。
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