CN1411931A - Csp薄板坯连铸结晶器保护渣 - Google Patents

Abstract

本发明涉及CSP薄板坯连铸结晶器保护渣，克服现有技术从薄板坯连铸过程中渣耗急剧下降，造成润滑不良和传热不均，造成粘结漏钢和铸坯表面质量差。包括熔化剂，碳酸钾，膨润土，石英，碳黑，增碳剂，粘结剂；熔化剂中Li₂O，BaO，MgO重量百分含量分别为1.0～2.5％，9％以内，3.0～6.0％。具有铺展性、熔化性、保温性能良好，窄面渣膜形成、拔热量稳定性方面好，玻璃性好，防止粘结性漏钢，铸坯表面少见夹渣，裹渣现象，使钢板表面平滑光亮。

Description

CSP薄板坯连铸结晶器保护渣

本发明涉及冶金辅料，特别是CSP薄板坯连铸结晶器保护渣。

连续铸钢技术的发展趋势，是实现连铸与轧钢工艺的衔接，使“铸”与“轧”更紧密地结合起来，实现最短的生产工艺流程，最大限度的节约能源和减少环境污染，提高金属收得率，缩短从钢水到成材的生产周期，获得尽可能高的技术经济效益。在这一大趋势一下，钢铁生产技术正在酝酿一场新的技术变革，首当其冲的是板带材生产领域，人们普遍认为这是冶金技术中的“高新技术”领域，引起了国际钢铁界的广泛关注一

1986年德国施罗曼西马克(SMS)公司在自己的立弯式试验机上，采用漏斗形结晶器成功的浇铸出了50mm×1600mm薄板坯后，于1989年为美国纽柯(Nucor)公司建成并投产了世界第一条生产板带材的薄板坯连铸连轧生产线，称之谓CSP带钢生产线。另外曼内斯曼德马克(MDH)、奥钢联(voest)、意大利的达涅利(Daneili)等公司，也在从事这方而的开发研究丁作。薄板坯连铸连轧技术的发展正处在方兴未艾之时，是国际冶金界普遍瞩目的技术。

我国也不例外，从七五开始，我国依靠自己力量就进行薄板坯连铸技术的开发研究，建成了漏斗型和等截面型两台薄板坯连铸试验机组，成功的浇出了薄板坯，但拉坯速度和铸坯质量还有待据高，实现工业化大生产仍有一段距离。我国虽然引进了CSP技术，但必要的辅助材料、备品备件仍需从国外进口。

从薄板坯连铸发展来看，一直困扰冶金学者的中要问题是：因高速连铸的高拉速使结晶器中的热流及摩擦力增大；水口处钢液流速增大，结晶器处的钢液面波动加剧；钢液在结晶器中停留时间短，坯壳厚度变薄；渣耗急剧下降，造成润滑不良和传热不均等原因，造成从常速连铸到高速连铸常常遇到两大难题——粘结漏钢和铸坯表面质量差。这主要与结晶器的内腔形状以及与之相适应的伸入式水口结构和保护渣的选择有关，因此，对薄板坯连铸结晶器内腔形状的设计，伸入式水口结构尺寸和适应的结晶器保护渣的研究，是目前实现薄板坯连铸工艺的重要前提。

本发明的目的是提一种实现SCP连铸连轧生产工艺相配套的快速供应，解决高速连铸中的粘结漏钢和铸坯表面质量差问题的CSP薄板坯连铸结晶器保护渣。

为实现本发明的目的，所述的CSP薄板坯连铸结晶器保护渣，包括熔化剂，碳酸钾，膨润土，石英，碳黑，增碳剂，粘结剂，其特征是所述的熔化剂中Li₂O重量百分含量为1.0～2.5％，BaO重量百分含量为9％以内。MgO重量百分含量为3.0～6.0％。

下面通过实施例，对本发明作进一步详述：

为实现本发明的目的，所述的CSP薄板坯连铸结晶器保护渣包括熔化剂，碳酸钾，膨润土，石英，碳黑，增碳剂，粘结剂，其重量百分含量分别为82％，3％，4％，6％，1％，2％，2％。所述的熔化剂中Li₂O重量百分含量为1.0～2.5％，BaO重量百分含量为9％以内。MgO重量百分含量为3.0～6.0％。所述的BaO重量百分含量为3.0～6.0％。

首先，本发明对国内外不同铸速板坯连铸保护渣物性进行了对比，总结出薄板坯连铸保护渣有如下特点；

(1)较低的粘度。

(2)较低的熔化温度。

(3)较低的结晶、软化温渡。

(4)较快的熔化速度和合理的熔融特性。

(5)较大的熔渣表面张力、合适的渣比重。

(6)良好的玻璃性、合适的碱度、平缓的粘度温度曲线。

(7)合适的热流密度。

为满足薄板坯连铸保护渣的特点要求，又作了以下基础研究；

(1)常规熔剂的分析。常用连铸保护渣基本上是采用CaF₂、Na₂O等助熔剂来降低保护渣的粘度和熔融温度，实践证明此方法是有效的。但若进一步降低粘度和熔融温度，势必加入更多的CaF₂和Na₂O。而渣中CaF₂含量过高会引起枪晶石(3CaO.2SiO₂.CaF₂)等高熔点物的析出，破坏熔渣的玻璃性，使润滑条件恶化。另外F^-离子含量过高还会对浸入式水口造成严重侵蚀。Na₂O属网络外体氧化物，能破坏硅酸盐网络结构，在保护渣中起降低熔融温度和粘度的作用。但具有促进熔渣结晶化的倾向，加入最过高，熔渣中易析出霞石(Na₂O.Al₂O₃，2SiO₂)，对结晶器的润滑不利，应限制其加入量。CaO办属网络外体氧化物，可提高保护渣的碱度，明显降低燃渣的粘度，并对吸收氧化物夹杂有利，高碱度的保护渣可提高溶解、吸收夹杂物的速度。但碱性液的粘度随温度变化较大，当冷却到液相线温度时，由于结晶能力强则不断析出晶体，会严重破坏熔渣的玻璃性。通过实验室基础研究表明，为获得结晶率合理、玻璃性好的薄板坯连铸保护渣应控制合适的碱度、Na₂O＜12％，CaF₂＜20％。由此也说明要保证低熔点、低粘度的要求必须寻求其它熔剂。本发明拟在常规熔剂的基础上配加Li₂O、BaO、MgO等熔剂来实现薄板坯连铸的要求。

(1)Li₂O对熔渣理化性能的影响。高速薄板坯连铸得以实现的关键，就是起润滑作用的保护渣能否在高速下保证基本的渣耗。研究结果表明，Li₂O对降低熔渣的粘度、软化及初晶析出温度、提高渣的流动性及渣耗有明显的作用。但Li₂O作为一种碱性金属网络外体氧化物，其离子半径特小，电了构型是1S₂，原子核外电子排力弱，离子移动的位阻很小，结晶时离子的重组容易，因此，它的过量加入会增加渣的析晶率。为此本研究对Li₂O在渣中的应用作了一系列研究，以定量得出加入量与理化性能的关系：随Li₂O增加，熔渣熔化温度和粘度大幅度降低，每增加1％，其熔化温度降低60℃，粘度降低0.32泊。这说明Li₂O对渣的软化温度、粘度影响大，能力强。但随Li₂O的增加，熔渣出现明显的拐点，结晶率增加。因此须控制Li₂O的加入量。并确定：Li₂O的加入可起到提高析晶率，降低热流密度，降低热裂纹倾向的作用。但晶体的析出温度低于靠碱度增加产生的析晶温渡，因而同样的热流密度条件下，熔渣的润滑性高于高喊度状况。靠Li₂O来降低热裂纹倾向，在高拉速下优于高碱度渣的使用。

(2)研究证明BaO的加入可降低熔渣的熔化温度，起助熔剂的作用。适量的BaO加入有助于提高渣的玻璃化程度。另外渣中析出的结石量也随BaO的增加有所减少。玻璃质中所出的结石少，渣的流动性和粘度得到改善。研究表明BaO的适宜加入量为＜9％。

(3)研究表明保护渣中加入一定量MgO后，可使熔渣要保持相同粘度及软化点时，增加渣的流动性，保证足够渣耗。但过量的加入又会生成难熔的方镁石。适量加入量根据碱度而定，一般控制在6％左右。

(4)保护渣熔融特性研究。随着拉速的提高，保护渣消耗量下降，从而带来一系列的不良后果。良好的保护渣应具有较快的熔化速度及拉速变化较大的惰况下仍然能维持足够的渣耗的特征。因此要求用于高速连铸的保护渣应具有较快的熔化速度，合理的熔融特性，以保证足够的熔渣层厚度，满足充填到结晶器与外坯壳间渣膜消耗的需要。本研究采用炭黑加石墨混合配炭万法，来实现上述要求，炭黑的分散度较大，着火较低，在较低温度下可充分发挥隔离基料粒子的作用。石墨着火点较高，在高温下作为骨架粒子较为适宜。利用混合配碳的方法能有效地控制促护渣的熔融特性，使其在相对宽的温度范围内保持较稳定的熔融特性，从而满足高拉速及拉速变化较大的连铸需要。通过研究不同的混合配碳方法，得出了满足要求的配炭方式。

(5)在薄板坯连铸结晶器保护渣基础研究的基础上，本研究划对适应珠江钢厂拉速为4-7m/min，钢种为Q195、Q235、16Mn的薄板坯连铸结晶器保护渣进行研制。Q235、16Mn钢属包晶反应范围的钢种，受热流密度影响的裂纹敏感性强，因此以其川对的保护渣应有控制热流密度的功能。而Q195相对前两种钢种裂纹敏感性较弱，由于是低碳范围钢，拉速高，因此所对应的保护渣追求的是高润滑性。降低热流密度常采用的方法为：1)较高的保护渣熔点。以增加保护渣层的热阻。2)高碱度保护渣的应用。依靠高碱渡渣高的结晶率来降低渣传热的热流密度。由于熔点过高因态润滑区间增加，容易产生粘结漏钢，同时过高的碱度会因结晶率高影响高拉速下渣的润滑性。为此本保护渣拟走低熔点较高碱度路线，靠加入低温条件下析晶率高的Li₂O来降低热流密度，防上热裂纹的产生。因此研制确定的保护渣熔点控制在1000～1060℃范围。Q235、16Mn渣碱度控制在0.9-1.1范围，而Q195控制在0.78～0.86范围。

(6)保护渣熔点、粘度设定。为在高拉速下，保证足够渣耗需采用低粘度、低软化温度的熔渣作保证，并且还需防止粉渣性缺陷的产生。为此确定了V＝4～5m/min时，计算分析确定了Q235、16Mn钢用的高熔点、高碱度渣，η＝1.0～1.6泊。Q195采用低熔点。低碱度渣η＝1.5～2.0泊。

(7)保护渣熔融特性的确定；，为保证足够的渣耗，根据建立的渣耗模型，计算得出v＝4～5m/min时需要的熔化速度ι＝20～30秒(模注法)、用熔滴法测试为0.08-0.093Kg/m².s，根据测试保护渣的熔化速度、熔融结构、熔化特性曲线，得出采用混合型配炭方式，碳黑0.2-2％，石墨1.0-4％。

(8)为防止高拉速下易产生的粘结性漏钢，本研究在碱度、熔点上都采用走低线。一定的碱性靠BaO、MgO来实现，为控制包晶反应的热裂纹敏感性，用加入Li₂O来提高析晶率，降低热裂纹倾向，一定量的BaO、MgO、Li₂O的加入可增加液渣的流动性和润滑性，为保证高拉速薄板坯连铸的足够的渣耗量提供了先决条件，被实践证明是切实可行的。

(9)配渣基料的选用。保护渣的性能取决于制渣基料的选择，常规的机混渣主要采用多种生料混合制成，由于受热后产生分解化合物而影响到性能变化，影响了熔渣的稳定性。本研究选择性用烧结型、预熔型渣作为保护渣配渣基料，由于厂减少了生料的配入比例，熔渣性能的稳定性得到了提高。特别是预熔型连铸渣基料比例达到90％以上，消除了在结晶器内的分解化合反应过程，熔渣表现始终如一，明显增加了使用效果的透明度。

(10)生产设备的开发和工艺研究。保护渣成品的理化性能与所使用的设备和工艺是直接相关的。为了适应薄板坯保护渣的高质量需楚，确定自行设计制造了熔化炉、配料均化车间和喷雾干燥塔。

发明的效果：经现场试验证明，该保护渣使用时，保护渣铺展性、熔化性、保温性能良好。在控制渣面翻腾；熔渣层厚度；渣条量、大小；窄面渣膜形成、拔热量稳定性方面优于德国渣水平。试验渣渣条薄、小、玻璃性好，改善了下渣不良现象，防止了粘结性漏钢。试验铸坯表面少见夹渣，裹渣现象，开卷检查结果表明：钢板表面平滑光亮，质量好于德国渣水平。

Claims (3)

1.一种CSP薄板坯连铸结晶器保护渣，包括熔化剂，碳酸钾，膨润土，石英，碳黑，增碳剂，粘结剂，其特征是所述的熔化剂中Li₂O重量百分含量为1.0～2.5％，BaO重量百分含量为9％以内。MgO重量百分含量为3.0～6.0％。

2.根据权利要求1所述的CSP薄板坯连铸结晶器保护渣，其特征是所述的BaO重量百分含量为3.0～6.0％。

3.根据权利要求2所述的CSP薄板坯连铸结晶器保护渣，其特征是所述的熔化剂，碳酸钾，膨润土，石英，碳黑，增碳剂，粘结剂的重量百分含量分别为82％，3％，4％，6％，1％，2％，2％。