CN1927502A - 一种薄板坯连铸用低碳钢保护渣及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种薄板坯连铸用低碳钢保护渣及制备方法，用于解决FTSC连铸机生产低碳钢出现铸坯表面纵裂纹或粘结的问题。特别之处是：所述保护渣化学成分重量百分比如下：SiO2 28－32，CaO 29－33，Al2O3 3－5，MgO 1－3，Fe2O3≤3，F 7－9，Na2O+K2O 9－12，Li2O≤2.0，C 7－9，粘结剂1－3。所述保护渣为碱性保护渣即：碱度R＞1，式中R＝CaO/SiO2。本发明采用特殊复合组份的碱性保护渣及相应生产工艺，实现了低析晶温度、高凝固温度和较高析晶比例的渣膜控制目标。本发明使用效果超过国内外同类产品，完全可满足FTSC薄板坯连铸用低碳钢的工艺要求。

Description

一种薄板坯连铸用低碳钢保护渣及制备方法
技术领域
本发明涉及一种保护渣及制备方法，特别是薄板坯连铸用低碳钢保护渣及制备方法，属炼钢连铸技术领域。
背景技术
连铸结晶器用保护渣的作用可概括为以下五点：1)防止钢液面受空气的再氧化；2)对裸露的钢液绝热保温；3)吸收和溶解非金属夹杂物；4)在结晶器与坯壳之间起润滑作用；5)控制传热速度和稳定性。上述保护渣的五大作用中，在结晶器与坯壳之间的润滑和控制传热尤为重要。润滑作用由保护渣玻璃化性能决定，控制传热由结晶性能决定。然而，二者是矛盾的，润滑性能好的保护渣结晶性能较差，而结晶性能好的保护渣，控制传热能力强，润滑效果差。润滑和控制传热比较，润滑作用更为重要，只有在保证浇铸顺行的前提下，控制传热，防止裂纹的产生。
FTSC薄板坯连铸机是一种非常先进的薄板坯铸机，它即不同于常规板坯又不同于其它CSP机型的薄板坯铸机，它的H2漏斗型结晶器漏斗区长度加长，减缓了初生坯壳的变形速率，从理论上讲有利于生产裂纹敏感性较强的钢种。但FTSC与CSP在结晶器上部的锥度均为1.1％，而在结晶器下部CSP结晶器为平面，FTSC结晶器仍保持了8mm的开口度，漏斗形状贯穿整个铜板，并一直延续到扇形段0段中部。在结晶器出口处，为将铸坯鼓肚形状矫平，特别设计了一套带形状的辊子。
在生产中由FTSC薄板坯浇铸的低碳钢主要有SPHC、SPHD，其化学成分如下表：
                  SPHC、SPHD化学成分范围(％)
  牌号   C   Si   Mn   P   S   Als
  SPHC   ≤0.06   ≤0.05   0.15～0.40   ≤0.025   ≤0.007   0.020～0.060
  SPHD   ≤0.05   ≤0.05   0.15～0.35   ≤0.018   ≤0.006   0.030～0.060
按与连铸工艺相关的钢水凝固特性，这类钢种初生铁素体坯壳中[P]、[S]偏析小，初生坯壳强度高，凝固生长较均匀。在这种情况下连铸保护渣的主要任务是保证铸坯得到充分润滑以实现高拉速。由于低碳钢高温凝固收缩高于中碳钢，因此在浇注低碳钢时，会造成结晶器下部漏斗区域铜板和坯壳之间气隙加大或渣膜变厚，使得中心部位传热变差，坯壳变薄。另外，当这种铸坯进入二冷区时，由于支撑辊漏斗形状一直延续到扇形0段中部，因此也会使铸坯中心部位脱离支撑而承受一个拉应力，这就使得FTSC薄板坯连铸机在浇注中碳钢时铸坯出现裂纹的几率较小，但发生粘结的倾向增强，而浇铸低碳钢时铸坯又容易产生纵裂。因此，与该凝固特性相匹配的保护渣技术明显不同于CSP的保护渣，显然FTSC薄板坯连铸用低碳钢保护渣不能机械地照搬相对成熟的CSP保护渣技术指标。目前FTSC薄板坯连铸机生产现状是：尚未找到FTSC工艺下行之有效的保护渣技术解决方案，致使FTSC铸机因保护渣不匹配而发生事故较多，铸坯表面质量难以保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种薄板坯连铸用低碳钢保护渣及制备方法，该保护渣可实现低析晶温度、高凝固温度和较高析晶比例，从而满足了FTSC薄板坯连铸用低碳钢的工艺要求。
本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
一种薄板坯连铸用低碳钢保护渣，用于FTSC薄板坯连铸机的低碳钢薄板生产中，所述保护渣化学成分重量百分比如下：SiO2 28-32，CaO 29-33，Al2O3 3-5，MgO 1-3，Fe2O3≤3，F 7-9，Na2O+K2O 9-12，Li2O≤2.0，C 7-9，粘结剂1-3，所述保护渣为碱性保护渣即：碱度R＞1，式中R＝CaO/SiO2。
上述薄板坯连铸用低碳钢保护渣，所述粘结剂为水泥熟料、木质璜酸钠、羧甲基纤维素钠任意一种或三种组合或其中任意两种组合。
上述薄板坯连铸用低碳钢保护渣的制备方法，它由生产预熔料和生产成品保护渣两步组成。所述预熔料生产工艺过程如下：按照配比将石灰石、石英砂、废玻璃和萤石破碎成0.1～1mm的颗粒，然后与纯碱和氟化钠粉状原料混合、造块、烘干、入炉熔化，再经冷凝、破碎后备用；所述成品保护渣生产工艺过程如下：取上述预熔料按照配比加入炭质材料和粘结剂，充分混匀后经水磨制浆、喷雾造粒、筛分、冷却、检测、包装，制成成品保护渣。
上述薄板坯连铸用低碳钢保护渣的制备方法，所述预熔料出炉时采用大水流量冲渣强制冷却，得到玻璃体相的预熔料。
上述薄板坯连铸用低碳钢保护渣的制备方法，所述水磨制浆工序中磨炭时间为1～3小时，所述炭质材料为中超碳黑和高碳石墨，中超碳黑与高碳石墨之比为1∶2.5～3.5。
本发明根据FTSC薄板连铸机生产低碳钢对保护渣的要求：即为避免薄板坯高拉速下结晶器弯月面处高冷却强度条件下出现铸坯表面纵裂纹，需提高凝固温度；为减少粘结漏钢，需同时降低保护渣析晶温度。对保护渣的组分和生产工艺进行了创新和改进，采用特殊复合组份的碱性保护渣及相应的生产工艺，使该产品实现了低析晶温度、高凝固温度和较高析晶比例的渣膜控制目标，为协调铸坯润滑和控制传热提供了保障。本发明保护渣在结晶器内熔化均匀性良好，渣条很少，液渣层厚度在10～20mm、渣耗量在0.3～0.4Kg/t。结晶器宽窄面热流密度合理，结晶器热像图正常，基本杜绝了粘结和由粘结引起的漏钢事故，漏钢率≤0.25％，铸坯表面质量良好，合格率达到99％以上。其使用效果超过国内外同类产品，完全可满足FTSC薄板坯连铸用低碳钢的工艺要求。
附图说明
图1是本发明保护渣预熔料生产工艺流程；
图2是本发明成品保护渣喷雾造粒生产工艺流程。
具体实施方式
本发明经反复试验和研究，明确保护渣凝固温度(或成为转折温度)与析晶温度这两项指标在控制铸坯表面裂纹和防止粘结漏钢方面的不同作用，即：为了避免薄板坯高拉速下结晶器弯月面处高冷却强度条件下出现铸坯表面纵裂纹，应提高凝固温度，对FTSC薄板坯连铸低碳钢时保护渣凝固温度为1200～1230℃；为减少粘结漏钢，应同时降低保护渣析晶温度，保护渣析晶温度为1120～1150℃。为实现上述目标，保护渣采用特殊复合组份，即R＞1的碱性保护渣。
本发明方法由生产预熔料和生产成品保护渣两步组成，参看图1，在生产预熔料工艺中，将石灰石、石英砂、废玻璃和萤石等用料破碎成0.1～1mm的颗粒，然后与纯碱等粉状原料混合、造块、烘干，在竖炉内用焦炭作燃料进行熔化，经冷凝、破碎后作为半成品使用。这种细颗粒配量方案避免了一般厚板坯及CSP薄板坯保护渣生产中使用粗块状石灰石等原料入炉时容易生成硅酸二钙(2CaO·SiO2)、硅酸三钙(3CaO·SiO2)、枪晶石(3CaO·2SiO2·CaF2)等高熔点物相的弊端。没有高熔点物相的生成，用该预熔料配制的保护渣在浇铸FTSC薄板坯时，就能实现结晶性能的稳定控制，避免了随浇铸时间延长结晶性能过强造成的结晶器热流过低和粘结漏钢。预熔料熔渣出炉时采用大流量水量冲渣强制冷却以得到玻璃体相的预熔料。使用全玻璃相预熔料和萤石、氟化钠、碳酸锂，这些不容易生成高温下稳定水合物的材料。配制保护渣可避免结晶器内保护渣在凝固过程中氢氧根(-OH)引起的结晶性能难于准确控制的问题，实现了减少粘结和铸坯表面纵裂纹的双重功效。这也是FTSC低碳钢保护渣不同于目前其它类型铸机用保护渣的重要技术特征。
参看图2，在生产成品保护渣的磨浆工艺中，磨炭时间应保证1小时以上，一般达到3小时。延长磨炭时间一方面可使炭质材料在保护渣中分散更加均匀，增加渣中炭的有效浓度，极大地减少渣条的产生；另一方面，部分石墨充分细化和分散于渣中，在熔渣凝固过程中起到形核剂的作用，使保护渣在低于凝固温度的固态渣膜中能稳定的析出晶体，控制传热以减少或消除FTSC浇铸的低碳钢铸坯表面的纵裂纹。此外，喷雾造粒工艺中，粘结剂的选择和料浆浓度控制是两个非常重要的技术环节。使用粘结剂的目的在于增强粉末渣在水中的乳浊度，避免不同组份、特别是炭质材料在料浆中的偏析，这样才能保证成品空心颗粒保护渣组成性能均匀；使用粘结剂的另一个目的是为了提高颗粒渣强度，减少储运过程中的粉化和灰尘。使用粘结剂不能恶化保护渣熔点、粘度等基本熔化性能和烧结温度等烧结性能。适宜于FTSC薄板坯连铸用低碳钢保护渣喷雾造粒生产工艺的粘结剂基本模式可选取水泥熟料、木质璜酸钠、羧甲基纤维素钠中一种或几种组合。
本发明保护渣性能要求见下表：
熔点℃   1300℃粘度Pa.S 析晶温度℃   析晶比例％ 物理水％ 容重g/cm3   (0.1-0.9m)粒度，％   CaO/SiO2
  XLCB-D41-3   1070±20   0.15±0.05 1135±15 10±5 ≤0.5 0.65±0.15 ≥80   1.00+0.05
本发明所用原材料及化学成分重量百分比见下表：
料名 SiO2 CaO Al2O3 MgO Fe2O3 F   Na2O+K2O   NaF Li2O C   CMC   磺酸根
  废玻璃  68-72   7-9   2-4   1-3   0.5-1.5   11-13
  萤石  12-15   40-44
  纯碱   52-57
  石灰石  ≤2   52-54   ≤2   ≤1
  白云石   ≤2   28-32   ≤2   18-22   ≤1
  水泥熟料   18-22   61-65   5-8   2-4   3-6
  镁砂   ≤5   ≤5   88-92
  石英砂   ≥95
  碳酸锂   ≥38
  中超炭黑   ≥99
  高炭石墨   ≥90
  氟化钠   ≥95
  木质磺酸钠   10-15   85-90
  羧甲基纤维素钠   ≥95
以下提供几个实施例：
实施例1：
选取原料：取废玻璃、萤石、石灰石、镁砂、碳酸锂、石英砂、中超炭黑、高炭石墨、氟化钠、纯碱、羧甲基纤维素钠。
上述原料化学成分重量百分比为：SiO2 28，CaO 29，Al2O3 5，MgO 3，Fe2O33，F 9，Na2O+K2O 10，Li2O 2，C 9，CMC 2。
制备方法：
1.生产预熔料：将上述原料中石灰石、废玻璃和萤石等破碎成0.1～1mm的颗粒，然后与纯碱和氟化钠粉状原料混合、造块、烘干、入炉熔化，再经冷凝、破碎后备用。预熔料出炉时应采用大水流量冲渣强制冷却，得到玻璃体相的预熔料。
2.生产成品保护渣：取上述预熔料照配比加入炭质材料和羧甲基纤维素钠，炭质材料为中超碳黑和高碳石墨，中超碳黑与高碳石墨之比为1∶2.5。充分混匀后经水磨制浆、喷雾造粒、筛分、冷却、检测、包装，制成成品保护渣。
实施例2：
选取原料：取废玻璃、萤石、石灰石、石英砂、白云石、镁砂、碳酸锂、中超炭黑、高炭石墨、纯碱、氟化钠粉、水泥熟料、木质璜酸钠、羧甲基纤维素钠。
上述原料化学成分重量百分比为：SiO2 31.6，CaO 32.9，Al2O3 4.5，MgO 2.8，Fe2O3 0.7，F 7，Na2O+K2O 9，Li2O 1.9，C 8.5、CMC0.6、磺酸根0.5。
制备方法：
1.生产预熔料：将上述原料中石灰石、石英砂、废玻璃、白云石、镁砂和萤石等破碎成0.1～1mm的颗粒，然后与纯碱和氟化钠粉状原料混合、造块、烘干、入炉熔化，再经冷凝、破碎后备用。预熔料出炉时采用大水流量冲渣强制冷却，得到玻璃体相的预熔料。
2.生产成品保护渣：取上述预熔料按照配比加入中超碳黑、高碳石墨和木质璜酸钠、羧甲基纤维素钠、水泥熟料，中超碳黑与高碳石墨之比为1∶3。充分混匀后经水磨制浆、喷雾造粒、筛分、冷却、检测、包装，制成成品保护渣。
实施例3：
选取原料：取废玻璃、萤石、石灰石、镁砂、中超炭黑、高炭石墨、纯碱、水泥熟料、羧甲基纤维素钠。
上述原料化学成分重量百分比为：SiO2 32，CaO 33，Al2O3 3，MgO 1，Fe2O3 1.5，F 8.8，Na2O+K2O 12，C 7，CMC1.7。
制备方法：
1.生产预熔料：将上述原料中石灰石、镁砂、废玻璃和萤石等破碎成0.1～1mm的颗粒，然后与纯碱混合、造块、烘干、入炉熔化，再经冷凝、破碎后备用。预熔料出炉时应采用大水流量冲渣强制冷却，得到玻璃体相的预熔料。
2.生产成品保护渣：取上述预熔料照配比加入炭质材料和水泥熟料、羧甲基纤维素钠，炭质材料为中超碳黑和高碳石墨，中超碳黑与高碳石墨之比为1∶3.5。充分混匀后经水磨制浆、喷雾造粒、筛分、冷却、检测、包装，制成成品保护渣。
实施例4：
选取原料：取废玻璃、萤石、石灰石、镁砂、中超炭黑、高炭石墨、纯碱、水泥熟料、羧甲基纤维素钠。
上述原料化学成分重量百分比为：SiO2 32，CaO 33，Al2O3 3.5，MgO 1.5，Fe2O31，F 8.8，Na2O+K2O 12，C 7.5，CMC 0.7。
制备方法：
1.生产预熔料：将上述原料中石灰石、镁砂、废玻璃和萤石等破碎成0.1～1mm的颗粒，然后与纯碱混合、造块、烘干、入炉熔化，再经冷凝、破碎后备用。预熔料出炉时应采用大水流量冲渣强制冷却，得到玻璃体相的预熔料。
2.生产成品保护渣：取上述预熔料照配比加入炭质材料和水泥熟料、羧甲基纤维素钠，炭质材料为中超碳黑和高碳石墨，中超碳黑与高碳石墨之比为1∶3.5。充分混匀后经水磨制浆、喷雾造粒、筛分、冷却、检测、包装，制成成品保护渣。

Claims (5)

1.一种薄板坯连铸用低碳钢保护渣，用于FTSC薄板坯连铸机的低碳钢连铸生产中，其特征在于：所述保护渣化学成分重量百分比如下：SiO2 28-32，CaO 29-33，Al2O33-5，MgO 1-3，Fe2O3≤3，F 7-9，Na2O+K2O 9-12，Li2O≤2.0，C 7-9，粘结剂1-3。所述保护渣为碱性保护渣即：碱度R＞1，式中R＝CaO/SiO2。
2.根据权利要求1所述的薄板坯连铸用低碳钢保护渣，其特征在于：所述粘结剂为水泥熟料、木质璜酸钠、羧甲基纤维素钠任意一种或三种组合或其中任意两种组合。
3.根据权利要求1或2所述的薄板坯连铸用低碳钢保护渣制备方法，其特征在于：它由生产预熔料和生产成品保护渣两步组成，所述预熔料生产工艺过程如下：按照配比将石灰石、石英砂、废玻璃和萤石等破碎成0.1～1mm的颗粒，然后与纯碱和氟化钠粉状原料混合、造块、烘干、入炉熔化，再经冷凝、破碎后备用；所述成品保护渣生产工艺过程如下：取上述预熔料照配比加人炭质材料和粘结剂，充分混匀后经水磨制浆、喷雾造粒、筛分、冷却、检测、包装，制成成品保护渣。
4.根据权利要求3所述的薄板坯连铸用低碳钢保护渣制备方法，其特征在于：所述预熔料出炉时采用大水流量冲渣强制冷却，得到玻璃体相的预熔料。
5.根据权利要求4所述的薄板坯连铸用低碳钢保护渣制备方法，其特征在于：所述水磨制浆工序中磨炭时间为1～3小时，所述炭质材料为中超碳黑和高碳石墨，中超碳黑与高碳石墨之比为1∶2.5～3.5。
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