CN102652989A

CN102652989A - 一种高洁净钢浇注用中间包钢水覆盖剂及制备方法和应用

Info

Publication number: CN102652989A
Application number: CN2012101429640A
Authority: CN
Inventors: 王宏明; 李桂荣; 赵玉涛
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2012-09-05

Abstract

本发明涉及洁净钢冶炼及连铸技术领域，特别涉及一种用于高洁净钢连续浇注中间包的钢水覆盖剂及制备方法和应用。该覆盖剂的组成为（质量百分数）：CaO80-85%，MgO8-12%，B₂O₃2-6%，BN1-4%，余量为杂质0-5%，杂质中SiO₂≤0.5%、Al₂O₃≤0.5%、氧化铁≤0.1%，P≤0.01%，S≤0.01%；本发明适用于高洁净含硼钢的浇注，具高碱度、吸渣性好，覆盖剂铺展性好，钢液面保护好防止钢液吸气和氧化等优点，特别是覆盖剂中的硼化物能有效控制钢液中微合金化硼元素烧损，使微合金化元素含量得以准确控制；另外，该覆盖剂具有很好的玻璃化特征，有利于清理渣圈，提高设备使用寿命，并且该覆盖剂的原料来源、成本低、无污染，具有显著的经济效益和社会效益，值得推广。

Description

一种高洁净钢浇注用中间包钢水覆盖剂及制备方法和应用

技术领域

本发明涉及洁净钢冶炼及连铸技术领域，特别涉及一种用于高洁净钢连续浇注中间包的钢水覆盖剂及制备方法和应用。

背景技术

随着社会发展对钢材质量要求越来越高，钢的洁净度控制是提高钢材质量的主要手段之一，因此，钢的连铸过程要采用全保护浇注，在大包内采用钢包覆盖剂，在中间包内采用中间包覆盖剂，在结晶器内采用结晶器保护渣，大包到中间包以及中间包到结晶器均采用水口保护，这样就实现了全保护浇注，其中，中间包覆盖剂的性能及使用效果对钢液质量具有重要影响。

最初的中间包覆盖剂主要是炭化稻壳，起到覆盖保温并防止钢液氧化的作用，但由于炭化稻壳主要成分为碳，会向钢中增碳，因此，后来又发展了中低碳覆盖剂和无碳覆盖剂，并且，中间包覆盖剂的功能由单一的保温功能向保温、防氧化、防吸气以及吸收夹杂等多功能转化，这就要求覆盖剂本身无碳或少碳、无氧化性或弱氧化性、本身无有害杂质并具有吸收有害的能力，同时还有具备良好的物理性能，使其铺展性好保证钢液不裸露等优点。

现有技术中，覆盖剂存在的主要问题如下：

1、覆盖剂的碱度低，导致吸收夹杂的能力差

为了调整覆盖剂的熔点，目前覆盖剂的碱度（CaO/SiO₂）一般控制在4以下，这种渣的熔点较低，但吸收钢脱氧产物如SiO₂、Al₂O₃等的能力较差，而且对碱性中间包衬的侵蚀严重，会造成钢液的二次污染，因此，需要开发高碱度中间包覆盖剂。

2、覆盖剂中含有氧化铝，导致覆盖剂的稳定性较差

覆盖剂中的Al₂O₃在一定的CaO/Al₂O₃的范围内使覆盖剂具有低熔点，但如果覆盖剂中Al₂O₃的含量高，Al₂O₃很容易饱和，导致覆盖剂的熔点升高，出现板结，影响覆盖效果和对钢液中Al₂O₃类夹杂物的吸收；因此，降低覆盖剂中Al₂O₃，是开发高性能中间包覆盖剂的可行方向之一。

3、覆盖剂中含碳或含氧化剂（Fe₂O₃等）

现有覆盖剂基本上含一定量的碳用于调整覆盖剂的熔化性能，为减少覆盖剂向钢中增碳，低碳覆盖剂中含有少量Fe₂O₃等氧化剂，这会使得钢中少量易氧化的元素氧化，比如含硼钢中，硼元素具有钢中维生素的美誉，但其含量需准确控制，这就要求开发无碳且无氧化性的中间包覆盖剂。

例如现有技术中，中国发明专利（发明名称：一种中间包覆盖剂，申请号200910219785.0）提出的覆盖剂组成为CaO 35-46%，SiO₂ 28-62%，Al₂O₃ 9-21%，Fe₂O₃ 0.3-1%，C0-18%等；中国发明专利（发明名称：一种低碳高洁净钢冶炼用中间包覆盖剂，申请号200810226018.8）提出的覆盖剂组成为CaO 45-55%，SiO₂ 5-7%，Al₂O₃ 30-32%，TiO₂ 2.5-3.2%，C 1.5-6%等，该覆盖剂还含有氟化物和碱金属氧化物；等等这些现有技术的发明中都具有上述问题。

综上所述，开发一种使用性能优良的无碳无氧化性且吸渣能力强的高碱度中间包覆盖剂具有重要价值。

发明内容

本发明的目的是：发明一种使用性能优良的无碳无氧化性且吸渣能力强的高碱度中间包覆盖剂，本发明具备高碱度、无氧化铝、吸渣能力、无碳无氧化性不污染钢液等特征，解决目前中间包覆盖剂存在的问题。

实现本发明的技术方案是：

一种用于高洁净钢浇注用中间包钢水覆盖剂，其特征在于：所述覆盖剂的组成按质量百分数计算为：CaO 80-85%，MgO 8-12%，B₂O₃ 2-6%，BN 1-4%，余量为杂质0-5%，杂质中SiO₂≤0.5%、Al₂O₃≤0.5%、氧化铁≤0.1%，P≤0.01%，S≤0.01%；本发明的覆盖剂可以用符合纯度级别的石灰、镁砂、硼酐和氮化硼作为原料，经烘干研磨至粒度小于0.075mm，按组成配制后磨细混匀，经烘干后包装待用；本发明的覆盖剂也可以用硼泥为基料，将硼泥、石灰、镁砂、氮化硼和硼酐按组成要求配加后，混匀磨细，经烘干后包装待用；使用本发明时，按照大包钢水重量以每吨钢1Kg覆盖剂的加入量投入中间包。

本发明的覆盖剂组成中，CaO是主要的碱性组分，含量在80-85%，具备超高碱度特征，CaO可以与Si、Al等脱氧产物结合，可以提高覆盖剂的吸渣去夹杂能力，同时CaO还具有脱硫和降低钢中硫化物的作用。

本发明的覆盖剂中B₂O₃的具有降低覆盖剂熔点和表面张力，提高覆盖剂熔化和铺展性能的作用，提高覆盖剂的保温、防吸气、氧化和提高吸渣性能，同时，本发明的覆盖剂特别适用于含硼洁净钢的浇注，提高覆盖剂中B₂O₃的活度，从而抑制钢中硼元素的氧化，B₂O₃ 的适宜添加量在2-6%的范围。

本发明的覆盖剂中MgO的具有调整覆盖剂熔点和粘度的作用，并且具有保护中间包衬的作用，减少因包衬侵蚀剥落而污染钢液，其适宜范围在8-12%。

本发明的覆盖剂中BN是一种骨架粒子，替代传统的碳和碳化物，具有调整覆盖剂熔化速度、熔化时间和熔融层结构的作用，具有钢液不增碳的优势，BN的适宜添加量在1-4%的范围。

本覆盖剂中其他物质为不可避免的杂质0-5%，在原料选用过程中应使得覆盖剂中杂质SiO₂≤0.5%、Al₂O₃≤0.5%、氧化铁≤0.1%，P≤0.01%，S≤0.01%。

与现有技术相比本发明的主要优点如下：

（1）、本发明的覆盖剂是一种超高碱度覆盖剂，覆盖剂吸收SiO₂、Al₂O₃等脱氧产物的能力提高，覆盖剂使用120min后，覆盖剂中的SiO₂的含量达到9.5%以上，覆盖剂中的Al₂O₃的含量达到47.5%以上，比浇注同样钢种时使用现有覆盖剂时要高（采用现有覆盖剂，浇注120min以后，覆盖剂中SiO₂和Al₂O₃的含量分别为7.5%和30.5%左右），可见本发明的覆盖剂脱除夹杂和吸渣能力比现有覆盖剂要高出约20%以上。

（2）、本发明覆盖剂中的B₂O₃的具有显著降低覆盖剂熔点和表面张力的作用，提高覆盖剂熔化和铺展性能的作用，提高覆盖剂的保温、防钢液吸气、氧化和吸渣性能；本发明的覆盖剂的熔点在1300-1450℃的范围，表面张力在0.3-0.65 N/m的范围，这可以通过调节B₂O₃的量达到不同的使用目的。

（3）、本发明的覆盖剂中无强氧化性氧化物，所以该覆盖剂无氧化性，可以减少钢中合金元素的氧化，本发明的覆盖剂特别适用于含硼洁净钢的浇注，提高覆盖剂中B₂O₃的活度，从而进一步抑制钢中硼元素的氧化，可以使钢中易氧化合金元素稳定控制。

（4）、本发明的覆盖剂中不含能分离出游离碳的组分，不向钢中增碳，也不污染钢液。

（5）、本发明覆盖剂中的BN的具有调整覆盖剂熔化速度、熔化时间和熔融层结构的作用，本发明的覆盖剂的熔化时间在20-55s范围，覆盖剂熔融层结构和熔化时间可以通过调节BN的量准确调节，以适应不同的使用目的。

（6）、本发明的覆盖剂原料来源广，成本低，实现废弃硼泥再利用，并且使用后的覆盖剂可以用于其他冶金造渣，如钢包精炼渣、电炉炼钢的铺底料等，实现资源循环再利用。

（7）、本发明覆盖剂冷却后具有高玻璃化特征，这是由于B₂O₃是强玻璃化氧化物，比传统的硅酸盐覆盖剂易于清理，不易粘渣，提高设备的使用寿命，中间包在线使用时间延长30%以上。

具体实施方式

实施实例1：

以石灰、镁砂、硼酐和氮化硼作为原料，石灰和镁砂在200℃下烘干，按照石灰82%，镁砂 9%，硼酐 5%，氮化硼 4%配料，所有原料经研磨至粒度小于0.075mm，混料后再次研磨混匀，制成本发明的覆盖剂，经XRD分析，组成为（质量百分数）：CaO 81%，MgO 8.5%，B₂O₃ 4.8%，BN 4%，余量杂质中SiO₂ 0.4%、Al₂O₃ 0.5%、氧化铁 0.1%，P 0.008%，S 0.008%；经熔化性能检测，该覆盖剂熔点1360℃，在1450℃下的熔化时间为48s，表面张力为0.4N/m；在浇注低碳铝镇静钢中间包内使用，加入量按大包内钢水重量为100吨核算，本发明的覆盖剂的加入量为100公斤，经浇注使用发现，使用本发明比采用其他硅酸盐或钙酸盐材质的覆盖剂效果要好，主要体现在本发明的覆盖剂铺展性好，钢液无裸露液面现象；特别是经过对浇注完后中间包残渣进行分析发现，采用本发明的覆盖剂，残渣中硅酸盐和铝酸盐的数量增加明显，说明本发明覆盖剂的吸渣能力提高，再经对铸坯进行夹杂物分析，证实采用本发明比在完全相同的技术条件下采用其他硅酸盐或钙酸盐材质的覆盖剂时，钢中的氧化物、硫化物等夹杂物减少20%以上，因此可以证实，本发明的覆盖剂的吸渣能力比传统覆盖剂提高约20%；另外，钢中的元素在中间包内无氧化损失，也无增碳现象，体现了本发明对钢液成分的保护和控制。

实施实例2：

以石灰、镁砂、硼酐和氮化硼作为原料，石灰和镁砂在200℃下烘干，按照石灰85%，镁砂 10%，硼酐 3%，氮化硼 2%配料，所有原料经研磨至粒度小于0.075mm，混料后再次研磨混匀，制成本发明的覆盖剂，经XRD分析，组成为（质量百分数）：CaO 84%，MgO 9.5%，B₂O₃2.8%，BN 2%，余量杂质中SiO₂ 0.35%、Al₂O₃ 0.4%、氧化铁 0.1%，P 0.008%，S 0.008%；经熔化性能检测，该覆盖剂熔点1400℃，在1450℃下的熔化时间为50s，表面张力为0.45N/m；在浇注低碳铝镇静钢中间包内使用，加入量按大包内钢水重量为90吨核算，本发明的覆盖剂的加入量为90公斤，经浇注使用发现，使用本发明比在完全相同的技术条件下采用其他硅酸盐或钙酸盐材质的覆盖剂效果要好，主要体现在本发明的覆盖剂铺展性好，钢液无裸露液面现象，覆盖剂熔化覆盖效果好，无板结现象；特别是经过对浇注完后中间包残渣进行分析发现，采用本发明的覆盖剂，残渣中硅酸盐和铝酸盐的数量增加明显，说明本发明覆盖剂的吸渣能力提高，再经对铸坯进行夹杂物分析，证实采用本发明比在完全相同的技术条件下采用其他硅酸盐或钙酸盐材质的覆盖剂时，钢中的氧化物、硫化物等夹杂物减少20%以上，因此可以证实，本发明的覆盖剂的吸渣能力比传统覆盖剂提高约20%；另外，钢中的元素在中间包内无氧化损失，也无增碳现象，体现了本发明对钢液成分的保护和控制，达到更好的保护浇注效果。

实施实例3：

以硼泥、石灰、镁砂、硼酐和氮化硼作为原料，硼泥、石灰和镁砂在200℃下烘干，按照硼泥 36% 、石灰55%，镁砂 4%，硼酐 3%，氮化硼 2%配料，所有原料经研磨至粒度小于0.075mm，混料后再次研磨混匀，制成本发明的覆盖剂，经XRD分析，组成为（质量百分数）：CaO 80%，MgO 11.5%，B₂O₃2.3%，BN 2%，余量杂质中SiO₂ 0.38%、Al₂O₃ 0.5%、氧化铁 0.08%，P 0.008%，S 0.008%；经熔化性能检测，该覆盖剂熔点1420℃，在1450℃下的熔化时间为55s，表面张力为0.48N/m；在浇注低碳铝镇静钢中间包内使用，加入量按大包内钢水重量为90吨核算，本发明的覆盖剂的加入量为90公斤，经浇注使用发现，使用本发明比在完全相同的技术条件下采用其他硅酸盐或钙酸盐材质的覆盖剂效果要好，主要体现在本发明的覆盖剂铺展性好，钢液无裸露液面现象，覆盖剂熔化覆盖效果好，无板结现象；特别是经过对浇注完后中间包残渣进行分析发现，采用本发明的覆盖剂，残渣中硅酸盐和铝酸盐的数量增加明显，说明本发明覆盖剂的吸渣能力提高，再经对铸坯进行夹杂物分析，证实采用本发明比在完全相同的技术条件下采用其他硅酸盐或钙酸盐材质的覆盖剂时，钢中的氧化物、硫化物等夹杂物减少20%以上，因此可以证实，本发明的覆盖剂的吸渣能力比传统覆盖剂提高约20%；另外，钢中的元素在中间包内无氧化损失，也无增碳现象，体现了本发明对钢液成分的保护和控制，达到更好的保护浇注效果。

实施实例4：

以硼泥、石灰、镁砂、硼酐和氮化硼作为原料，硼泥、石灰和镁砂在200℃下烘干，按照硼泥 10% 、石灰80%，镁砂 4%，硼酐 4%，氮化硼 2%配料，所有原料经研磨至粒度小于0.075mm，混料后再次研磨混匀，制成本发明的覆盖剂，经XRD分析，组成为（质量百分数）：CaO 85%，MgO 8%，B₂O₃4.2%，BN 2%，余量杂质中SiO₂ 0.30%、Al₂O₃ 0.40%、氧化铁 0.06%，P 0.008%，S 0.008%；经熔化性能检测，该覆盖剂熔点1390℃，在1450℃下的熔化时间为49s，表面张力为0.49N/m；在浇注低碳铝镇静钢中间包内使用，加入量按大包内钢水重量为90吨核算，本发明的覆盖剂的加入量为90公斤，经浇注使用发现，使用本发明比在完全相同的技术条件下采用其他硅酸盐或钙酸盐材质的覆盖剂效果要好，主要体现在本发明的覆盖剂铺展性好，钢液无裸露液面现象，覆盖剂熔化覆盖效果好，无板结现象；特别是经过对浇注完后中间包残渣进行分析发现，采用本发明的覆盖剂，残渣中硅酸盐和铝酸盐的数量增加明显，说明本发明覆盖剂的吸渣能力提高，再经对铸坯进行夹杂物分析，证实采用本发明比在完全相同的技术条件下采用其他硅酸盐或钙酸盐材质的覆盖剂时，钢中的氧化物、硫化物等夹杂物减少20%以上，因此可以证实，本发明的覆盖剂的吸渣能力比传统覆盖剂提高约20%；另外，钢中的元素在中间包内无氧化损失，也无增碳现象，体现了本发明对钢液成分的保护和控制，达到更好的保护浇注效果。

Claims

1.一种用于高洁净钢浇注用中间包钢水覆盖剂，其特征在于：所述覆盖剂的组成按质量百分数计算为：CaO 80-85%，MgO 8-12%，B₂O₃ 2-6%，BN 1-4%，余量为杂质0-5%，杂质中SiO₂≤0.5%、Al₂O₃≤0.5%、氧化铁≤0.1%，P≤0.01%，S≤0.01%。

2.如权利要求1所述的一种用于高洁净钢浇注用中间包钢水覆盖剂的制备方法，其特征在于：所述覆盖剂以石灰、镁砂、硼酐和氮化硼作为原料，经烘干研磨至粒度小于0.075mm，按组成配制后磨细混匀，经烘干后包装待用。

3.如权利要求1所述的一种用于高洁净钢浇注用中间包钢水覆盖剂的制备方法，其特征在于：所述覆盖剂以用硼泥为基料，将硼泥、石灰、镁砂、氮化硼和硼酐按组成要求配加后，混匀磨细，经烘干后包装待用。

4.如权利要求1所述的一种用于高洁净钢浇注用中间包钢水覆盖剂的应用，其特征在于：使用所述覆盖剂时，按照大包钢水重量以每吨钢1Kg覆盖剂的加入量投入中间包。