CN102764879A - 一种高铝钢模铸保护渣 - Google Patents

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本发明涉及一种保护渣，具体的说是一种高铝钢模铸保护渣，其重量百分比化学成分为：SiO2：22-28%，Al2O3：2-7%，CaO：16-22%，Fe2O3：2-5%，MgO：2-5%，MnO：2-6%，BaO：5-10%，B2O3：4-6%，R2O：5-10%，F：7-12%，C：2-4%，以上各组分重量百分比之和为100%，所述R2O由Na2O和Li20组成。本发明可以解决浇铸高铝钢表面纵裂、凹坑及粘渣的质量问题，可抑制还原性元素被氧化后进入熔渣使熔渣变性，保证保护渣性能的稳定性，同时提高熔渣吸收Al2O3速率。

Description

一种高铝钢模铸保护渣
技术领域
本发明涉及一种保护渣，具体的说是一种高铝钢模铸保护渣。
背景技术
传统模铸保护渣的作用：隔离大气，弯液面绝热和吸收非金属夹杂，没有润滑作用，向模壁传热无需控制。熔渣隔绝空气避免钢水氧化；未熔的固态渣对钢水具有保温作用；熔渣还吸收钢水中的氧化铝等夹杂物。模铸时，成袋的粉末渣在开浇前挂在或放入模中，钢液能量将袋子烧破，粉末渣即散落在钢液面上。由于模铸条件的要求， 保护渣低碱度、高粘度， 熔点在1100-1250℃。其基料的主要化学成份:SiO2 ：30-60%，CaO：10-30% ，Al2O3 ：5-20%，再加入碱式碳酸盐及氟化物调节熔点、粘度，加入碳素材料调节溶化速度。
高铝钢主要指作为脱氧剂或合金剂的铝加入量较高的钢种。这类钢种中合金元素含量较高，钢水易被氧化产生大量夹杂物，尽管通过炉外精炼等技术可以提高钢水纯净度，有效去除各种大型夹杂物，但在浇注过程中，当保护渣吸收夹杂物能力弱时，夹杂物容易聚集长大汇集在弯月面处；同时，钢中[Al]、[Ti]易与保护渣中SiO2等组分发生化学反应，4Al+3SiO2→2Al2O3+3Si。导致熔渣中SiO2被消耗，Al2O3增加，熔渣碱度上升，凝固温度显著上升，熔渣中Al2O3的增量由两部分组成：吸收钢水中上浮的Al2O3夹杂物及钢渣反应生成的Al2O3，当进入熔渣的氧化物较多时，会恶化保护渣性能。会生成钙铝黄长石等高熔点矿物，使得熔渣的熔点和粘度增加，熔渣不能均匀流入铸坯与模壁之间，铸坯表面质量恶化。
水冷模铸技术特点是宽面强冷、窄面弱冷，低温快注。钢液在水冷条件迅速冷却、结晶凝固处于静态凝固状态，没有外力及变形条件，不易出裂纹；低注上补缩使夹杂物上浮充分。相对于连铸机和传统模铸的优势：可浇合金含量较高钢种；厚度规格≥300mm；生产灵活；成材率高于传统模铸；轧制压缩比要求小于连铸坯。
专利201010030218.3，提供的水冷模铸保护渣只是解决了普通钢种的水冷模铸浇铸问题，对于含铝钢的浇铸并不实用。通过水冷模铸技术生产含铝钢生产难度大，铸坯表面凹坑及内部夹渣一直难以解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种高铝钢模铸保护渣，可以解决浇铸高铝钢表面纵裂、凹坑及粘渣的质量问题，可抑制还原性元素被氧化后进入熔渣使熔渣变性，保证保护渣性能的稳定性，同时提高熔渣吸收Al2O3速率。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种高铝钢模铸保护渣，其重量百分比化学成分为：SiO2：22-28%，Al2O3：2-7%，CaO：16-22%，Fe2O3：2-5%，MgO：2-5%，MnO：2-6%，BaO：5-10%，B2O3：4-6%，R2O：5-10%，F：7-12%，C：2-4%，以上各组分重量百分比之和为100%，所述R2O由Na2O和Li20组成。
降低保护渣中SiO2含量，可大大减少熔渣中SiO2的活度，大大减弱熔渣的氧化性。
模铸保护渣应具有良好的铺展性，可均匀覆盖在钢液表面起到隔绝空气，防止二次氧化作用。良好的绝热保温性，使钢水不过早凝固避免重皮，同时减少头部散热，使缩孔减少。尽快形成一定厚度的熔融层 充满锭模和钢锭之间，润滑锭模内壁，改善钢锭表面质量，减少钢锭凝固时的热应力，防止裂纹产生。碱度大，保护渣捕获钢水中上浮夹杂物的能力就越强；不过碱度过大会使保护渣的析晶温度变高，对保护渣的传热和润滑不利。保护渣的碱度在<2.0时，随着碱度值的增大，保护渣的粘度、熔化温度及粘性活化能均逐渐减小。
保护渣的熔化温度对结晶器内钢液界面上熔渣层的厚度和结晶器与坯壳之间的渣膜厚度有直接的影响。熔化温度过低，则保护渣的消耗量增加，渣膜变厚，使渣膜的扩散不易均匀化，影响散热的均匀性；反之则不利于化渣，熔化速度减慢，渣耗过低或没有渣耗，使保护渣的润滑性能恶化，易发生粘钢甚至漏钢事故。
熔速过高，不能维持稳定的粉渣层厚度，将促使钢液表面间断暴露于大气下，不但增加了热损，导致“漂浮物”的形成，而且促使了渣圈的长大及钢水在弯月面的凝固。熔速过低，液渣不充足，不能均匀流入缝隙，导致铸坯表面裂纹等缺陷，甚至造成拉漏。
粘度较高导致渣与钢水液面接触处不能形成一定厚度的熔化液渣。在钢液上升过程中，粘渣沿钢锭模壁产生翻卷，造成钢锭表面出现麻坑。本发明保护渣的熔点和粘度较大幅度降低。
降低粘度可促进Al2O3的吸收，增加液渣膜的厚度，减小铸坯与结晶器间的摩擦，有利于热传导。但粘度过低，又助长了渣钢界面湍流时液渣在钢水中的弥散，造成夹杂。
本发明为了保证保护渣性能的稳定性，采用多组分、各组分含量相当的配置原则，减少CaO、SiO2含量，增加渣中BaO、SrO、B2O3等含量，特别是加入MnO以抑制反应4Al+3SiO2→2Al2O3+3Si；
保护渣碱度较低，可消弱钢中[Al]等元素与SiO2作用导致碱度上升所带来的不利影响，减少钙铝黄长石及钙钛矿等高熔点物的析出；
Na2O、CaF2含量较高，使熔渣保持较低的熔化温度和粘度，有利于吸收夹杂物，但必须控制在一定范围，防止霞石、枪晶石、钙铝黄长石等析出；
加入BaO取代部分CaO，可降低保护渣熔化温度，增强吸收Al2O3夹杂物的能力，改善保护渣性能；含有一定量的B2O3可降低熔化温度和粘度，提高保护渣吸收Al2O3、TiO2等夹杂物的能力；B3+离子容易渗透到Al2O3颗粒内部界面，扩大熔渣与Al2O3的作用面，对吸收Al2O3特别有效；MnO与钢中[Al]、[Ti]作用，可避免渣中SiO2被还原引起保护渣组成和性能的变化；
较低的SiO2含量可提高Al2O3在渣中的饱和浓度；
降低渣中Al2O3浓度C，在配渣时用不含或少含Al2O3的原材料，采用低粘度保护渣，促进反应物向渣相中迁移。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的高铝钢模铸保护渣，保护渣二元碱度为0.5-0.8，熔点为1000-1100℃，熔速为15-35s，粘度在1300℃为0.1-0.5Pa.s。降低粘度可促进Al2O3的吸收，增加液渣膜的厚度，减小铸坯与模壁间的摩擦，有利于热传导。但粘度过低，又助长了渣钢界面湍流时液渣在钢水中的弥散，造成夹杂。
前述的高铝钢模铸保护渣，其重量百分比化学成分为：SiO2：26%，Al2O3：5%，CaO：21%，Fe2O3：4%，MgO：4%，MnO：5%，BaO：9%，B2O3：5%，R2O：7%，F：10%，C：4%，R2O由Na2O和Li20组成。
前述的高铝钢模铸保护渣，其重量百分比化学成分为：SiO2：28%，Al2O3：4%，CaO：18%，Fe2O3：5%，MgO：5%，MnO：6%，BaO：10%，B2O3：6%，R2O：8%，F：8%，C：2%，R2O由Na2O和Li20组成。
前述的高铝钢模铸保护渣，其重量百分比化学成分为：SiO2：25%，Al2O3：6%，CaO：18%，Fe2O3：5%，MgO：5%，MnO：4%，BaO：9%，B2O3：5%，R2O：9%，F：10%，C：4%，R2O由Na2O和Li20组成。
前述的高铝钢模铸保护渣，其重量百分比化学成分为：SiO2：28%，Al2O3：5%，CaO：16%，Fe2O3：4%，MgO：4%，MnO：5%，BaO：7%，B2O3：6%，R2O：10%，F：11%，C：4%，R2O由Na2O和Li20组成。
本发明的有益效果是：
模铸绝热保护渣的作用主要是隔离空气，弯月面绝热，吸收夹杂物，没有润滑和控制模壁的传热的作用；相对于模铸，水冷模铸通过水冷却，控制传热要求更高，故要求更低的熔化温度和粘度，更快的熔化速度；同时，浇铸过程液面处于非稳态，容易造成卷渣及夹渣。
采用此保护渣在水冷模铸工艺试生产试验，厚板坯钢锭表面质量明显改善，铸坯表面无纵裂纹、凹坑、角部裂纹、粘渣等缺陷。
解决含有Al、Ti等具有强还原性元素钢的浇铸问题，抑制强还原性元素被氧化后进入熔渣使熔渣变性。
含铝钢保护渣在吸收夹杂物后粘度和熔点变化不大，性能稳定，铸坯表面和皮下质量正常，能满足浇铸工艺要求。
本发明使用后，含铝钢坯料表面质量比以前有明显改善，无表面纵裂、凹坑、粘渣，解决含有Al、Ti等具有强还原性元素钢的浇铸问题。
具体实施方式
    实施例1
常规模铸保护渣在水冷模铸试制过程中，发现表面裂纹、凹坑、粘渣等缺陷，由于根据钢种特性及浇铸工艺，降低保护渣的粘度和熔点，降低碳固含量，提高熔化速度。 浇铸钢种：P80A。钢水二次氧化严重，铸坯表面及皮下夹杂主要是Al2O3，保护渣吸收夹杂物的能力主要是指吸收夹杂的速度和吸收夹杂后性能的稳定性，取决于其化学组成。
生产工艺路线：电炉+LF+VD+水冷模铸浇铸。
本实施例的适应水冷模铸浇铸的高铝钢模铸保护渣，其重量百分比化学成分为：SiO2：26%，Al2O3：5%，CaO：21%，Fe2O3：4%，MgO：4%，MnO：5%，BaO：9%，B2O3：5%，R2O：7%，F：10%，C：4%，R2O由Na2O和Li20组成。
降低保护渣中SiO2含量，可大大减少熔渣中SiO2的活度，大大减弱熔渣的氧化性。保护渣材料中，二元碱度为0.8，熔点为1050℃，熔速为20s，粘度为0.2Pa.s（1300℃）。降低粘度可促进Al2O3的吸收，增加液渣膜的厚度，减小铸坯与模壁间的摩擦，有利于热传导。但粘度过低，又助长了渣钢界面湍流时液渣在钢水中的弥散，造成夹杂。
本实施例使用后熔渣具有较快润湿、吸收Al2O3夹杂的速度，熔渣结构稳定；基本消除了表面裂纹、凹坑、粘渣等缺陷。
实施例2
常规模铸保护渣在水冷模铸试制过程中，发现表面裂纹、凹坑、粘渣等缺陷，由于根据钢种特性及浇铸工艺，降低保护渣的粘度和熔点，降低碳固含量，提高熔化速度。 浇铸钢种：P80A。钢水二次氧化严重，铸坯表面及皮下夹杂主要是Al2O3，保护渣吸收夹杂物的能力主要是指吸收夹杂的速度和吸收夹杂后性能的稳定性，取决于其化学组成。
生产工艺路线：电炉+LF+VD+水冷模铸浇铸。
本实施例的适应水冷模铸浇铸的高铝钢模铸保护渣，其重量百分比化学成分为：SiO2：28%，Al2O3：4%，CaO：18%，Fe2O3：5%，MgO：5%，MnO：6%，BaO：10%，B2O3：6%，R2O：8%，F：8%，C：2%，R2O由Na2O和Li20组成。  
降低保护渣中SiO2含量，可大大减少熔渣中SiO2的活度，大大减弱熔渣的氧化性。保护渣材料中，二元碱度为0.64，熔点为1100℃，熔速为28s，粘度为0.45Pa.s（1300℃）。降低粘度可促进Al2O3的吸收，增加液渣膜的厚度，减小铸坯与模壁间的摩擦，有利于热传导。但粘度过低，又助长了渣钢界面湍流时液渣在钢水中的弥散，造成夹杂。
本实施例使用后熔渣具有较快润湿、吸收Al2O3夹杂的速度，熔渣结构稳定；基本消除了表面裂纹、凹坑、粘渣等缺陷。
实施例3
常规模铸保护渣在水冷模铸试制过程中，发现表面裂纹、凹坑、粘渣等缺陷，由于根据钢种特性及浇铸工艺，降低保护渣的粘度和熔点，降低碳固含量，提高熔化速度。 浇铸钢种：P80A。钢水二次氧化严重，铸坯表面及皮下夹杂主要是Al2O3，保护渣吸收夹杂物的能力主要是指吸收夹杂的速度和吸收夹杂后性能的稳定性，取决于其化学组成。
生产工艺路线：电炉+LF+VD+水冷模铸浇铸。
本实施例的适应水冷模铸浇铸的高铝钢模铸保护渣，其重量百分比化学成分为：SiO2：25%，Al2O3：6%，CaO：18%，Fe2O3：5%，MgO：5%，MnO：4%，BaO：9%，B2O3：5%，R2O：9%，F：10%，C：4%，R2O由Na2O和Li20组成。
降低保护渣中SiO2含量，可大大减少熔渣中SiO2的活度，大大减弱熔渣的氧化性。保护渣材料中，二元碱度为0.72，熔点为1050℃，熔速为30s，粘度为0.4Pa.s（1300℃）。降低粘度可促进Al2O3的吸收，增加液渣膜的厚度，减小铸坯与模壁间的摩擦，有利于热传导。但粘度过低，又助长了渣钢界面湍流时液渣在钢水中的弥散，造成夹杂。
本实施例使用后熔渣具有较快润湿、吸收Al2O3夹杂的速度，熔渣结构稳定；基本消除了表面裂纹、凹坑、粘渣等缺陷。
实施例4
常规模铸保护渣在水冷模铸试制过程中，发现表面裂纹、凹坑、粘渣等缺陷，由于根据钢种特性及浇铸工艺，降低保护渣的粘度和熔点，降低碳固含量，提高熔化速度。 浇铸钢种：P80A。钢水二次氧化严重，铸坯表面及皮下夹杂主要是Al2O3，保护渣吸收夹杂物的能力主要是指吸收夹杂的速度和吸收夹杂后性能的稳定性，取决于其化学组成。
生产工艺路线：电炉+LF+VD+水冷模铸浇铸。
本实施例的适应水冷模铸浇铸的高铝钢模铸保护渣，其重量百分比化学成分为：SiO2：28%，Al2O3：5%，CaO：16%，Fe2O3：4%，MgO：4%，MnO：5%，BaO：7%，B2O3：6%，R2O：10%，F：11%，C：4%，R2O由Na2O和Li20组成。
降低保护渣中SiO2含量，可大大减少熔渣中SiO2的活度，大大减弱熔渣的氧化性。保护渣材料中，二元碱度为0.57，熔点为1100℃，熔速为35s，粘度为0.5Pa.s（1300℃）。降低粘度可促进Al2O3的吸收，增加液渣膜的厚度，减小铸坯与模壁间的摩擦，有利于热传导。但粘度过低，又助长了渣钢界面湍流时液渣在钢水中的弥散，造成夹杂。
本实施例使用后熔渣具有较快润湿、吸收Al2O3夹杂的速度，熔渣结构稳定；基本消除了表面裂纹、凹坑、粘渣等缺陷。
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 (6)

1.一种高铝钢模铸保护渣，其特征在于：其重量百分比化学成分为：SiO2：22-28%，Al2O3：2-7%，CaO：16-22%，Fe2O3：2-5%，MgO：2-5%，MnO：2-6%，BaO：5-10%，B2O3：4-6%，R2O：5-10%，F：7-12%，C：2-4%，以上各组分重量百分比之和为100%，所述R2O由Na2O和Li20组成。
2.如权利要求1所述的高铝钢模铸保护渣，其特征在于：保护渣二元碱度为0.5-0.8，熔点为1000-1100℃，熔速为15-35s，粘度在1300℃为0.1-0.5Pa.s。
3.如权利要求1或2所述的高铝钢模铸保护渣，其特征在于：其重量百分比化学成分为：SiO2：26%，Al2O3：5%，CaO：21%，Fe2O3：4%，MgO：4%，MnO：5%，BaO：9%，B2O3：5%，R2O：7%，F：10%，C：4%，R2O由Na2O和Li20组成。
4.如权利要求1或2所述的高铝钢模铸保护渣，其特征在于：其重量百分比化学成分为：SiO2：28%，Al2O3：4%，CaO：18%，Fe2O3：5%，MgO：5%，MnO：6%，BaO：10%，B2O3：6%，R2O：8%，F：8%，C：2%，R2O由Na2O和Li20组成。
5.如权利要求1或2所述的高铝钢模铸保护渣，其特征在于：其重量百分比化学成分为：SiO2：25%，Al2O3：6%，CaO：18%，Fe2O3：5%，MgO：5%，MnO：4%，BaO：9%，B2O3：5%，R2O：9%，F：10%，C：4%，R2O由Na2O和Li20组成。
6.如权利要求1或2所述的高铝钢模铸保护渣，其特征在于：其重量百分比化学成分为：SiO2：28%，Al2O3：5%，CaO：16%，Fe2O3：4%，MgO：4%，MnO：5%，BaO：7%，B2O3：6%，R2O：10%，F：11%，C：4%，R2O由Na2O和Li20组成。
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