CN103381473A - 超大圆坯中碳钢专用连铸结晶器保护材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大圆坯中碳钢专用连铸结晶器保护材料，包括预熔料、钠长石粉、水泥熟料、碳酸钠、萤石、氧化铁红、碳酸锂、碳黑、85鳞片石墨；其质量百分含量分别为40.0%、16%、3%、12.0%、5.5%、1%、2.5%、14%、6%。用上述研究结果由河南省西保冶材集团有限公司生产的该保护材料，在结晶器内熔化均匀、渣圈少，保护材料铺展良好、无结团，保温性能良好，正常拉速时液渣厚度为10～12mm，每吨钢耗量为0.35～0.45kg,结晶器内四周传热稳定均匀，无报警，铸坯表面无清理率达98%以上，能够满足钢厂大圆坯的生产要求。

Description

超大圆坯中碳钢专用连铸结晶器保护材料

技术领域

本发明属于冶金辅料技术领域，特别是一种超大圆坯中碳钢专用连铸结晶器保护材料。

背景技术

现代无缝钢管采用了先进的炼钢工艺和炉外精炼手段，以及连铸时采用了保护浇注、电磁搅拌等技术，因此成材率达到98%以上，而且外表面无裂纹、结疤、夹渣、凹陷、气泡以及其他深度大于1.5mm的机械划伤和压痕等缺陷；管坯内部的裂纹、气孔、偏析和夹杂以及凝固组织的状态也都能符合轧管的要求。因此圆坯已经成为现代无缝钢管热轧连轧生产线用管坯的首选。

虽然国内某钢厂的超大圆坯连铸机（浇注断面￠800，拉速0.3～0.5m/min）建成投产，并且引进国外某集团连铸保护材料，供铸机热试和考核验收，但多方面表示进口保护材料存在价格昂贵、试验周期长等问题，使钢厂增加生产成本，因此考虑使用国产保护材料即西保集团——这种型号的圆坯专用保护材料来满足生产需求。

 超大圆坯特性：中碳钢W（C≤0.20～0.50%）；连铸钢水有以下特点：①由于钢水P、S偏析，初始生成的坯壳凝固收缩小，在钢水静压力作用下坯壳和结晶器壁接触紧密，拉坯过程中坯壳受到的摩擦阻力大，坯壳易与结晶器壁粘结，导致粘结漏钢。②坯壳与结晶器壁接触良好，传热能力强，坯壳生长较快且相对均匀，初生坯壳出现裂纹的机率较小，但坯壳之间重接能力差，在坯壳连接处容易发生拉脱或漏钢。③由于钢水中P、S、C等偏析严重，造成铸坯内部组织成份偏析、疏松；若结晶水冷却强度过大，易出现内部裂纹。连铸圆坯的外形尺寸包括铸坯的直径偏差、长度偏差、椭圆度、弯曲度、端面切斜度等，铸坯的外形尺寸超标会给下步轧管工序的操作带来不利影响，因此要严格控制，所以对保护材料提出了更高的要求：①良好的吸附夹杂物及稳定的熔融特性和控热能力：由于该钢中易氧化元素多，保护材料需要良好的吸收钢液上浮夹杂物，并使液渣物性保持稳定；②适宜的液渣层厚度：液渣层过厚或过薄，铸坯表面都会产生裂纹等缺陷，尤以厚度不足为甚，裂纹数量随液渣层的减薄而剧增；③减少渣圈生成：渣圈厚时会把液渣向下流动的通道堵死，局部堵塞的时间越长表面纵裂就越严重；④合适的渣耗量：保护材料的渣耗量随着液渣粘度、结晶器振动频率、负滑脱率以及拉速的减少而增大；⑤合适的熔渣粘度和渣膜厚度：适宜的粘度才能保护合适的液渣供给，从而保证液渣的均匀流入，获得分布均匀的渣膜，保证铸坯的均匀凝固，降低摩擦力并使结晶器散热均匀化，防止裂纹的产生及粘结漏钢。总之，该保护材料技术的核心就是快速成渣，以保证对铸坯充足的润滑；同时必须使结晶器保护材料液态渣膜具有良好的填充性和缓冷性，防止铸坯的不均匀凝固，从而保证高拉速生产条件下获得高质量的铸坯。

超大连铸圆坯的外形尺寸超标的原因相对简单，主要受设备精度和冷却工艺影响，但控制起来也不容易，因此也只有在提高设备精度和控制铸坯冷却工艺上采取有效措施才能避免铸坯的外形尺寸超标。连铸圆坯直径偏差主要与结晶器尺寸变化有关；铸坯长度偏差主要与切割控制***的精度有关；铸坯椭圆度主要受拉矫机压力的影响；铸坯弯曲度主要与铸坯全程冷却的均匀性以及所浇钢处的凝固、冷却特性有关；铸坯端面切斜度主要与切割介质和控制稳定性有关。

综上述原因，大部分铸坯与使用的保护材料有直接关系，因此在浇铸中碳钢时，为保证连铸工艺顺行，除合理控制结晶器振动参数、拉速和稳定浇铸条件下，最关键就是通过保护材料促进铸坯的润滑，减小拉坯阻力。

发明内容

本发明提供一种铺展性、保温性和熔化性能表现良好的超大圆坯中碳钢专用连铸结晶器保护材料。

一种超大圆坯中碳钢专用连铸结晶器保护材料，包括预熔料、钠长石粉、水泥熟料、碳酸钠、萤石、氧化铁红、碳酸锂、碳黑、85鳞片石墨；其质量百分含量分别为40.0%、16%、3%、12.0%、5.5%、1%、2.5%、14%、6%，所述预熔料成分包括：SiO₂ 28.0～33.0%，CaO  21.0～25.0%，Al₂O₃  6.0～9.0%，R₂O  3.0～7.0%，F^－ 2.5～6.0%

所述保护材料的有效成份包括SiO₂、CaO、Al₂O₃、Na₂O、F^－、MgO、Fe₂O₃，其质量百分含量为SiO₂ 29.5～35.5%、CaO 18.0～24.0%、Al₂O₃  3～5%、Na₂O  6.0～10.0%、F^－  1.5～4.0%、MgO  1.5～4.0%、Fe₂O₃  0.5～2.5%。

所述保护材料的二元碱度（CaO/SiO₂）为0.55～0.75。

    该超大圆坯连铸采用多点矫直全弧形连铸机，结晶器设备有液面控制***和电磁搅拌***。钢水经过真空精炼后，钢水夹杂含量较低，因此要求保护材料必须熔化均匀，避免保护材料熔化不均匀和不合理产生结晶器流场下的卷渣，降低渣膜润滑性和铸坯洁净度。为了保证铸坯润滑和吸收夹杂物的能力，析晶比例控制在30%左右，碱度R值取在0.55～0.75，粘度控制在1.0Pa·S，熔点控制在1070～1130℃间以保证保护材料的消耗量降到最低，保护材料性能指标选择结果如下表：

                           表1 保护材料性能指标

碱度	熔点/℃	粘度/Pa·S	吨钢消耗量/kg
				0.55～0.75	1070～1130	0.9～1.1	0.3～0.5

为了在碱度较低的情况下，提高保护材料熔化均匀性，除了采用预熔渣型外，还利用多种组合材料减少分熔。

保护材料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而成。本研究选择用硅灰石作为保护材料配渣基料，该料含有的常规成分为：SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃，与常规的预熔料相比不含Na₂O、F^－，有效地控制了渣中Na₂O、F^－含量，获得具有适宜的玻璃性和结晶性能的渣膜，保证铸坯与结晶器之间的润滑，使熔渣性能的稳定性得到了提高，明显增加了使用效果的稳定性。保护材料成品的理化性能稳定性与所使用生产工艺和控制标准是直接相关的。为了适应高拉速保护材料的高质量需求，本发明保护材料采用了如下质量控制标准：每种原料粒度要求通过320目；混匀搅拌和水磨成浆时间各1h。

碳质材料种类很多，随着产地的不同，在性能和形态上都有很大区别。研究表明，碳在保护材料的熔化中起到骨架作用，碳质材料的加入对保护材料是熔化至关重要，所以配碳是研制保护材料的一项重要内容。

碳的类型	颗粒尺寸/μm	燃烧温度/℃
			碳黑	0.028	386～522
焦炭粉	20	511～718
			石墨	74	613～897
细石墨	1.36	613～897

从上表可以看出，在各种碳质材料中，碳黑的燃烧温度最低，而石墨碳的燃烧温度最高。为了保证保护材料在熔化过程中达到稳定的三层结构，减少烧结，使保护材料的熔化均匀稳定，所以保护材料配碳选用混合配碳模式，具体为14%碳黑和6%的石墨配比，经过实际生产试验，这种配碳模式，在现场使用中，结晶器内熔渣层厚度为10～12mm，无烧结，每吨钢保护材料消耗量为0.3～0.5kg/t，可以满足生产需求。

通过上述研究试验，设计出超大圆坯连铸中碳钢专用保护材料，主要指标如下表

SiO2	Al2O3	CaO	F－	R2O	C固	熔点/℃	粘度/Pa·S	R值
									32.5	5.0	21.0	2.5	8.0	16.0	1090	1.0	0.63

根据上述表格成份，经现场试验结果表明，该保护材料使用时，在结晶器内铺展性、保温性和熔化性能表现良好；液渣层厚度为10～12mm，每吨钢渣耗量为0.35～0.45kg/t钢；结晶器内四周传热量稳定和均匀，满足现场要求；试验渣渣条小、改善了流入不均现象，保护材料润滑性好，防止了粘结性漏钢；铸坯表面无夹渣和粘渣现象，所浇注铸坯表面无清理率均为98%以上，铸坯皮下及内部质量良好，均能满足下列需要考虑因素的要求：①中碳钢高温塑性较差，浇铸过程中结晶器内坯壳收到摩擦阻力大，易出现坯壳与结晶器壁粘结现象，因此设计保护材料设计的重点应放在保证润滑上，其次考虑传热；②为了降低凝固坯壳的摩擦力，提高保护材料的润滑能力，应该使用低碱度、高粘度的保护材料；③保护材料配碳以碳黑和石墨的混合配碳为好。用上述研究结果本发明生产的该保护材料，现场试验表明，研制的保护材料在结晶器内熔化均匀、渣圈少，保护材料铺展良好、无结团，保温性能良好，正常拉速时液渣厚度为10～12mm，每吨钢耗量为0.35～0.45kg, 结晶器内四周传热稳定均匀，无报警，铸坯表面无清理率达98%以上，能够满足钢厂大圆坯的生产要求。

具体实施方式

 实施例1：

 一种超大圆坯中碳钢专用连铸结晶器保护材料，包括预熔料（预熔料成分包括：SiO₂ 28.0～33.0%，CaO 21.0～25.0%，Al₂O₃  6.0～9.0%，R₂O 3.0～7.0%，F^－  2.5～6.0%）、钠长石粉、水泥熟料、碳酸钠、萤石、氧化铁红、碳酸锂、碳黑、85鳞片石墨；其质量百分含量分别为40.0%、16%、3%、12.0%、5.5%、1%、2.5%、14%、6%。

 保护材料的有效成份为SiO₂、CaO、Al₂O₃、Na₂O、F^－、MgO、Fe₂O₃，其质量百分含量为SiO₂  30%、CaO  24%、Al₂O₃  3%、Na₂O  10%、F^－  2%、MgO  4%、Fe₂O₃  1%。

 实施例2：

 一种超大圆坯中碳钢专用连铸结晶器保护材料，包括预熔料（预熔料成分包括：SiO₂  28.0～33.0%，CaO 21.0～25.0%，Al₂O₃ 6.0～9.0%，R₂O  3.0～7.0%，F^－  2.5～6.0%）、钠长石粉、水泥熟料、碳酸钠、萤石、氧化铁红、碳酸锂、碳黑、85鳞片石墨；其质量百分含量分别为40.0%、16%、3%、12.0%、5.5%、1%、2.5%、14%、6%。

 保护材料的有效成份为为SiO₂、CaO、Al₂O₃、Na₂O、F^－、MgO、Fe₂O₃，其质量百分含量为SiO₂ 35%、CaO 18%、Al₂O₃  5%、Na₂O  6%、F^－  4%、MgO  2%、Fe₂O₃  2%。

 实施例3：

 一种超大圆坯中碳钢专用连铸结晶器保护材料，包括预熔料（预熔料成分包括：SiO₂  28.0～33.0%，CaO 21.0～25.0%，Al₂O₃ 6.0～9.0%，R₂O  3.0～7.0%，F^－  2.5～6.0%）、钠长石粉、水泥熟料、碳酸钠、萤石、氧化铁红、碳酸锂、碳黑、85鳞片石墨；其质量百分含量分别为40.0%、16%、3%、12.0%、5.5%、1%、2.5%、14%、6%。

 保护材料的有效成份为为SiO₂、CaO、Al₂O₃、Na₂O、F^－、MgO、Fe₂O₃，其质量百分含量为SiO₂  32%、CaO  20%、Al₂O₃  4%、Na₂O  8%、F^－3%、MgO 3%、Fe₂O₃ 1.5%。

Claims (3)

1.一种超大圆坯中碳钢专用连铸结晶器保护材料，其特征在于：它的原料包括预熔料、钠长石粉、水泥熟料、碳酸钠、萤石、氧化铁红、碳酸锂、碳黑、85鳞片石墨；其质量百分含量分别为40.0%、16%、3%、12.0%、5.5%、1%、2.5%、14%、6%，所述预熔料成分包括：SiO₂ 28.0～33.0%，CaO 21.0～25.0%，Al₂O₃ 6.0～9.0%，R₂O 3.0～7.0%，F^－ 2.5～6.0%。

2. 如权利要求1所述的专用连铸结晶器保护材料，其特征在于：所述保护材料的有效成份包括SiO₂、CaO、Al₂O₃、Na₂O、F^－、MgO、Fe₂O₃，其质量百分含量为SiO₂ 29.5～35.5%、CaO 18.0～24.0%、Al₂O₃ 3～5%、Na₂O 6.0～10.0%、F^－ 1.5～4.0%、MgO 1.5～4.0%、Fe₂O₃ 0.5～2.5%。

3. 如权利要求1所述的专用连铸结晶器保护材料，其特征在于：所述保护材料的二元碱度（CaO/SiO₂）为0.55～0.75。