CN105642847A

CN105642847A - 一种低碳钢连铸用保护渣及其应用

Info

Publication number: CN105642847A
Application number: CN201610049064.XA
Authority: CN
Inventors: 王万林; 周乐君; 朱晨阳; 罗志灿; 李静文
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2016-06-08

Abstract

一种低碳钢连铸用保护渣及其应用。本发明所述保护渣，以质量百分比计包括下述组分：CaO？29~33%、SiO₂？28~32%、Al₂O₃？8~12%、BaO？2~7%、(Na₂O+Li₂O)？2~7%、B₂O_3？3~9%、F^-？5~9%、C？0.01~0.2%、TiO₂？0.5~1.0%。本发明之保护渣特别适用于C质量百分含量≤0.1%、Al含量≤0.05%、Ti含量≤0.05%的低碳钢连铸。本发明之保护渣在连铸生产过程中，能够抑制钢渣反应，使钢渣界面不再活跃；同时还能提高渣钢间的界面张力，从而减弱卷渣趋势。通过调节其他成分使保护渣性能保持稳定。

Description

一种低碳钢连铸用保护渣及其应用

技术领域

本发明涉及一种低碳钢连铸用保护渣及其应用；属于钢铁连铸保护渣技术领域。

背景技术

作为连铸过程中重要的功能材料，保护渣在连铸结晶器内发挥绝热保温、防止钢水二次氧化、吸收非金属夹杂、润滑坯壳和控制传热等重要作用。保护渣性能的好坏，直接决定着铸坯质量，从而影响生产效益。

通常低碳钢板坯都或多或少的存在一定数量的表面缺陷（包括炼钢类缺陷、热轧类缺陷、腐蚀类缺陷、冷轧缺陷、表面附着物、机械损伤等）。其中由于炼钢过程引起的缺陷有保护渣缺陷、气泡缺陷和夹杂物缺陷等三类，产生原因相当复杂。

研究表明，结晶器内发生卷渣的原因较为复杂，影响因素较多，包括拉速、结晶器振动方式、水口浸入深度、保护渣粘度、渣钢的浸润性、结晶器尺寸等。粘度高，保护渣流动性变弱，液渣面波动性变小，能有效降低卷渣的可能性，但粘度增高时将导致保护渣润滑能力下降，渣的消耗量减小，容易造成粘性漏钢，此时必须降低保护渣的凝固温度和结晶温度。因此，保护渣的黏度、表面张力、钢渣反应等是解决低碳钢板坯表面夹渣的关键。

从文献检索的情况来看，目前有一些针对低碳钢或超低碳钢连铸过程设计和开发的保护渣。公开号为CN103785805A的专利《一种方坯中低碳钢连铸结晶器保护渣及其生产方法》所设计的保护渣虽然采用黄磷废渣作为原材料，成本低，但由于保护渣成分未精确配比添加Al₂O₃、TiO₂，对钢渣反应无抑制作用，故不适用含Al、Ti低碳钢连铸；公开号为CN103317111A的专利《一种低碳钢用无氟连铸保护渣》所设计的保护渣虽然无氟化，有利于环境保护和减少设备腐蚀，但也未考虑抑制钢渣反应，故不适用含Al、Ti低碳钢连铸；公开号为CN103817301A的专利《一种用于超低碳钢的连铸结晶器保护渣》，虽然能从源头上防止超低碳钢增碳现象的发生，但对含Al、Ti低碳钢连铸适用性不强。

以上现有技术中的保护渣均未综合考虑保护渣的黏度、表面张力、钢渣反应等对低碳钢连铸过程卷渣及铸坯质量的影响，故不适用需要特别考虑钢渣反应对界面张力影响的含Al、Ti低碳钢连铸。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种组分配比合理、粘度适中、熔点较低、结晶温度低的低碳钢连铸用保护渣及其应用。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，本发明之低碳钢连铸用保护渣，以质量百分比计包括下述组分：

CaO29~33%，优选为30～32.8%，进一步优选为30.3～32%；

SiO₂28~32%，优选为28.2～31%，进一步优选为28.5～30.5%；

Al₂O₃8~12%，优选为9～11%，进一步优选为9.2～10.8%；

BaO2~7%，优选为2.5～6.5%，进一步优选为4.5~6%；

(Na₂O+Li₂O)2~7%，优选为2.5～5.5%，进一步优选为2.8～5%；

B₂O₃3~9%，优选为5~8.5%，进一步优选为6.5～8%；

F^-5~9%，优选为5.5~8.8%，进一步优选为6～8.5%；

C0.01~0.2%，优选为0.012～0.16%，进一步优选为0.05～0.15%；

TiO₂0.5～1.0%，优选为0.6～0.9%，进一步优选为0.7～0.8%。

进一步，本发明所述保护渣中，CaO与SiO₂质量比为0.91~1.18∶1，优选为0.97～1.16∶1，进一步优选为0.99～1.12∶1。

进一步，本发明所述保护渣中，所述F^-以CaF₂、NaF、Na₃AlF₆中至少一种的形式配入保护渣。

进一步，本发明所述保护渣中，Na₂O与Li₂O的质量比为3~9∶1，优选为4~8∶1，进一步优选为6～7∶1。

进一步，本发明所述保护渣的熔点范围为995~1095℃。1300℃的粘度范围为0.20~0.43Pa·s。结晶温度范围为1152~1245℃。

本发明之低碳钢连铸用保护渣的应用，包括用作低碳钢连铸保护渣。

进一步，本发明所述低碳钢连铸用保护渣的应用，所述低碳钢中，C质量百分含量≤0.1%。

进一步，本发明所述低碳钢连铸用保护渣的应用，所述低碳钢中Al质量百分含量≤0.05%，Ti质量百分含量≤0.05%。

本发明的原理：由于钢渣反应的发生，在钢渣界面上存在多种离子交换，使得钢渣界面趋于活跃状态，导致钢渣界面张力急剧降低，使得卷渣现象加剧，不利于提高铸坯表面质量，因此应该考虑抑制钢渣反应的发生。

由于含Al、Ti低碳钢中存在一定量的Al和Ti，其会与保护渣发生钢渣反应：

4[Al]+3(SiO₂)=[Si]+(Al₂O₃)

[Ti]+(SiO₂)=[Si]+(TiO₂)

由于钢渣反应的发生，在钢渣界面上存在多种离子交换，使得钢渣界面活跃，从而容易引起卷渣，因此可考虑往保护渣中配入一定量的Al₂O₃和TiO₂，从而来抑制钢渣反应，使得钢渣界面不再活跃，从而减弱卷渣趋势，其中提高渣中Al₂O₃，也有利于提高钢渣界面张力。

本发明所述保护渣中，降低Na₂O的原因是：增加钢渣界面张力，有利于提高铸坯表面质量，而渣中Na₂O会显著降低钢渣界面张力，应此将渣中Na₂O降低。

本发明所述保护渣中，增加B₂O₃的原因是：往渣中添加适量B₂O₃来助溶，B₂O₃对钢渣界面张力无不良影响。

本发明所述保护渣中，增加碱度的原因是：增加B₂O₃可能会对结晶性能产生一定影响，因此将碱度稍微调高。

本发明所述保护渣中，增加BaO的原因是：渣中BaO的存在，可阻碍液渣结晶，还有明显降低粘度的作用。

本发明所述保护渣中，将配C保持在0.01～0.2%的原因是：配入一定量的C，可以有效防止连铸生产钢液氧化；同时将C含量保持在0.2%以下，以防止钢液增碳。

与现有技术相比较，本发明具有以下优势：

1）有效抑制钢渣反应。通过添加一定量的Al₂O₃和TiO₂，抑制钢渣反应，钢渣界面不再活跃，使得本发明所述保护渣成分和性能保持稳定。

2）理化性能好。通过控制B₂O_3、Na₂O、Li₂O、F^-等熔剂组成和调整碱度、BaO含量使得本发明所述保护渣具有熔点较低、粘度适中，以及结晶温度低等特点。

3）可避免钢液增碳。通过配入适量的C，在防止连铸生产钢液氧化的同时能有效避免钢液增碳。

综上所述，本发明之低碳钢连铸用保护渣，熔点较低，粘度适中，抑制钢渣反应能力强，性能稳定，通过添加一定量的Al₂O₃和TiO₂，抑制钢渣反应，使得钢渣界面不再活跃，从而减弱卷渣趋势。通过合适调节其他成分使保护渣性能稳定。另外，适中的粘度能保证保护渣渗透能力，从而增加铸坯润滑，控制弯月面处传热，这些都将提高铸坯质量。对于含Al、Ti低碳钢连铸意义重大。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的阐述，实施例仅用于说明本发明，而不是以任何形式来限制本发明。

本发明的保护渣熔化温度、1300^oC的粘度分别采用冶金行业标准YB/T186和YB/T185测定。

实施例1

一种低碳钢连铸用保护渣，包括以下质量百分含量的组分：CaO：32.3%，SiO₂：31.9%，Al₂O₃：11.2%，BaO：6.1%，(Na₂O+Li₂O)：6.7%，B₂O₃：5.17%，F^-：5.8%，C：0.13%，TiO₂：0.7%。

该保护渣中，碱度CaO/SiO₂质量比为1.01∶1。Na₂O与Li₂O的质量比为5∶1。

所述F^-以CaF₂的形式配入保护渣。

采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣用于碳含量为0.01wt%，Al含量为0.05wt%，Ti含量为0.05wt%的含Al、Ti低碳钢连铸，所得铸坯卷渣情况出现的概率低于0.45%。

实施例2

一种低碳钢连铸用保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：32.2%，SiO₂：30.9%，Al₂O₃：11.8%，BaO：6.7%，(Na₂O+Li₂O)：6.8%，B₂O₃：5.1%，F^-：5.56%，C：0.14%，TiO₂：0.8%。

该保护渣的碱度CaO/SiO₂质量比为1.04∶1。

本发明所述保护渣中，所述F^-以NaF的形式配入保护渣。

所述保护渣中，Na₂O与Li₂O的质量比为6∶1。

采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣用于碳含量为0.01wt%，Al含量为0.05wt%，Ti含量为0.05wt%的含Al、Ti低碳钢连铸，所得铸坯卷渣情况出现的概率低于0.32%。

实施例3

一种低碳钢连铸用保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：32.5%，SiO₂：30.1%，Al₂O₃：9.5%，BaO：6.52%，(Na₂O+Li₂O)：6.5%，B₂O₃：8.3%，F^-：5.6%，C：0.08%，TiO₂：0.9%。

该保护渣的碱度CaO/SiO₂质量比为1.08∶1。

所述F^-以Na₃AlF₆的形式配入保护渣。

本发明所述保护渣中，Na₂O与Li₂O的质量比为8∶1。

采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣用于碳含量为0.01wt%，Al含量为0.05wt%，Ti含量为0.05wt%的含Al、Ti低碳钢连铸，所得铸坯卷渣情况出现的概率低于0.31%。

实施例4

一种含Al、Ti低碳钢连铸用保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：32.4%，SiO₂：31.7%，Al₂O₃：10.5%，BaO：4.11%，(Na₂O+Li₂O)：6.8%，B₂O₃：8.1%，F^-：5.6%，C：0.09%，TiO₂：0.7%。

该保护渣的碱度CaO/SiO₂质量比为1.02。

所述F^-以CaF₂的形式配入保护渣。

所述保护渣中，Na₂O与Li₂O的质量比为3∶1。

采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣用于碳含量为0.01wt%，Al含量为0.05wt%，Ti含量为0.05wt%的含Al、Ti低碳钢连铸，所得铸坯卷渣情况出现的概率低于0.41%。

实施例5

一种含Al、Ti低碳钢连铸用保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：31.3%，SiO₂：29.8%，Al₂O₃：11.7%，BaO：6.4%，(Na₂O+Li₂O)：5.2%，B₂O₃：8.7%，F^-：5.8%，C：0.18%，TiO₂：0.92%。

该保护渣的碱度CaO/SiO₂为1.05。

本发明所述保护渣中，所述F^-以NaF的形式配入保护渣。

所述保护渣中，Na₂O与Li₂O的质量比为4∶1。

采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣用于碳含量为0.01wt%，Al含量为0.05wt%，Ti含量为0.05wt%的含Al、Ti低碳钢连铸，所得铸坯卷渣情况出现的概率低于0.59%。

实施例6

一种含Al、Ti低碳钢连铸用保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：31.5%，SiO₂：30.3%，Al₂O₃：10.6%，BaO：5.7%，(Na₂O+Li₂O)：4.9%，B₂O₃：7.86%，F^-：8.2%，C：0.14%，TiO₂：0.8%。

该保护渣的碱度CaO/SiO₂为1.04。

所述保护渣中，所述F^-以Na₃AlF₆中的形式配入保护渣。

所述保护渣中，Na₂O与Li₂O的质量比为3∶1。

采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣用于碳含量为0.01wt%，Al含量为0.05wt%，Ti含量为0.05wt%的含Al、Ti低碳钢连铸，所得铸坯卷渣情况出现的概率低于0.17%。

以上实施例1～6均采用本发明所设计的保护渣，其具体成分略有区别，但都在本发明所设计的保护渣成分范围内，得到铸坯表面夹渣现象极少，表面光滑，且渣膜也较为完整。

对比例1

本对比例中保护渣组分，以重量百分含量计为：CaO：42.3%，SiO₂：27.4%，Al₂O₃：10.2%，BaO：6.7%，(Na₂O+Li₂O)：3.9%，B₂O₃：3.5%，F^-：5.25%，C：0.05%，TiO₂：0.7%。

该保护渣的碱度CaO/SiO₂为1.54。本发明所述保护渣中，所述F^-以NaF的形式配入保护渣。

所述保护渣中，Na₂O与Li₂O的质量比为4∶1。

该对比例所采用的保护渣用于碳含量为0.01wt%，Al含量为0.05wt%，Ti含量为0.05wt%的含Al、Ti低碳钢连铸，由于该保护渣碱度过高，所得铸坯卷渣严重，表面质量差，铸坯卷渣情况出现的概率为2.1～2.7%。

对比例2

本对比例中保护渣组分，以质量百分含量计为：CaO：29.1%，SiO₂：28.8%，Al₂O₃：26.7%，BaO：2.69%，(Na₂O+Li₂O)：2.1%，B₂O₃：4.3%，F^-：5.4%，C：0.11%，TiO₂：0.8%。

该保护渣的碱度CaO/SiO₂为1.01。本发明所述保护渣中，所述F^-以NaF的形式配入保护渣。

所述保护渣中，Na₂O与Li₂O的质量比为4∶1。

该对比例所采用的保护渣用于碳含量为0.01wt%，Al含量为0.05wt%，Ti含量为0.05wt%的含Al、Ti低碳钢连铸，由于Al₂O₃含量过高，保护渣粘度多大，导致渗渣不好，所得铸坯卷渣严重，表面质量差，铸坯卷渣情况出现的概率为2.3～2.8%。

对比例3

本对比例中保护渣组分，以质量百分含量计为：CaO：29.8%，SiO₂：31.2%，Al₂O₃：11.3%，BaO：2.2%，(Na₂O+Li₂O)：5.5%，B₂O₃：7.5%，F^-：6.8%，C：5.1%，TiO₂：0.6%。

该保护渣的碱度CaO/SiO₂为0.96。本发明所述保护渣中，所述F^-以NaF的形式配入保护渣。

所述保护渣中，Na₂O与Li₂O的质量比为4∶1。

该对比例所采用的保护渣用于碳含量为0.01wt%，Al含量为0.05wt%，Ti含量为0.05wt%的含Al、Ti低碳钢连铸，由于保护渣配C过高，导致钢液增碳严重，所得铸坯卷渣严重，表面质量差，铸坯卷渣情况出现的概率为2.4～3.2%。

对比例4

本对比例中保护渣组分，以质量百分含量计为：CaO：31.2%，SiO₂：30.1%，Al₂O₃：10.8%，BaO：5.9%，(Na₂O+Li₂O)：6.5%，B₂O₃：7.5%，F^-：7.88%，C：0.12%。

该保护渣的碱度CaO/SiO₂为0.94。本发明所述保护渣中，所述F^-以NaF的形式配入保护渣。

所述保护渣中，Na₂O与Li₂O的质量比为4∶1。

该对比例所采用的保护渣用于碳含量为0.01wt%，Al含量为0.05wt%，Ti含量为0.05wt%的含Al、Ti低碳钢连铸，所得铸坯卷渣严重，由于保护渣未添加TiO₂，导致钢渣反应严重，表面质量差，铸坯卷渣情况出现的概率为1.9～2.2%。

通过对比例1、2、3、4以及本发明的6个实施例可以看出，本发明之保护渣可以很好的用于含Al、Ti低碳钢连铸过程，所得到的铸坯出现卷渣情况的概率远低于其它保护渣，铸坯质量明显变好。

Claims

1.一种低碳钢连铸用保护渣，其特征在于，以质量百分比计包括下述组分：

CaO29~33%；SiO₂28~32%；Al₂O₃8~12%；BaO2~7%；(Na₂O+Li₂O)2~7%；B₂O₃3~9%；F^-5~9%；C0.01~0.2%；TiO₂0.5～1.0%。

2.根据权利要求1所述的低碳钢连铸用保护渣，其特征在于，以质量百分比计包括下述组分：

CaO30～32.8%；SiO₂28.2～31%；Al₂O₃9～11%；BaO2.5～6.5%；(Na₂O+Li₂O)2.5～5.5%；B₂O₃5~8.5%；F^-5.5~8.8%；C0.012～0.16%；TiO₂0.6～0.9%。

3.根据权利要求2所述的低碳钢连铸用保护渣，其特征在于，以质量百分比计包括下述组分：

CaO30.3～32%；SiO₂28.5～30.5%；Al₂O₃9.2～10.8%；BaO4.5~6%；(Na₂O+Li₂O)2.8～5%；B₂O₃6.5～8%；F^-6～8.5%；C0.05～0.15%；TiO₂0.7～0.8%。

4.根据权利要求1或2所述的低碳钢连铸用保护渣，其特征在于，保护渣中，CaO与SiO₂质量比为0.91~1.18∶1。

5.根据权利要求1或2所述的低碳钢连铸用保护渣，其特征在于，保护渣中，Na₂O与Li₂O的质量比为3~9：1。

6.根据权利要求1或2所述的低碳钢连铸用保护渣，其特征在于，保护渣中，所述F^-以CaF₂、NaF、Na₃AlF₆中至少一种的形式配入保护渣。

7.根据权利要求1或2所述的低碳钢连铸用保护渣，其特征在于，保护渣的熔点为995~1095℃，1300℃的粘度为0.20~0.43Pa·s，结晶温度为1152~1245℃。

8.如权利要求1～7任意一项所述低碳钢连铸用保护渣的应用，其特征在于：包括用作低碳钢连铸保护渣。

9.根据权利要求8所述的低碳钢连铸用保护渣的应用，其特征在于：所述低碳钢中C质量百分含量≤0.1%。

10.根据权利要求8所述的低碳钢连铸用保护渣的应用，其特征在于：所述低碳钢中Al质量百分含量≤0.05%，Ti质量百分含量≤0.05%。