CN108213365B

CN108213365B - 一种高铝钢用非反应性保护渣

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Publication number: CN108213365B
Application number: CN201810027671.5A
Authority: CN
Inventors: 何生平; 李至荣; 王谦; 陈卓
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2019-08-02
Anticipated expiration: 2038-01-11
Also published as: CN108213365A

Abstract

本发明公开了一种高铝钢用非反应性保护渣，由以下重量百分比的组分组成：CaO 26%~40%，Al₂O₃18%~28%，BaO 14%~28%，Li₂O 2%~10%，F^‑6%~14%，MgO≤2%，C 2%~8%，其余为不可避免的杂质，并保持杂质中（Na₂O+K₂O+SiO₂）≤2%。本发明保护渣基本不含SiO₂、Na₂O、Fe₂O₃、B₂O₃等与钢水中[Al]、[Ti]等活泼元素反应的组分，使用后保护渣成分和性能依然稳定，从根本上解决了传统高铝钢保护渣钢渣反应带来的保护渣性能恶化、卷渣、纵裂等一系列问题。本发明保护渣能有效协调控制铸坯的润滑和传热，具有较强的吸收Al₂O₃夹杂能力，能够保证高铝钢连铸过程的顺行。

Description

一种高铝钢用非反应性保护渣

技术领域

本发明属于冶金领域，具体涉及一种高铝钢用非反应性保护渣。

背景技术

传统的保护渣主要由CaO和SiO₂组成，同时加入Al₂O₃、MgO、Na₂O、F^-和Li₂O等助熔剂调节保护渣的黏度、熔点和凝固温度等特性，另外配入一定量的C调整保护渣的熔化速度。

在高铝钢浇铸过程中因钢液中铝含量较高，容易与保护渣中SiO₂、Na₂O、Fe₂O₃和B₂O₃等组分反应，如SiO₂与[Al]的反应：3(SiO₂)+4[Al]＝3[Si]+2(Al₂O₃)，从而引起保护渣中SiO₂等组分含量大幅度降低，Al₂O₃大幅升高，导致保护渣熔点、黏度等性能大幅变化，使保护渣性能恶化，同时引起钢水增硅、水口堵塞等问题。部分高铝钢在凝固过程中会发生包晶反应，保护渣性能恶化后由于润滑不足，铸坯由于相变收缩产生的应力来不及释放，易产生纵裂等表面质量缺陷。

针对连铸过程中高铝钢渣液反应性问题以及铸坯易产生凹陷、纵裂等难题，目前高铝钢用保护渣设计通常采用的思路有两种。

(1)通过减小保护渣中SiO₂含量从而降低结晶器内钢渣反应性。中国专利200710042540.6、201210253311.X分别公开的“一种高铝钢用连铸保护渣及其制造方法”和“一种高Al₂O₃含量高铝钢连铸保护渣”中，其将SiO₂含量控制在较低水平，能有效减少了SiO₂与[Al]之间的反应，但Na₂O含量较高增加卷渣风险，且仍与[Al]发生反应，同时会不均匀析出Na-Al-O晶体，影响保护渣的凝固温度，不利于铸坯和结晶器间传热，而201210253311.X专利中B₂O₃含量为2～15％，虽能替代SiO₂改善保护渣玻璃形态，但依然加剧了钢渣之间反应性。

(2)采用低碱度。中国专利CN102233414B、CN201110220295.X通过增加SiO₂含量降低保护渣碱度，保证钢渣反应后碱度升高到预期碱度并实现高铝钢浇铸，但在钢渣反应前后保护渣性能变化较大，且不能及时吸收上浮至钢渣界面以及钢渣反应生成的Al₂O₃夹杂，容易造成铸坯表面及皮下夹渣等缺陷，且此类保护渣只能适用于[Al]含量相对较低的钢种。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种高铝钢用非反应性保护渣，从根本上遏制保护渣与钢水的反应性，保证浇铸过程保护渣成分和性能的相对稳定，保证保护渣良好的润滑性能和传热特性，以提高连浇炉数，减少铸坯表面缺陷。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高铝钢用非反应性保护渣，由以下重量百分比的组分组成：CaO 26％～40％，Al₂O₃18％～28％，BaO 14％～28％，Li₂O 2％～10％，F^-6％～14％，MgO≤2％，C 2％～8％，其余为不可避免的杂质，并保持杂质中(Na₂O+K₂O+SiO₂)≤2％。

本发明保护渣由CaO、Al₂O₃、BaO、Li₂O、MgO和F^-等非反应性组分组成，不含SiO₂、Na₂O、Fe₂O₃和B₂O₃等易与钢中[Al]、[Ti]等活泼元素反应的组分，从根本上解决了钢-渣反应性的问题，保证连铸过程中保护渣成分及性能的稳定，提高连浇炉数和铸坯质量。本发明连铸保护渣的物理性能为熔点：1050-1140℃，1300℃黏度：0.05-0.25Pa·S，析晶率：90～100％，适用于[Al]≥1.5％的高铝钢。

本发明保护渣中，CaO作为保护渣中的主要成分，来源广泛，价格低廉，适当提高CaO含量可明显降低保护渣的黏度，并增强吸收钢中氧化物夹杂的能力，且不与钢液中Al发生反应，本发明将CaO含量控制在26～40％范围，可进一步优选为29～33％。

Al₂O₃在本发明中作为最主要网络结构形成体，以保证熔渣在不同温度段有相对稳定的结构，起到控制润滑和传热的作用，故本发明Al₂O₃含量较高，控制在18～28％范围，替代了传统保护渣中SiO₂和B₂O₃酸性氧化物作为网络结构形成体的角色，含量可进一步优选为24～27％。

BaO在保护渣中可以降低熔化温度和黏度，改善保护渣吸收Al₂O₃夹杂的动力学条件，提高保护渣吸收夹杂能力，同时Ba²⁺能与AlO₂ ^-形成弱电子对，也能提高保护渣吸收Al₂O₃夹杂物的能力。BaO代替部分CaO可以改善保护渣中因缺少SiO₂和B₂O₃酸性氧化物而恶化的玻璃化形态，利于保护渣润滑。但当含量过高时，由于其本身的熔点较高，且易与其它成分结合生成高熔点的结晶矿相，故本发明中将其含量控制为14～28％，可进一步优选为20～26.5％。

适量的MgO能降低保护渣的黏度、凝固温度，改善高铝钢润滑，但MgO本身的熔点较高，且易与其它组分结合成高熔点的结晶矿相，控制MgO≤2％。

Li₂O为保护渣中优良的助熔剂，虽然Na₂O也可作为助熔剂且价格便宜，但Na₂O会与钢液中Al发生反应，且析出的Na-Al-O晶体不利于渣膜的传热，同时Na₂O还会降低钢渣界面张力，增加卷渣的风险。因此，本发明将Li₂O完全替代Na₂O作为助熔剂，含量控制在2～10％范围，可进一步优选为4～8％。

F^-是本发明中主要的助熔剂，能有效调节保护渣的黏度和析晶矿相，本发明将F^-含量控制在6～14％范围，可进一步优选为7～10％。

C在保护渣中起骨架的作用，调节保护渣的熔化速度，本发明将C含量控制在2～8％范围。

本发明保护渣由常用的工业原料制备而来，其制备方法如下：

1)分别检测工业原料石灰石、萤石、铝矾土、碳酸钡、镁砂、碳酸锂和碳质材料的化学成分，选择重量百分比满足以下要求的原材料：

石灰石：CaO 53-55％，SiO2<4％，S<0.1％；

萤石：CaF288-90％，SiO2<6.0％，S<0.05％；

碳酸锂：Li2CO3>98％；

铝矾土：Al2O3>75％，SiO2<4％；

碳酸钡：BaCO3>95％；

镁砂：MgO>85％，SiO2<6％，Al2O3<2％；

碳质材料：C>95％；

2)根据待制备的保护渣组成元素成分重量百分比满足的条件，计算所需各原材料的重量。

3)将步骤2)称取的石灰石、铝矾土、碳酸钡、萤石、碳酸锂、镁砂混合，放入矿热炉中在1350℃～1450℃内保温30～40分钟，使各原材料熔化均匀，随后出炉自然冷却或烘干，得到预熔料。

4)将预熔料破碎加工到200目以下，加入所需量的碳质材料，然后在精磨机中加入干料重量0.8～1.2倍的常温水，干料重量1.6～2％的纤维素粘结剂，精磨30～60分钟，制成料浆。

5)将得到的浆料送入喷雾颗粒干燥塔内干燥制粒，产品要求水分小于0.5％，粒度在0.01～2mm范围，密封装袋待用。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、相对于低反应性保护渣和传统渣系，本发明保护渣不含有与高铝钢中Al、Ti反应的组分SiO₂(同时不含有反应组分Na₂O、Fe₂O₃、B₂O₃等)，是一个新的非反应性保护渣体系，SiO₂在保护渣中充当的网络形成体的作用由Al₂O₃取代。保护渣使用前后成分和性能稳定，从根本上解决了钢渣反应带来的保护渣性能恶化、卷渣、纵裂等一系列问题。

2、保护渣中含有较高含量的Al₂O₃(18～28％)，是熔渣的主要网络结构形成体，保证了熔渣在使用过程中结构的稳定，利于保护渣对润滑和传热的控制。

3、本发明含有较高含量的BaO(14～28％)，BaO能降低保护渣的熔化温度和黏度，同时与Li₂O和F^-协同作用能有效控制铸坯的润滑、传热。因为Ba²⁺相比Ca²⁺静电势较小，，在熔渣中静电势弱的AlO₂ ^-会更多地群聚在Ba²⁺周围，形成弱离子对，因此渣中BaO的增加，使本发明保护渣具有较强的吸收Al₂O₃夹杂能力，利于生产出高表面质量的铸坯。

4、本发明保护渣基本不含有Na₂O、Fe₂O₃、B₂O₃等组分。首先可以避免钢渣反应恶化保护渣性能；其次由于这些组分都会降低保护渣的表面张力，去除以后，可以减小卷渣的风险；最后，可以避免析出Na-Al-O晶体不利于渣膜的传热。其作用可以由Li₂O等组分替代。

5、本发明保护渣不含SiO₂、B₂O₃等强玻璃化、强酸性组分，含有较高含量的强碱性BaO以及两性氧化物Al₂O₃，析晶率>90％，适用于裂纹敏感性很强的高铝钢钢种。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，其中各实施例的杂质中(Na₂O+K₂O+SiO₂)≤2％。

实施例1

本实施例保护渣由以下重量百分比的化学成分组成：CaO 30.4％，Al₂O₃21.3％，BaO26.2％，Li₂O 4.1％，F^-7.1％，MgO 1.2％，C 7.0％，其余为不可避免的杂质，且杂质中(Na₂O+K₂O+SiO₂)≤2％。

本实施例保护渣由常用的工业原料制备而来，其制备方法如下：

1)分别检测工业原料石灰石、萤石、铝矾土、碳酸钡、镁砂、碳酸锂和碳质材料的化学成分，选择重量百分比满足以下要求的原材料。

石灰石：CaO 53-55％，SiO₂<4％，S<0.1％；

萤石：CaF₂88-90％，SiO₂<6.0％，S<0.05％；

碳酸锂：Li₂CO₃>98％；

铝矾土：Al₂O₃>75％，SiO₂<4％；

碳酸钡：BaCO₃>95％；

镁砂：MgO>85％，SiO₂<6％，Al₂O₃<2％；

碳质材料：C>95％；

2)根据实施例1元素成分重量百分比满足的条件，计算所需各原材料的重量为：石灰石25.9％，铝矾土21％，碳酸钡27.2％，萤石11.8％，碳酸锂7.6％，镁砂1.0％，碳质材料5.4％。

实施例2～4

实施例2～4中保护渣的组分如表1所示，制备方法同实施例1，各实施例原料的重量百分比配比如表2所示。

表1列出了实施例1～4的保护渣化学成分重量百分比及对应的重要物理性能。

表2列出了实施例1～4的保护渣各原料重量百分比的配比。

表1实施例1～4保护渣的化学成分(wt％)及其物理性能

表2实施例1～4保护渣各原料配比(wt％)

将实施例1～4中的保护渣在实验室5公斤感应炉内进行钢渣实验，实验后保护渣成分及性能如表3所示，其中实验钢渣重量比为10:1，钢水中[Al]＝2％，实验温度控制在1500～1550℃。因实验最终收集的是液渣，不含C，其成分测试结果中不包括初始渣中的C含量。

由表3可知实验后渣中的Al₂O₃增幅为2～4％，其增量原因主要为钢中Al₂O₃夹杂上浮钢渣界面后被保护渣吸收所致，保护渣吸收夹杂性能优异。其余成分含量则基本保持不变，符合非反应渣的特性，熔点和黏度升高幅度较小，性能稳定，满足高铝钢连铸要求。

表3实施例1～4保护渣感应炉钢渣反应后化学成分(wt％)及物理性能

将实施例1～4中的保护渣用于[Al]含量为1.5～3.5％板坯连铸生产，结果表明，结晶器液面状况良好，浇注过程顺利，铸坯原始合格率在98％以上，表面质量良好。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种高铝钢用非反应性保护渣，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：CaO26%~40%，Al₂O₃ 18%~28%，BaO 14%~28%，Li₂O 2%~10%，F^- 6%~14%，MgO≤2%，C 2%~8%，其余为不可避免的杂质，并保持杂质中（Na₂O+K₂O+SiO₂）≤2%；适用于[Al]≥1.5%的高铝钢。

2.根据权利要求1所述的一种高铝钢用非反应性保护渣，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：CaO 26%~40%，Al₂O₃ 18%~27%，BaO 20.5%~28%，Li₂O 4%~8%，F^- 6%~11%，MgO≤1.5%，C 2%~8%，其余为不可避免的杂质，并保持杂质中（Na₂O+K₂O+SiO₂）≤2%。

3.根据权利要求1所述的一种高铝钢用非反应性保护渣，其特征在于，保护渣的物理性能满足熔点1050~1140 ℃，1300 ℃黏度 0.05~0.25 Pa·S，析晶率90~100%。