CN110976798A - 一种中高碳钢用的连铸结晶器保护渣 - Google Patents

一种中高碳钢用的连铸结晶器保护渣 Download PDF

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赵立
左小坦
杨伟勇
黄雁
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    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
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Abstract

本发明提供了一种中高碳钢用的连铸结晶器保护渣，包括以下质量百分比的成分：CaO：20.2～26.2％，SiO2：25.3～31.3％，Al2O3：1.1～2.7％，MgO：5.5～8.3％，F：7.4～12.2％，Na2O：9.5～14.1％，C：13.5～16.5％。与现有技术相比，本发明通过设计保护渣配方，解决保护渣在实际使用中的润滑与传热相对立的问题，从而解决目前中高碳钢常出现的渣沟和裂纹等表面缺陷。同时提高轧材成材率、提升企业品牌效益。

Description

一种中高碳钢用的连铸结晶器保护渣
技术领域
本发明属于冶炼领域，具体涉及一种中高碳钢用的连铸结晶器保护渣。
背景技术
中高碳钢通常是指碳含量大于0.4％以上的碳素钢和碳锰钢，这类钢具有液相线温度低、坯壳断面收缩率小、强度硬度高、抗疲劳性能好等特点。其在连铸浇铸过程中，坯壳与结晶器内壁缝隙狭小，当工艺工况不稳定时，例如钢水过热度低、结晶器液面波动、水口未对中等，会导致保护渣不能完全熔化，易在弯月面附近形成“渣条”，渣条卷入缝隙，会粘结于结晶器壁形成渣块，当软坯壳抵触渣块时，会使坯壳产生渣沟或渣坑，从而导致表面缺陷的产生。
国内各大钢厂针对此问题，主要从调整保护渣理化性能指标入手，目前调控思路主要有两种：一、“高粘度、高熔点”，二、“低粘度、低熔点”。“高粘度、高熔点”主要从熔融保护渣填充均匀性角度考虑，保证坯壳的传热均匀性，使得保护渣均匀熔化，同时控制结晶器与坯壳之间的传热，防止坯壳表面出现裂纹，但对于工艺控制要求严格，适应范围窄，稍有不顺会有表面缺陷产生；“低粘度、低熔点”主要从保护渣润滑角度考虑，通过降低保护渣粘度和熔点，使得保护渣在低过热度条件下依然能充分熔化，但粘度和熔点过低极易导致保护渣填充不均匀性，容易造成铸坯表面和角部裂纹，严重甚至会导致纵裂和漏钢。同时中高碳钢表面缺陷会影响轧钢成材率，给企业带来巨大的经济损失，所以如何把握保护渣理化指标的调整幅度，兼顾解决渣沟和裂纹缺陷问题，保证连铸顺行，提升产品质量，已成为国内各大钢厂急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于通过一种中高碳钢用的连铸结晶器保护渣，解决浇铸过程中的铸坯渣沟、裂纹等缺陷问题，从而提高连铸坯的表面质量。
本发明采用的技术方案具体如下：
本发明提供的一种中高碳钢用的连铸结晶器保护渣，包括以下质量百分比的成分：
CaO：20.2～26.2％，SiO2：25.3～31.3％，Al2O3：1.1～2.7％，MgO：5.5～8.3％，F：7.4～12.2％，Na2O：9.5～14.1％，C：13.5～16.5％。
进一步的，所述中高碳钢用的连铸结晶器保护渣二元碱度为0.74～0.90，即CaO/SiO2的比值为0.74～0.90。
所述中高碳钢用的连铸结晶器保护渣粘度：0.06～0.14Pa.s。
所述中高碳钢用的连铸结晶器保护渣熔点：970～1030℃。
所述中高碳钢用的连铸结晶器保护渣的制备方法为：
将配方量的原料混合均匀后加热充分熔化，再自然冷却至室温，将冷却后的凝固渣水分烘干小于0.2wt％，再研磨至200目即可。
所述中高碳钢用的连铸结晶器保护渣水分控制在0.2wt％；
进一步的，所述中高碳钢用的连铸结晶器保护渣粒度为200目。
本发明的保护渣主要用于优质碳素结构钢和预应力钢绞线钢的生产。
本发明所述的保护渣由基础渣料、助熔剂、熔速调节剂三部分组成，其中CaO和SiO2为保护渣主要组分，Al2O3和MgO起到提高保护渣熔点和粘度的作用，F和Na2O起到降低保护渣熔点和粘度的作用，C起到控制保护渣烧结性能、调节熔化速率的作用。
本发明中保护渣各化学成分的控制及作用具有以下特征：
CaO：其为保护渣主要成分之一，CaO在高温下会分解为Ca2+和O2-，O2-会与硅氧四面体结构发生反应，使硅氧键发生断裂，使保护渣粘度降低，但粘度过低会使渣膜填充不均匀，易导致纵裂和漏钢事故的发生，故本发明控制CaO含量为：20.2～26.2％。
SiO2：为硅氧复合阴离子的形成体，SiO2含量增加，会使保护渣碱度降低，玻璃体比例增加，润滑效果增加，但玻璃体比例过大，易导致传热速度快，坯壳表面出现裂纹，故本发明控制SiO2含量为：25.3～31.3％。
Al2O3：为两性氧化物，当碱度较高时，Al2O3是以酸性氧化物的形式加入，Al3+与硅氧络离子团结合形成更为复杂的网络结构，使得保护渣熔点和粘度增加，当碱度较低时，Al2O3是以碱性氧化物的形式加入，Al2O3属网络外体，这时可使复杂阴离子团离解，保护渣熔点和粘度会降低，故Al2O3含量不宜过低和过高，本发明控制Al2O3含量为：1.1～2.7％。
MgO是碱土金属氧化物，在熔渣中会电离出Mg2+和O2-，Mg2+会增加简单离子的浓度，O2-会使复杂的网状结构解体，降低熔渣的粘度，熔渣的流动性变好，但MgO含量过高会导致保护渣熔点和粘度过低，故本发明控制MgO含量为：5.5～8.3％。
F：F在熔渣中存在形式为F-，静电势较小、数量多，极易取代熔渣中的O2-，使熔渣中聚合而形成的复杂结构的硅氧络离子***成比较简单的硅氧络离子，所以F在保护渣中起到助熔的作用，本体系中，当F含量低于7.4％时，粘度和熔点较高，不能满足中高碳润滑条件的需要，当F含量高于12.2％时，润滑调控过度，故本发明控制F含量为：7.4～12.2％。
Na2O：与F作用一样，为保护渣的助熔剂，Na+会和硅氧四面体的一角成键，阻止硅氧四面体形成网络链或使网络链断开，O2-作为非桥氧能够破坏复杂网状结构，使其离散成简单的阴离子团，两种离子的共同作用使保护渣熔点和粘度大大降低，但含量过高，玻璃体比例高，不利于结晶器控制传热，故本发明控制Na2O含量为：9.5～14.1％。
C：在保护渣中起到骨架作用，碳含量过低时，传热速率快，易导致铸坯表面裂纹，碳含量过高时，保护渣熔化速度慢，不利于保护渣的熔化，故本发明控制C含量为：13.5％～16.5％。
本发明控制的保护渣二元碱度为0.74～0.90，即CaO/SiO2的比值为0.74～0.90，当碱度在0.74～0.90范围变化时，随着碱度的升高，CaO中的O2-会使硅氧复合阴离子团离解，保护渣的流动性能大大改善，但当碱度低于0.74时，碱度过低，会造成结晶器传热速率快，易使坯壳表面和角部出现裂纹，同时会使保护渣粘度过高，当碱度高于0.90时，结晶性能过强，反而会使保护渣熔点升高。故本发明控制的保护渣碱度为0.74～0.90。
与现有技术相比，本发明通过设计保护渣配方，解决保护渣在实际使用中的润滑与传热相对立的问题，从而解决目前中高碳钢常出现的渣沟和裂纹等表面缺陷。同时提高轧材成材率、提升企业品牌效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1-实施例3
一种中高碳钢用的连铸结晶器保护渣，包括以下质量百分比的成分：见下表1。
对比例1-对比例3
一种中高碳钢用的连铸结晶器保护渣，包括以下质量百分比的成分：见下表1。
表1实施例1-3和对比例1-3保护渣的化学成分质量百分比/wt％
CaO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO Na<sub>2</sub>O F C 碱度R
实施例1 21.3 26.5 1.3 6.1 13.7 11.4 14.3 0.80
实施例2 23.2 28.3 1.9 6.9 11.8 9.8 15.0 0.82
实施例3 25.7 30.6 1.7 7.0 9.8 7.9 15.4 0.84
对比例1 18.6 33.4 2.5 5.8 10.3 12.0 13.9 0.56
对比例2 27.6 23.1 1.8 8.1 12.9 8.4 14.1 1.19
对比例3 21.6 34.3 1.4 5.7 9.9 10.3 13.7 0.63
将上述实施例1-3和对比例1-3所述中高碳钢用的连铸结晶器保护渣通过以下相同的方法制备：按照表1中原料配比混合均匀后放入坩埚炉中加热充分熔化，再自然冷却至室温，将冷却后的凝固渣水分烘干至0.2wt％，再研磨至200目即可。实施例1-3和对比例1-3所得详细性能见表2。
表2实施例1-3和对比例1-3保护渣的性能数据
熔点(℃) 粘度(Pa.s) 总渣层厚度(mm) 消耗量(kg/t)
实施例1 1013 0.16 28 0.284
实施例2 1000 0.10 30 0.308
实施例3 986 0.08 32 0.316
对比例1 1074 0.38 20 0.217
对比例2 941 0.04 35 0.357
对比例3 1067 0.33 23 0.242
本发明实施例1-3和对比例1-3的保护渣使用条件见表3，使用效果见表4。
表3实施例1-3和对比例1-3保护渣使用条件
Figure BDA0002339438780000051
Figure BDA0002339438780000061
表4实施例1-3和对比例1-3保护渣使用效果
Figure BDA0002339438780000062
通过实施例和对比例可以得到，本发明提供的用于中高碳钢的连铸保护渣，解决浇铸过程中的铸坯渣沟、裂纹等缺陷问题，从而提高连铸坯的表面质量。经济效益计算如下：铸坯转运及修磨费用按每吨钢10元计算，提高无清理率即修磨率降低10个百分点考虑，则产300万吨钢需修磨的铸坯量30万吨，可降低费用300万元。

Claims (6)

1.一种中高碳钢用的连铸结晶器保护渣，其特征在于，所述中高碳钢用的连铸结晶器保护渣包括以下质量百分比的成分：
CaO：20.2～26.2％，SiO2：25.3～31.3％，Al2O3：1.1～2.7％，MgO：5.5～8.3％，F：7.4～12.2％，Na2O：9.5～14.1％，C：13.5～16.5％。
2.根据权利要求1所述的中高碳钢用的连铸结晶器保护渣，其特征在于，所述中高碳钢用的连铸结晶器保护渣二元碱度为0.74～0.90。
3.根据权利要求1或2所述的中高碳钢用的连铸结晶器保护渣，其特征在于，所述中高碳钢用的连铸结晶器保护渣粘度：0.06～0.14Pa.s。
4.根据权利要求1或2所述的中高碳钢用的连铸结晶器保护渣，其特征在于，所述中高碳钢用的连铸结晶器保护渣熔点：970～1030℃。
5.根据权利要求1或2所述的中高碳钢用的连铸结晶器保护渣，其特征在于，所述中高碳钢用的连铸结晶器保护渣水分控制在0.2wt％。
6.根据权利要求1或2所述的中高碳钢用的连铸结晶器保护渣，其特征在于，所述中高碳钢用的连铸结晶器保护渣粒度为200目。
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