CN111570740A - 高铝钢用连铸保护渣及其制备方法 - Google Patents

高铝钢用连铸保护渣及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钢水连铸技术领域，具体涉及高铝钢用连铸保护渣及其制备方法。本发明所要解决的技术问题在于提供一种能确保高铝钢顺利浇注、实现多炉连浇，并能获得良好铸坯质量的连铸保护渣。该保护渣由以下重量百分比的成分组成：CaO：15～30％，SiO2：11～20％，Al2O3：10～20％，MgO：≤1％，F－：7～13％，C：5～10％，BaO+SrO：10～30％，B2O3：1～6％，Na2O+Fe2O3+Li2O总量≤12％，和不可避免的杂质。本发明保护渣保证了保护渣对铸坯的润滑性，避免了漏钢情况的产生，并且，可减少或防止铸坯表面缺陷的产生，确保铸坯的质量。

Description

高铝钢用连铸保护渣及其制备方法
技术领域
本发明属于钢水连铸技术领域，具体涉及高铝钢用连铸保护渣及其制备方法。
背景技术
高铝钢钢种(Al＞0.6％)成分中Al元素的含量较高，Al是易氧化元素，在连铸生产中Al易被保护渣中SiO2氧化，造成保护渣的碱度升高；同时大量Al2O3加入保护渣中，使保护渣的粘度、熔点上升，保护渣消耗降低，这些性能的变化不仅使保护渣润滑性能下降，铸坯与结晶器壁的摩擦阻力增加，最终导致漏钢事故的发生，而且因性能变化，保护渣向结晶器壁和坯壳间的流入均匀性也受到极大的影响，使铸坯向结晶器壁的传热不均匀，从而诱发铸坯表面缺陷产生。因此，在连铸生产高铝钢时，为避免漏钢，保证连铸浇注的顺行，并减少或防止铸坯避免缺陷的产生，研究开发与高铝钢相适应的连铸保护渣是连铸生产高铝钢的核心技术。
专利文献CN108213365B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％。该专利基本不含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。但是，该保护渣中网络形成体较低，当浇铸温度和拉速发生波动时结晶器热流密度和铸坯摩擦力容易发生波动，生产稳定顺行难度大。
专利文献CN108176831A公开了一种高铝钢用连铸结晶器保护渣，其化学成分及质量百分含量为：CaO 31％～39％、SiO220％～28％、MgO 3％～7％、Li2O 2％～4.5％、Al2O35％～10％、Na2O 5％～10％、F 2％～5％、MnO 3％～10％、C 4％～8％，其余为杂质。该专利保护渣克服了高铝钢钢水中铝氧化物进入熔渣，恶化熔渣的缺陷，所得铸坯合格率高。该保护渣主要为CaO-SiO2系的保护渣，在吸收少量Al2O3后可保持性能稳定，但是在连浇炉数较高时，保护渣中的SiO2被钢中的Al大量还原，导致保护渣中的SiO2大量减少，Al2O3大量增加，渣系熔点和粘度发生较大变化，保护渣的冶金性能恶化。
专利文献CN107498013B公开了一种含TiO2高铝钢保护渣，其按质量百分比计，由以下氧化物组成：CaO 30％～45％，Al2O316％～24.5％，SiO28％～16％，Na2O 8％～15％，Li2O 1％～5％，MgO 2％～6％，BaO 3％～7％，F-6％～10％，TiO22.7％～7％，(CaO+BaO)/Al2O3为1.0～2.1。该保护渣熔点和粘度较低，结晶性能良好，特别适用于Al含量在1.5～2.5％的高铝钢的连铸。该保护渣使用时，能有效地减弱连铸过程中渣钢反应的程度，使连铸过程中保护渣的结晶性能和润滑性能变得更加稳定，大大减少了铸坯表面出现的凹陷、裂纹、夹杂等质量缺陷的概率。但是，该保护渣中TiO2容易在富碳层的高温下生成TiC或TiCN高熔点物，严重恶化保护渣润滑性能，使漏钢风险大幅度升高。
专利文献CN107470576B公开了一种含三氧化二铁的低碳高铝钢连铸保护渣及其应用。所述保护渣由以下质量百分比含量的氧化物组分组成：CaO 22～32％、Al2O319～29％、SiO210～16％、MnO 2～8％、Na2O 6～12％、Li2O 2～6％、BaO 4％～12％、F-7％～13％、Fe2O32％～10％、(CaO+BaO)/Al2O3为1.3～2.3、Fe2O3/SiO2为0.2～0.9。本发明通过控制添加适量的Fe2O3获得了粘度较低和结晶性能良好的保护渣。将该保护渣应用于低碳高铝钢板坯连铸生产过程中，能有效地抑制连铸过程中发生的渣钢反应，使连铸过程中保护渣的结晶性能和润滑性能变得更加稳定。但是，该保护渣中Na2O含量过高，当结晶器液面活跃时钢中铝容易与渣中Na2O反应，造成Na2O大幅度降低而保护渣熔点急剧升高，恶化保护渣的稳定流入消耗，危害润滑功能的正常发挥。
专利文献CN106424622A公开了一种高铝钢用连铸保护渣及其制备方法，其组成成分百分比为：CaO 30％～45％、Al2O320％～30％、SiO2≤3％、Li2O 3％～8％、SrO 1％～3％、Na2O 5％～10％、BaO 3％～6％、MgO≤3％、C 2％～4％、F≤2％，其余为杂质。该专利采用低SiO2的思路，在浇注高铝钢时，可有效降钢中的Al、Ti及稀土类具有强还原性元素被氧化，可有效稳定钢中元素含量，但是，由于该保护渣碱度高、结晶性强，在连铸浇注过程中存在润滑性较差，熔化不好等问题，另外，其Na2O含量高，仍会与钢中的铝、钛等活泼金属反应，导致元素烧损。
专利文献CN103909241A公开了一种高铝钢连铸用结晶器保护渣，其化学成分按重量百分比满足：SiO210～25％，Al2O312～25％，CaO 15～35％，MgO 1～3％，F 6～10％，Na2O+B2O3≤3％，Li2O 1～4％，Fe2O3≤2％，C 5～10％，其余组分为杂质。本发明连铸保护渣的理化性能为：CaO/SiO2为1.5～2.2，熔点为1000～1100℃，1300℃时黏度为0.09～0.15Pa·s。该保护渣具有成本较低、能有效降低渣-钢界面反应性、吸收Al2O3夹杂的能力强、能有效协调控制润滑和传热特性的特征，能够保证高铝钢连铸过程顺行，浇铸出表面质量优异的高铝钢板坯，且能实现多炉次连浇。但是以渣中CaO和Al2O3为主形成的铝酸钙矿相生长速度慢，结晶性能不稳定，在连浇炉次之间中包液位变化和钢水中Al2O3含量增加情况下，结晶器热流密度下降明显，容易引发粘结和漏钢报警。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能确保高铝钢顺利浇注、实现多炉连浇，并能获得良好铸坯质量的连铸保护渣及其制备方法。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是提供了低碳高铝钢用连铸保护渣。该保护渣由以下重量百分比的成分组成：CaO：15～30％，SiO2：11～20％，Al2O3：10～20％，MgO：≤1％，F－：7～13％，C：5～10％，BaO+SrO：10～30％，B2O3：1～6％，Na2O+Fe2O3+Li2O总量≤12％，和不可避免的杂质。
优选地，所述高铝钢用连铸保护渣，由以下重量百分比的成分组成：CaO：15～30％，SiO2：11～20％，Al2O3：10～20％，Na2O：1～5％，MgO：≤1％，F－：7～13％，C：5～10％，BaO+SrO：10～30％，B2O3：1～6％，Li2O：3～9％，Fe2O3：1～3％，和不可避免的杂质。
进一步地，所述高铝钢用连铸保护渣中CaO+BaO+SrO与Al2O3+B2O3+SiO2含量的比值0.6～1.6。
进一步地，所述高铝钢用连铸保护渣的熔点为1020～1200℃，1300℃下粘度0.1～
0.6Pa·S。
进一步地，所述低碳高铝钢用保护渣的粒度为0.1～1.0mm；粒度为0.1～1.0mm的保护渣占比≥85％。
本发明还提供了所述的低碳高铝钢用连铸保护渣的制备方法，该方法为：按保护渣预熔料用量≥60wt％，加入碳质材料，含CaO物料，含SiO2物料，含Al2O3物料，含氟物料，含钡物料或含Sr物料，加入含硼物料，钠盐、含氧化铁物料，含锂物料按照所述保护渣成分进行配加，按照常规工艺制得。
进一步地，所述保护渣预熔料成分按质量百分比计包括：CaO：15～30％，SiO2：10～19％，Al2O3：10～20％，F－：5～11％，BaO+SrO：10～22％，Li2O：3～9％，B2O3：1～6％，Fe2O3：1～3％，其余为杂质。
进一步地，所述保护渣预熔料的熔点为1040～1140℃，1300℃下粘度为0.1～0.8Pa·S。
本发明的有益效果是：
采用本发明成分的低碳高铝钢用保护渣降低了保护渣中SiO2对钢Al的氧化，且本发明保护渣熔点和粘度稳定，确保了保护渣性能的稳定性。本发明通过对保护渣中各成分含量的控制，保证了保护渣对铸坯的润滑性，避免了漏钢情况的产生，并且，可减少或防止铸坯表面缺陷的产生，确保铸坯的质量。本发明低碳高铝钢用保护渣可实现大于240分钟的连续浇注。
具体实施方式
在连铸高铝钢时(尤其是Al＞0.6％)，因钢中Al含量较高，保护渣中的SiO2易被Al还原，使保护渣的碱度(CaO/SiO2)升高，以及渣中Al2O3含量大幅增加，引起保护渣熔点、粘度增加，导致保护渣润滑性、流动性等相关冶金性能恶化；当保护渣性能恶化到一定程度时，会导致漏钢事故以及铸坯表面缺陷的产生。针对现有技术的缺陷，本发明提供了高铝钢用保护渣。
具体的，本发明提供了高铝钢用连铸保护渣，由以下重量百分比的成分组成：CaO：15～30％，SiO2：11～20％，Al2O3：10～20％，MgO：≤1％，F－：7～13％，C：5～10％，BaO+SrO：10～30％，B2O3：1～6％，Na2O+Fe2O3+Li2O总量≤12％，和不可避免的杂质。
优选地，本发明高铝钢用连铸保护渣，由以下重量百分比的成分组成：CaO：15～30％，SiO2：11～20％，Al2O3：10～20％，Na2O：1～5％，MgO：≤1％，F-：7～13％，C：5～10％，BaO+SrO：10～30％，B2O3：1～6％，Li2O：3～9％，Fe2O3：1～3％，和不可避免的杂质。
本发明通过控制保护渣的成分及其含量，使保护渣具有低SiO2活度，使SiO2与Al的反应性低，进而降低了保护渣中SiO2对Al的氧化，确保了保护渣的性能稳定，同时，还具有良好的润滑性，可保证保护渣对铸坯的润滑，避免漏钢。采用本发明保护渣在浇铸过程中，性能稳定，可实现大于240分钟的连续浇注，同时，可减少或防止铸坯表面缺陷的产生。
进一步地，由于保护渣中SiO2的含量太低，会导致保护渣碱度高、结晶性强，在连铸浇注过程中存在润滑性较差，熔化不好等问题；SiO2含量太高，其会与钢中的铝发生反应：SiO2+Al→Si+Al2O3，从而导致高铝钢中的铝被大量烧损，进入到渣中导致保护渣熔点和粘度急剧上升，保护渣性能恶化，极易导致连铸断浇，故本发明将SiO2含量控制在11～20％。
Na2O会降低保护渣的表面张力，不利于渣钢分离并增加结晶器卷渣的风险，但是，适当加入有利于降低保护渣的熔点及粘度，故本发明Na2O含量控制在1～5％。
本发明Al2O3的含量控制为10～20％是为了保证良好的润滑性以及降低夹杂物。若Al2O3的含量较高，保护渣吸收钢中Al2O3夹杂物的能力较弱，太低渣系粘度和熔点升高，不具有好的润滑性。
本发明通过控制添加适量的Fe2O3获得了粘度较低和结晶性能良好的保护渣。
本发明高铝钢用连铸保护渣的熔点1020～1200℃，粘度0.1～0.6Pa·S可以保证浇注的顺利进行。
下面将通过具体的实施例对本发明作进一步地详细阐述。
本发明实施例在板坯连铸结晶器中进行验证，浇注的高铝钢化学成分(重量％)见表1。铸机拉速为0.8～1.3m/min。
表1浇注的高铝钢化学成分
C si Mn P S Al
0.15～0.20 ≤0.03 1.4～1.6 0.01～0.02 ≤0.01 1.5～1.75
本发明实施例所采用的保护渣预熔料成分按质量百分比计包括：CaO：15～30％，SiO2：10～19％，Al2O3：10～20％，F－：5～11％，BaO+SrO：10～22％，Li2O：3～9％，B2O3：1～6％，Fe2O3：1～3％，其余为杂质。
实施例1
高铝钢用连铸保护渣由以下质量百分比的成分组成：CaO：15％，SiO2：18％，Al2O3：20％，Na2O：2％，MgO：0，F－：7％，C：10％，BaO：15％，SrO：5％，B2O3：2％，Li2O：4％，Fe2O3：1％，和不可避免的杂质。保护渣的熔点为1030℃，1300℃下粘度0.17Pa.S。
高铝钢用连铸保护渣的制备方法：按保护渣预熔料用量≥60wt％，加入碳质材料，含CaO物料、含SiO2物料、含Al2O3物料、含氟物料、含钡物料，含Sr物料、钠盐、含硼物料、含锂物料和含氧化铁物料按照上述保护渣成分进行配加，按照常规工艺制得。
采用本领域技术人员公知的方法进行浇注高铝钢。
实施例2
高铝钢用连铸保护渣由以下质量百分比的成分组成：CaO：28％，SiO2：14％，Al2O3：10％，Na2O：1％，MgO：0.5，F－：13％，C：5％，BaO：3％，SrO：7％，B2O3：6％，Li2O：8％，Fe2O3：3％，和不可避免的杂质。保护渣的熔点为1120℃，1300℃下粘度0.45Pa.S。
高铝钢用连铸保护渣的制备方法：按保护渣预熔料用量≥60wt％，加入碳质材料，含CaO物料、含SiO2物料、含Al2O3物料、含镁物料、含氟物料、含钡物料，含Sr物料、钠盐、含硼物料、含锂物料和含氧化铁物料按照上述保护渣成分进行配加，按照常规工艺制得。
采用本领域技术人员公知的方法进行浇注高铝钢。
对比例
对比例保护渣成分为：CaO：24％，SiO2：30％，Al2O3：4％，Na2O+K2O：11％，MgO：3％，F－：10％，C：5％，Li2O：1％，Fe2O3：1％，和不可避免的杂质。保护渣熔点为983℃，粘度0.1Pa.S。
对比例保护渣制备方法采用常规工艺进行制备。
采用本领域技术人员公知的方法进行浇注高铝钢。
实施例和对比例的应用效果比较见表2。
表2实施例和对比例的应用效果
起层缺陷(％) 表面凹陷(％) 浇注时间(min)
实施例1 0 1.5 220
实施例2 0 1 240
对比例 2 10 80
由表2可知，对比例有10％的表面凹陷以及2％左右的皮下缺陷；较高的表面凹陷使铸坯必须下线清理，增加了生产工序和金属消耗。只有实施例即消除了起层缺陷，又降低铸坯表面凹陷缺陷，有效的解决了铸坯表面和皮下缺陷。并且，实施例的浇铸时间远远大于对比例。

Claims (8)

1.高铝钢用连铸保护渣，其特征在于：由以下重量百分比的成分组成：CaO：15～30％，SiO2：11～20％，Al2O3：10～20％，MgO：≤1％，F－：7～13％，C：5～10％，BaO+SrO：10～30％，B2O3：1～6％，Na2O+Fe2O3+Li2O总量≤12％，和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高铝钢用连铸保护渣，其特征在于：由以下重量百分比的成分组成：CaO：15～30％，SiO2：11～20％，Al2O3：10～20％，Na2O：1～5％，MgO：≤1％，F－：7～13％，C：5～10％，BaO+SrO：10～30％，B2O3：1～6％，Li2O：3～9％，Fe2O3：1～3％，和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的高铝钢用连铸保护渣，其特征在于：CaO+BaO+SrO与Al2O3+B2O3+SiO2含量的比值0.6～1.6。
4.根据权利要求1～3任一项所述的高铝钢用连铸保护渣，其特征在于：所述高铝钢用连铸保护渣的熔点为1020～1200℃，1300℃下粘度0.1～0.6Pa·S。
5.根据权利要求1～4任一项所述的高铝钢用连铸保护渣，其特征在于：所述低碳高铝钢用保护渣的粒度为0.1～1.0mm；粒度为0.1～1.0mm的保护渣占比≥85％。
6.权利要求1～5所述的高铝钢用连铸保护渣的制备方法，其特征在于：按保护渣预熔料用量≥60wt％，加入碳质材料，含CaO物料，含SiO2物料，含Al2O3物料，含氟物料，含钡物料或含Sr物料，加入含硼物料，钠盐、含氧化铁物料，含锂物料按照所述保护渣成分进行配加，制得。
7.根据权利要求6所述的高铝钢用连铸保护渣的制备方法，其特征在于：所述保护渣预熔料成分按质量百分比计包括：CaO：15～30％，SiO2：10～19％，Al2O3：10～20％，F－：5～11％，BaO+SrO：10～22％，Li2O：3～9％，B2O3：1～6％，Fe2O3：1～3％，其余为杂质。
8.根据权利要求6或7所述的高铝钢用连铸保护渣的制备方法，其特征在于：所述保护渣预熔料的熔点为1040～1140℃，1300℃下粘度为0.1～0.8Pa·S。
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