專利名稱：一種低合金高強(qiáng)度鋼的中厚板連鑄保護(hù)渣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煉鋼連續(xù)鑄造結(jié)晶器用的保護(hù)渣，尤其涉及低合金高強(qiáng)度鋼的中厚板的連鑄保護(hù)渣。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代連鑄技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的兩大任務(wù)，就是擴(kuò)大連鑄生產(chǎn)品種和實(shí)現(xiàn)以高拉速為技術(shù)特征的高效化生產(chǎn)，通過鑄坯熱送、紅送和直接軋制進(jìn)一步降低能耗。在這些采用伸入式水口保護(hù)渣澆注的連鑄工藝中，保護(hù)渣起著舉足輕重的作用，它對鑄坯表面和皮下質(zhì)量及連鑄工藝的順行有重要影響。如圖1所示，保護(hù)渣通過在結(jié)晶器鋼液面上形成雙層、三層或多層的渣層結(jié)構(gòu)，起到覆蓋鋼液面減少熱損失、阻隔空氣與鋼水接觸避免鋼液氧化、吸收鋼液中上浮的夾雜物提高彎月面潔凈度、填充于鑄坯與結(jié)晶器間隙中潤滑移動的鑄坯和作為傳熱介質(zhì)控制鑄坯向結(jié)晶器壁的傳熱的作用。在正常澆鑄工藝下，鑄坯上的表面缺陷，一般主要由保護(hù)渣的選擇和使用不當(dāng)所引起。有關(guān)連鑄保護(hù)渣的研究工作，大多是圍繞連鑄品種和工藝，就如何有效、協(xié)調(diào)地發(fā)揮上述五項(xiàng)功能而展開的。
低合金高強(qiáng)度鋼連鑄坯表面和皮下容易出現(xiàn)微裂紋，帶有這種缺陷的鑄坯用于軋制鋼板時，在鋼板上易形成龜裂(拉裂)，這種缺陷在生產(chǎn)中厚板(在鋼鐵行業(yè)，通常把厚度為16～110mm的鋼板稱為中厚板)時更容易引起產(chǎn)品大規(guī)模報(bào)廢，嚴(yán)重時造成生產(chǎn)停產(chǎn)。采用鍍層結(jié)晶器對減少這類缺陷有一定效果，但如何正確選擇結(jié)晶器保護(hù)渣以消除上述缺陷的危害，一直是連鑄工作者研究的重要內(nèi)容。
已進(jìn)行的研究工作主要包括(1)通過實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)試驗(yàn)，明確了低合金高強(qiáng)度鋼連鑄坯表面和皮下容易出現(xiàn)微裂紋缺陷的原因是[C]為(重量％)0.13～0.25、外加Mn，V，Nb，Ti，Al，Mo等組份的鋼種，如16Mn，16MnR，Q345、15MnVN、12CrlMoV、HP295，20g(鍋)，X52，X60等低合金高強(qiáng)度鋼，凝固坯殼高溫塑性低，在冷卻強(qiáng)度過大、冷卻不均勻的情況下熱應(yīng)力大、或初生坯殼受到的外在摩擦阻力大，容易產(chǎn)生晶間裂紋。
(2)通過生產(chǎn)試驗(yàn)探明了低合金高強(qiáng)度鋼連鑄坯表面微裂紋導(dǎo)致軋材鋼板微裂紋的原因是具有表面微裂紋的低合金高強(qiáng)度鋼連鑄坯，用于熱軋薄板生產(chǎn)時，由于從坯到材的壓縮比大，裂紋沿鋼板表面延展范圍寬、深度淺，隨鋼板表面氧化層而脫除，這樣鑄坯上的微裂紋缺陷對最終板材質(zhì)量危害不大，因此，人們往往忽略了低合金高強(qiáng)度鋼連鑄坯的微裂紋問題。但是，當(dāng)上述鑄坯用于軋制中厚板時，如210～300mm厚的鑄坯軋成≥16mm厚的鋼板時，鋼板表面常常大面積出現(xiàn)微裂紋，由于無法清理而引起整快鋼板報(bào)廢，嚴(yán)重時每個月報(bào)廢率達(dá)到25～30％，經(jīng)采用對連鑄坯酸洗等方法跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)鋼板微裂紋主要由結(jié)晶器內(nèi)產(chǎn)生的鑄坯表面和皮下微裂紋引起。
(3)采用鍍層結(jié)晶器在普通結(jié)晶器銅板工作面上鍍一層或多層含Cr-Zr合金或Ni-Fe合金的材料，因這些材料的導(dǎo)熱系數(shù)比銅的導(dǎo)熱系數(shù)低，由此可降低初生坯殼在結(jié)晶器內(nèi)的冷卻強(qiáng)度，使鑄坯溫度場均勻穩(wěn)定，以減小坯殼受到的熱應(yīng)力。采用結(jié)晶器鍍層技術(shù)，可減少鑄坯表面微裂紋和由此造成的中厚板鋼板裂紋，但仍難避免該類缺陷造成的危害，鋼板報(bào)廢率仍高達(dá)11～17％。
(4)采用高堿度高結(jié)晶性能的保護(hù)渣鑄坯凝固釋放的熱量通過液態(tài)和固態(tài)渣膜主要以輻射和熱傳導(dǎo)兩種方式向結(jié)晶器壁傳遞，渣膜傳熱能力強(qiáng)，使鑄坯冷卻強(qiáng)度過大而易加大坯殼受到的熱應(yīng)力，鑄坯裂紋加劇。由于組成不同，保護(hù)渣在凝固過程中可能呈現(xiàn)結(jié)晶體狀態(tài)或玻璃體狀態(tài)。玻璃態(tài)的渣膜傳導(dǎo)傳熱和輻射傳熱能力都很強(qiáng)，而結(jié)晶體狀態(tài)的渣膜不僅輻射傳熱能力弱，而且結(jié)晶體內(nèi)部的細(xì)微孔洞有力地減弱了靠熱振動方式傳播的傳導(dǎo)傳熱強(qiáng)度，可使鑄坯得到更加緩慢均勻的冷卻，可減少由熱應(yīng)力誘發(fā)的鑄坯表面縱裂紋。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，人們將低合金高強(qiáng)度鋼劃入中碳鋼類別，為避免鑄坯表面縱裂紋，廣泛采用高堿度高結(jié)晶性能的保護(hù)渣，許多保護(hù)渣堿度CaO/SiO2達(dá)到1.3～1.5，凝固后全部是結(jié)晶體，結(jié)晶溫度超過1180℃甚至1200℃。但是，結(jié)晶體多、特別是結(jié)晶溫度高的保護(hù)渣渣膜，對鑄坯的潤滑效果較差，容易使高溫塑性低的低合金高強(qiáng)度鋼鑄坯在結(jié)晶器中下部受到的摩擦阻力大，沿鑄坯振痕等薄弱區(qū)域產(chǎn)生晶間裂紋和微裂紋。為減少微裂紋使鋼板報(bào)廢造成的損失，生產(chǎn)中被迫采用玻璃化特性好的保護(hù)渣，以加強(qiáng)鑄坯潤滑，但鑄坯表面縱裂紋又加重，鑄坯需下線清理，不僅處理成本增加，而且無法組織鑄坯的熱送和紅送，嚴(yán)重降低生產(chǎn)率。因此，針對低合金高強(qiáng)度鋼連鑄，如何通過保護(hù)渣來協(xié)調(diào)潤滑和控制傳熱的矛盾，以生產(chǎn)出表面和皮下均無裂紋缺陷的連鑄坯，在本發(fā)明以前仍然是一個未得到圓滿解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種在連鑄低合金高強(qiáng)度鋼的中厚板時，該中厚板表面和皮下基本無裂紋缺陷、報(bào)廢率低，同時又不需下線清理，能節(jié)約后處理成本的保護(hù)渣。
解決所述技術(shù)問題的方案是這樣一種低合金高強(qiáng)度鋼的中厚板連鑄保護(hù)渣。該保護(hù)渣的組份(重量％)為0.5～2.0的炭黑、4～10的石墨、4～12的Na2O、1～7的F-、2～7的Al2O3、1～3的Fe2O3、7～20的結(jié)晶控制劑、0～2的Li2O、其余為CaO和SiO2；其中，CaO/SiO2為0.90～1.05。其中的結(jié)晶控制劑是能促進(jìn)保護(hù)渣熔渣在冷凝過程中析出晶體而不嚴(yán)重惡化保護(hù)渣潤滑特性的成分。
進(jìn)一步講，其中的結(jié)晶控制劑是鋇化合物、錳化合物、鎂化合物、鍶化合物中的任意一種、或任兩種之和、或任三種之和、或四種之和。
更進(jìn)一步地講，該保護(hù)渣為空心顆粒渣，其粒度為0.1～1.0mm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的關(guān)鍵之處，是各組份作適應(yīng)性調(diào)整的同時，在該保護(hù)渣中加入了能促進(jìn)保護(hù)渣熔渣在冷凝過程中析出晶體而不嚴(yán)重惡化保護(hù)渣潤滑特性的結(jié)晶控制劑。在該結(jié)晶控制劑含量范圍內(nèi)，能夠使位于鑄坯和結(jié)晶器壁間的渣膜既有利于控制和均勻鑄坯的凝固傳熱，又有利于減小坯殼受到的摩擦阻力，這樣既避免了低合金高強(qiáng)度鋼鑄坯表面產(chǎn)生縱裂紋，又避免了低合金高強(qiáng)度鋼鑄坯表面和皮下產(chǎn)生微裂紋。于是，在連鑄低合金高強(qiáng)度鋼的中厚板時，不但能保證報(bào)廢率低，而且也不需下線清理，完全能夠正常地組織鑄坯的熱送和紅送。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)渣分布示意2結(jié)晶控制劑配量與保護(hù)渣結(jié)晶性能的關(guān)系圖3保護(hù)渣結(jié)晶率與鑄坯表面裂紋指數(shù)的關(guān)系圖4保護(hù)渣結(jié)晶溫度與鑄坯表面裂紋指數(shù)的關(guān)系在圖1中，1為結(jié)晶器、2為玻璃膜、3為結(jié)晶膜、4為液渣膜、5為渣圈、6為顆粒層、7為燒結(jié)層、8為熔渣層、9為鋼液、10為凝固殼具體實(shí)施方式
一種低合金高強(qiáng)度鋼的中厚板連鑄保護(hù)渣。該保護(hù)渣的組份(重量％)為0.5～2.0的炭黑、4～10的石墨、4～12的Na2O、1～7的F-、2～7的Al2O3、1～3的Fe2O3、7～20的結(jié)晶控制劑、0～2的Li2O、其余為CaO和SiO2；其中，CaO/SiO2為0.90～1.05。
在本發(fā)明保護(hù)渣中，CaO和SiO2為基料，通過它們的比值來控制保護(hù)渣堿度。目的在于將保護(hù)渣渣膜控制在從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化成結(jié)晶體的臨界狀態(tài)，這樣渣膜大部分仍然呈玻璃體狀態(tài)，有利于對鑄坯的潤滑，而少部分結(jié)晶體狀態(tài)又有利于控制傳熱的均勻性。若堿度過低，渣膜全部為玻璃體，傳熱能力過強(qiáng)將導(dǎo)致鑄坯表面縱裂紋嚴(yán)重，反之，堿度過高，渣膜為結(jié)晶體，鑄坯表面和皮下出現(xiàn)微裂紋。
在本發(fā)明保護(hù)渣中Al2O3，主要由原材料帶入保護(hù)渣中。根據(jù)CaO-SiO2-Al2O3三元相圖，一定含量的Al2O3有利于穩(wěn)定保護(hù)渣的理化性能。
當(dāng)澆鑄Al2O3夾雜少的鋼種時，保護(hù)渣中Al2O3含量可控制在(重量％)4～7；而當(dāng)澆鑄Al2O3夾雜較多的鋼種時，保護(hù)渣中Al2O3含量宜控制在(重量％)2～4。
在本發(fā)明保護(hù)渣中，Na2O、F-和Li2O，用于與CaO和SiO2共同作用以控制保護(hù)渣的熔化溫度為1060～1180℃、1300℃下粘度為0.05～0.45Pa·S。因?yàn)镹a2O自身熔點(diǎn)(920℃)較低，含Li2O的碳酸鋰熔點(diǎn)(720℃)更低，在保護(hù)渣中與CaO和SiO2可形成低熔點(diǎn)共熔物，從而降低保護(hù)渣的熔化溫度，F(xiàn)-則通過取代橋氧位而打斷復(fù)雜硅氧陰離子團(tuán)結(jié)構(gòu)，使熔渣微元體尺寸變小易于遷移，由此降低保護(hù)渣粘度。
當(dāng)連鑄工藝確定的拉坯速度為0.70～1.3m/min，保護(hù)渣熔化溫度和粘度在上述范圍內(nèi)取中上限，Na2O、Li2O和F-含量在本發(fā)明規(guī)定的中限和下限之間取值；而當(dāng)連鑄工藝確定的拉坯速度為1.3～1.7m/min，保護(hù)渣熔化溫度和粘度在上述范圍內(nèi)取中下限，Na2O、Li2O和F-含量在本發(fā)明規(guī)定的中限和上限之間取值。
在本發(fā)明保護(hù)渣中，炭黑和石墨，主要用于控制保護(hù)渣的熔渣層結(jié)構(gòu)和熔化速度，提供與拉坯速度相適應(yīng)的保護(hù)渣消耗量，獲得渣條少、熔化均勻、液面活躍的保護(hù)渣使用狀況。炭黑、石墨與保護(hù)渣中其它成分經(jīng)機(jī)械研磨或攪拌方式混勻，可發(fā)揮良好的骨架隔離作用。
在本發(fā)明保護(hù)渣中，結(jié)晶控制劑是指能促進(jìn)保護(hù)渣熔渣在冷凝過程中析出晶體而不嚴(yán)重惡化保護(hù)渣潤滑特性的主要成分。它們是鋇化合物、錳化合物、鎂化合物、鍶化合物中的任意一種、或任兩種之和、或任三種之和、或四種之和——當(dāng)該結(jié)晶控制劑為兩種或兩種以上的化合物組成時，各化合物的摩爾數(shù)相等。
通過實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，獲得結(jié)晶控制劑配量對保護(hù)渣結(jié)晶溫度和結(jié)晶率的影響規(guī)律(見圖2)，進(jìn)一步通過生產(chǎn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)當(dāng)保護(hù)渣結(jié)晶溫度為1100～1160℃、結(jié)晶率為20～60％時，低合金高強(qiáng)度鋼鑄坯表面縱裂紋指數(shù)和微裂紋指數(shù)最低(見圖3、圖4)，鑄坯表面及皮下基本上無缺陷。綜合圖2、圖3、圖4結(jié)果得到適合低合金高強(qiáng)度鋼連鑄保護(hù)渣的合理的結(jié)晶控制劑配量為(重量％)7～20，在此含量范圍內(nèi)，可使位于鑄坯和結(jié)晶器壁間的渣膜既有利于控制和均勻鑄坯的凝固傳熱，又有利于減小坯殼受到的摩擦阻力，這樣既避免了低合金高強(qiáng)度鋼鑄坯表面產(chǎn)生縱裂紋，又避免了低合金高強(qiáng)度鋼鑄坯表面和皮下產(chǎn)生微裂紋，為生產(chǎn)無缺陷鑄坯創(chuàng)造了基本條件。
在本
具體實(shí)施例方式
中，本發(fā)明保護(hù)渣為空心顆粒保護(hù)渣，將各組成在旋轉(zhuǎn)攪拌裝置中混合，在噴霧干燥塔中霧化干燥成形，制成粒度為0.1～1.0mm的預(yù)熔型空心顆粒保護(hù)渣。
鑒于本領(lǐng)域的技術(shù)人員在低合金高強(qiáng)度鋼的中厚板連鑄保護(hù)渣的研究方面已作了大量的工作，在理論和實(shí)踐方面均積累大量的、豐富的經(jīng)驗(yàn)。因此，在認(rèn)真閱讀了本具體實(shí)施方式
及其相應(yīng)的分析后，一定能夠根據(jù)其他的具體條件，在本發(fā)明提出的組份及其相應(yīng)比例的范圍內(nèi)，(至多再做幾次有限的常規(guī)的試驗(yàn))具體地選擇出一組滿足其他條件的保護(hù)渣配方、以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，并達(dá)到本發(fā)明所述的技術(shù)效果。所以，以下僅舉出一個最佳的驗(yàn)證實(shí)施例。
本驗(yàn)證實(shí)施例是在板坯連鑄結(jié)晶器中進(jìn)行驗(yàn)證的，對比用的比較例1和比較例2為兩種現(xiàn)有的保護(hù)渣。
澆鑄的低合金高強(qiáng)度鋼化學(xué)成分(重量％)為C(0.15)、Si(0.42)、Mn(1.46)、P(0.017)、S(0.023)、其余為Fe及Al、Ti等微量組元，拉坯速度為0.80～1.30m/min，軋制鋼板厚度為16～32mm。統(tǒng)計(jì)鑄坯表面縱裂紋指數(shù)和鑄坯軋制成中厚板時按重量計(jì)算的報(bào)廢率。
表1給出了實(shí)施例、比較例1、比較例2保護(hù)渣的化學(xué)成分、主要性能和澆鑄的鑄坯表面縱裂紋及軋制鋼板報(bào)廢率結(jié)果。實(shí)施例和比較例1保護(hù)渣澆鑄的鑄坯表面縱裂紋最少，它們的縱裂紋指數(shù)最低；實(shí)施例和比較例2保護(hù)渣生產(chǎn)的鑄坯軋制鋼板退廢率最低。比較例1保護(hù)渣由于堿度高、結(jié)晶率和結(jié)晶溫度高，雖然鑄坯表面縱裂紋少，但軋制鋼板退廢率高達(dá)12.36％，嚴(yán)重降低了產(chǎn)品合格率；而比較例2保護(hù)渣結(jié)晶率和結(jié)晶溫度低，雖然鑄坯軋制鋼板退廢率低，但鑄坯表面縱裂紋嚴(yán)重，必須下線清理，嚴(yán)重影響生產(chǎn)流程的優(yōu)化和順利進(jìn)行。只有實(shí)施例保護(hù)渣同時提高了鑄坯表面質(zhì)量和軋制鋼板質(zhì)量，同時消除了鑄坯表面縱裂紋缺陷和微裂紋缺陷，解決了保護(hù)渣促進(jìn)潤滑和控制傳熱的矛盾。
表1實(shí)施例及比較例保護(hù)渣化學(xué)成分(重量％)、主要性能和所澆鑄坯表面縱裂紋及軋制鋼板報(bào)廢率

權(quán)利要求
1.一種低合金高強(qiáng)度鋼的中厚板連鑄保護(hù)渣，其特征在于該保護(hù)渣的組份(重量％)為0.5～2.0的炭黑、4～10的石墨、4～12的Na2O、1～7的F-、2～7的Al2O3、1～3的Fe2O3、7～20的結(jié)晶控制劑、0～2的Li2O、其余為CaO和SiO2；其中，CaO/SiO2為0.90～1.05。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低合金高強(qiáng)度鋼的中厚板連鑄保護(hù)渣，其特征在于，所述的結(jié)晶控制劑為鋇化合物、錳化合物、鎂化合物、鍶化合物中的任意一種、或任兩種之和、或任三種之和、或四種之和。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的低合金高強(qiáng)度鋼的中厚板連鑄保護(hù)渣，其特征在于，當(dāng)所述的結(jié)晶控制劑為兩種或兩種以上的化合物組成時，各化合物的摩爾數(shù)相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3中所述的低合金高強(qiáng)度鋼的中厚板連鑄保護(hù)渣，其特征在于該保護(hù)渣為空心顆粒渣，其粒度為0.1～1.0mm。
全文摘要
一種低合金高強(qiáng)度鋼的中厚板連鑄保護(hù)渣。該保護(hù)渣的組份(重量％)為0.5～2.0的炭黑、4～10的石墨、4～12的Na
文檔編號B22D11/11GK1911560SQ20061009506
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者王謙, 何生平, 遲景灝 申請人:重慶大學(xué)