專利名稱：低氧化性連鑄保護(hù)渣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低氧化性連鑄保護(hù)渣。
背景技術(shù)：
連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣是以CaO-SiO2體系為基礎(chǔ)的多元混合物，具有絕熱保溫、防止 鋼液二次氧化、吸收鋼液中上浮夾雜物、控制鑄坯與結(jié)晶器之間的水平傳熱、潤滑鑄坯等功 能，尤其是后兩種功能對連鑄工藝的順利進(jìn)行及對鑄坯表面質(zhì)量具有決定性的作用。目前， 一些高附加值的鋼種都含有大量的易氧化元素，如高牌號無取向硅鋼中鋁元素含量可達(dá) 0. 8 1. 2 %，而TRIP鋼中鋁可高達(dá)1. 7 %，而且鋁在這些鋼中的作用已不僅僅是脫氧，而且 是作為一種合金元素。易氧化元素鋁含量如此之高，必然會在鋼水進(jìn)行高溫連鑄時(shí)對連鑄 結(jié)晶器保護(hù)渣產(chǎn)生很大的影響。在連鑄時(shí)，鋼水中的Al非常容易和結(jié)晶器保護(hù)渣中的部分 氧化物(如Si02、Mn0)在鋼渣界面發(fā)生氧化還原反應(yīng)4 [Al]+3 (SiO2) = 2 (Al2O3)+3 [Si]， 反應(yīng)生成的Al2O3和Si分別進(jìn)入保護(hù)渣和鋼水中。因此，隨著連鑄時(shí)間的推移，保護(hù)渣中的 SiO2和MnO含量明顯減少，而Al2O3含量不斷增加。保護(hù)渣成份和性能將發(fā)生巨大變化，使 結(jié)晶器內(nèi)出現(xiàn)結(jié)渣條嚴(yán)重、燒結(jié)層發(fā)達(dá)、熔渣變成非玻璃相的現(xiàn)象。如某鋼廠在使用某種進(jìn) 口保護(hù)渣生產(chǎn)Al含量1. 5%的TRIP鋼時(shí)，在連鑄過程中，對結(jié)晶器中保護(hù)渣熔渣取樣分析， 發(fā)現(xiàn)保護(hù)渣的半球點(diǎn)溫度可從950°C左右逐漸升高至1200 1280°C，粘度(1300°C )可從 小于0. 2pa. s逐漸升高至0. 7pa. s左右，導(dǎo)致保護(hù)渣未出結(jié)晶器渣膜就完全凝固，潤滑作用 變差，使用時(shí)可能導(dǎo)致漏鋼。同時(shí)，由于鋼_渣界面不斷地發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，存在傳質(zhì)過程，致 使鋼-渣界面不清淅，保護(hù)渣易沾在鑄坯上，形成夾渣。同時(shí)會導(dǎo)致傳熱不均，在鑄坯上會 出現(xiàn)大量的裂紋、凹坑等缺陷。又如含大量稀土元素的集裝箱鋼、含Ti等合金元素的不銹鋼等，鋼中的稀土元素 和Ti等易氧化元素都會與連鑄結(jié)晶器的保護(hù)渣發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致保護(hù)渣成份發(fā)生改變、 性能惡化，影響連鑄順行和鑄坯表面質(zhì)量。所以，有些生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)易氧化元素含量較高 的TRIP鋼、硅鋼以及含有稀土的集裝箱鋼時(shí)，出現(xiàn)保護(hù)渣在連澆兩爐后已無法保證生產(chǎn)運(yùn) 行的現(xiàn)象。而一般鋼種的連澆爐數(shù)可達(dá)到十爐以上。在本發(fā)明之前，申請?zhí)枮?00710042540.6的中國發(fā)明專利申請公開了一種高鋁 鋼用連鑄保護(hù)渣及其制造方法，其主要技術(shù)特征是按照下列化學(xué)成分含量百分比配制保護(hù) 渣Ca0+Al203 50 60%，且 Ca0% /Al2O3%= 0. 7 1. 3，SrO :4 10%，BaO :2 5%， MgO 1 3%，助熔劑=Na2O 10 16%,Li2O 2 5%,F" 6 12%，并保持 SiO2 彡 2%，先 經(jīng)過熔化、水淬、干燥和粉碎，再加入炭素材料制成保護(hù)渣。此保護(hù)渣可以抑制強(qiáng)還原性元 素被氧化后進(jìn)入熔渣使熔渣變性，使含高鋁、Ti及稀土類鋼種連鑄生產(chǎn)順利進(jìn)行。此發(fā)明 中SiO2 ^ 2%，其它成分都是堿金屬和堿土金屬氧化物，可不與鋼中金屬鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 由于此發(fā)明的連鑄保護(hù)渣屬于硅酸鹽熔體，其結(jié)構(gòu)是以硅氧四面體Si044_為基本單位的網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)，可使保護(hù)渣熔化后形成玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)，以利于保護(hù)渣起到潤滑和傳熱作用。但是，此 發(fā)明的保護(hù)渣控制SiO2的含量在2%以下的極低范圍，導(dǎo)致其網(wǎng)絡(luò)形成性能弱，因而保護(hù)渣熔渣容易結(jié)晶，在結(jié)晶器內(nèi)易形成渣條，使結(jié)晶器壁與鑄坯間摩擦系數(shù)大，潤滑作用不好， 易使鑄坯產(chǎn)生裂紋，甚至發(fā)生漏鋼事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種能滿足Al、Ti或稀土等易氧化元素含量高的TRIP 鋼、硅鋼以及集裝箱鋼等鋼種連鑄工藝需要的低氧化性連鑄保護(hù)渣。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的低氧化性連鑄保護(hù)渣，其化學(xué)成份重量百分比 為CaO 15 25%，A1203 20 35%，Si02 10 20%，Li20+K20 2 5%，B203 2 10%， F彡10%, Na2O ^ 10%，Mg0+Ba0+Sr0 :5 15%，余量為碳及不可避免的雜質(zhì)。進(jìn)一步地，該保護(hù)渣較佳的化學(xué)成份重量百分比為CaO :18. 5 20. 5%，Al2O3 27. 6 32. 2%, SiO2 11. 8 17. 6%，Li2CHK2O :3· 0 4. 5%,B2O3 :5· 0 8. 4%，F(xiàn)彡 6. 8%， Na2O彡6. 5%, MgO+BaO+SrO 6. 4 10. 8%，余量為碳及不可避免的雜質(zhì)。更進(jìn)一步地，該保護(hù)渣的半球點(diǎn)溫度最好控制在1000 1200°C的范圍內(nèi)，粘度最 好控制在0. 2 0. 6pa. S的范圍內(nèi)。本發(fā)明的低氧化性連鑄保護(hù)渣中各化學(xué)成份的作用機(jī)理及其限定原因如下CaO:是保護(hù)渣的主要基料成份，其來源廣泛，價(jià)格便宜，而且不會與鋼中易氧化元 素發(fā)生反應(yīng)。本發(fā)明中，由于控制了 SiO2含量較低，如果CaO含量太高，保護(hù)渣堿度(CaO/ SiO2)過高，則保護(hù)渣熔渣易析出晶體，玻璃性變差，所以本發(fā)明將CaO重量百分含量控制在 15 25%范圍，優(yōu)選18. 5 20. 5%范圍。Al2O3:在保護(hù)渣中能夠起到降低保護(hù)渣凝固點(diǎn)、改善潤滑性能的作用，并且Al2O3 不易與鋼中易氧化元素發(fā)生氧化還原反應(yīng)。本發(fā)明通過適當(dāng)增大Al2O3的濃度和適當(dāng)降低 渣中SiO2濃度，可以減少或抑制保護(hù)渣中SiO2被鋼中易氧化元素還原，同時(shí)Al2O3也是網(wǎng)絡(luò) 形成體，能提高保護(hù)渣的玻璃性。所以本發(fā)明中Al2O3含量控制在20 35%的較高范圍， 優(yōu)選為27. 6 32. 2%范圍。SiO2 作為保護(hù)渣中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成體，使保護(hù)渣熔渣形成玻璃相，以利于鑄坯潤 滑。但是如果SiO2含量太高，保護(hù)渣熔體形成連續(xù)鏈狀結(jié)構(gòu)[Si03]n2n_，使保護(hù)渣粘度過高， 潤滑性不好，并且與鋼水中易氧化元素發(fā)生氧化還原反應(yīng)；如果太低，雖然可以保證不與鋼 水中易氧化元素發(fā)生反應(yīng)，但不利于保護(hù)渣的玻璃相形成，無法滿足連鑄坯的潤滑需要。本 發(fā)明結(jié)合保護(hù)渣中Al2O3含量在20 35%范圍同時(shí)控制保護(hù)渣中SiO2在10 20%的含 量，優(yōu)選為11. 8 17. 6%，既能很好的保證鋼中Al等易氧化元素與保護(hù)渣的氧化還原反應(yīng) 基本不會發(fā)生，又同時(shí)提高熔渣保持玻璃態(tài)的性能。MgO、BaO和SrO 選擇堿土金屬元素MgO、BaO和SrO等代替部分CaO，使每一種堿 土金屬氧化物的濃度都保持在較低的范圍內(nèi)，從而降低保護(hù)渣形成堿土金屬氧化物結(jié)晶體 的可能性，滿足連鑄坯的潤滑需要，本發(fā)明將MgO+BaO+SrO控制在5 15%，最好控制在 6. 4 10. 8%的范圍，即能達(dá)到很好的效果。Na2O 是保護(hù)渣中的一種主要助熔劑，價(jià)格比較便宜。但具有促進(jìn)熔渣結(jié)晶的傾 向，如果加入量過高，熔渣中易析出霞石。所以本發(fā)明將其含量控制在< 10%范圍，最好控 制在彡6. 5%范圍。Li20、K20:選擇Li20、K20等堿金屬元素代替部分Na2O作為助熔劑，使每一種堿金屬氧化物的濃度保持在較低的范圍內(nèi)，從而降低保護(hù)渣形成堿金屬氧化物結(jié)晶體的可能性， 滿足連鑄坯的潤滑需要，所以本發(fā)明將其范圍控制在2 5%，優(yōu)選為3. 0 4. 5%范圍。B2O3 在本發(fā)明保護(hù)渣增加Al2O3含量而相應(yīng)降低保護(hù)渣SiO2含量時(shí)，由于Al2O3作 為網(wǎng)絡(luò)形成體能力較弱，尚不足以使保護(hù)渣形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，容易導(dǎo)致保護(hù)渣熔體結(jié)晶性增 強(qiáng)，不利于實(shí)現(xiàn)保護(hù)渣對鑄坯的潤滑功能和傳熱功能。而B2O3網(wǎng)絡(luò)形成體能力較強(qiáng)，能保 證低SiO2情況下保護(hù)渣的玻璃性，同時(shí)B2O3起到助熔作用。單保護(hù)渣中B2O3含量也不能太 高，否則也將與鋼水中Al等易氧化元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以本發(fā)明將B2O3含量控制在2 10%范圍，優(yōu)選為5. 0 8. 4%范圍。F 作為一種主要助熔劑，一般以螢石作原料加入保護(hù)渣中。適當(dāng)減少氟化物的用 量，能有效降低保護(hù)渣形成含F(xiàn)—結(jié)晶體(比如槍晶石)的可能性，滿足連鑄坯的潤滑需要。 本發(fā)明將F含量控制在< 10%范圍，最好控制在< 6. 8%范圍。半球點(diǎn)溫度保護(hù)渣的半球點(diǎn)溫度如果設(shè)計(jì)過高，則在結(jié)晶爐中容易凝固結(jié)晶導(dǎo) 致潤滑性不好，如果過低則不易控制成型。當(dāng)控制保護(hù)渣的半球點(diǎn)溫度使其在鑄坯出結(jié)晶 器時(shí)，保護(hù)渣熔渣形成的渣膜應(yīng)保持部分液態(tài)，以起到充分潤滑鑄坯的作用。本發(fā)明通過調(diào) 節(jié)保護(hù)渣中各成份含量，將保護(hù)渣的半球點(diǎn)溫度控制在1000 1200之間，能保證熔渣形成 的渣膜在結(jié)晶器內(nèi)保持液體狀態(tài)，使鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)全程得到保護(hù)渣的潤滑。粘度(130(TC )根據(jù)保護(hù)渣理論η · ν = 0. 15 0. 3確定(η表示粘度，單位 pa · s ;ν表示鑄坯速度，單位m/min)。粘度值太大時(shí)保護(hù)渣容易結(jié)晶潤滑性能不好導(dǎo)致 摩擦力增大，如果太低則保護(hù)渣不易成型。本發(fā)明將保護(hù)渣的1300時(shí)粘度控制在0. 2 0. 6pa. s之間，能保證保護(hù)渣對鑄坯良好的潤滑作用。本發(fā)明的保護(hù)渣中SiO2低、Al2O3高，在結(jié)晶器中基本不與鋼水中的易氧化金屬元 素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)保護(hù)渣中CaO、MgO、BaO、SrO都是堿土金屬氧化物，其物理化學(xué)性質(zhì) 基本一致，可以互相取代；Li20、Na2O, K2O都是堿金屬氧化物，其物理化學(xué)性質(zhì)基本一致，可 以互相取代。根據(jù)保護(hù)渣“多組元效應(yīng)”原理，保護(hù)渣的成份互相取代后，組元越多，熔化溫 度低，起到助熔的作用，可以減少助熔劑的使用量，使各種晶體的析出可能性降低，從而提 高保護(hù)渣的玻璃性，使保護(hù)渣具有良好的潤滑作用。本發(fā)明通過減少氟化物的用量，降低保 護(hù)渣結(jié)晶的可能性，同時(shí)可提高鋼水純凈度。本發(fā)明的低氧化性連鑄保護(hù)渣與鋼水中易氧 化金屬元素的反應(yīng)程度低，能滿足Al、Ti或稀土等易氧化元素含量高的TRIP鋼、硅鋼以及 集裝箱鋼等鋼種連鑄工藝需要，且保護(hù)渣成份性能穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)多爐連澆。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的低氧化性連鑄保護(hù)渣作進(jìn)一步詳細(xì)說明。表1列出了本發(fā)明的低氧化性連鑄保護(hù)渣的九個(gè)實(shí)施例的化學(xué)成份重量百分比 (余量為碳及不可避免的雜質(zhì))。其制備方法如下將含有上述成份的原料磨細(xì)成小于200目的粉末后配入設(shè)計(jì)含 量的碳質(zhì)材料，使其成份與性能滿足設(shè)計(jì)要求，在高溫下熔化后經(jīng)粉碎、造渣即可得到表1 所列九種成份的低氧化性保護(hù)渣。對上述低氧化性保護(hù)渣進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其在熔化后急冷，熔渣玻璃相多，說明保護(hù) 渣析晶溫度低，有利于傳熱、潤滑。在連鑄結(jié)晶器中對保護(hù)渣的成份和性能進(jìn)行實(shí)時(shí)抽樣監(jiān)測分析，發(fā)現(xiàn)隨著連鑄時(shí)間的推移，保護(hù)渣的物理性能也能保持穩(wěn)定，鋼_渣界面清淅。 經(jīng)檢測保護(hù)渣中的Si02、Al2O3等主要成份含量保持穩(wěn)定，因而可以證明在連鑄結(jié)晶器中 鋼-渣界面沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不存在有傳質(zhì)過程。表1
權(quán)利要求
一種低氧化性連鑄保護(hù)渣，其特征為該保護(hù)渣的化學(xué)成份重量百分比為CaO15～25％，Al2O320～35％，SiO210～20％，Li2O+K2O2～5％，B2O32～10％，F(xiàn)≤10％，Na2O≤10％，MgO+BaO+SrO5～15％，余量為碳及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低氧化性連鑄保護(hù)渣，其特征在于該保護(hù)渣的化學(xué)成份重 量百分比為:CaO 18. 5 20. 5%，Al2O3 27. 6 32. 2%，SiO2 :11. 8 17. 6%，Li2CHK2O 3. 0 4. 5%，B2O3 :5· 8. 4%，F(xiàn) 彡 6. 8%, Na2O 彡 6. 5%, MgO+BaO+SrO 6. 4 10. 8%, 余量為碳及不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低氧化性連鑄保護(hù)渣，其特征在于該保護(hù)渣的半球點(diǎn)溫度 控制在1000 1200°C的范圍內(nèi)，粘度控制在0. 2 0. 6pa. s的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低氧化性連鑄保護(hù)渣，該保護(hù)渣的化學(xué)成份重量百分比為CaO15～25％，Al2O320～35％，SiO210～20％，Li2O+K2O2～5％，B2O32～10％，F(xiàn)≤10％，Na2O≤10％，MgO+BaO+SrO5～15％，余量為碳及不可避免的雜質(zhì)。進(jìn)一步地，該保護(hù)渣的半球點(diǎn)溫度控制在1000～1200℃的范圍內(nèi)，粘度控制在0.2～0.6pa.s的范圍內(nèi)。實(shí)踐證明，本發(fā)明的低氧化性連鑄保護(hù)渣具有良好的綜合性能，能滿足Al、Ti或稀土等易氧化元素含量高的TRIP鋼、硅鋼以及集裝箱鋼等鋼種連鑄工藝的需要，并且可以實(shí)現(xiàn)多爐連澆。
文檔編號B22D11/07GK101954464SQ201010514429
公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者萬恩同, 周順兵, 曹同友, 李偉, 李具中, 李慕耘, 楊運(yùn)超, 盛喜松, 秦世明, 范宇, 鄧德華, 高文芳 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司