一种宽厚板坯铸机连铸含锰低合金包晶钢结晶器保护渣

摘要

本发明涉及冶金辅料结晶器保护渣，特别涉及一种宽厚板坯铸机连铸含锰低合金包晶钢结晶器保护渣。一种宽厚板坯铸机连铸含锰低合金包晶钢结晶器保护渣，包括水泥熟料、硅灰石、萤石、碳酸钠、碳酸锂、消石灰、精炼渣粉、炭黑，所述保护渣中化学成分的重量百分比为：Li

说明书

技术领域

本发明涉及冶金辅料结晶器保护渣，特别涉及一种宽厚板坯铸机连铸含锰低合金包晶钢结晶器保护渣。

背景技术

铸坯表面纵裂纹是板坯铸机浇注包晶钢最常见的质量缺陷，该类型裂纹发生率与结晶器保护渣性能的好坏有着密切关系。铸坯随着宽度增加，铸坯表面受到的拉应力不断增大，且宽厚板坯中心点与侧边处的温差会比普通板坯的高，产生的收缩应力和热应力容易在中心集中，从而较普通板坯更容易产生表面纵裂纹。另外，含碳量处于0.08％～0.17％的钢种，在凝固过程中会发生δ+L液相→γ反应，产生强烈的线收缩和体积收缩，使得浇注碳含量在此范围内的钢种最容易产生表面纵裂纹。对于宽厚板坯铸机浇注的含锰低合金高强度钢，不仅钢中含碳量处于0.09％～0.14％包晶反应强烈区；而且还含有较高的Mn、V、Nb等强度元素；同时铸坯断面大，断面尺寸为220～300mm×1200～2300mm，在结晶器中钢水弯月面附近从铸坯导出的热量太多和导出的热量不均匀，所以更容易产生铸坯表面裂纹。经统计此种板坯表面纵裂率一度高达17.4％，远高于一般板坯连铸同类钢种铸坯表面纵裂纹发生率。常用的结晶器保护渣典型化学成分重量百分比为：CaO 43％，SiO₂ 34％，Na₂O 6％，Li₂O 1％，F^-8％，Al₂O₃ 5％，C 3％；二元碱度(CaO/SiO₂)为1.27；物理性质为：熔点1145℃，1300℃的粘度0.60Pa·S，凝固温度1215℃，结晶孕育时间32秒。

另外，结晶器保护渣渣膜厚度的均匀性也同样重要，渣膜的均匀性是影响坯壳表面裂纹和润滑性能的重要因素。渣膜不均匀，会使铸坯散热不均匀，从而使局部区域坯壳厚度不均匀，对于收缩量大的中碳钢钢种，尤其容易产生纵向凹陷和裂纹。参见图2a，由于现有结晶器保护渣具有较高的凝固温度且析晶速度慢，所以在结晶器保护渣膜结构中，现有渣固态渣膜6在弯月面区域9处很薄而在结晶器出口3处很厚，不利于弯月面处的缓冷，而在结晶器3出口处现有液渣膜5很薄，不利于润滑，导致现有结晶器保护渣对控制裂纹和改善润滑都不理想，容易产生纵向凹陷和裂纹。

发明内容

本发明的目的是提供一种宽厚板坯铸机连铸含锰低合金包晶钢结晶器保护渣，该保护渣解决了宽厚板坯铸机连铸含锰低合金包晶钢过程中铸坯表面纵裂纹发生率高的问题。

为了实现本发明的目的，本发明的技术方案为：一种宽厚板坯铸机连铸含锰低合金包晶钢结晶器保护渣，包括水泥熟料、硅灰石、萤石、碳酸钠、碳酸锂、消石灰、精炼渣粉、炭黑，其特征是所述保护渣中化学成分的重量百分比为：Li₂O 4.0～5.0％，SiO₂ 28.0～31.0％，CaO 48.0～51.0％，Al₂O₃ 3.0～6.0％、Na₂O 0.5～1.5％、F^-6.0～8.0％、MgO 1.0～2.0％、Fe₂O₃ 0.5～1.0％、C 1.5～2.0％。

为了保证该保护渣对铸坯的润滑良好，同时兼具控制结晶器与铸坯间的传热能力，所述保护渣二元碱度CaO/SiO₂为1.65～1.75。

所述的水泥熟料、硅灰石、萤石、碳酸钠、碳酸锂、消石灰、精炼渣粉、炭黑，其重量百分含量优选分别为9％、48％、14％、2％、10％、6％、9％、2％。

本发明所述保护渣原料均为工业原料，主要成分(重量百分比)要求如下：

水泥熟料：CaO 62.0～64.0％、SiO₂ 19.0～21.0％；

硅灰石：CaO 45.0～46.0％、SiO₂ 51.0～52.0％；

萤石：CaF₂ 90.0～91.0％；

碳酸钠：Na₂CO₃ 98.0～99.0％；

碳酸锂：Li₂CO₃ 98.0～99.0％；

消石灰：CaO 66.0～67.0％；

精炼渣粉：CaO 50.0～53.0％、Al₂O₃ 39.0～42.0％；

炭黑：C 96.0～98.0％。

除炭黑、碳酸钠和碳酸锂外，上述原材料还自带不大于2％的MgO和1％的Fe₂O₃。

本发明所述的水泥熟料、硅灰石、萤石、碳酸钠、碳酸锂、消石灰、精炼渣粉、炭黑的粒度均小于250目。

本发明所述的保护渣物理性能确定，具有较低的熔点、凝固温度和较短的结晶孕育时间。具体要求为：半球点熔化温度为1080～1110℃；1300℃的粘度为0.06～0.09Pa·S；凝固温度为1130～1150℃(粘度-温度曲线判定)；结晶孕育时间20～25秒(热丝法测试)。

本发明所述的保护渣的制备方法为：原料准备→配料→搅拌混匀→水磨成浆→喷雾造粒→成品包装，其中混匀搅拌和水磨成浆时间各60分钟。

本发明的有益效果：本发明在某企业宽厚板坯连铸机上浇注含锰低合金包晶钢，浇注断面220～300mm×1200～2300mm，拉速为0.7～1.1m/min时的渣耗量为0.48～0.52kg/T钢、钢水表面液渣层厚度7～11mm。经现场试验结果表明，该保护渣使用时，在结晶器内铺展性、保温性和熔化性能表现良好；结晶器内四个面传热量稳定和均匀；板坯表面纵裂纹发生率明显减少，由之前的17.4％降为3.0％以下。

附图说明

图1为保护渣凝固温度与铸坯表面纵裂纹和粘结漏钢之间的关系示意图；

图2a为现有保护渣渣膜结构示意图；

图2b为本发明保护渣渣膜结构示意图。

图中：1热流和宽面纵裂、2摩擦力和粘结漏钢、3结晶器、4凝固坯壳、5现有液渣膜、6现有固态渣膜、7本发明液渣膜、8本发明固态渣膜、9弯月面区域。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1、图2a，根据现有理论要减小保护渣在结晶器内的传热能力就意味着要适当地提高保护渣凝固温度，增加现有保护渣固态渣膜6的厚度，缩小现有保护渣液渣膜5的厚度，这就要影响润滑效果。一般说结晶率高的保护渣，往往凝固温度也高。凝固温度高的保护渣，不仅增大现有保护渣固态渣膜6与结晶器3接触的摩擦力，而且现有保护渣液渣膜5的剪切力增大，从而对渣膜的润滑有很大的破坏作用。因此，在传统研究中对于裂纹敏感的钢种，很难同时顾及保护渣的润滑和控热问题。

要想找到既能减少传热，又能保证润滑的区域，保护渣的配制采用的原则为较低的凝固温度、高的结晶率(短的结晶孕育时间)。

本发明保护渣体现了两个主要特点，即较低的凝固温度和高的结晶速率。参见图2b，快速结晶(一般用孕育时间表示)可以促使弯月面区域9处的本发明保护渣固态渣膜8由薄变厚，低的凝固温度可使本发明保护渣液渣膜7在结晶器3出口处由薄变厚，这样就可以使本发明保护渣固态渣膜8和液态渣膜7在整个结晶器3高度方向上变得更为均匀，既控制了弯月面处的传热，又保证了润滑。

本发明的保护渣采用了高Li₂O含量4.0～5.0％和高碱度CaO/SiO₂为1.65～1.75。利用高的Li₂O含量保证在高碱度下能在弯月面区域9处快速结晶，实现结晶器3内弯月面区域9坯壳“缓冷”的目标，达到减少铸坯表面纵裂纹的目的。

实施例1：

保护渣化学成份重量百分含量为：CaO 50.4％，SiO₂ 30.0％，Li₂O4.6％，Na₂O 0.8％，F^-6.7％，MgO 1.3％，Al₂O₃ 3.9％，Fe₂O₃ 0.5％，C 1.8％。保护渣物理性质：熔点1093℃，1300℃的粘度0.076Pa·S，凝固温度1142℃，结晶孕育时间22秒。

实施例2：

保护渣化学成份重量百分含量为：CaO 49.1％，SiO₂ 28.9％，Li₂O4.9％，Na₂O 0.6％，F^-7.1％，MgO 1.6％，Al₂O₃ 5.5％，Fe₂O₃ 0.6％，C 1.7％。保护渣物理性质：熔点1084℃，1300℃的粘度0.068Pa·S，凝固温度1133℃，结晶孕育时间21秒。

实施例3：

保护渣化学成份重量百分含量为：CaO 50.5％，SiO₂ 29.0％，Li₂O4.1％，Na₂O 0.9％，F^-6.9％，MgO 1.2％，Al₂O₃ 4.9％，Fe₂O₃ 0.7％，C 1.8％。保护渣物理性质：熔点1107℃，1300℃的粘度0.072Pa·S，凝固温度1147℃，结晶孕育时间24秒。

实施例4：

保护渣化学成份重量百分含量为：CaO 48.1％，SiO₂ 29.0％，Li₂O4.4％，Na₂O 1.2％，F^-7.2％，MgO 1.7％，Al₂O₃ 5.7％，Fe₂O₃ 0.9％，C 1.8％。保护渣物理性质：熔点1087℃，1300℃的粘度0.087Pa·S，凝固温度1137℃，结晶孕育时间23秒。

实施例5：

保护渣化学成份重量百分含量为：CaO 49.0％，SiO₂ 28.8％，Li₂O4.5％，Na₂O 1.0％，F^-6.9％，MgO 1.6％，Al₂O₃ 5.6％，Fe₂O₃ 0.9％，C 1.7％。保护渣物理性质：熔点1090℃，1300℃的粘度0.078Pa·S，凝固温度1135℃，结晶孕育时间23秒。

实施例6：

保护渣化学成份重量百分含量为：CaO 50.0％，SiO₂ 29.4％，Li₂O4.3％，Na₂O 1.2％，F^-7.0％，MgO 1.5％，Al₂O₃ 4.3％，Fe₂O₃ 0.5％，C 1.8％。保护渣物理性质：熔点1096℃，1300℃的粘度0.073Pa·S，凝固温度1142℃，结晶孕育时间24秒。

实施例1～6在某企业宽厚板坯连铸机上浇注含锰低合金包晶钢，浇注断面220～300mm×1200～2300mm，拉速为0.7～1.1m/min时的渣耗量为0.48～0.52kg/T钢、钢水表面液渣层厚度7～11mm。经现场试验结果表明，该保护渣使用时，在结晶器内铺展性、保温性和熔化性能表现良好；结晶器内四个面传热量稳定和均匀；板坯表面纵裂纹发生率明显减少，由之前的17.4％降为3.0％以下。