一种中碳亚包晶钢连铸结晶器用保护渣

摘要

本发明属于钢铁冶炼连铸生产技术领域，特别涉及一种用于裂纹敏感的中碳亚包晶钢连铸结晶器用保护渣。所述保护渣的组分按照重量百分比计算为：CaO 40-50%，SiO

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶炼连铸生产技术领域，特别涉及到一种用于裂纹敏感的中碳亚包晶钢连铸结晶器用保护渣。

背景技术

 连铸技术以其高效、节能、优质、易于实现自动化和智能化等诸多优点受到冶金界的高度重视，与之相配套的连铸结晶器保护渣也得到了相应的发展，且成为不可或缺的冶金辅助材料；现有的连铸保护渣主要采用SiO₂-Al₂O₃-CaO渣系，在此基础上加入少量助熔剂(碱金属或碱土金属氧化物、氟化物、硼化物等)和控制熔速的炭质材料(炭黑、石墨和焦炭等)，这类保护渣具有较低的熔点和粘度，而且具有玻璃渣润滑效果及吸收夹杂的效果好等优势，但目前的SiO₂-Al₂O₃-CaO系保护渣为了保证低的熔化温度，需要较高含量的Al₂O₃，这限制了熔渣吸收Al₂O₃夹杂能力的提高，特别是现有保护渣的为保证低的熔化温度，渣的碱度在0.9-1.1范围内，使得该渣具有显著的低熔点玻璃渣特征，该保护渣不适合用于裂纹敏感的亚包晶钢浇注；对于中碳亚包晶钢，其特征是表面容易产生裂纹，因此，连铸保护渣应具备两个典型的特征：一是，保护渣要具有较低的熔点、粘度，以保证保护渣在结晶器高温区域的流动性、铺展性，这是保护渣起到润滑、防氧化和吸收夹杂等冶金功能的前提，这需要保护渣在高温区具备玻璃渣的特征；二是，保护渣要具备较强的析晶能力，即析晶温度高、粒子尺寸小析晶速度快，这样保护渣在结晶器内低温区形成固态渣膜，提高保护渣的热阻，减缓结晶器内钢的传热，以降低钢坯的温度梯度，避免亚包晶钢表面裂纹的产生；因此，对于裂纹敏感的亚包晶钢连铸保护渣，需要具备“低熔化温度和高析晶温度”特征，即兼具玻璃渣的润滑及防氧化效果好，吸收夹杂能力强的优点和高析晶温度渣具有的保温性能好，控制铸坯裂纹产生的优势；另外，现有技术的保护渣一般采用碳质材料作为保护渣熔化速度和抗氧化的添加物，含碳保护渣不可避免的对钢坯表面增碳，也影响钢坯质量，因此，现有技术的保护渣需要在成分选择和含量范围等方面进一步优化，解决目前裂纹敏感的亚包晶钢连铸采用的保护渣性能不能满足要求的问题。

发明内容

 本发明的目的是提供一种中碳亚包晶钢连铸结晶器用保护渣，该保护渣具有低熔化温度和高析晶温度，在高温时兼具玻璃渣的低熔化温度、低粘度、高流动性和铺展性以及良好润滑和防止钢液氧化和保证吸收夹杂等冶金效果；同时，在温度降低时，能在结晶器内较早的形成固渣层，起到保温效果，延缓铸坯在结晶器内的冷却，达到控制铸坯表面形成裂纹的目的；另外，本发明的保护渣采用不含碳的骨架材料，实现控制保护渣对钢坯增碳的目的。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：

一种中碳亚包晶钢连铸结晶器用保护渣，其特征在于所述组分按照重量百分比计算为：CaO 40-50%，SiO₂ 40-50%，B₂O₃ 1-6%，Li₂O 1-4%，Al₂O₃ 1-5%，BN 1-6%，不可避免的杂质 1-2%，杂质中 S<0.03%，P<0.03%。

本发明的制备方法如下：将CaO、SiO₂等原料在150-200℃下充分干燥脱水后按重量分数称量配料，磨细后过100目筛（粒度小于0.149mm），然后混匀，在1300℃下预熔30分钟，熔渣经自然冷却后破碎，然后再磨粉，过200目筛（粒度小于0.074mm），最后利用喷雾干燥塔造粒的方法制备空心保护渣颗粒。

 本发明中各主要成分的作用和配加比例确定根据如下：

1）CaO：CaO作为本发明的主要基料成分，以优质石灰作为原料，CaO起到吸收Al₂O₃等钢中氧化物的作用，本发明的二元碱度CaO/SiO₂确定在0.8-1.25范围，根据需要调整渣的玻璃性和结晶性能，CaO的含量范围确定在 40-50%（质量分数）范围内。

2）SiO₂：在CaO基渣系中，SiO₂作为主要的保护渣玻璃化组元，是决定保护渣熔化温度、粘度、铺展性、流动性等性能的重要成分，本发明的保护渣的二元碱度CaO/SiO₂确定在0.8-1.25范围，根据需要调整渣的玻璃性和结晶性能，SiO₂的含量范围确定在 40-50%（质量分数）范围内。

3）B₂O₃：本发明中加入B₂O₃的主要目的是降低保护渣的熔化温度，提高保护渣的玻璃性能，可以改善渣的流动性、改善润滑效果和吸收夹杂能力，B₂O₃的合适的添加范围在 1-6%（质量分数）范围内。

4）Li₂O：本发明中加入Li₂O的主要目的提高保护渣的析晶性能即结晶能力，同时降低保护渣的熔化温度和粘度，改善高温的液态保护渣的流动性、改善润滑效果和吸收夹杂能力，Li₂O的合适的添加范围在 1-4%（质量分数）范围内。

5）Al₂O₃：本发明中加入Al₂O₃的主要目的是降低保护渣的熔化温度，调整保护渣吸收Al₂O₃等脱氧产物的能力，Al₂O₃的合适的添加范围在 1-5%（质量分数）范围内。

6）BN：在本发明中加入BN的主要目的是替代传统的碳质材料，具有不增碳、抗氧化的优点，而且，BN本身具有良好的润滑特性，特别是BN在本发明的B₂O₃、SiO₂等玻璃组分的保护下，不易被氧化烧损，BN具有高熔点，在熔融保护渣中以固相质点存在，可以提高渣的析晶性能，在铸坯表面形成固态保护渣层，起到保温效果，防止铸坯表面裂纹的形成。

本发明的主要物化性能指标见表1：

 表1 本发明的主要物性指标

 

与现有技术相比较，采用本发明的优点如下：

①        本发明的保护渣兼有熔化温度低而且析晶温度高的双重优点；熔化温度低，在高温下的粘度低，保证了熔融保护渣在结晶器内润滑、防止钢液氧化和吸收夹杂等冶金功能；同时，保护渣的析晶温度比一般的酸性玻璃渣要高100℃左右，这样在结晶器内形成固态保护渣层，减弱结晶器内铸坯的传热，避免了热裂纹的产生，对于热裂纹敏感的亚包晶钢，铸坯表面热裂纹减少90%以上，因此，本发明适用于裂纹敏感的亚包晶钢连铸。

②        本发明的保护渣不含碳质材料，采用的BN是一种抗氧化性比石墨更强的材料，不会向钢中增碳，因此，比石墨更具有优势。

③        本发明的保护渣不含有毒有害成分，不含易挥发腐蚀设备的成分，该保护渣能延长设备使用寿命，降低成本，具有推广价值。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的阐述；实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

实施实例1

以石灰、硅石、硼酐、氧化锂、刚玉粉和氮化硼为原料，在200℃下充分烘干脱水，研磨成细粉后称量配料，在1300℃下预熔，冷却后在磨机内磨至过200目筛（粒度小于0.074mm），在喷雾造粒塔内制成空心颗粒，保护渣的粒度范围在0.1-0.4mm。

所制备的保护渣进行成分分析结果如下（质量百分数）：

CaO 44%，SiO₂ 45%，B₂O₃ 3%，Li₂O 2%，Al₂O₃ 2%，BN 3%，余量为杂质，其中 S 0.02%，P 0.02%。

本实施例的主要物化性能指标见表2。

实施实例2

以石灰、硅石、硼酐、氧化锂、刚玉粉和氮化硼为原料，在200℃下充分烘干脱水，研磨成细粉后称量配料，在1300℃下预熔，冷却后在磨机内磨至过200目筛（粒度小于0.074mm），在喷雾造粒塔内制成空心颗粒，保护渣的粒度范围在0.1-0.4mm。

所制备的保护渣进行成分分析结果如下（质量百分数）：

CaO 50%，SiO₂ 40%，B₂O₃ 2%，Li₂O 2%，Al₂O₃ 2%，BN 3%，余量为杂质，其中 S 0.02%，P 0.02%。

本实施例的主要物化性能指标见表2。

实施实例3

以石灰、硅石、硼酐、氧化锂、刚玉粉和氮化硼为原料，在200℃下充分烘干脱水，研磨成细粉后称量配料，在1300℃下预熔，冷却后在磨机内磨至过200目筛（粒度小于0.074mm），在喷雾造粒塔内制成空心颗粒，保护渣的粒度范围在0.1-0.4mm。

所制备的保护渣进行成分分析结果如下（质量百分数）：

CaO 40%，SiO₂ 50%，B₂O₃ 1%，Li₂O 3%，Al₂O₃ 1%，BN 4%，余量为杂质，其中 S 0.02%，P 0.02%。

本实施例的主要物化性能指标见表2。

实施实例4

以石灰、硅石、硼酐、氧化锂、刚玉粉和氮化硼为原料，在200℃下充分烘干脱水，研磨成细粉后称量配料，在1300℃下预熔，冷却后在磨机内磨至过200目筛（粒度小于0.074mm），在喷雾造粒塔内制成空心颗粒，保护渣的粒度范围在0.1-0.4mm。

所制备的保护渣进行成分分析结果如下（质量百分数）：

CaO 42%，SiO₂ 40%，B₂O₃ 6%，Li₂O 4%，Al₂O₃ 1%，BN 6%，余量为杂质，其中 S 0.02%，P 0.02%。

本实施例的主要物化性能指标见表2。

表2 实施例结果——物化性能指标

 

从实施例结果可以看出：本发明的保护渣的组成指标及物化性能指标均满足要求，在碳含量为0.08%的亚包晶钢板坯连铸机结晶器上使用，保护渣的吨钢消耗为0.49-0.56 kg/t，满足润滑要求，铸坯表面保护渣层均匀，结晶器内无渣圈，铸坯无夹渣，无拉漏，与现有技术的保护渣相比，最大优势在于铸坯表面的裂纹完全消失，振痕变浅，横裂纹消失，铸坯合格率由95提高到100%，拉漏事故完全得以控制，因此，横裂纹和铸坯保护渣的配碳量降低，减少钢水增碳，同时，保护渣的综合碱度提高，提高了渣吸收夹杂能力；特别是该渣的半球点温度、粘度及熔化速度，都控制在适宜的范围，而且调整范围宽，具有比传统保护渣更好的使用性能，因此具有推广价值。