一种中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣及其制备方法

摘要

本发明涉及一种中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣及其制备方法，所述的保护渣的化学成分及重量百分含量为：CaO：40％～45％，SiO

说明书

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣及其制备方法。

背景技术

目前，国内大部分钢厂都是用直角连铸结晶器进行连铸作业，现有直角连铸结晶器一般采用四块铜板组合而成，角部称直角，铸坯角部由于受到二维冷去使角部收缩量大于结晶器铜板锥度补偿量，导致在偏角部特别是宽面偏角部区域形成较大的气隙，而气隙热阻占整个热阻的80%以上，进一步导致铸坯偏角部区域温度过高，形成热点区域，并再该区域平面内产生较大的横向应拉力；而铸坯过低的角部温度进入脆性区，整个铸坯坯壳表面温度呈不均匀分布，会引起铸坯的角裂和窄边鼓肚等质量缺陷，特别是角部横裂纹，占各类缺陷的50%以上。近年来一些钢厂开发了连铸板坯倒角结晶器技术，其目的就是将传统连铸坯的直角变为钝角。使角部的二维传热变成一维传热，从而有效的提高矫直区连铸坯角部温度，有利于消除连铸坯角横裂纹缺陷，但并不能完全解决角部横裂纹。

中国专利CN103785805A公开了一种板坯连铸结晶器保护渣及其生产方法，所述保护渣成分（单位：wt%）包括：SiO₂26～29、CaO32～36、MgO1.5～2.5、Al₂O₃3～5、Na₂O8～10、F8.5～10.5、C_固3～5、Fe₂O₃≤1.5；所述生产方法包括原材料预处理与检测、保护渣配方设计、配料和制浆、喷雾造粒、筛分除尘及产品检测步骤。中国专利CN103639380A公开了一种板坯用连铸结晶器保护渣及其制备方法，所述保护渣成分（单位：wt%）包括：SiO₂28～30、CaO35～37、MgO3.3～4.8、Fe₂O₃0.7～1.3、Al₂O₃5～7、Na₂O9～11、F8～10、C_固3～5；所述方法包括原材料预处理与检测、保护渣配方设计、配料和制浆、喷雾造粒、筛分除尘及产品检测得到。但是，这些专利仍然没有解决铸坯的角裂、窄边鼓肚、角部横裂纹的质量问题，不适合倒角连铸结晶器作业。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣，使中碳钢的铸坯质量良好。

本发明的另一目的还在于提供一种中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣的制备方法，成产成本低。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣，其化学成分及重量百分含量为：CaO：40％～45％，SiO₂：19%～25％，MgO：3%～7％，Li₂O：1%～2.5%，Al₂O₃：2%～5%，Na₂O：7%-10%，F：5%～7%和C：4%~8%。

优选地，所述的保护渣的化学成分及重量百分含量为：CaO：44％，SiO₂：23.5％，MgO：5.1％，Li₂O：2.5%，Al₂O₃：4.5%，Na₂O：9.6%，F：6.8%和C：4.0%。

优选地，所述的保护渣的碱度为CaO/SiO₂为1.7～2.3。

优选地，所述的保护渣的熔点1150～1200℃，粘度0.48~0.55Pa·s。

一种上述的中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：按上述化学成分及其重量百分含量准备各种原料；

（2）熔化：用电炉熔化除炭质材料、粘合剂外的各种原料；

（3）水淬：熔化出来的熔渣直接进入水池冷却凝固成玻璃体；

（4）干燥：将玻璃体烘干至含水量小于2％；

（5）粉碎：将玻璃体粉碎，得到预熔料，预熔料粉末粒度为筛下物80%通过200目筛；

（6）配制：步骤（5）预熔料中加入炭质材料和粘合剂；

（7）喷雾造粒：将步骤（6）各种原料在搅拌机搅拌均匀，依次入球磨机干磨，水磨机磨细并造浆，喷雾造粒。

优选地，所述的炭质材料为炭黑和/或石墨。

优选地，所述的炭质材料为炭黑和石墨，两者重量比为1:1-3。

本发明的积极有益效果：

1.保护渣的碱度是由CaO及SiO₂的比质确定的，本发明保护渣的碱度为1.7-2.3之间，可以有效抑制熔渣中析出大量的晶体，从而保证较好的传热能力和润滑效果。

过高的CaO将使保护渣初始结晶能力过强，提高保护渣的析晶温度，在一定程度上恶化润滑，本发明确定CaO重量百分含量为40%-45%。SiO₂是保护渣中重要的网络结构形成体，与碱性氧化物反应生成低熔点化合物，降低保护渣的熔点，通过其加入量可以控制熔渣的熔点及结晶性能。一定的SiO₂有利于使弯月面附近液渣膜的厚度维持在一定水平，改善润滑。但是，过高的SiO₂容易弱化保护渣的结晶性能，本发明确定SiO₂的重量百分含量为19%-25%。

2．Al₂O₃属于两性氧化物，在保护渣体系中，碱性条件下它通常是被作为酸性氧化物，而在酸性条件下，它就作为碱性氧化物。Al₂O₃对保护渣的粘度、结晶倾向影响比较大，含量过高，容易增加熔渣的粘度，不利于润滑。本发明Al₂O₃重量百分含量为2%-5%。

MgO属于碱性金属氧化物，在保护渣中能替代部分CaO，也能改善保护渣的润滑性能。但由于MgO自身的熔点比较高，并且容易与其他成分结合生成高熔点化合物，含量较高时候能提升熔渣的转折温度，恶化铸坯润滑。本发明MgO重量百分含量为3%-7%。

3.本发明Li₂O重量百分含量在1%-2.5%范围内，随着Li₂O重量百分含量的增加，保护渣的熔化速度提高，并降低保护渣熔渣在冷凝过程中的析晶温度和粘度转折温度，提高了保护渣的传热稳定性和均匀性。

4.炭质材料是控制保护渣熔化的一种最有效且无其它物质能替代的成分，同时又是对钢水产生增碳作用的罪魁祸首，因此，炭质材料添加的原则是保温效果要好、可有效控制熔速保证液渣供给。保温效果好不仅会避免保护渣在结晶器内结壳、避免发粘，还由于温度较高，钢液弯月面温度不会过低，弯月面不会过早凝固、有利于钢水内气体的析出，从而避免皮下气泡的产生。本发明炭质材料重量百分含量为在4%-8%，使保护渣在具有较好的保温作用的同时，有使保护渣在结晶器内有清晰的粉渣层、烧结层、液渣层结构，来保证液渣的供应。

5.本发明中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣各化学成分配比合理、恰当，使保护渣传热能力好、传热均匀性高和润滑效果好，使中碳钢的铸坯质量良好，有效避免了铸坯的角裂、窄边鼓肚、角部横裂纹等质量缺陷。保护渣的熔点1150℃～1200℃，可有效处理传热与润滑之间的矛盾，达到即能有效解决纵裂纹，又能有效解决润滑而防止微裂纹的目的，粘度0.48~0.55Pa·s，可以防止粘度过低导致渣耗增加、铸坯振痕变深的问题。

具体实施方式

下面结合一些具体实施方式，对本发明进一步说明。

实施例1

一种中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣，其化学成分及重量百分含量为：CaO：40％，SiO₂：23％，MgO：5.5％，Li₂O：1.5%，Al₂O₃：5%，Na₂O：10%，F：7%和C：8%。

上述的中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：按上述化学成分及其重量百分含量准备各种原料，如：硅灰石，石灰石，石英砂，钠长石，铝石，镁砂，碳酸锂，纯碱，萤石，炭质材料炭黑，粘合剂羧甲基纤维素钠盐CMC；

（2）熔化：用电炉熔化除炭质材料、粘合剂外的各种原料；

（3）水淬：熔化出来的熔渣直接进入水池冷却凝固成玻璃体；

（4）干燥：将玻璃体烘干至含水量小于2％；

（5）粉碎：将玻璃体粉碎，得到预熔料，预熔料粉末粒度为筛下物80%通过200目筛；

（6）配制：预熔料中加入炭质材料炭黑，接着再加入粘合剂羧甲基纤维素钠盐CMC；

（7）喷雾造粒：将步骤（6）各种原料在搅拌机搅拌均匀，依次入球磨机干磨，水磨机磨细并造浆，喷雾造粒。

浇注200mm×1950mm规格中碳钢连铸板坯时采用本实施例保护渣，拉速0.9-1.1m/min，液渣层厚度8mm，保护渣消耗量0.6kg/吨钢，倒角铸坯表面平滑无异常，产品一级品合格率98%以上。

实施例2

一种中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣，其化学成分及重量百分含量为：CaO：41％，SiO₂：23％，MgO：6.2％，Li₂O：2.2%，Al₂O₃：4.6%，Na₂O：9.5%，F：7%和C：6.5%。

上述的中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：按上述化学成分及其重量百分含量准备各种原料，如：硅灰石，石灰石，石英砂，钠长石，铝石，镁砂，碳酸锂，纯碱，萤石，炭质材料炭黑和石墨，粘合剂羧甲基纤维素钠盐CMC；

（2）熔化：用电炉熔化除炭质材料、粘合剂外的各种原料；

（3）水淬：熔化出来的熔渣直接进入水池冷却凝固成玻璃体；

（4）干燥：将玻璃体烘干至含水量小于2％；

（5）粉碎：将玻璃体粉碎，得到预熔料，预熔料粉末粒度为筛下物80%通过200目筛；

（6）配制：预熔料中加入炭质材料炭黑和石墨，两者重量比为1:1，接着再加入粘合剂羧甲基纤维素钠盐CMC；

（7）喷雾造粒：将步骤（6）各种原料在搅拌机搅拌均匀，依次入球磨机干磨，水磨机磨细并造浆，喷雾造粒。

浇注210mm×2100mm规格中碳钢连铸板坯时本实施例保护渣，拉速0.8-1.2m/min，液渣层厚度9mm，保护渣消耗量0.56kg/吨钢，倒角铸坯表面平滑无异常，产品一级品合格率98%以上。

实施例3

一种中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣，其化学成分及重量百分含量为：CaO：41.5％，SiO₂：24％，MgO：7％，Li₂O：2.5%，Al₂O₃：3.8%，Na₂O：8%，F：6.2%和C：7%。

上述的中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：按上述化学成分及其重量百分含量准备各种原料，如：硅灰石，石灰石，石英砂，钠长石，铝石，镁砂，碳酸锂，纯碱，萤石，炭质材料炭黑和石墨，粘合剂糊精；

（2）熔化：用电炉熔化除炭质材料、粘合剂外的各种原料；

（3）水淬：熔化出来的熔渣直接进入水池冷却凝固成玻璃体；

（4）干燥：将玻璃体烘干至含水量小于2％；

（5）粉碎：将玻璃体粉碎，得到预熔料，预熔料粉末粒度为筛下物80%通过200目筛；

（6）配制：预熔料中加入炭质材料炭黑和石墨，两者重量比为1:2，接着再加入粘合剂糊精；

（7）喷雾造粒：将步骤（6）各种原料在搅拌机搅拌均匀，依次入球磨机干磨，水磨机磨细并造浆，喷雾造粒。

浇注220mm×1900mm规格中碳钢连铸板坯时采用本实施例保护渣，拉速1.0-1.3m/min，液渣层厚度10mm，保护渣消耗量0.62kg/吨钢，倒角铸坯表面平滑无异常，产品一级品合格率98%以上。

实施例4

一种中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣，其化学成分及重量百分含量为：CaO：42％，SiO₂：24％，MgO：6.5％，Li₂O：1%，Al₂O₃：5%，Na₂O：8.8%，F：6.7%和C：6%。

上述的中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：按上述化学成分及其重量百分含量准备各种原料，如：硅灰石，石灰石，石英砂，钠长石，铝石，镁砂，碳酸锂，纯碱，萤石和炭质材料石墨，粘合剂羧甲基纤维素钠盐CMC；

（2）熔化：用电炉熔化除炭质材料、粘合剂外的各种原料；

（3）水淬：熔化出来的熔渣直接进入水池冷却凝固成玻璃体；

（4）干燥：将玻璃体烘干至含水量小于2％；

（5）粉碎：将玻璃体粉碎，得到预熔料，预熔料粉末粒度为筛下物80%通过200目筛；

（6）配制：预熔料中加入炭质材料石墨，接着再加入粘合剂羧甲基纤维素钠盐CMC；

（7）喷雾造粒：将步骤（6）各种原料在搅拌机搅拌均匀，依次入球磨机干磨，水磨机磨细并造浆，喷雾造粒。

浇注200mm×1950mm规格中碳钢连铸板坯时采用本实施例保护渣，拉速1.0-1.3m/min，液渣层厚度12mm，保护渣消耗量0.55kg/吨钢，倒角铸坯表面平滑无异常，产品一级品合格率98%以上。

实施例5

一种中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣，其化学成分及重量百分含量为：CaO：43％，SiO₂：24.5％，MgO：6.0％，Li₂O：1.8%，Al₂O₃：3.3%，Na₂O：8.6%，F：6.0%和C：6.8%。

上述的中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：按上述化学成分及其重量百分含量准备各种原料，如：硅灰石，石灰石，石英砂，钠长石，铝石，镁砂，碳酸锂，纯碱，萤石，炭质材料炭黑和石墨，粘合剂羧甲基纤维素钠盐CMC；

（2）熔化：用电炉熔化除炭质材料、粘合剂外的各种原料；

（3）水淬：熔化出来的熔渣直接进入水池冷却凝固成玻璃体；

（4）干燥：将玻璃体烘干至含水量小于2％；

（5）粉碎：将玻璃体粉碎，得到预熔料，预熔料粉末粒度为筛下物80%通过200目筛；

（6）配制：预熔料中加入炭质材料炭黑和石墨，两者重量比为1:3，接着再加入粘合剂羧甲基纤维素钠盐CMC；

（7）喷雾造粒：将步骤（6）各种原料在搅拌机搅拌均匀，依次入球磨机干磨，水磨机磨细并造浆，喷雾造粒。

浇注200mm×2100mm规格中碳钢连铸板坯时采用本实施例保护渣，拉速0.9-1.1m/min，液渣层厚度10mm，保护渣消耗量0.6kg/吨钢，倒角铸坯表面平滑无异常，产品一级品合格率98%以上。

实施例6

一种中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣，其化学成分及重量百分含量为：CaO：43.5％，SiO₂：19％，MgO：6.1％，Li₂O：2.5%，Al₂O₃：5%，Na₂O：10%，F：6%和C：7.9%。

上述的中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：按上述化学成分及其重量百分含量准备各种原料，如：硅灰石，石灰石，石英砂，钠长石，铝石，镁砂，碳酸锂，纯碱，萤石，炭质材料炭黑和石墨，粘合剂糊精；

（2）熔化：用电炉熔化除炭质材料、粘合剂外的各种原料；

（3）水淬：熔化出来的熔渣直接进入水池冷却凝固成玻璃体；

（4）干燥：将玻璃体烘干至含水量小于2％；

（5）粉碎：将玻璃体粉碎，得到预熔料，预熔料粉末粒度为筛下物80%通过200目筛；

（6）配制：预熔料中加入炭质材料炭黑和石墨，两者重量比为1:1，接着再加入粘合剂糊精；

（7）喷雾造粒：将步骤（6）各种原料在搅拌机搅拌均匀，依次入球磨机干磨，水磨机磨细并造浆，喷雾造粒。

浇注200mm×1950mm规格中碳钢连铸板坯时采用本实施例保护渣，拉速0.9-1.1m/min，液渣层厚度11mm，保护渣消耗量0.6kg/吨钢，倒角铸坯表面平滑无异常，产品一级品合格率98%以上。

实施例7

一种中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣，其化学成分及重量百分含量为：CaO：44％，SiO₂：23.5％，MgO：5.1％，Li₂O：2.5%，Al₂O₃：4.5%，Na₂O：9.6%，F：6.8%和C：4%。

上述的中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：按上述化学成分及其重量百分含量准备各种原料，如：硅灰石，石灰石，石英砂，钠长石，铝石，镁砂，碳酸锂，纯碱，萤石，炭质材料炭黑和石墨，粘合剂羧甲基纤维素钠盐CMC；

（2）熔化：用电炉熔化除炭质材料、粘合剂外的各种原料；

（3）水淬：熔化出来的熔渣直接进入水池冷却凝固成玻璃体；

（4）干燥：将玻璃体烘干至含水量小于2％；

（5）粉碎：将玻璃体粉碎，得到预熔料，预熔料粉末粒度为筛下物80%通过200目筛；

（6）配制：预熔料中加入炭质材料炭黑和石墨，两者重量比为1:2，接着再加入粘合剂羧甲基纤维素钠盐CMC；

（7）喷雾造粒：将步骤（6）各种原料在搅拌机搅拌均匀，依次入球磨机干磨，水磨机磨细并造浆，喷雾造粒。

浇注200mm×1950mm规格中碳钢连铸板坯时采用本实施例保护渣，拉速0.8-1.2m/min，液渣层厚度8mm，保护渣消耗量0.51kg/吨钢，倒角铸坯表面平滑无异常，产品一级品合格率99%以上。

实施例8

一种中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣，其化学成分及重量百分含量为：CaO：45％，SiO₂：25％，MgO：3%，Li₂O：2.5%，Al₂O₃：2%，Na₂O：8%，F：7%和C：7.5%。

上述的中碳钢倒角铜板连铸结晶器保护渣的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：按上述化学成分及其重量百分含量准备各种原料，如：硅灰石，石灰石，石英砂，钠长石，铝石，镁砂，碳酸锂，纯碱，萤石，炭质材料炭黑和石墨，粘合剂羧甲基纤维素钠盐CMC；

（2）熔化：用电炉熔化除炭质材料、粘合剂外的各种原料；

（3）水淬：熔化出来的熔渣直接进入水池冷却凝固成玻璃体；

（4）干燥：将玻璃体烘干至含水量小于2％；

（5）粉碎：将玻璃体粉碎，得到预熔料，预熔料粉末粒度为筛下物80%通过200目筛；

（6）配制：预熔料中加入炭质材料炭黑和石墨，两者重量比为1:1，接着再加入粘合剂羧甲基纤维素钠盐CMC；

（7）喷雾造粒：将步骤（6）各种原料在搅拌机搅拌均匀，依次入球磨机干磨，水磨机磨细并造浆，喷雾造粒。

浇注220mm×1900mm规格中碳钢连铸板坯时采用本实施例保护渣，拉速0.9-1.1m/min，液渣层厚度8mm，保护渣消耗量0.65kg/吨钢，倒角铸坯表面平滑无异常，产品一级品合格率98%以上。