连铸包晶钢用低成本高碱度结晶器保护渣

摘要

本发明提供连铸包晶钢用低成本高碱度结晶器保护渣，由基体和相对于基体总重量的3.0~8.0%的炭质材料混合而成；所述的基体包括如下wt%的组分：Na

说明书

技术领域

本发明属于连铸结晶器保护渣技术领域，具体涉及连铸包晶钢用低成本高碱度结晶器保护渣。

背景技术

连铸保护渣是连铸过程中的关键性辅料，对连铸工艺的顺行和铸坯表面质量的控制具有重要影响。连铸过程中，将其连续加入结晶器内钢水表面上，熔化后渣液流入结晶器和坯壳之间。保护渣的主要作用是绝热保温、防止钢液氧化、吸收钢中夹杂、润滑铸坯和控制传热，其中控制铸坯向结晶器的传热和对移动铸坯进行润滑是保护渣最重要的作用。

包晶钢板坯连铸生产的难点是控制表面纵裂纹，因为钢液凝固过程中发生包晶反应，凝固收缩量很大，尤其是当碳含量在0.08%～0.17%范围时，一旦钢水在结晶器内冷却不均及冷却过快，初生坯壳厚度就会不均匀，在各种应力的作用下于薄弱处被撕裂，形成表面纵裂纹。减小结晶器弯月面区域热流密度是控制铸坯表面纵裂纹的关键。具体方法有减弱结晶器冷却强度和调整传热介质（保护渣）的性能。而减弱冷却水不仅降低了弯月面区域传热，还降低了结晶器中下部的传热，导致出结晶器铸坯坯壳厚度降低，出现鼓肚甚至漏钢等事故，存在一定的不足之处。

目前最有效的方法就是使用结晶态保护渣。结晶态保护渣表面粗糙度大，界面热阻高，而且结晶体内的微孔多，故传导传热能力弱；同时结晶态保护渣中透明玻璃体少，可减少辐射传热。在包晶钢连铸保护渣设计中，通常调整碱度（即CaO/SiO₂）与F含量，可以有效控制枪晶石(3CaO·2SiO₂·CaF₂)的析出，合理调节保护渣的结晶性能。高碱度保护渣与传统包晶钢保护渣相比，转折温度低、析晶速度快，既能保证对铸坯的润滑功能，又能及时地减弱弯月面区域的传热，很好的协调了保护渣润滑和传热的功能，在保证连铸顺行的前提下消除了包晶钢铸坯表面纵裂纹。

中国专利CN101898232A公布了一种宽厚板坯连铸含锰低合金钢连铸保护渣，其碱度为1.65～1.75，Li₂O为4.0～5.0％，成本较高，而且由于其凝固温度较低为1130~1150℃，即使其结晶性能强，由于固渣膜薄，渣膜热阻也不大，不能有效地降低弯月面区域热流密度，而且现场统计表明，其控制纵裂的效果仍然不明显。中国专利CN104707958A公开了一种浇铸包晶钢用高碱度连铸保护渣，其含较多Li₂O，保护渣成本非常高，工业化应用受到限制。中国专利CN103317112A公开了一种包晶钢连铸用高碱度结晶器保护渣及其制备方法，虽然其未公布具体碱金属氧化物的比例，但按照其公布的保护渣成分配置并测试，发现该保护渣含Li₂O≥1.0%，否则达不到其设计的性能，故该保护渣的成本也较高。因此，随着碳酸锂价格成倍增长，目前包晶钢高碱度连铸保护渣的成本不断升高，大规模工业化应用越来越困难。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供连铸包晶钢用低成本高碱度结晶器保护渣，使该保护渣在少加或不加Li₂O的情况下，能有效地协调了保护渣的润滑和传热功能，在生产安全顺行的情况下消除铸坯表面纵裂纹，提高铸坯表面及皮下质量。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：连铸包晶钢用低成本高碱度结晶器保护渣，由基体和相对于基体总重量的3.0~8.0%的炭质材料混合而成；所述的基体包括如下wt%的组分：Na₂O9~14.0%、F^-9.5~14.0%、MgO≤4.0%、CaO44.0~49.0%、Si₂O23.0~29.0%、Al₂O₃2.5~5.0%和Fe₂O₃≤3.0%。

进一步，CaO和SiO₂的质量比为1.65~2.05:1。

更进一步，所述炭质材料为炭黑和/或石墨。

再进一步，所述基体的组分还包括Li₂O≤0.50%。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、为了减少或消除包晶钢铸坯表面纵裂纹，本发明保护渣采用高碱度，少加或不加Li₂O，提高Na₂O和F含量，同时控制MgO≤4.0份，通过各成分之间的协同配伍作用，实现了合适的粘度与熔化温度、较低的凝固温度和高析晶速度，既维持了结晶器铜板与坯壳之间的润滑，又保证了结晶器上部的固渣膜具有一定的晶体比例，有效地控制弯月面区域的传热，消除铸坯表面纵裂纹。

2、本发明连铸保护渣结晶能力强，熔点低、粘度、凝固温度适中（熔点1050~1200℃，1300℃粘度0.04~0.20Pa·s，凝固温度1170~1260℃，结晶率大于90%），将本发明结晶器保护渣应用于包晶钢连铸生产中，结果显示在浇铸过程中结晶器液面状况良好，未出现粘结漏钢等异常状况，结晶器热流稳定，铸坯表面及皮下质量良好，铸坯原始合格率均在98%以上，在保证铸坯顺行、防止粘结的基础上，有效控制铸坯纵裂的发生。

3、本发明结晶器保护渣中少用或不用Li₂O，成本更加低廉，制备方法更加简便快捷，使用的制备设备均为常用设备，适用于大规模工业化应用，具有良好的市场推广前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明连铸包晶钢用低成本高碱度结晶器保护渣作进一步说明。

连铸包晶钢用低成本高碱度结晶器保护渣，由基体和相对于基体总重量的3.0~8.0%的炭质材料混合而成；所述的基体包括如下wt%的组分：Na₂O9~14.0%、F-9.5~14.0%、MgO≤4.0%、CaO44.0~49.0%、Si₂O23.0~29.0%、Al₂O₃2.5~5.0%和Fe₂O₃≤3.0%。

所述CaO和Si₂O的质量比为1.65~2.05:1。

所述炭质材料为炭黑和/或石墨。

上述连铸包晶钢用低成本高碱度结晶器保护渣，所述基体的组分还包括Li₂O≤0.50%。

上述连铸包晶钢用低成本高碱度结晶器保护渣的制备方法，包括如下步骤：

1）以萤石、水泥熟料、方解石、石英、硅灰石、镁砂、熟铝矾土、纯碱、锂精矿和炭质材料作为原材料，根据所述保护渣的组分重量百分含量计算所述各原材料的用量，并根据计算的用量称取各原材料；

2）将步骤1）称取的萤石、水泥熟料、方解石、石英、硅灰石、镁砂、熟铝矾土、纯碱和锂精矿混合，在1350~1450℃内保温30~40分钟，使各原材料熔化均匀，随后出炉自然冷却，得到预熔料；

3）对步骤2）得到的预熔料进行破碎磨细至75μm以下，加入步骤1）称取的炭质材料，得到干料；

4）将步骤3）得到的干料、水和纤维素粘结剂放入精磨机中精磨30-60分钟，制成料浆；其中，所述干料、水和纤维素粘结剂的重量比为1:0.8~1.2:1.6~2；

5）将步骤4）得到的浆料喷雾干燥制粒，制得所述结晶器保护渣。

制得的所述结晶器保护渣中水分含量≤0.5％，粒度在0.01~1.0mm。

下表1中给出了实施例和比较例，实施例和比较例保护渣的组分及其对应的重要理化性能具体如表1所示，与比较例相比，本发明的保护渣少含或不含Li₂O，提高了Na₂O和F含量，同时控制MgO≤4.0份，熔点、粘度、晶体比例基本一致。

表1比较例和实施例

采用上述比较例和实施例中的保护渣进行了现场浇铸试验，浇铸的钢种见表2，浇铸断面分别为250×2100mm²和250×1700mm²，拉速为0.8~1.0m/min。试验结果表明，采用实施例中所述保护渣在浇铸过程中结晶器液面状况良好，未出现粘结漏钢等异常状况，结晶器热流稳定，铸坯表面及皮下质量良好，铸坯原始合格率均在98%以上，达到了比较例中保护渣浇铸的铸坯原始合格率，说明该高碱度连铸保护渣在保证铸坯顺行、防止粘结的基础上，可有效控制铸坯纵裂的发生。从比较例和实施例的理化性能比较可以看出，本发明结晶器保护渣与实施例的理化性能相当，应用效果相近，但是与实施例相比大大降低了生产成本，每吨保护渣成本降低3000元以上，市场推广前景更好。

表2对应钢种的典型化学成份(重量百分比,wt%)

CSiMnPS0.08～0.120.15～0.301.2～1.8<0.01<0.008

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。