专利名称：高拉速板坯连铸低碳钢结晶器保护渣的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金辅料结晶器保护渣，特别涉及高拉速板坯连铸低碳钢结晶器保护渣。
背景技术：
随着科学技术的进步，连铸技术已逐步走向成熟。然而，由于炼钢技术的不断完善，炼钢节奏加快，炉子出钢量增大，与炼钢和后续的轧钢能力相比，连铸机的生产能力仍然是整个钢铁生产过程中的限制性环节。为此，近些年来，国内外钢铁企业普遍采用高效连铸技术。所谓高效连铸通常是指比常规连铸生产效率更高，以高拉速为核心，以高质量、无缺陷铸坯生产为基础，实现高连浇率、高作业率的连铸系统技术，其核心是高拉速技术。但高拉速连铸技术的实现给连铸工艺带来了许多新的难题，其中之一就是随着浇注速度的增加，连铸保护渣相对消耗量减少，造成结晶器壁与凝固坯壳之间的润滑不充分、传热不均匀，进而导致铸坯表面缺陷，甚至发生粘结性漏钢，尤其是在非稳态浇注时期。因此，随着拉速的不断提高，开展与拉速相适应的结晶器保护渣技术的研究一直是连铸工作者关心和工作的重点。
梅钢新建的2#板坯连铸机，浇注断面210×900～1200mm2。从保证炉机匹配和产量要求出发，要求该板坯铸机工作拉速最高达2.4m/min，一般拉速在1.5～2.4m/min.之间，应该说该板坯铸机拉速在国内已投产的同类铸机中是最高的。随着拉速的进一步提高，有两个限制因素必须解决凝固速率以及坯壳与结晶器壁间的摩擦力。因此，起润滑铸坯减小摩擦力和控制结晶器传热特征的结晶器保护渣的正确应用，是高拉速连铸得以实现的关键。由此，为了实现最佳操作性能和获得满意的产品质量，对保护渣提出了更高的要求1)成渣速度快，能够及时补充液渣的快速消耗，在高速浇铸或拉速变化较大的情况，仍能维持足够的保护渣消耗量；2)结晶器壁与坯壳间的渣膜厚度适宜、分布均匀，防止坯壳与结晶器壁直接接触，以降低摩擦力并使结晶器散热均匀化，防止裂纹的产生及粘结漏钢，避免铸坯产生表面缺陷；3)足够的熔渣层厚度，防止高速连铸或拉速较大波动时，熔渣供应不足以及固体渣颗粒流入；4)稳定的操作性能，具有良好的吸收钢液上浮夹杂物功能，并使液渣物性稳定；5)在高拉速及拉速变化大时保护渣具有稳定的熔融特性和控热能力。总之，高拉速保护渣技术的核心就是快速成渣、达到一定的渣消耗量，以保证对铸坯的润滑；同时也满足不同钢种浇注对结晶器传热控制的要求。
发明内容
本发明的目的是提出一种解决高速连铸中的粘结性漏钢、铸坯表面夹渣和粘渣问题的高拉速板坯连铸低碳钢结晶器保护渣。为实现本发明的目的，本发明的技术方案为高拉速板坯连铸低碳钢结晶器保护渣，包括熔化料、碳酸锂、碳酸钠、萤石、石英砂、硅灰石、锰矿粉、铁泥、炭黑、膨润土，其重量百分含量范围分别为50～65％、1.2~3.6％、2.3~6.0％、3.0~6.9％、6.0~9.5％、7.0~10.0％、5.0~9.0％、1.0~3.5％、2.0~7.0％、2.0~5.5％。
保护渣中Li2O重量百分含量为1.0～1.5％，MnO重量百分含量为2.0～3.0％，MgO重量百分含量为3.0～5.0％，Fe2O3重量百分含量为0.7～1.5％，二元碱度(CaO/SiO2)为0.93～0.97，其余为SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-，其百分含量为SiO228.0～34.0％，CaO 27.0～33.0％，Al2O3＜5.0％、Na2O 6.0～7.0％、F-5.0～6.0％、k2O＜0.5％。
板坯低碳钢的碳含量一般小于0.08％，在凝固过程中没有包晶反应。低碳钢在弯月面处凝固收缩大，同时低碳钢拉速大，因此低碳钢保护渣的重点也是在于润滑；此外低碳钢中夹杂较多要求保护渣吸收能力要好，防止铸坯表面夹渣和粘渣。
保护渣化学成分设计。首先要求保护渣的二元碱度(CaO/SiO2)不能太高，一般要小于1.0，以保证结晶器内渣膜形成良好的玻璃态，改善坯壳与结晶器之间的润滑，本发明控制保护渣的二元碱度在0.93～0.97范围内。其次，采用多种熔剂的方法调节保护渣熔点和粘度，其中li2O是一个重要熔剂，对降低保护渣粘度和熔点非常显著，同时Li2O还能改善保护渣的润滑性能，尤其对高拉速要求低熔点和低粘度的保护渣特别适用，本发明保护渣中Li2O含量控制范围为1.0～1.5％；MnO不仅能降低保护渣的熔点、粘度和凝固温度，还能提高保护渣的熔化速度，加速液渣的形成，同时对保护渣的结晶温度影响较小，有利于稳定渣膜传热，本发明保护渣中MnO含量控制范围为2.0～3.0％；一定量的MgO也能降低保护渣熔点、粘度、结晶温度和凝固温度，改善保护渣的稳定性，本发明保护渣中MgO含量控制范围为3.0～5.0％；作为常规保护渣熔剂重要成分的Na2O在本发明保护渣中含量不能太高，一方面避免在渣膜中析出霞石，破坏渣膜的玻璃性能，减少保护渣中的Na2O含量同时还可提高保护渣的表面张力，有利于渣-金分离，减少铸坯表面夹渣和粘渣，本发明保护渣中Na2O含量控制范围为6.0～7.0％，Na2O在保护渣的作用仍然是降低熔点和粘度；保护渣中的F-主要作用是降低渣粘度，改善液渣流动性，但在本发明中要特别注意控制保护渣中的F-含量，若渣中CaF2含量过高会引起枪晶石(3CaO.2SiO2.CaF2)等高熔点物的析出，破坏熔渣的玻璃性，使润滑条件恶化，另外F-离子含量过高还会对伸入式水口造成严重侵蚀，减少水口使用寿命，为此，本发明保护渣中F-含量控制范围为5.0～6.0％。最后，就是要求保护渣快速熔化，形成足够的液渣层和保证一定的渣消耗量。要求配碳量不能太高，但也不能过低，否则形成的液渣层和烧结层太厚，使得结渣条严重，阻碍保护渣的均匀流入。因此，配碳种类选用比表面积大和燃烧速度快的炭黑，同时添加了一定量的氧化剂，如铁泥，加快碳质材料的烧损，减少烧结层厚度。本发明保护渣中C含量控制范围为3.0～4.0％，Fe2O3含量控制范围为0.7～1.5％。
保护渣物理性能确定。本发明要求保护渣具有较低的熔点、粘度、凝固温度和较快的熔化速度。具体设置要求为熔点(半球点温度)为1040～1070℃；1300℃的粘度为0.10～0.16Pa·S；凝固温度为1080～1120℃(粘度-温度曲线判定)；熔化速度为20～30秒(渣柱法测试)。
配渣基料的选用和特点。保护渣的性能取决于制渣基料的选择，常规的机混渣主要采用多种生料混合而成，由于受热后产生分解化合物而影响到性能变化，影响了熔渣的稳定性。本发明选择用预熔型渣作为保护渣配渣基料即熔化料，该预熔型渣除了含有常规的预熔型渣基本成分外，如SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-，还含有本发明保护渣需要的MgO成分。由于减少了生料的配入比例，熔渣性能的稳定性得到了提高。特别是预熔型连铸渣基料即熔化料比例达到了50～65％，减少了在结晶器内的分解化合反应过程，明显增加了使用效果的稳定性。
生产工艺和质量控制标准。保护渣成品的理化性能稳定性与所使用生产工艺和控制标准是直接相关的。为了适应高拉速板坯保护渣的高质量需求，使得生产的保护渣熔化均匀性，避免分熔和结渣条，本发明保护渣采用了如下质量控制标准1)每种原料粒度要求通过250目；2)混匀搅拌和水磨成浆时间各1-2小时。
本发明的有益效果本发明在梅钢210×900～1200mm22#板坯连铸机上浇注低碳铝镇静钢，拉速稳定在2.0m/min.时的渣耗量为0.45kg/T钢、钢水表面液渣层厚度8～12mm。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，满足高拉速要求；试验渣渣条小、改善了流入不均现象，保护渣润滑性好，防止了粘结性漏钢。铸坯表面无夹渣和粘渣现象，铸坯表面质量好。
具体实施例方式下面通过实施例，对本发明作进一步详述举例1、2#熔化料(河南西峡县保护材料集团有限公司生产)、碳酸锂、碳酸钠、萤石、石英砂、硅灰石、锰矿粉、铁泥(主要成份Fe2O3)、炭黑、膨润土，其重量百分含量范围分别为58％、3.0％、5.0％、4.0％、7.0％、9.0％、6.0％、1.0％、4.0％、3.0％。保护渣中Li2O重量百分含量为1.0～1.5％，MnO重量百分含量为2.0～3.0％，MgO重量百分含量为3.0～5.0％，Fe2O3重量百分含量为0.7～1.5％，二元碱度(CaO/SiO2)为0.93～0.97，其余为SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-，其百分含量为SiO228.0～34.0％，CaO 27.0～33.0％，Al2O3＜5.0％、Na2O 6.0～7.0％、F-5.0～6.0％、k2O＜0.5％。本发明保护渣采用了如下质量控制标准1)每种原料粒度要求通过250目；2)混匀搅拌和水磨成浆时间各1小时。举例2、2#熔化料、碳酸锂、碳酸钠、萤石、石英砂、硅灰石、锰矿粉、铁泥、炭黑、膨润土，其重量百分含量范围分别为53％、1.5％、3.5％、4.0％、6.5％、7.0％、6.0％、1.2％、4.0％、3.0％。其余与实施例1相同。举例3、2#熔化料、碳酸锂、碳酸钠、萤石、石英砂、硅灰石、锰矿粉、铁泥、炭黑、膨润土，其重量百分含量范围分别为62％、3.5％、3.0％、3.0％、6.0％、7.0％、9.0％、3.0％、7.0％、5.0％。其余与实施例1相同。
权利要求
1.一种高拉速板坯连铸低碳钢结晶器保护渣，其组成成分的重量百分比为熔化料50～65％、碳酸锂1.2～3.6％、碳酸钠2.3～6.0％、萤石3.0～6.9％、石英砂6.0～9.5％、硅灰石7.0～10.0％、锰矿粉5.0～9.0％、铁泥1.0～3.5％、炭黑2.0～7.0％、膨润土2.0～5.5％。
2.根据权利要求1所述的高拉速板坯连铸低碳钢结晶器保护渣，其特征是所述的保护渣中Li2O重量百分含量为1.0～1.5％，MnO重量百分含量为2.0～3.0％，MgO重量百分含量为3.0～5.0％，Fe2O3重量百分含量为0.7～1.5％，余量为SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-、K2O，其百分含量为SiO228.0～34.0％，CaO27.0～33.0％，Al2O3＜5.0％、Na2O 6.0～7.0％、F-5.0～6.0％、K2O＜0.5％，C 3.0～4.0％。
3.根据权利要求1或2所述的高拉速板坯连铸低碳钢结晶器保护渣，其特征是保护渣二元碱度CaO/SiO2为0.93～0.97。
4.根据权利要求1所述的高拉速板坯连铸低碳钢结晶器保护渣，其特征是各组分的目数≥250目。
全文摘要
本发明涉及高拉速板坯连铸低碳钢结晶器保护渣，克服了高拉速板坯连铸低碳钢现有技术中液渣层薄，润滑不良，造成粘结漏钢、铸坯表面夹渣和粘渣质量问题。保护渣由熔化料、碳酸锂、碳酸钠、萤石、石英砂、硅灰石、锰矿粉、铁泥、碳黑、膨润土组成，其组成成分的重量百分比为熔化料50～65％、碳酸锂1.2~3.6％、碳酸钠2.3~6.0％、萤石3.0~6.9％、石英砂6.0~9.5％、硅灰石7.0~10.0％、锰矿粉5.0~9.0％、铁泥1.0~3.5％、炭黑2.0~7.0％、膨润土2.0~5.5％。保护渣在结晶器内铺展性、保温性、熔化性能好，结晶器内四个面传热量稳定和均匀，液渣层厚度为8～12mm，渣条少，保护渣润滑性好，防止粘结性漏钢，铸坯表面无夹渣和粘渣现象，铸坯表面质量好。
文档编号B22D11/11GK1824429SQ200510024060
公开日2006年8月30日 申请日期2005年2月25日 优先权日2005年2月25日
发明者陈志平, 文光华, 江中块, 唐萍, 董汉君 申请人:宝钢集团上海梅山有限公司