专利名称：含铌、钒、钛低合金宽厚板坯用高碱度结晶器保护渣及其制造方法
技术领域：
本发明属于炼钢用辅助材料即结晶器保护渣技术领域，特别是一种含铌、钒、钛低合金宽厚板坯用高碱度结晶器保护渣及其制造方法。
背景技术：
钒、钛、铌合金作为添加元素，在钢中形成细小的碳化物和氮化物或碳氮化合物， 其质点钉扎在晶界处，在加热和再结晶控轧过程中能阻止奥氏体晶粒的长大和形变奥氏体的再结晶，延缓再结晶奥氏体晶粒的长大，在焊接过程中阻止焊接热影响区晶粒的粗化，从而大幅提高其屈服强度和韧性，同时还具有良好的冷热加工性能和焊接性能，1980年以来， 我国根据国民经济需要开发了一系列的铌钒钛低合金钢，如石油管线钢、桥梁钢、锅炉钢、 海上钻井平台钢等，已得到了广泛的应用，同时我国钒、钛、铌合金元素储量丰富，因此我国具有发展钒、钛、铌低合金化钢的巨大资源优势。在连铸含铌、钒、钛低合金宽厚板坯过程中，此类钢的表面裂纹发生率显著高于普通碳素钢，其中含铌钢裂纹敏感性最高，我国的品种结构钢与世界先进国家差距甚远，这严重制约了我国合金钢的发展。含铌、钒、钛宽厚板坯的缺陷主要是表面纵裂和角部横裂纹。其一，保护渣液渣吸收钢水中的Al (s)、V、Ti、Nb等金属及其氧化物或碳化物、氮化物后，黏度等特性会发生较大变化，改变结晶器角部铜板的热流密度，显著恶化初生坯壳的冷却和润滑条件，导致摩擦力增大和应力集中，二冷扩展而产生角部横向裂纹。其二，铸坯断面厚而宽，所浇钢种又是板坯连铸机上浇铸难度较大的中碳含铌、钒、钛合金钢，凝固收缩量大，而当凝固坯壳收缩量大时坯壳会脱离结晶器壁，造成结晶器热流减少和传热不均勻，应力增大，在薄弱处产生凹陷，坯壳局部凝固滞后会引起表面纵裂纹，同时随着板坯宽度的增加又存在中心偏析加重现象。因此，选择使用高碱度、低粘度、高结晶性能的保护渣，提高保护渣的吸收夹杂能力，防止液渣变性，渣条薄而小无需挑渣条；液渣导入均勻，结晶器传热均勻、摩擦力较小，坯壳均勻缓冷，从而达到避免表面裂纹缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够很好地解决表面纵裂和角部横裂纹缺陷的含铌、 钒、钛低合金宽厚板坯用高碱度结晶器保护渣及其制造方法。—种含铌、钒、钛低合金宽厚板坯用高碱度结晶器保护渣，其原材料按重量百分比配比为预熔料(其成份及重量百分比组成为SiA 42 45%、CaO 36 39%、MgO 1. 5 3. 5%, Fe2O3 不大于 1%> Al2O3 4 6%, Na2O 5 7%、F 2 4%) 35 45%，萤石 11 14%，硅灰石沘 30%，焦宝石3 6%，石灰石3 6%，碳酸钠2 4%，碳酸锂1 3%，碳酸锰1 3%，氧化镁2 4%，炭黑2 4%，石墨4 7%，粘结剂1 3%。所述结晶器保护渣的化学成分质量百分配比如下CaO 38 45%，SiO2 20 27%, MgO 1 3%，Al2O3 3 5%，Fe2O3 0. 75 0. 96%, Na2O 4 7%，Li2O 1 3%，Γ 7 9%, MnO 1 4%，固体碳5 8%，余量为挥发份。所述结晶器保护渣的化学成分质量百分配比如下CaO 41%，SiO2 25%，MgO 2%， Al2O3 4%, Fe2O3 0. 93%, Na2O 5. 5%, Li2O 2%，Γ 8%, MnO 2. 5%，固体碳 7%，余量为挥发份。本发明的含铌、钒、钛低合金宽厚板坯用高碱度结晶器保护渣主要考虑以下因素
1.保护渣的碱度和粘度
保护渣碱度是反映熔体结构的指标，对保护渣的结晶特性和保护渣的凝固行为影响很大，直接关系到保护渣的导热性能和润滑性能，是衡量保护渣特性的重要指标。保护渣碱度直接影响渣膜的结晶率，高碱度渣会形成高结晶率的渣膜，高结晶率的保护渣打可以有效降低和控制铸坯经渣膜向结晶器的传热，使铸坯坯壳生长均勻，避免裂纹产生，特别是含铌、钒、钛低合金宽厚板坯，裂纹敏感性强，保护渣要有较高的碱度。在使用普通保护渣浇铸含铌、钒、钛等低合金过程中，保护渣液渣吸收钢水中的 Al (S)、V、Ti、Nb等金属及其氧化物或碳化物、氮化物后，黏度等特性会发生较大变化，改变结晶器角部铜板的热流密度，显著恶化初生坯壳的冷却和润滑条件，导致摩擦力增大和应力集中，二冷扩展而产生角部横向裂纹，在薄弱处产生凹陷以致表面纵裂。因此，使用高碱度、低粘度、高结晶性能的保护渣，提高保护渣的吸收夹杂能力防止其变性，渣条薄而小， 无需挑渣条，液渣导入均勻，传热均勻和润滑性能良好，坯壳均勻缓冷，避免表面缺陷。高碱度保护渣有利于控制传热和吸收钢水中的夹杂后不变性，因此本发明所述的含铌、钒、钛低合金宽厚板坯用高碱度结晶器保护渣的碱度(Ca0/Si02)设计范围为1. 3 1. 5，熔化温度为 1150 1170°C，1130°C粘度为 0. 08 0. 15Pa · S。2.预熔料
保护渣的性能取决于制渣料的选择，常规的机混渣主要采用多种生料混合制成，由于受热后分解产生大量气体，渣层翻动剧烈，这影响了熔渣的稳定性。本发明选用预熔型渣作为保护渣配渣基料，适当配以遇高温分解释放气体的辅助渣料以提高其活跃性，使保护渣在熔化过程中既保持固态渣层的活跃又能维持液渣的稳定。本发明所述的高碱度结晶器保护渣的预熔料按重量比选择在35 45%范围内。3.碳质材料
碳质材料中的石墨和碳黑具有良好的骨架作用，合理的配碳使保护渣中的各种配料分散均勻，控制熔化速度，避免分熔。保护渣熔化速度与碳质材料的类型、质量分数、粒径和配碳方式有直接关系。随着保护渣中碳质材料的质量分数增加，熔化速度逐渐降低，在低质量分数条件下，粒度较小、分散度较大、着火点较低、表面自由能较高，无定形结构的活性炭和碳黑具有良好的隔离作用；在高质量分数条件下，粒度较大、分散度较小、着火点较高、表面自由能较低，片状结构的石墨具有良好的骨架作用。因此确定保护渣中碳含量的控制范围为3 6%，其中半补强碳黑2 4%，鳞状石墨4 7%。本发明的连铸结晶器保护渣的制造方法，包括下列步骤
1.按重量百分比将水泥熟料、萤石粉、白碱等进行配料，搅拌、造球、干燥，制得的混合球，水份< 5%。2.将制备保护渣预熔料所需的基础渣料按重量百分比白碱、萤石、石灰石、硅灰石、玻璃、焦碳和按上述步骤1制得的混合球充分混合后焙烧熔化，再进行水淬，干燥处理至水分< 0. 5%，球磨，过筛后粒度400目在96%以上，得保护渣预熔料。3.依据该钢种保护渣的具体配比，将预熔料、辅助材料、粘结剂、碳质材料按600Kg 进行配料，入球磨机充分混合，水磨制浆，水磨时间> 50min，液压泵输入喷雾干燥塔中喷雾造粒，泵压力1. 2 1. 6MPa，塔体进风口温度580 660°C，出风口温度150 200°C。所述的辅助材料球粒度为过筛后500目在90%以上，所述碳质材料可以是碳黑，石黑或其混合物。4.对上述所得预熔型中空保护渣颗料进筛选，过筛后粒度0. 20 1. Omm的颗粒在95%以上，水份彡0.3%。该保护渣有良好的吸收钢水中的Al (s)、V、Ti、Nb等金属及其氧化物或碳化物、氮化物等夹杂物的能力，在净化钢水后保护渣仍保持不变性，既保证保护渣的性能稳定又提高铸坯的内部质量。此保护渣在使用过程中渣条薄而小，无需挑动渣条，从而确保熔融渣导入均勻、顺畅，有效控制传热和降低摩擦力，避免表面裂纹的产生，提高铸坯的外部质量。使用该保护渣在某钢厂220X2065 沈65讓2断面的连铸机上浇铸含铌、钒、钛低合金钢时， 浇铸速度1. 0 1. 2m/min，经现场试验证明，该保护渣在使用过程中保护渣铺展性好，熔化状态和保温性能良好，渣耗为0. 43 0. 46Kg/t钢，液渣层厚度8 12mm，热流曲线平稳无波动，结晶器热通量1. 1 1. 3MW/m2,结晶器摩擦力13 15KN/m2 ；渣渣条薄而小，无需挑动渣条，铸坯表面无夹渣、凹陷和裂纹，表面质量完好；轧制后探伤检测无夹杂。
具体实施例方式实施例1
一种含铌、钒、钛低合金宽厚板坯用高碱度结晶器保护渣，其原材料按重量百分比配比为预熔料(其成份及重量百分比组成为SiA 42 45%、CaO 36 39%、MgO 1. 5 3. 5%、 Fe2O3 不大于 1%、Al2O3 4 6%、Na2O 5 7%、F 2 4%) 35 45%，萤石 11 14%，硅灰石 28 30%，焦宝石3 6%，石灰石3 6%，碳酸钠2 4%，碳酸锂1 3%，碳酸锰1 3%，氧化镁2 4%，炭黑2 4%，石墨4 7%，粘结剂1 3%。所述结晶器保护渣的化学成分质量百分配比如下CaO 40. 94%, SiO2 27. 60%, Li2O 1. 72%, NaO 4. 82%, F" 8. 68%, MgO 1. 55%, Al2O3 4. 12%, Fe2O3 0. 93%, MnO 1. 62%,固体碳C 7.08%。保护渣物理性质碱度(Ca0/Si02) 1.48，熔点1165°C，粘度 (13000C )0. 09Pa · S，熔化速度 20 秒。实施例2
一种含铌、钒、钛低合金宽厚板坯用高碱度结晶器保护渣，其原材料按重量百分比配比为预熔料(其成份及重量百分比组成为SiA 42 45%、CaO 36 39%、MgO 1. 5 3. 5%、 Fe2O3 不大于 1%、Al2O3 4 6%、Na2O 5 7%、F 2 4%) 35 45%，萤石 11 14%，硅灰石 28 30%，焦宝石3 6%，石灰石3 6%，碳酸钠2 4%，碳酸锂1 3%，碳酸锰1 3%，氧化镁2 4%，炭黑2 4%，石墨4 7%，粘结剂1 3%。所述结晶器保护渣的化学成分质量百分配比如下CaO 37. 14%, SiO2 27. 11%, Li2O1. 72%, NaO 4. 82%, F" 8. 68%, MgO 1. 55%, Al2O3 4. 12%, Fe2O3 0. 95%, MnO 1. 32%,固 C 8. 11%。保护渣物理性质碱度(Ca0/Si02) 1. 37，熔点 1165°C，粘度(1300°C )0. 14Pa · S， 熔化速度22秒。实施例3:
一种含铌、钒、钛低合金宽厚板坯用高碱度结晶器保护渣，其原材料按重量百分比配比为预熔料(其成份及重量百分比组成为SiA 42 45%、CaO 36 39%、MgO 1. 5 3. 5%、 Fe2O3 不大于 1%、Al2O3 4 6%、Na2O 5 7%、F 2 4%) 35 45%，萤石 11 14%，硅灰石 28 30%，焦宝石3 6%，石灰石3 6%，碳酸钠2 4%，碳酸锂1 3%，碳酸锰1 3%，氧化镁2 4%，炭黑2 4%，石墨4 7%，粘结剂1 3%。所述结晶器保护渣的化学成分质量百分配比如下CaO 41%，SiO2 25%，MgO 2%， Al2O3 4%, Fe2O3 0. 93%, Na2O 5. 5%, Li2O 2%, Γ 8%, MnO 2. 5%，固体碳 7%，余量为挥发份。 保护渣物理性质碱度(Ca0/Si02) 1. 64，熔点1164°C，粘度(1300°C )0. 14Pa · S，熔化速度 21秒。
权利要求
1.一种含铌、钒、钛低合金宽厚板坯用高碱度结晶器保护渣及其制造方法，其特征在于，其原材料按重量百分比配比为预熔料(其成份及重量百分比组成为=SiO2 42 45%、 CaO 36 39%、MgO 1. 5 3. 5%、Fe2O3 不大于 1%、Al2O3 4 6%、Na2O 5 7%、F 2 4%) 35 45%，萤石11 14%，硅灰石沘 30%，焦宝石3 6%，石灰石3 6%，碳酸钠2 4%， 碳酸锂1 3%，碳酸锰1 3%，氧化镁2 4%，炭黑2 4%，石墨4 7%，粘结剂1 3%。
2.如权利要求1所述的含铌、钒、钛低合金宽厚板坯用高碱度结晶器保护渣，其特征在于，所述结晶器保护渣的化学成分质量百分配比如下CaO 38 45%，SiO2 20 27%，MgO 1 3%，Al2O3 3 5%，Fe2O3 0. 75 0. 96%, Na2O 4 7%，Li2O 1 3%，Γ 7 9%，MnO 1 4%，固体碳5 8%，余量为挥发份。
3.如权利要求2所述的含铌、钒、钛低合金宽厚板坯用高碱度结晶器保护渣，其特征在于，所述结晶器保护渣的化学成分质量百分配比如下CaO 41%, SiO2 25%, MgO 2%, Al2O3 4%, Fe2O3 0. 93%, Na2O 5. 5%, Li2O 2%，Γ 8%, MnO 2. 5%，固体碳 7%，余量为挥发份。
全文摘要
本发明公开一种含铌、钒、钛低合金宽厚板坯用高碱度结晶器保护渣及其制造方法，其原材料按重量百分比配比为预熔料35～45%，萤石11～14%，硅灰石28～30%，焦宝石3～6%，石灰石3～6%，碳酸钠2～4%，碳酸锂1～3%，碳酸锰1～3%，氧化镁2～4%，炭黑2～4%，石墨4～7%，粘结剂1～3%。该保护渣有良好的吸收钢水中的Al(s)、V、Ti、Nb等金属及其氧化物或碳化物、氮化物等夹杂物的能力，在净化钢水后保护渣仍保持不变性，既保证保护渣的性能稳定又提高铸坯的内部质量。
文档编号B22D11/111GK102248141SQ20111017515
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者唐红波, 朱云峰, 武金波 申请人:河南通宇冶材集团有限公司