本发明属于炼钢连铸辅助材料技术领域，涉及一种连铸钢坯开浇时的保护渣，特别涉及一种用于连铸中碳钢钢坯和亚包晶钢钢坯的预熔型发热开浇渣。
背景技术：
连铸以其高效、节能和易于实现生产自动化控制等诸多优点,受到冶金界的高度重视，并获得了广泛应用。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。
连铸结晶器保护渣具有绝热保温，防止钢水二次氧化，吸附钢中夹杂物，润滑凝固坯壳并改善凝固传热等作用，是实现连铸工艺顺行和保证铸坯质量的重要材料。
连铸开浇时注入结晶器的钢水温度较正常浇注钢水低，加之钢水未淹没浸入式水口侧孔未加保护渣前结晶器内钢液面裸露，散热较快，而保护渣加入后，渣颗粒的熔化又要消耗大量的热量，因而钢水热损失较大，易造成钢液面冷凝结壳，甚至因渣熔化不佳、坯壳润滑不好导致漏钢事故的发生；此外，对于中碳钢，特别是亚包晶钢等裂纹敏感性钢种，还极易使开浇坯产生裂纹。
为此，通常在连铸开浇时采用自身能发热的开浇渣，使其在结晶器钢液面上快速成渣，很快生成熔融保护渣，满足连铸开浇的需要。发热开浇渣一般通过调整发热剂和氧化剂的加入量来控制其熔融速度。发热型开浇渣除了普通保护渣的共性要求之外，还要求发热反应要均匀、平稳、不能太剧烈，速度要快，热值要高，不要剧烈的冒烟、冒火，发热反应的生成物和其他渣料成分快速反应生成熔融保护渣，流入结晶器壁与凝固坯壳之间的间隙内，起到保护渣所应该起到的作用。
现有开浇渣中发热剂一般为Al、Mg、Si及Si-Ca等金属或合金粉末。其中，Al、Mg、Si金属粉末成本高，反应剧烈，而Si-Ca粉末成本也比较高，且放热量低，持续时间短。其氧化剂一般含有硝酸盐，如NaNO3，因而在燃烧反应过程中放出有害气体，对环境造成污染。
对于中碳钢，特别是亚包晶钢这些裂纹敏感性钢种，对其渣的理化性能有其特殊要求，不仅要求其具有普通通用开浇渣成渣速度快、发热量高以及润滑好等性能外，还要求其具有较高的碱度，以及较高的结晶温度和结晶率，以保证开浇阶段铸坯在结晶器内缓慢冷却，从而防止铸坯纵裂的产生。因而通用型开浇渣不能满足裂纹敏感性钢种的生产需要。
中国专利CN 99127016.9公开的预熔型发热开浇渣，在参与发热反应的原料中加入了硝酸钠，硝酸盐类氧化剂在放热反应过程中会放出有害气体，污染了环境。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种预熔型发热开浇渣，主要解决现有预熔型发热开浇渣使用时污染环境、难以满足中碳钢钢坯和亚包晶钢钢坯连铸的技术问题。
本发明以SiO2-CaO-Al2O3硅酸盐为基础，以硅酸盐和氟化物为主，配入合金粉和氧化剂，实现预熔型发热开浇渣的绿色、环保。
为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：
一种预熔型发热开浇渣，其组成成分的质量百分比为：CaO 30～40％，SiO2 30～40％，Al2O3 0～6％，F 6～10％，Fe2O310～15％，其余为不可避免的杂质，开浇渣中二元碱度CaO/SiO2为0.8～1.0。
本发明开浇渣由以下两类原料配比来达到上列的化学成份：1)基本渣料按重量百分比计为60～70％，它由硅灰石50～60％、萤石10～15％组成；2)参与发热反应的原料按重量百分比计为30～40％，它由钙铝铁合金粉20～25％、氧化铁红10～15％组成。基本渣料的原材料混合后，进行熔化、水淬、磨粉，制得预熔的非晶质玻璃粉。将预熔非晶质玻璃粉与参与发热反应的钙铝铁合金粉、氧化铁红粉末混合制成预熔型发热开浇渣。
本发明预熔型发热开浇渣中含有钙铝铁合金粉和氧化铁红，其主要起发热的作用，补偿连铸开浇时的温降损失；开浇过程中，其发热材料主要发生下列化学反应：
3Ca+Fe2O3=3CaO+2Fe 放热反应 (1)
2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe 放热反应 (2)
本发明渣较现用预熔型发热开浇渣体现了如下特点。
1）本发明采用较低的二元碱度（R=CaO/SiO2），有利降低保护渣的凝固温度和渣膜的结晶比，增强液态渣膜的润滑功能，同时也提高弯月面传热，改善液渣流入条件，增加保护渣消耗量。但为防止裂纹，碱度不能过低。但碱度也不能过高，碱度越大，析晶率越高，热流密度也随之下降。结合碱度对析晶温度和热流密度的影响规律，本发明控制开浇渣的二元碱度CaO/SiO2为0.8～1.0，保证了开浇渣与保护渣较好的融合性。
2）本发明选用钙铝铁合金粉末作为发热剂，较之Ca、Al、Mg、Si单质金属发热剂以及Ca-Si、Ca-Al二元合金发热剂，由于铁的引入，钙铝铁三元合金粉末密度较高，提高了发热剂与钢水之间的“亲和力”，使之能迅速燃烧，并在氧化燃烧过程中起到"滞燃剂"的作用，调节和抑制反应的剧烈程度，使之放热反应平稳，并延长其放热时间。由于钙铝铁合金以上特点，故此不需要低温硝酸盐氧化剂，如硝酸钠等，只需氧化铁红作为氧化剂即可，因而避免了硝酸盐类氧化剂引入参与放热反应。
3）本发明采用的发热剂的发热效果佳避免了硝酸盐氧化剂的使用，避免了硝酸盐类氧化剂在放热反应过程中释放出有害气体；发热剂反应产物为CaO、Al2O3，可形成低熔点物相，并控制液渣的碱度，从而满足裂纹敏感性钢种成渣速度快、发热量高、结晶器温度及结晶率高，以及反应平稳，不冒烟、不冒火，防止头坯产生裂纹的综合性能要求，满足了板坯铸机浇铸中碳钢钢、亚包晶钢钢等裂纹敏感性钢要求。
本发明开浇渣的物理性能为熔化温度（半球点温度）为1000～1100 ℃；1300℃时的粘度为0.4～0.6Pa·S；开浇渣中二元碱度CaO/SiO2为0.8～1.0。
上述开浇渣的制备方法，包括以下步骤：
1）按配比称量硅灰石、萤石，依次进行搅拌混匀、熔化、水淬、磨粉后制得预熔的非晶质玻璃粉；
2）按配比称量钙铝铁合金粉、氧化铁红粉，与步骤1）所述的预熔的非晶质玻璃粉混匀。
本发明原料包括硅灰石、萤石、钙铝铁合金粉、氧化铁红粉，原料组分（质量百分比）要求如下：
硅灰石：CaO 45.0～46.0%、SiO2 51.0～52.0%；
萤石:CaF2 90.0～91.0%；
钙铝铁合金粉：Ca 40～65%，Al 30～45%,Fe 5～10%；
氧化铁红粉：Fe2O3 ≥90%。
本发明所述的硅灰石、萤石、碳酸钠、钙铝铁合金粉、氧化铁红粉的粒度均小于250目。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：
1、本发明开浇渣采用钙铝铁合金粉末作为发热剂、氧化铁红作为氧化剂，发热剂反应产物为CaO、Al2O3，避免了现有硝酸盐类氧化剂在放热反应过程中释放出有害气体，为环境友好产品，满足了板坯铸机浇铸中碳钢钢、亚包晶钢钢等裂纹敏感性钢要求。
2、本发明开浇渣生产工艺简单，制造成本低。
具体实施方式
下面结合实例例1-3，对本发明作进一步说明。
一种预熔型发热开浇渣，其组成成分的质量百分比为：CaO 30～40％，SiO2 30～40％，Al2O3 0～6％，F- 6～10％，Fe2O310～15％，其余为不可避免的杂质，开浇渣中二元碱度CaO/SiO2为0.8～1.0。
表1 本发明开浇渣化学成分（质量百分比 %），余量为不可避免的杂质。
某钢厂连铸机浇注包晶钢时采用本发明开浇渣，当开浇钢水淹没至结晶器侧孔时，将本发明的开浇渣迅速均匀推入结晶器中，整个结晶器钢液面上的开浇渣厚度保持在25～40mm；用该连铸机两流共计生产头坯98块，无一出现纵裂，表面质量良好；此外，该开浇渣使用过程中铺展性良好、烟雾少，加入开浇渣后结晶器渣面化渣情况良好，发热效果好，使用过程中结晶器液面无结冷钢、粘结现象，不结壳。