本发明属于保护渣
技术领域：
，具体涉及一种CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣。
背景技术：
：薄板坯连铸连轧CSP（CompactStripProduction）工艺是上个世纪末成功开发成功的生产热轧板卷的一项短流程工艺，是继氧气转炉炼钢、连铸炼钢之后钢铁工业最重要的革命性技术之一。因其具有投资少、生产成本低、能耗小的优点，得到了迅速的发展。与传统的厚板坯冷却后重新加热再轧制的工艺相比，具有同样成分的CSP热轧钢板经历了不同的热加工过程。但是在生产过程中，CSP热轧卷表面和内在问题频现，影响了相关品种的开发。CSP热轧钢板是经过薄板坯连铸一均热一连轧一卷曲工序生产的，连铸坯没有经过冷却到室温再加热的过程，具有凝固组织状态的薄板坯经约1100℃的均热后直接进行轧制，并且在轧制过程中采用更大的道次压下率；薄板坯的凝固时间更短，凝固后的冷却速率更高；连铸坯板带在轧制后进行快速冷却。这些工艺上的差别均对CSP中碳钢成品板的组织和性能产生明显影响。众所周知CSP连铸拉坯速度快，保护渣的消耗量少，渣膜的厚度和均匀性波动大，卷渣比较严重，夹杂物在结晶器内上浮困难而凝固在铸坯中。结晶器通钢量大，而结晶器内熔池面积小，钢液射流强度大造成结晶器内钢水液面波动剧烈。薄板坯连铸机具有更强的冷却强度，结晶器内液面温度低，易造成化渣不良。薄板坯连铸拉速变化范围广，幅度大，对结晶器内保护渣的性能易产生不良影响，保护渣应有较宽的适应性，漏斗形结晶器的采用使铸坯在凝固过程中沿宽面水平方向有较大的几何形变，拉坯阻力大，对保护渣的润滑性能有更高的要求。目前，CSP中碳钢广泛应用于汽车、食品和家电行业，要提高深冲薄板的质量，通过提高钢水的纯净度，减少钢液中的夹杂物是非常有效的手段。由于薄板坯连铸机拉速较快，结晶器液面波动大，卷渣比较严重，夹杂物在结晶器内上浮困难而凝固在铸坯中。因此，如何提高保护渣的稳定性、适应性是连铸结晶器保护渣解决此类问题的关键手段。对于该类钢种的连铸来说，目前国内的结晶器保护渣产品主要依赖进口，存在问题是：1）国内大部分钢厂在该类铸坯浇铸时通常采用常规同碳量钢、工艺条件相近用的保护渣进行浇铸，没有采用专用渣；2）部分国产保护渣虽针对该类具体工艺条件进行设计，但主要通过结合国内相近产品进行模仿，没有成熟的技术，导致在试验时一次成功率低，铸坯表面质量差；3）国产渣由于采用的工艺不完善，渣子性能波动大，所以造成使用过程不稳定易造成裂纹、夹渣等缺陷产生。王永红等（王永红等.酒钢CSP工艺中碳钢结晶器保护渣的应用及优化[J].钢铁研究，2010，38：194-196）在2010年的全国薄板宽带生产技术信息交流会中介绍了酒钢CSP薄板坯连铸机用保护渣优化和开发工作，通过对进口保护渣和国产保护渣使用和性能的对比，对酒钢现用CSP中碳钢保护渣进行性能优化，开发了适合酒钢CSP薄板坯连铸机中碳钢生产的优质国产保护渣，薄板坯表面纵裂发生率由5%降到0.5%，为CSP薄板坯连铸中碳钢结晶器保护渣的研究和开发提供了重要的技术参考。申请号为201310691718.5的中国专利公开了一种高拉速薄板坯连铸的结晶器保护渣，其化学成份重量百分含量为：CaO34~44%、Al2O32~8%、SiO220~30%、MgO1~9%、F5~15%、Na2O≤6.5%、K2O≤5%、Li2O≤6%，余量碳及不可控制的杂质。该保护渣中CaO高、SiO2低，可提高钢水的纯净度；熔化温度低，起到助熔的作用，可以减少助熔剂的使用量，使各种晶体的析出可能性降低，从而提高保护渣的玻璃性，使保护渣在高拉速下具有良好的润滑作用；适量Al2O3改善润滑。该保护渣能满足SS400、Q345等中碳钢种连铸工艺要求。上述保护渣均具有良好的熔化性能、合适的碱度和粘度，确保保护渣的润滑性能满足工艺顺行的要求，但是容易出现液面卷渣，使得铸坯表面不规则地出现粘渣，从而影响板坯表面质量，甚至导致漏钢，影响了CSP薄板坯连铸中碳钢的生产。技术实现要素：有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣，以降低CSP热轧卷表面及内在质量问题的发生率，同时达到连铸工艺的顺行要求。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣，其化学成分及其重量百分含量为：CaO：≤5%，SiO2：45%~50%，MgO：5%~10%，LiO2：1%~2.5%，Al2O3：1%~2%，Na2O：10%~15%，F：10%~16%，C：4%~8%，余量为不可避免的杂质。进一步的，所述CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣，其化学成分及其重量百分含量为：CaO：2.5%~4.5%，SiO2：45%~50%，MgO：8%~10%，LiO2：1%~2%，Al2O3：1%~2%，Na2O：12%~15%，F：13%~16%，C：6%~8%，余量为不可避免的杂质。进一步的，所述CSP中碳钢用连铸结晶器保护渣的碱度R值≤0.1。进一步的，所述CSP中碳钢用连铸结晶器保护渣的熔点为1000℃~1050℃。进一步的，所述CSP中碳钢用连铸结晶器保护渣在1300℃下粘度为0.1~0.3Pa·s。进一步的，所述CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣，由以下重量份的原料制备而成：预熔料60~65份、石英6~10份、铝矾土2~3份、萤石12~15份、碳酸锂1~2份、冰晶石8~10份、碳素材料3~5份、膨润土1~2份。进一步的，所述预熔料的化学成分及质量百分含量为：SiO245~48%、CaO3~5%、R2O8~12%、F8~12%、MgO5~8%，其中R为碱金属元素。与现有技术相比，本发明的设计思路及有益效果如下：CSP中碳钢在连铸过程中，容易出现高熔点的氧化物夹杂，导致出现铸坯表面质量问题。薄板坯由于其独特的生产工艺，对钢水中夹杂物的成分控制更为严格，要求在钙处理过程中大部分A12O3能转变为流动性好的CaO-Al2O3，同时又不生成固态的CaS。此外，保护渣在消耗过程中熔渣中的SiO2在渣钢界面会和钢水中的强还原性金属元素起化学反应，反应的结果是强还原性元素变成不易反应氧化物进入熔渣，Si进入了钢水，保护渣把钢水中的强还原性金属元素提前氧化吸附在熔渣中，保证了钢水的纯净度。但是保护渣中吸附了较多的夹杂后，导致保护渣较快地恶化，极大地提升了保护渣的熔点和粘度，熔渣不能均衡地流入结晶器和铸坯之间，致使连铸不能进行下去。为了保证连铸结晶器保护渣的吸附夹杂能力，防止出现卷渣、裂纹等缺陷，同时保证保护渣在吸附了较多夹杂物之后具有良好的使用性能，当提高保护渣中SiO2的含量，减少CaO及Al2O3的含量，降低连铸结晶器保护渣的碱度及粘度，满足连铸生产需要，而且在拉速高于5.0m/min的条件下（5.0~5.5m/min）仍能满足CSP薄板坯连铸中碳钢的工艺要求。本发明保护渣在吸附了较多的夹杂物满足钢水纯净度的要求后，保护渣不变性，保证连铸生产的顺行。液渣能够均匀、适量地流入铸坯与结晶器壁之间的间隙，改善铸坯质量。为实现上述功能，本发明保护渣的主要性能指标设计见下表：碱度（R）熔点/℃粘度/Pa·S熔化速度/s＜1.01000~10500.1~0.340~501)熔化速度：周知保护渣引起粘结漏钢的主要原因之一是，保护渣熔化速度过慢，造成保护渣液渣层厚度过小（＜8mm），从而造成造成铜壁与坯壳间局部下渣不良，导致坯壳润滑不好而粘结在铜板上产生漏钢。而保护渣熔点越低，熔化速度越快，液渣层的厚度就越厚，这样有利于坯壳润滑。然而在高拉速（3.5~5.5m/min）条件下，保护渣的熔化厚度要想满足保护渣的消耗速度，就需要低的粘度值，增加渣耗量。生产实践中，本发明设计保护渣的熔化速度为40~50s，熔速较常规慢，但是配以合适的熔点和粘度等指标，达到满足本发明工艺顺行的相关要求。2）粘度：粘度（1300℃）是表示熔渣中结构微原体移动能力大小的物理指标，指液体渣移动时各渣层分子间的内在摩擦力的大小。保护渣的粘度过低，渣耗量过大，铸坯振痕深，导致渣膜增厚且不均匀，铸坯容易产生裂纹；粘度过高会使渣耗量降低，导致渣膜变薄，甚至部分坯壳得不到充分的润滑，容易引起振痕浅紊乱和扭曲诱发铸坯皮下微裂纹甚至导致粘结漏钢事故。现有研究（贺道中，周书才，肖鸿光.连续铸钢[M].北京:冶金工业出版社，2007:127~130.）表明：为了获得稳定的传热，渣的粘度与拉速之间有着相匹配的关系。然而在生产实践过程中，由于保护渣性能的发挥受到诸多因素的影响，理论上粘度与拉速之间的匹配关系在实践中往往受到限制。本发明设计粘度值为0.1~0.3Pa·s，优选为0.1~0.2Pa·s，满足渣耗要求的同时，减少甚至避免铸坯质量问题的产生，而且在拉速高于5.0m/min时仍然能够较好地满足工艺要求，效果显著。3）碱度：碱度[R=w(CaO)/w(SiO2)]是反映保护渣吸收钢水中夹杂物能力的重要指标，同时也能反映保护渣润滑性能的优劣。通常，碱度高，吸收夹杂的能力更强，但析晶温度变高，不利于润滑和传热。本发明通过优化成分配比，确定当碱度＜1.0时，既能达到吸附夹杂的工艺要求，又能实现坯壳润滑，降低甚至杜绝卷渣和裂纹等缺陷的产生。4）熔点：现有研究保护渣的熔化温度对渣吸收夹杂物能力及润滑作用都有较大影响。目前做到使保护渣具有吸附夹杂物的能力并不难，而难在保护渣吸收大量夹杂物之后，还能保持良好的性能，以满足连铸工艺的要求，特别是润滑性能和均匀传热性能。故为了实现液态渣膜对上浮夹杂物的良好吸收，且在该液态渣膜吸收上浮的夹杂物之后，保护渣的理化指标相对稳定。经研究确定，保护渣的熔点在1000~1050℃范围内时，能够显著提高保护渣在融化过程中的热稳定性和化学稳定性，从而实现在中碳钢CSP薄板坯连铸过程中具备良好的吸附夹杂性能及其均匀传热性能。此外，CSP薄板坯连铸由于铸坯薄，钢液离结晶器壁的距离小，同时钢液在结晶器内单位重量的比表面积大，因此其散热量比常规连铸大得多，由此绝热保温效果要求更为严格。保护渣低的体积密度（容重）是获得好的绝热保温效果的关键。但是，过低的体积密度将导致下渣速度变慢。因此将本发明保护渣容重设计为0.75~0.85g/cm3。并且，在考虑容重等参数的基础上，调整成分配比使其渣耗量控制在0.6~0.7kg/t，有效满足CSP薄板坯高速连铸的要求。按照上述设计思路和实践研究，所设计保护渣综合性能优异，在结晶器内能合适铺展，熔化均匀，形成稳定状态的初始渣层-烧结层-半熔渣层-熔渣层的多层结构；渣面活跃，无卷渣现象发生；热流曲线稳定，所浇注铸坯表面、皮下及内部质量优异。具体实施方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。实施例1本发明CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣，由以下重量份的原料制备而成：预熔料60份、石英6份、铝矾土2份、萤石12份、碳酸锂1份、冰晶石8份、碳素材料3份、膨润土1份，其中，所述预熔料的化学成分及质量百分含量为：SiO246%、CaO3%、R2O8%、F9%、MgO7%，其中R为碱金属元素。本实施例所述碳素材料为碳黑和石墨，所述碳黑和石墨的重量比为1：1。本发明上述CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：按上述重量份配比准备预熔料、石英、铝矾土、萤石、碳酸锂、冰晶石，粉碎，过100目以上筛网；步骤S2：在大于保护渣熔化温度200℃以上的温度下用无炉衬水冷炉壁电炉熔化，得到熔渣；步骤S3：所述熔渣直接进入常温水池冷却凝固成玻璃体；步骤S4：将步骤S3所得材料烘干至含水量小于2wt%；步骤S5：将步骤S4所得材料粉碎，所得粉末的粒度为通过200目以上筛网的筛下物含量至少达到80%；步骤S6：加入碳素材料，混合均匀；步骤S7：将步骤S6所得材料按比例气化入料仓，以6T每作进行微机配料，再入搅拌机搅拌，取半成品检测，待合格后，加入膨润土，入球磨机干磨，再入水磨机磨细并造浆，提料喷雾造料，产品检测，合格品包装入库。实施例2本发明CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣，由以下重量份的原料制备而成：预熔料65份、石英9份、铝矾土3份、萤石14份、碳酸锂2份、冰晶石9份、碳素材料4份、膨润土2份，其中，所述预熔料的化学成分及质量百分含量为：SiO245%、CaO5%、R2O10%、F8%、MgO7%，其中R为碱金属元素。本实施例所述碳素材料为碳黑和石墨，所述碳黑和石墨的重量比为1：1。本发明还提供了上述CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣的制备方法，参阅实施例1，不再赘述。实施例3本发明CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣，由以下重量份的原料制备而成：预熔料62份、石英8份、铝矾土2份、萤石15份、碳酸锂2份、冰晶石10份、碳素材料5份、膨润土2份，其中，所述预熔料的化学成分及质量百分含量为：SiO246%、CaO3%、R2O12%、F10%、MgO6%，其中R为碱金属元素。本实施例所述碳素材料为碳黑和石墨，所述碳黑和石墨的重量比为1：1。本发明还提供了上述CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣的制备方法，参阅实施例1，不再赘述。实施例4本发明CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣，由以下重量份的原料制备而成：预熔料64份、石英10份、铝矾土3份、萤石15份、碳酸锂2份、冰晶石9份、碳素材料5份、膨润土1份，其中，所述预熔料的化学成分及质量百分含量为：SiO248%、CaO5%、R2O9%、F12%、MgO8%，其中R为碱金属元素。本实施例所述碳素材料为碳黑和石墨，所述碳黑和石墨的重量比为1：1。实施例5本发明CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣，由以下重量份的原料制备而成：预熔料65份、石英8份、铝矾土2份、萤石14份、碳酸锂2份、冰晶石10份、碳素材料4份、膨润土2份，其中，所述预熔料的化学成分及质量百分含量为：SiO248%、CaO5%、R2O10%、F10%、MgO7%，其中R为碱金属元素。本实施例所述碳素材料为碳黑。实施例6本发明CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣，由以下重量份的原料制备而成：预熔料60份、石英6份、铝矾土2份、萤石13份、碳酸锂1份、冰晶石9份、碳素材料4份、膨润土2份，其中，所述预熔料的化学成分及质量百分含量为：SiO247%、CaO4%、R2O10%、F9%、MgO7%，其中R为碱金属元素。本实施例所述碳素材料为石墨。实施例7本发明CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣，由以下重量份的原料制备而成：预熔料62份、石英8份、铝矾土3份、萤石12份、碳酸锂1份、冰晶石9份、碳素材料4份、膨润土2份，其中，所述预熔料的化学成分及质量百分含量为：SiO248%、CaO4%、R2O9%、F10%、MgO6%，其中R为碱金属元素。本实施例所述碳素材料为碳黑。实施例8本发明CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣，由以下重量份的原料制备而成：预熔料65份、石英8份、铝矾土3份、萤石15份、碳酸锂2份、冰晶石10份、碳素材料5份、膨润土2份，其中，所述预熔料的化学成分及质量百分含量为：SiO246%、CaO5%、R2O12%、F10%、MgO8%，其中R为碱金属元素。本实施例所述碳素材料为石墨。本发明上述CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣，其化学成分及其重量百分含量为：CaO：≤5%，SiO2：45%~50%，MgO：5%~10%，LiO2：1%~2.5%，Al2O3：1%~2%，Na2O：10%~15%，F：10%~16%，C：4%~8%，余量为不可避免的杂质。下表1列举了实施例1~8所得CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣的化学成分及其重量百分比，如下：表1CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣的化学成分及其重量百分比实施例1~8所得功能保护材料的理化指标见表2：表2CSP薄板坯连铸中碳钢专用结晶器保护渣的理化指标本发明保护渣在本公司钢厂实践：CSP连铸机浇铸断面：150-180mm×1280-1500mm，生产中碳钢碳质量分数为0.3%-0.4%，连铸拉速为4.5~5.5m/min。观察：保护渣熔化均匀，铺展合适。液渣层厚度保持在10~15毫米，波动小。连铸过程中，卷渣现象发生率为零。所得铸坯表面光滑，无裂纹、渣团缺陷。吨钢耗渣量稳定在0.6~0.7kg，波动小，满足铸坯质量和工艺顺行要求。自2015年10月运行至今，铸坯的平均合格率达到99.99%，漏钢发生率为零。本发明研究过程中所做对比例保护渣理化性质，见表3：表3保护渣理化性能将上述保护渣用于CSP薄板坯连铸中碳钢，CSP连铸机浇铸断面：150-180mm×1280-1500mm，生产中碳钢碳质量分数为0.3%-0.4%，连铸拉速为4.5~5.5m/min，观察及检测结果如表4：表4观察及检测结果此外，本发明还对实施例1~8及对比例1~5所得铸坯中碳钢的磷含量进行测定，结果如表5。表5中碳钢中磷含量及脱磷率比较注：脱磷率=（实验组-空白组）/空白组*100%。由表5可知，相比空白组，使用保护渣后，成品钢中磷含量明显降低。实施例1~8保护渣的脱磷率为91.0~94.4%，对比例1保护渣的脱磷率为58.3%，对比例2保护渣的脱磷率为62.5%，对比例3保护渣的脱磷率为52.8%，对比例4保护渣的脱磷率为43.1%，对比例5保护渣的脱磷率为63.9%。上述数据显示，本发明保护渣各成分协同配合，使得脱磷效果更显著，脱磷效率更好，说明本发明保护渣具有较强的脱磷效果。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页1 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