硫系易切削用钢专用连铸结晶器功能保护材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冶金辅料，具体涉及硫系易切削用钢专用连铸结晶器功能保护材料及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 易切削钢是主要供自动机床进行高速切削制作机械零部件用的钢。可分为硫系、 铅系、钙系等类型，近年来随着全球对环境意识的提高，对环保的硫系易切削钢需求越来越 大，为顺应市场的需求，易切削钢的特点是硫、磷的含量较一般碳素钢高出数倍。由于硫、磷 含量的增高，增加了钢的易切削性能，因而大大提高机床的切削速度。因此易切削钢主要用 于生产快削钢棒，为数控车床提供生产精密轴类零件的原料。随着中国制造业中心地位的 确立，国内数控车床的使用量近年上升飞快，易切削钢的使用前景很好。
[0003] 易切削钢与普通钢相比主要有几个优点：1.加工产品表面光洁度好；2.切削加工 时易断肩；3.加工刀具受力小及能耗小；4.道具寿命长。硫系易切削钢的主要技术难点在 于控制好其中的MnS在钢中的分布形态及C、Si、Mn、P、S的成分比例，特别是控制好Mn、S 比例（Mn/S)和加热温度，对提高硫系易切削钢的加工切削性能意义非常重要。
[0004] 易切削钢的原理是硫化物在钢中主要以硫化锰（MnS)的形式存在，硫化锰是有利 夹杂物在钢切削加工时作为内部应力集中源易断肩，并在刀具与加工件之间形成润滑作 用，降低了刀具的磨损，从而改变了钢的切削性；又由于硫化锰的存在，钢在乳制过程中使 硫化锰沿乳制方向变形，使钢有各向异性。申请号201210127544. 5的发明专利提供了一 种结晶器保护渣，其化学成分重量百分比为：Si02 36. 5~42. 5%，A1203 2. 7~5. 7%，CaO 36.5 ~40.5%，Mg0 1.5 ~2.2%，Na20 1.3 ~1.9%，F.C1.5 ~2.5%，Li20 1.8 ~2.5%， T.C2. 6 ~4. 2%，F6. 0 ~9. 0%，Ca0/Si02 0· 86 ~1. 11。所述保护渣熔点 1040±20°C， 粘度0. 4±0. 10Pa.S，H20小于等于0. 5%。所述保护渣能适应镀锡板拉速1. 4~1. 5米/ 分钟的生产速度。该的保护渣能减少由于保护渣成分中Na20超标造成的批量缺陷质量事 故，并能提高镀锡板系列钢种的拉速。能够适应镀锡板系列钢应用，但是其应用范围不够广 泛。申请号201010247631. 5的本公司的发明专利公开了一种车轮钢专用连铸结晶器功能 保护材料，其原料包括：碳黑、85C、增碳剂、膨润土粉、镁砂、高莹、电厂灰、石英、水渣、硅灰 石，其重量百分含量分别为 2· 0%、10%、11%、4· 5%、3· 0%、13· 0%、15· 0%、1· 0%、5· 0%、 35. 5%。所述功能保护材料在结晶器内能较好的铺展开，熔化均匀，渣面活跃，产生的渣圈 少，液渣层厚度为8~12mm，每吨钢渣耗量为0. 35~0. 45千克/吨。所浇注铸坯表面无清 理率均为98%以上，铸坯皮下及内部质量良好，均能满足要求。
【发明内容】
[0005] 以下结合具体实施例对本发明进行进一步的分析和阐述。
[0006] 在现有技术的基础上，又致力于硫系易切削用钢专用连铸结晶器功能保护材料的 研究，本发明提供了一种硫系易切削用钢专用连铸结晶器功能保护材料及其制备方法。
[0007] -种硫系易切削用钢专用连铸结晶器功能保护材料，该保护材料的化学组分及 其重量百分比为：510 230.2~40.2%、〇&0 17.0~27.0%、1^20彡3.5%、厶1203 9.3~ 18. 3%、K20+Na20 2. 5~8. 5%、F2. 0~7. 0%、MgO彡8. 5%、Fe203彡2.0%。
[0008] 优选的，所述保护材料按照重量百分含量计，由以下原料制成：预熔料55.0~ 68. 0%、碳酸锂3. 0~6. 0%、高萤石粉6. 0~9. 0%、高铝土 1. 5~4. 5%、冰晶石2. 0~ 6. 0%、氟化钠L0~4. 0%、细玻璃粉L0~3. 0%、碳酸钠4. 0~8. 0%、炭黑L0~5. 0% 和石墨3. 0~7. 0%。
[0009] 优选的，所述炭黑为进口炭黑。
[0010] 优选的，
[0011] 所述预熔料成分及其重量百分比为：Si0237. 0~47. 0%、CaO30. 0~40. 0%、 A1203 3. 0 ~10. 0%、R20 6. 0 ~16. 0%、F1. 0 ~10. 0%。
[0012] 优选的，所述R20包括Li20、Na20、K20三种混合物。
[0013] 优选的，所述保护材料的二元碱度（Ca0/Si02)为0.50~0.9、粘度为1.5~ 2. 5Pa·S、半球点 1150 ~1250°C、游离碳 8. 0 ~16. 0。
[0014] -种硫系易切削用钢专用连铸结晶器功能保护材料的制备方法，包括以下步骤： 将保护渣原料按目标成分称量，进行机械搅拌，使得各成分均匀混合，然后采用感应炉将混 合后样品加热至1150~1250Γ熔化，除去挥发分和气体物质，各组分间形成复杂的固溶 体，将熔融态渣倒入水中急冷得到玻璃态保护渣块体，将保护渣块体进行机械破碎碾磨后 得到所需的保护渣粉体，粉体为粒径在0. 1~0. 8毫米范围内的中空球状颗粒。
[0015] 其中，所述预熔料制备的工艺流程为：研磨粗粉碎一搅拌一高温煅烧一水淬一烘 干一研磨粉碎300~400目一入库。所述预熔料由废玻璃渣、石英矿石、焦炭粉末、低品位 萤石、苏打组成。
[0016] 本发明的有益效果：
[0017] 本发明的硫系易切削用钢专用连铸结晶器功能保护材料，以较低的二元碱度促使 渣膜的玻璃化倾向大，能够保证润滑，减少粘结风险。以相对较高的半球点设计来适应硫系 易切削用钢中上浮的夹杂物较多，保护渣的熔化温度对渣吸收夹杂物能力及润滑作用都有 较大影响的特点，提高了保护渣的融化过程中的热稳定性和化学稳定性。
[0018] 进口炭黑的吸碘值以及分散性优于国产炭黑，在保护渣生产过程中能够很好的分 散到制浆过程中的矿物质中，起到保护渣中渣子的炭骨架分子。
[0019] 本发明自主设计研发了预熔料的配方及其制备工艺，预熔料的比重在整个保护渣 中占一半以上，本发明配制的预熔料能够与保护材料的其他组分互相促进保证保护材料的 稳定性。
[0020] 按照本发明的方案，所设计出的颗粒中空状功能保护材料，粒度颗粒大小均匀，通 透性良好；在结晶器内能合适铺展，没有烧结、结团发生；在结晶器内熔化均匀，达到了稳 定的三层结构；渣面活跃，火苗大小合适，产生的渣圈较少；液渣层厚度为8-10毫米；每吨 钢渣耗量为〇. 3-0. 5千克/吨；结晶器内摩擦力大小合适，热流曲线稳定，在浇注过程中无 任何异常发生；所浇注铸坯表面、皮下及内部质量良好，能满足市场要求。
[0021] 以河南济源特钢连铸机采用上海重矿方坯8机8流直弧型连铸机，弧形半径10 米，结晶器铜管有效长度900毫米，结晶器设有液面自动控制系统和电磁搅拌系为例。主要 的钢水成份及工艺参数如下表1.
[0022]表 1
[0023]
[0024] 硫与铁易形成FeS，其熔点1190°C，FeS与Fe可形成共晶体（Fe+FeS)，其熔点为 988°C，当钢热加工到1050°C时共晶体（Fe+FeS)呈融熔态，造成钢的脆化称热脆。钢中含较 高的硫同时又含有较高的锰时，易形成较多硫化锰（MnS)颗粒，破坏了钢基体的连续性，切 削加工时使钢的切肩易于碎断，并在切削过程中MnS具有润滑作用。
[0025] 试验结果表明：试验用钢中易切削相主要为MnS、Pb、Te相。熔炼后热乳棒材中MnS 夹杂物细小、呈椭圆形均匀分布，在冷拉成线材后横向上则呈椭圆形，纵向呈串链状沿钢乳 制方向断续分布。Pb、Te及其混和物相呈细小颗粒状分布于钢基体中，或分布在MnS两侧。 钢中的Cr、Mo碳化物脆性相，与MnS夹杂物共生，在乳制过程中被破碎，呈串链状、断续分 布，对改善硫化物的形态有重要作用，且有利于提高钢基体的强度。
[0026] 本发明硫系易切削用钢专用连铸结晶器功能保护材料，必须实现两大功能和体现 出五大冶金作用。两大功能，一是保证连铸工艺稳定顺行，二是提高铸坯的表面和皮下质 量。五大作用分别是：a绝热保温，减少钢液热损失，抑制结晶器内出现搭桥和结壳（冷钢）， 提高弯月面温度，维持渣道畅通；b隔绝空气，防止钢液二次氧化；c润滑铸坯，减少铸坯粘 结；d改善结晶器传热，进而减少铸坯表面缺陷；e吸收非金属夹杂物，熔渣可以同化钢渣界 面上浮的夹杂物，保证熔渣熔化的均匀性和稳定性（化学稳定性和热稳定性），减少功能保 护材料变性。
[0027] 在连铸过程中，由于钢液二次脱氧所产生的夹杂物，会有一部分在结晶器中上浮， 钢水中的锰在高温中氧化为MnO,在连铸过程中MnO积聚在熔渣中，结晶器内的保护渣与钢 液间发生界面反应，反应形式为Mn+FeO=MnO+Fe;另外钢水中硫与铁易形成FeS，钢中含较 高的硫同时又含有较高的锰时，易形成较多硫化锰（MnS)。如果熔渣不能熔解这些聚集物， 就可能出现两