专利名称：用液态游离碳制造粒状保护渣的方法及其制造和供给设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在熔钢内的连续铸造过程中，作为消耗性辅助原料的保护渣(mold flux)的制造方法及制造和供给在所述制造方法中所使用的液态游离碳的设备。
背景技术：
—般来说，如图1所示，保护渣涂布在作为连续铸造设备的模具(模具1)内的熔 钢6的上部。可以根据熔钢6的受热情况，将其分为下部的熔化层5、中部的烧结层4和上 部的未熔化层3。其中从模具1和固化钢壳(Solidified steel shell)之间注入熔化层 5以起到润滑固化钢壳和控制导热功能后；熔化层5以固体状态附着在凝固的固化钢壳上， 并且被从模具1下部喷射到固化钢壳上的冷却水去除并消耗掉。将从设置在模具1上部的 并作为熔钢储存器的钢包(Ladle)经过模具l的路径中凝固的作为中间产品的固化钢壳称 为铸坯(Strand)。并且根据使用周期，每个钢包可以含有2-6个钢坯。如上所述，在固化钢 壳形成铸坯的过程中，将保护渣添加在模具1内的初期凝固过程中，并且该保护渣对铸造 的进行状态和冷却后的固化钢壳产品的品质产生重要的影响。 在通过模具1时，通过熔钢注入口 7注入到模具1的熔钢6需要以均匀的厚度凝 固。 在固化钢壳的表面缺陷中，大部分为当固化钢壳的凝固速度不合适或者凝固不均 匀时，根据固化钢壳各部分的凝固速度偏差引起的应力所导致的裂缝或者为其他缺陷。为 了克服这种缺陷，提出了关于保护渣课题，即在模具l和固化钢壳之间注入的熔融的矿渣 不仅需要具有适当的润滑功能和导热功能，并且还需要具有将在模具1内注入的熔钢6保 持在适当温度的保温功能。 本发明的内容并非是关于作为熔融后的构成成分的保护渣物理化学性质给模具l 提供导热控制或润滑功能的内容，而是关于在保护渣未熔融状态或者在熔融过程中在熔钢 6的上部起到的保温功能的内容。 为了说明保护渣的功能，接下来说明在被保护渣覆盖的熔钢6的上部发生的放热 过程。作为熔钢6的情况下，向大气的放热过程，除了模具1的导热之外，被分为依靠从熔 钢6发射的光辐射波进行的热辐射和空气粒子之间的导热。当熔钢6的表层涂布有保护渣 时，由于与熔钢6接触的熔化层5是透明的，因此辐射波能够轻易地通过熔化层5并释放辐 射热量；由于烧结层4和未熔化层3为不透明的，因此烧结层4和未熔化层3阻断辐射波并 因而能保温，并且同时对保护渣进行熔融，在未熔化层3和烧结层4通过导热进行的放热过 程包括通过保护渣粒子之间的缝隙进行的热对流以及粒子之间的导热。通过保护渣进行的 导热及熔融过程如上所述，关于涂布层保温功能的微观说明如下 将新鲜的保护渣涂布在熔钢6的上部时，根据熔钢6的热供给和氧气供给，燃烧温 度比较低的游离碳首先进行燃烧，并且根据燃烧温度比较低的游离碳的燃烧热量和从熔钢 6所供给的热量，在构成原料中从熔点低的原料开始进行熔融，并且逐渐向高熔点的原料进 行导热。作为保护渣的游离碳的燃烧温度的范围为40(TC以上至70(rC以下。由于在游离
3碳的燃烧过程中需要热量，在比其他原料的熔点更低的温度下发生燃烧的游离碳能够先被 供给热量，因此保护渣内的游离碳含量越多，整体游离碳的燃烧时间也越长。其结果导致保 护渣的熔融速度也会变慢。不仅如此，若增加游离碳的含量，则燃烧时产生的燃烧热量会越 多，从而保温效果也会上升。 通过游离碳对保护渣熔融速度的调节，来维持涂布在熔钢6上的不透明层厚度， 从而能阻断热辐射，维持与铸造速度相适的熔融矿渣层，并且能根据燃烧时产生的热量对 熔钢6起到保温作用。 为了使保护渣内的游离碳实现上述功能，根据产品来选择适当的游离碳的加入量 和均匀喷射变得尤为重要。 若保护渣内加入的游离碳含量过少，则熔融会程度过大，且使产生的不透明的未 熔化层3不足，从而增加热辐射的释放，继而可能导致熔钢6的上部凝固的问题。相反如果 游离碳的含量过多，则熔融速度过慢，因此用于润滑的熔化层5的缺乏会导致固化钢壳固 化的事故，即会产生粘结漏钢(breakout)。 对保护渣内均匀喷射游离碳的重要性的说明如下。若喷射的游离碳不均匀，则使 保护渣的熔融速度不均匀，从而使覆盖熔钢6的熔化层5的厚度也会不均匀。结果，这意味 着对熔钢6的保温效果也会不均匀。 另外一个问题是矿渣结块(矿渣结块(Slag bear) :2)的问题。矿渣结块2形成 在熔融矿渣层与模具1的铜板接触的部分，但是正常的矿渣结块2非常少以至于对制造过 程不产生任何影响。 矿渣结块2是当模具1的冲程(Stroke)大或者熔钢6的流动大的时候熔融的矿 渣以附着在模具1的壁上的状态而凝固生成的，也即是没能注入到固化钢壳和模具1之间 的附着在模具1的壁上凝固的矿渣。此时，如果保护渣内的游离碳含量是不适宜或者是不 均匀的时候，则会使得小的矿渣结块2过度膨胀。该过程为保护渣内喷射的游离碳不均匀 时，游离碳少的部分会被完全熔融，并朝注入口侧进行扩散和移动，此时游离碳的含量高的 部分将会以未熔融状态扩散并附着到小的矿渣结块2上，或者游离碳比较多的部分的熔融 会迟缓，导致烧结层4变厚，这些部分附着在矿渣结块2上，并使矿渣结块2膨胀。由于未熔 融部分比熔融部分的比重要小，因此未熔融部分附着在形成于上部的矿渣结块2上，在保 护渣内游离碳的喷射越不均匀，矿渣结块2的膨胀速度越快，因此当没有去除这些矿渣结 块时，起到润滑固化钢壳的功能的熔融矿渣的注入量不均匀会导致在表面产生裂缝，或者 更为严重时矿渣的注入被阻断导致粘结漏钢事故。在以往，铸造速度缓慢时，上述的问题发 生得比较少；但是铸造速度越来越快的现在，熔钢6向模具1内的注入加快，并且熔钢6的 流动也加快。在这种情况下，对保护渣熔融速度的控制不均匀时，上述的问题将更加严重。 实际上，对所述问题最为敏感的铸造钢种状况进行如下说明保护渣内游离碳含量不均匀 或物理化学性质不合适时，对于根据钢中碳的含量来分类的中碳钢，在凝固中的收縮率比 其他钢种高，因此在初期凝固时，保护渣产生的影响会表现在制造状况和固化钢壳品质上。 因此保温不均匀时，会产生收縮偏差，根据矿渣结块2注入的熔融矿渣不均匀，会增加产生 裂缝的危险。因这种理由，对关于在保护渣内均匀喷射游离碳的方法的进行了持续不断的 研究。 对在通常的保护渣制造中使用的包括游离碳在内的原料进行如下说明。
通常来说，将构成原料根据表观物理化学性质时起到的作用来进行分类， 具体来说，构成原料包括为了控制保护渣的熔融速度并且作为骨架材料(Skeleton material)的游离碳、在构成原料含量中占50%以上重量比的Ca0-Si02-Al203系的基材
(CaO-Si02-Al203BaSe Material)、为了调节熔融温度及粘度的降低而添加的熔材(Melting Material)以及其他添加物。 存在于保护渣内的碳可以分为在原料中以化学结合状态存在的碳(例如CaC03、 Na2C03、 Li2C03、 MgC03)和如上所述的用于本发明的游离碳。在保护渣领域中所指的碳一般 来说均为游离碳。游离碳主要根据在煤或焦炭中除水分、煤灰(Ash)和挥发分等中的碳粒 子的大小来进行分类的。 根据粒子的大小，用于保护渣的游离碳可分为粗粒(Coarse particle)游离碳和
细粒(Fine particle)游离碳。根据游离碳的种类，发生燃烧反应的温度和发热量均不同，
并且通常粒子越细其燃烧温度就越低。利用这种特性来控制保护渣的熔融。如图2所示，
随着保护渣内游离碳的含量增加，所需要的燃烧时间越长。并且，已经在有关保护渣的文献
中公开了对细粒游离碳的熔融速度进行控制的性能要比粗粒游离碳优秀。 通常，保护渣内的游离碳含量，根据铸造的钢种和速度而不同，并且细粒游离碳和
粗粒游离碳加在一起的重量为0-25%。 本发明在颗粒状保护渣的制造过程中，对游离碳的加入方法进行了创新，提高了 产品内的游离碳的喷射性，并且在对该方法进行说明之前，对通常的保护渣及其制造过程 说明如下 根据保护渣的形状，可分将其为粒状(Granule type)和粉末状(Powdertype)。粉 末状是将原料通过简单的机械混合过程而制造的。粒状可以分为柱状(Cylinder type)和 中空粒状(Hollow granule type)，并且在制造过程中通过混合原料、水以及用于维持粒状 的粘合剂(Binder)以制造悬浮液。此后，在喷射在具有热空气层的干燥机内部的悬浮液的 重力影响下，中空粒状是通过沿着干燥机的壁向下流动并形成球形，并且通过去除其内部 的水分形成中空的球形，柱状是通过挤压悬浮液的方式进行干燥并对其进行切断的方式而 制造的。在早期，保护渣大部分为粉末状，但是由于作业现场产生的粉尘问题和进行简单的 机械混合的原因，存在细粒游离碳的喷射不均匀的问题。为了对此进行改善，开发了以制造 粒状保护渣的方法。 在制造粒状保护渣的过程中，对本发明所述的制造悬浮液的方法进行如下详细的 说明 在制造悬浮液时，首先在水中混合游离碳喷射剂，然后加入游离碳，并进行喷射。 然后，再加入原料，通过混合而制造得到悬浮液。这样的原因为用于保护渣的其他的常规 原料易溶于水或者容易进行喷射，但是对游离碳来讲，水对原料粒子的表面张力过大，无法 随意地进行喷射，并且游离碳以块状存在于其中，因此在其中加入其他原料，则会导致原料 和游离碳无法均匀地混合。所以，这相比粉末状的喷射会变得更为不均匀。在本领域中游 离碳喷射剂是指通过降低游离碳对水的表面张力从而提高游离碳与水之间的混合性的表 面活性剂。对游离碳和水的混合进行的说明则如下与细粒相比，粗粒的粒子更大，因此粒 子之间的接触面小，并且表面摩擦力也小。因此在进行混合时，仅通过与其他原料的碰撞也 可以将大部分的粗粒游离碳进行喷射，但是对于粒子之间的表面摩擦力大、水的表面张力也大的细粒游离碳而言，在没有喷射剂的前提下很难进行喷射，并且产品内的细粒游离碳 的含量越高，产品需要与混合剂进行混合时间就越长，并且产品的生产时间也会延长。
对于粒状保护渣的开发，使得细粒游离碳的喷射变得更为均匀，但是细粒游离碳 的含量增加会使生产时间延长，并且为了提高生产性、减少混合时间，则会经常出现游离碳 的喷射不均匀的问题。如上所述，细粒游离碳对熔融速度的控制效果远高于粗粒游离碳，因 此在喷射不均匀的情况下进行熔融时产生的不均匀的问题更为明显。
发明内容
本发明通过在制造粒状保护渣的过程中对游离碳的加入方法进行了创新，提高了 产品内的游离碳的喷射性，并且开发出了在以往的颗粒状保护渣的制造过程中制造悬浮液 时将细粒状固定碳制成液态并进行加入的方法，使得比以往的制造方法能够更为均匀地分 布产品内的游离碳。 现有的制造悬浮液的方法难以同时解决提高生产性和进行均匀喷射游离碳的问 题。需要注意阻碍游离碳的喷射的原料，并且经常发生由于混合时间、混合液的温度、工人 的失误等原因导致的喷射不均匀问题。 所以，本发明的制造过程中，将预先均匀喷射的液态游离碳加入到悬浮液中，从而 使产品内的喷射更为均匀。 S卩，本发明的第一个方面是提供一种用液态游离碳来制造粒状保护渣的方法，该 方法包括在用于制造悬浮液的螺旋搅拌机(Screw bl皿ger)的外部制造液态游离碳的步 骤；以及将所制造的液态游离碳供给至制造悬浮液的螺旋搅拌机的步骤。
本发明的第二个方面是提供对在制造粒状保护渣中所使用的液态游离碳进行制 造以及供给的设备，该设备包括用于制造液态游离碳的制造容器；在所述制造容器内用 于喷射游离碳的搅拌机；为了提高所述制造容器内的粉末状游离碳与游离碳喷射剂的混合 效率而对混合物进行强制循环的混合循环泵；用于对在所述制造容器内制造的液态游离碳 进行储存的储存器；以及从所述储存器向制造悬浮液的螺旋搅拌机转移液态游离碳的输送 管。 制造根据本发明的粒状保护渣时，能够获得游离碳被均匀喷射的粒状保护渣，并 且在连续铸造中采用这种粒状保护渣时，熔钢的温度均匀，并且能够明显地减少矿渣结块， 从而能够获得表面品质高的固化钢壳。
图1为表示铸造作业中在模具内熔钢和保护渣的熔融及注入的示意图； 图2为根据本发明的保护渣内的游离碳含量和种类的熔融速度关系图； 图3为通过显微镜，对粉末状游离碳喷射流和液态游离碳的游离碳喷射进行比较
确认的示意图； 图4为采用现有粉末状游离碳的制造悬浮液时，根据细粒游离碳的混合时间差异 对保护渣熔融均匀度进行比较的试验图； 图5为对采用本发明的液态游离碳的保护渣的熔融均匀度进行试验的结果的图 表；
图6为表示制造本发明的液态游离碳的设备和通过制造悬浮液的螺旋搅拌机进
行供给的路径图。 附图标记说明 1-模具； 2-矿渣结块； 3-未熔化层； 4-烧结层； 5-熔化层； 6-熔钢； 7-熔钢注入口。
具体实施例方式
以下通过实施例对本发明的进行详细的说明。但是，本发明并不限于这些具体实 施例。 首先，混合粉末状游离碳和水，制造液态游离碳。制造液态游离碳时需要注意的 是对水和粉末状游离碳的混合比例的调节。即，若粉末状游离碳相对于水的比例过低的 话，由于水的量相对较大，在制造第一悬浮液时所加入的液态游离碳的量会增加，使得制造 容器和储存器的体积也增大，相应的混合时间也会延长。若粉末状游离碳相对于水的比例 过高的话，液态游离碳的浑浊度会增加，使得用于喷射的循环和转移变得困难。因此，优选 将水和粉末状游离碳的混合比例设定在4 : l(重量比)。 然后，采用以上制造的液态游离碳来制造用来制造保护渣的悬浮液。
在制造悬浮液时，加入以液体状态制造的游离碳的方法为先将液态游离碳保存
在储存器内，并且用计量器控制加入量，使得液态游离碳内包含的细粒游离碳的含量与现
有的产品内游离碳的含量相同。 此时，所使用的制造和供给液态游离碳的设备如图6所示。S卩，如图6所示，本发 明的制造和供给液态游离碳的设备包括液态游离碳制造容器、搅拌机、混合循环泵、储存器 以及输送管。通过仅使用搅拌机，在制造容器内，将粉末状游离碳、喷射剂和水一起混合时， 粉末状游离碳漂浮在水上，使得喷射时间变长。因此，通过在制造容器下部设置混合循环 泵，以强制循环混合液，使得成块的细粒游离碳通过泵时被破碎，从而提高了游离碳与喷射 剂之间的接触效率，因此可以縮短所需要的喷射时间。 将制造的液态游离碳应用于悬浮液的制造中并进行生产时，需要注意的是对于 细粒游离碳的含量高的产品，液态游离碳的加入量会增加，因此对于向制造悬浮液的螺旋 搅拌机内加入的水的量需要减少至液态游离碳内所含有的水的量。对用于制造保护渣的悬 浮液进行制造时，若水的加入量过大，则悬浮液的浓度被稀释，在干燥过程中通过喷头进行 喷射时，产生的粉尘明显地增加。若水的加入量过少，则悬浮液的浓度过大，难以通过喷头 进行喷射，并且提高喷射压力则会增加燃料的消耗量，并且也会加快喷头的磨损。因此制造 悬浮液时水的含量非常重要。因此，如本发明所述，提供液体状态的游离碳时，在制造悬浮 液的过程中对液态游离碳的水含量进行监控。为此，需要根据下式确定向制造悬浮液的螺 旋搅拌机内加入的水量和液态游离碳的加入量。 (1)液态游离碳(100% )=粉末状游离碳(20% ) +水(80% ) (2)液态游离碳的加入量X0. 2 =现有产品的细粒游离碳加入量 (3)悬浮液的水加入量=现有产品的水加入量_液态游离碳的加入量X0. 8
保护渣制造者确认对制造出的产品内游离碳是否均匀地被喷射时，所采用的试验 方法为用显微镜确认是否存在块状的游离碳、以及通过确认熔融形状来确认是否被均匀地 熔融。 对熔融形状的确认试验，具体为在熔钢6的上部运行的与熔融矿渣的温度相似 的130(TC高温电炉内，如图4所示形状的容器内盛有保护渣产品，经过一定时间后，确认熔 融的形状。该实验并非是模仿在下部对保护渣进行加热并熔融的实际过程，而是通过确认 游离碳受热后是否被均匀地熔融来确认游离碳的喷射均匀度。 上述实验中，所形成的球形大小被均匀地分布并且膨胀，这表示游离碳的分布均 匀，使得控制熔融速度的功能均匀地发挥。如果游离碳没有完全地被喷射，粒子处于凝聚的 状态，则控制熔融速度的效果也不好，所形成的球形不仅不均匀，尺寸也会变大。其他制造 者所用的试验方法在原料的用量、水、电炉内维持的时间上都有可能不同，但是其评价方法 是相同的。 在此实验中，需要注意的是容器的形状如图4所示，角落部分需要设计成曲线 状。如果将角落部分设计成具有角度的形状，对于试料的热供给在中央部分和在角落部分 有所不同。角落部分的侧面受到的热量供给更多，熔融也更快，因此难以确认游离碳的喷射 均匀度。并且若要对互不相同的产品的游离碳均匀分布程度进行比较的话，要求各个试料 的重量相同。
实施例 对本发明进行试验时，进行过程适用于液态游离碳的制造和悬浮液的制造中，包 括对问题的解决、通过实验法的喷射均匀确认、采用实际铸造业的产品检测其效果的阶 段。 首先，混合粉末状游离碳和水，制造液态游离碳。制造液态游离碳时，水和粉末状 游离碳的混合比例定为4 : 1。 根据现有的方法，在制造悬浮液的螺旋搅拌机内喷射粉末状游离碳后，在加入其
他原料之前，采用游离碳喷射流，并且通过电子显微镜比较了通过本发明制造的液态游离
碳和游离碳粒子的喷射程度。如图3所示，(甲)为现有的游离碳喷射流，(乙)为本发明
的液态游离碳。通过图中比较，可以确认现有的游离碳喷射使粒子变成块状。 用所制得液态游离碳来制造悬浮液。制造悬浮液时，根据下式确定向制造悬浮液
的螺旋搅拌机内加入的水量和液态游离碳的加入量。
(1)液态游离碳(100% )=粉末状游离碳(20% ) +水(80% ) (2)液态游离碳的加入量XO. 2 =现有产品的细粒游离碳加入量 (3)悬浮液的水加入量=现有产品的水加入量_液态游离碳的加入量XO. 8 将本发明的保护渣产品用于中碳钢产品，对铸造速度较快的模具l(即平板
(Slab)状和薄板(Thin Slab)状)进行了实施。保护渣产品内的游离碳总含量为保护渣产
品的重量的0-15重量％，其中细粒游离碳的含量为保护渣产品的重量的0-5重量％。 在使用本发明之前，图4选定的产品为根据现有生产方法，根据游离碳喷射剂和
混合碳的时间进行的确认。根据确认可知混合时间越长熔融形状越均匀。 对根据本发明制造的产品的熔融形状进行了试验。 在本发明中采用的试验方法为准备盛有相同量(各50g)试料的容器，分别置于电炉内l分钟、3分钟、5分钟后，确认了其熔融量和熔融的均匀度。上述放置时间的理由为
在700°C以下，游离碳的燃烧会产生烧结反应，因此在130(TC下维持1分左右就能够确认在 表面是否形成烧结层(4)，并且其后能够确认通过熔融过程形成的球形以及膨胀。
其结果如图5所示，与表示现有结果的图4进行比较，不仅熔融更为均匀，所形成 的球形的形状更小。因此，比起采用了现有技术的产品，采用本发明的产品的熔融更为均 匀，并且提高了熔融速度进行控制的效果。 本发明制造的产品，适用于连续制造过程时，对其效果进行了检测。检测方法为在 对改善的保护渣采用的试验方法，具体为在相同的熔钢6条件下，将现有产品和本发明所 开发的产品用于不同的铸坯，并对其工作状况(即，对去除矿渣结块2的次数的比较)以及
品质结果(即，对表面品质的比较)进行了比较。其结果如下表。 表1
模具 类型保护渣内游离碳总含量 (重量％)去除矿渣结块的次数表面品质(缺陷率％)
现有产品本发明现有产品本发明
平板10.4良2.11.0
平板9.5良2.4u
平板10.04良2.31.3
薄板5.84无0.80.4
薄板4.33无0.70.4
薄板6.34无0.80.3
薄板5.54无0.80.4 在铸造钢包1次熔炼(1Heat)的期间，通过去除矿渣结块2的次数评价了作业状 态，关于表面品质的评价，对其后的过程加入的凝固固化钢壳的量缺陷所产生的固化钢壳 量以百分比(％)进行了评价。铸造平板状时，采用通过本发明制造的产品时虽然产生了矿 渣结块，但是所形成的尺寸很小以至于不需要对其进行去除，其结果以"良"记载。
通过上述实验结果可以确定，本发明制造方法制造的颗粒状保护渣应用于连续铸 造过程时，能够明显减少矿渣结块。作为炼钢过程的公知常识若矿渣结块减少，则能够确 保均匀地注入熔融矿渣，并且以此能够均匀地从固化钢壳向模具导热，并使得凝固变为均 匀。并且通过上述的效果可以提高固化钢壳的表面品质。
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权利要求
一种用液态游离碳来制造粒状保护渣的方法，其特征在于，该方法包括在用于制造悬浮液的螺旋搅拌机的外部制造液态游离碳的步骤；以及将所制造的液态游离碳供给至所述用于制造悬浮液的螺旋搅拌机的步骤。
2. —种制造并供给液态游离碳的设备，该设备对在制造粒状保护渣中所使用的液态游 离碳进行制造并供给，其特征在于，该设备包括用于制造液态游离碳的制造容器； 在所述制造容器内用于喷射游离碳的搅拌机；为了提高所述制造容器内的粉末状游离碳和游离碳喷射剂的混合效率而对混合物进 行强制循环的混合循环泵；用于对在所述制造容器内制造的液态游离碳进行储存的储存器；以及 用于从所述储存器向悬浮液制造机转移液态游离碳的输送管。
全文摘要
本发明涉及连续铸造钢的过程中，作为辅助原料加入在模具内熔钢上部的粒状保护渣的生产过程中，制造悬浮液时将游离碳以液体状态加入的设备及其方法。本发明适用于连续铸造过程，能够得到均匀的保温效果，从而可以提高作为中间产品的凝固的固化钢壳的品质，能够解决有可能成为造成事故原因的矿渣结块过膨胀的问题。
文档编号B22D11/11GK101745614SQ20091013555
公开日2010年6月23日 申请日期2009年4月27日 优先权日2008年11月28日
发明者李东莹, 梁承万, 金勋奎 申请人:斯多佰格&三一株式会社