专利名称：大方坯低碳钢连铸结晶器功能保护材料的制作方法
技术领域：
本发明属于冶金辅料技术领域，特别涉及一种大方坯低碳钢连铸结晶器功能保护
材料。
背景技术：
高品质钢连铸连铸生产过程中，还必须采取必要措施以保证产品的质量，主要是 采用电磁搅拌、凝固末端轻压下等新技术。由于大方坯在轧制过程中断面收縮率大，因此可 弥散化中心缺陷，还可以使碳偏析进一步降低。所以大多钢厂生产高品质优特钢倾向于用 断面超过300mm的大方坯生产。由于高品质优特钢中加入合金种类增多，造成钢水中夹杂 物类型多，而且含量高。因此要求保护渣具有较强的吸收夹杂物的能力，而且在保护渣吸收 夹杂物后，其理化性能仍能满足连铸工艺的要求。所以研制生产与其相适应的大方坯结晶 器保护渣便成为连铸工作者关心和工作的重点。大方坯低碳系列结晶器保护渣便是其中之 石家庄电炉连铸机，浇注断面300mmX360mm。拉速在0. 45 0. 75m/min.之间， 浇铸的钢禾中:20CrMnTi、20ft、20CrMo，钢水C :0. 18 0. 23%，Als :0. 02 0. 05%，钢水的凝 固收縮处于亚包晶钢范围，而且钢水酸溶铝很高。结晶器保护渣在确保润滑.改善减缓传 热.吸附溶解钢水上浮氧化铝的冶金功能十分关键。由此，为了实现最佳操作性能和获得 满意的产品质量，对保护渣提出了更高的要求1)合适的液渣层厚度，液渣层小于或大于 合适厚度，铸坯表面都会产生裂纹等缺陷，优以厚度不足为甚，裂纹数量随液渣层的减薄而 剧增；2)减少渣圈生成，渣圈厚时会把液渣向下流动的通道堵死，局部堵塞的时间越长表 面纵裂就越严重；3)合适的渣耗量，保护的渣耗量随着液渣粘度.结晶器振动频率.负滑 脱率以及拉速的减少而增大；4)合适的熔渣粘度和渣膜厚度，由于大方坯浇铸时的特点 a、钢水静压力大；b、坯壳线收縮大，铸坯热容量大。钢水静压力聚集在坯壳角部形成剪切应 力，因此大方坯角部往往最容易纵裂纹、凹陷等缺陷。液渣流入不均匀容易在铜壁和凝壳间 产生空隙，从而引发铸坯的不均匀凝固。由于渣膜在整个凝固壳外表面上的分布不可能是 均匀的，在渣膜过薄的情况下渣膜厚度的不均匀相对显得突出；5)由于优特钢中易氧化元 素多，保护渣需要良好的吸收钢液上浮夹杂物功能，并使液渣物性保持稳定。
发明内容
本发明提供一种解决低碳钢大方坯表面纵裂凹陷、铸中粘结性漏钢、铸坯表面夹 渣和粘渣问题的大方坯低碳钢连铸结晶器功能保护材料。 —种大方坯低碳钢连铸结晶器功能保护材料，该功能保护材料的原料包括以下成 分熔化料、碳酸钡、碳酸钠、萤石、硅灰石、石墨碳、电熔镁砂、炭黑、膨润土，其重量百分含 量分别为46%、5. 0%、7. 0%、4. 0%、18. 0%、10. 0%、4. 0%、4. 0%、2. 0%，所述熔化料的成 份及重量百分比是Si02 28%、CaO 40%、 Al2034. 0%、 R20 9. 0%、F— 7%、MgO 5.0%，余量
为烧失。
所述功能保护材料中Ba0重量百分含量为2. 0 3. 0%， MgO重量百分含量为 3. 0 6. 0%，二元碱度(CaO/Si02重量比)为1. 0 1. l，其余为Si02、CaO、Al203、Na20、F—， 其重量百分含量为Si02 21. 0 29. 0%，CaO 22. 0 31. 0%，A1203 < 10. 0%、Na20 6. 0 9.0%、F— 2. 0 4. 0%、K20 < 0. 5%。 所述功能保护材料中BaO重量百分含量为2. 5% ，MgO重量百分含量为4. 5%，二元 碱度(CaO/Si02重量比)为1. 04，其余为Si02、CaO、Al203、Na20、F—，其重量百分含量为Si02 25%，CaO 26%，A1203 5%、Na20 7.5%、F— 3.0%、K20 0.3%。 大方坯低碳钢的碳重量百分含量C :0. 18 0. 23%，在凝固过程中还有包晶反应， 钢在弯月面处凝固收縮大，角部容易形成纵裂纹和凹陷。而且在电炉冶炼的含钛齿轮钢在 钢的连铸及其凝固过程中，由于钛的氧化物、氮化物、碳氮化物易于析出，而出物的聚集和 长大在钢中形成夹杂物并从钢中排出，严重恶化功能保护材料的性能，在结晶器弯月面形 成"冷皮"或在铸坯上形成表面缺陷，影响连铸工艺的顺行。采用高碱度高玻璃性功能保护 材料可以在连铸过程中吸收并同化上浮的氮化钛夹杂，保持功能保护材料在高温下稳定的 流变特性。 功能保护材料化学成分设计。首先要求功能保护材料的二元碱度(CaO/Si02)不能 太高，一般要小于1. 10，以保证结晶器内渣膜形成良好的玻璃态，改善坯壳与结晶器之间的 润滑，本发明控制功能保护材料的二元碱度在1. 0 1. 10范围内。其次，采用多种熔剂的 方法调节功能保护材料熔点和粘度，其中BaO是一个重要熔剂，对降低功能保护材料粘度 和熔点显著，同时BaO还能改善功能保护材料的润滑性能，减少渣圈析出的结石量，使渣圈 厚度减薄很多，本发明功能保护材料中BaO重量百分含量控制范围为2. 0 3. 5% ;MgO能 降低功能保护材料熔点、粘度、结晶温度和凝固温度，改善功能保护材料的稳定性，本发明 功能保护材料中MgO重量百分含量控制范围为3. 0 6. 0% ;作为常规功能保护材料熔剂 重要成分的N^O在本发明功能保护材料中含量不能太高，一方面避免在渣膜中析出霞石， 破坏渣膜的玻璃性能，减少功能保护材料中的化20含量同时还可堤高功能保护材料的表面 张力，有利于渣_金分离，减少铸坯表面夹渣和粘渣，本发明功能保护材料中Na20重量百分 含量控制范围为6. 0 7. OX，N^O在功能保护材料的作用仍然是降低熔点和粘度；功能保 护材料中的F—主要作用是降低渣粘度，改善液渣流动性，但在本发明中要特别注意控制功 能保护材料中的F—含量，若渣中CaF2含量过高会引起枪晶石(3Ca0. 2Si02. CaF2)等高熔点 物的析出，破坏熔渣的玻璃性，使润滑条件恶化，另外F—离子含量过高还会对伸入式水口造 成严重侵蚀，减少水口使用寿命，为此，本发明功能保护材料中F—重量百分含量控制范围为 2. 0 4. 0%。最后，就是要求功能保护材料快速熔化，形成足够的液渣层和保证一定的渣 消耗量。要求配碳量不能太高，但也不能过低，否则形成的液渣层和烧结层太厚，使得结渣 条严重，阻碍功能保护材料的均匀流入。因此，配碳种类选用比表面积大和燃烧速度快的炭 黑。本发明功能保护材料中C重量百分含量控制范围为12. 0 15. 0%。
功能保护材料物理性能确定。本发明要求功能保护材料具有较低的熔点、粘度、凝 固温度和较快的熔化速度。具体设置要求为熔点(半球点温度)为1120 117(TC;130(TC 的粘度为0. 45 0. 650Pa S ;凝固温度为1120 1190°C (粘度-温度曲线判定)；熔化 速度为35 45秒(渣柱法测试)。 配渣基料的选用和特点。功能保护材料的性能取决于制渣基料的选择，常规的机而成，由于受热后产生分解化合物而影响到性能变化，影响了 熔渣的稳定性。本研究选择用预熔型渣作为功能保护材料配渣基料，该特制的预熔型渣除 了含有常规的预熔型渣基本成分外，如Si02、 CaO、 A1203、 Na20、 F—，还含有本发明功能保护材 料需要的MgO成分。 采用上述研究结果生产的该功能保护材料，在石钢3机3流大方坯连铸机上浇注 低碳系列钢，拉速在0. 45 0. 75m/min.时的渣耗量为0. 55Kg/T钢、钢水表面液渣层厚 度7 llmm。经现场试验结果表明，该功能保护材料使用时，在结晶器内铺展性、保温性和 熔化性能表现良好；结晶器内传热量稳定和均匀，满足波动范围内的拉速要求；试验渣渣 条小、改善了流入不均现象，功能保护材料润滑性好，防止了粘结性漏钢。铸坯表面没有裂 纹.夹渣和粘渣现象，铸坯表面质量好。
具体实施方式
实施例一 —种大方坯低碳钢连铸结晶器功能保护材料，该功能保护材料的原料包括以下成
分熔化料、碳酸钡、碳酸钠、萤石、硅灰石、石墨碳、电熔镁砂、炭黑、膨润土，其重量百分含
量分别为46%、5. 0%、7. 0%、4. 0%、18. 0%、10. 0%、4. 0%、4. 0%、2. 0%。 所述功能保护材料中Ba0重量百分含量为2. 1^，MgO重量百分含量为5. 7%，二元
碱度(CaO/Si02重量比)为1. 02，其余为Si02、CaO、Al203、Na20、F—，其重量百分含量为Si02
21.9%， CaO 22.3%，A1203 5.0%為0 6.3%、F— 3.8%、K20 0.2%。 实施例二 —种大方坯低碳钢连铸结晶器功能保护材料，该功能保护材料的原料包括以下成
分熔化料、碳酸钡、碳酸钠、萤石、硅灰石、石墨碳、电熔镁砂、炭黑、膨润土，其重量百分含
量分别为46%、5. 0%、7. 0%、4. 0%、18. 0%、10. 0%、4. 0%、4. 0%、2. 0%。 所述功能保护材料中BaO重量百分含量为2.8X，MgO重量百分含量为3.5X，二元
碱度(CaO/Si02重量比)为1. 07，其余为Si02、CaO、Al203、Na20、F—，其重量百分含量为Si02
28.0%， CaO 30.0%，A1203 6%、Na20 6.2%、F— 2.3%、K20 O眉。 实施例三 —种大方坯低碳钢连铸结晶器功能保护材料，该功能保护材料的原料包括以下成 分熔化料、碳酸钡、碳酸钠、萤石、硅灰石、石墨碳、电熔镁砂、炭黑、膨润土，其重量百分含 量分别为46%、5. 0%、7. 0%、4. 0%、18. 0%、10. 0%、4. 0%、4. 0%、2. 0%。
所述功能保护材料中BaO重量百分含量为2. 5% ，MgO重量百分含量为4. 5%，二元 碱度(CaO/Si02重量比)为1. 04，其余为Si02、CaO、Al203、Na20、F—，其重量百分含量为Si02 25%， CaO 26%，A1203 5%、Na20 7.5%、F— 3.0%、K20 0.3%。 以上三种实施例中所述熔化料的成份及重量百分比是Si02 28%、CaO 40%、A1203 4. 0%、R20 9.0%、F— 7%、MgO 5. 0%，余量为烧失。
权利要求
一种大方坯低碳钢连铸结晶器功能保护材料，其特征在于该功能保护材料的原料包括以下成分熔化料、碳酸钡、碳酸钠、萤石、硅灰石、石墨碳、电熔镁砂、炭黑、膨润土，其重量百分含量分别为46％、5.0％、7.0％、4.0％、18.0％、10.0％、4.0％、4.0％、2.0％，所述熔化料的成份及重量百分比是SiO228％、CaO 40％、Al2O34.0％、R2O 9.0％、F-7％、MgO 5.0％，余量为烧失
2. 如权利要求1所述的功能保护材料，其特征在于所述功能保护材料中BaO重量百 分含量为2. 0 3. 0%， MgO重量百分含量为3. 0 6. 0%， 二元碱度(CaO/Si02重量比) 为1. 0 1. l，其余为Si02、CaO、Al203、Na20、F—，其重量百分含量为Si0221. 0 29. 0%，CaO 22. 0 31. 0%， A1203 < 10. 0%、Na20 6. 0 9. 0%、F—2. 0 4. 0%、K20 < 0. 5%。
3. 如权利要求2所述的功能保护材料，其特征在于所述功能保护材料中BaO重量百 分含量为2. 5X，MgO重量百分含量为4. 5%，二元碱度(CaO/Si02重量比)为1.04，其余为 Si02、 CaO、 A1203、 Na20、 F—，其重量百分含量为Si022 5%， CaO 26%， Al20335%、 Na20 7. 5%、 F—3. 0%、K 00. 3%。
全文摘要
本发明公开了一种大方坯低碳钢连铸结晶器功能保护材料，其原料包括以下成分熔化料、碳酸钡、碳酸钠、萤石、硅灰石、石墨碳、电熔镁砂、炭黑、膨润土，其重量百分含量分别为46％、5.0％、7.0％、4.0％、18.0％、10.0％、4.0％、4.0％、2.0％，所述熔化料的成份及重量百分比是SiO2 28％、CaO 40％、Al2O3 4.0％、R2O 9.0％、F- 7％、MgO 5.0％，余量为烧失。本发明在结晶器内铺展性、保温性和熔化性能表现良好；结晶器内传热量稳定和均匀，满足波动范围内的拉速要求；试验渣渣条小、改善了流入不均现象，功能保护材料润滑性好，防止了粘结性漏钢。
文档编号B22D11/111GK101745615SQ20101003021
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者李书成, 李伟峰, 李保军 申请人:河南省西保冶材集团有限公司