[0001]
本发明属于保护渣技术领域，具体为一种适用于高效连铸生产包晶钢的结晶器保护渣。
背景技术：
[0002]
结晶器保护渣的使用是连铸生产过程中非常重要的一环，保护渣在浇铸过程中的主要功能包括对结晶器钢液面绝热保温、保护渣钢液面不受空气二次氧化、吸收钢液中上浮的夹杂物、润滑浇铸过程的铸坯、均匀和调节凝固坯壳向结晶器的传热等。无疑，保护渣的这些功能与铸坯质量和连铸工艺的顺行密切相关。
[0003]
而在典型钢种包晶钢的连铸生产过程中，由于钢种特性决定的包晶反应导致铸坯收缩量大，产生组织应力，若坯壳处冷却强度过大传热过快，该应力来不及释放，则很容易产生铸坯表面凹陷，甚至坯壳裂纹，在拉坯过程中该裂纹进一步发展则成为铸坯表面纵裂纹。铸坯与结晶器间的热传导速率直接受保护渣性能的影响。针对于包晶钢连铸生产过程中的这一突出问题，欲降低热流量及冷却速率，常见的措施是提高保护渣的碱度和析晶温度。
[0004]
高碱度高析晶温度保护渣在大生产过程中的确能显著降低包晶钢铸坯的裂纹发生率，但同时也显著增加了连铸过程的不稳定，易造成结晶器内铸坯粘结甚至粘结漏钢等事故。一般认为，保护渣碱度提高同时也提高了其凝固温度及固渣膜厚度，造成液渣膜过薄而大幅度削弱液渣膜对铸坯的润滑；而高的析晶温度下保护渣的析晶趋势增加，渣膜中晶体层的存在会显著减少传热，而与此同时析晶后也将导致渣膜中液态渣膜比率下降，保护渣润滑功能削弱。于是，为了使连铸过程稳定顺行，对于包晶钢连铸一般采用低拉速的工艺路线。而随着高拉速高效连铸及连铸连轧和热送热装对低粘结漏钢率、铸坯零缺陷等要求的提出，传统低速连铸、铸坯下线表面二次清理等模式已经难以满足要求。因此，基于包晶钢钢种特性及现有生产要求，寻找适用于包晶钢高效生产的的新方法和路径尤为重要。
技术实现要素：
[0005]
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种既能满足降低铸坯结晶器内传热性能又能兼顾良好润滑性能的适用于高效连铸生产包晶钢的结晶器保护渣。
[0006]
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种适用于高效连铸生产包晶钢的结晶器保护渣，包括如下重量百分比为：sio225-35％,cao 23-38％，al
2 o33-10％，mgo 2-10％，na2o 4-8％，f 1-3.5％，t
c
≤13.0％，li2o 1.5-5.0％；fe2o31.5-4％mno 2-4％，所述保护渣的二元碱度为0.85-1.1，保护渣在1300℃时的粘度为0.50-0.80pa
·
s，熔点为1080-1190℃。
[0007]
经研究发现：cao：是保护渣的基础组分，是影响保护渣碱度的组元，较高的碱度是确保保护渣析晶控热的前提，但是高碱度也随之带来凝固温度及固渣膜厚度的提升，造成液渣膜过薄而大幅度削弱液渣膜对铸坯的润滑。
[0008]
sio2：是保护渣的又一基础组分，是构成本发明保护渣基础单元的必须组分，其含量的多少对于保护渣的碱度、粘度和玻璃化特性具有基础性作用。
[0009]
al2o3：提升保护渣的粘度，降低结晶温度及熔点，有利于保持固态渣膜中玻璃态的比例，促进霞石矿相的生成，防止出现玻璃质渣膜回热后引起的玻璃层晶体析出，也就是渣膜的去玻璃化，避免靠结晶器侧固态渣膜因去玻璃化后表面过于粗糙而润滑性能显著下降的发生。
[0010]
mgo能降低粘度，抑制枪晶石的析出，促进硅灰石析出，同时也将降低保护渣的凝固点，并在相同粘度下保持保护渣的流动性，提高保护渣的消耗，而过高的mgo将破坏保护渣的熔化性能。
[0011]
t
c
碳质组分作为骨架材料,是调节保护渣熔化速率的重要组分，碳质材料的加入也是实现保护渣隔热保温及铺展性能的必要组分。
[0012]
mno作为过渡族金属氧化物可以提高渣膜的辐射吸收系数，降低红外线的截止波长，减少红外线的热辐射能力，提高保护渣控制传热的能力，在不提高渣膜结晶率及结晶温度的条件下降低渣膜的传热能力，确保保护渣润滑功能的兼顾；而mno一般在2％以上时能起到抑制熔渣显著析晶的作用，当然其含量也不宜过高，否则将增加保护渣与钢液中还原元素的反应性，不利于保护渣性能的稳定。
[0013]
fe2o3同样，作为过渡族金属氧化物，加入后保护渣熔渣对红外电磁光波的透明度降低，熔渣的导温系数降低，但是含量过高将明显增加保护渣的氧化性，加剧钢水的二次氧化并降低保护渣的性能的稳定。
[0014]
与现有技术相比，本申取得了如下有益的技术效果：本发明保护渣的特点在于，控制碱度在0.85-1.1范围，较传统包晶钢保护渣1.2-1.4的碱度要低，以保证保护渣在具有足够控制传热能力的条件下，避免过强的析晶能力；而本发明保护渣成分下1300℃下粘度为0.5-0.8pa
·
s，这较传统包晶钢保护渣所在的0.8-1.1pa.s(1300℃)的粘度范围也要更低些，以提高保护渣的消耗量，在高拉速条件下确保对于铸坯的润滑效果。本申请的保护渣的设计，限定了的sio2、cao、al2o3、mgo、t
c
、fe2o3及mno的含量，在此基础上，又限定了f、na2o及lio2的含量，且三者之间相互影响，具有协同作用：f主要起到降低保护渣粘度、控制枪晶石的析出以调节传热特等方面的重要作用。但是随着保护渣中f含量的增加，不仅将恶化现场工作环境、加剧设备腐蚀，还将会与水口中zro2中的稳定剂作用，使水口易于侵蚀。而渣中zro2含量的增加将导致渣膜结晶率增加，传热下降，坯壳变薄，强度下降，进一步增加漏钢的风险；但是缺少f，将无法获得析晶所需的枪晶石和钠氟石矿相，使得析晶性能得不到保障，所以本方明对于包晶钢这样需要控制传热的特定钢种保护渣采用低氟设计，同加入一定含量的na2o，以促进霞石的形成，霞石可以替代枪晶石，且不显著恶化润滑，但是过高含量的na2o会导致保护渣的烧结性能变强。为此，在控制na2o含量的基础上，又加入适量的li2o起到降低保护渣熔点的作用，同时又可以避免保护渣的强烧结性能；而且li2o可以起到降低初始析晶温度的作用，li2o的加入将促进枪晶石的析出，使在初始析晶温度和f含量均较低的情况下也能析出一定量的枪晶石，达到协同控制传热的作用；此外，li2o的加入对于保护渣的玻璃化程度也有改善作用，光滑致密的玻璃态渣膜的稳定存在对于保护渣控热性能下润滑功能方面的保证也起着不可忽视的的积极作用。
[0015]
针对传统包晶钢保护渣在使用过程中的不足，确保保护渣传热性能的前提下兼顾
润滑效果，为包晶钢的连铸高效稳定生产提供新的技术方案。通过保护渣成分设计实现在工作条件下的保护渣矿相控制及渣膜组成结构及比率的优化，改善了保护渣析晶性能温度适用性及稳定性，并充分渣膜中不同组分结构致密度及光滑度的差异，进一步实现结晶器侧渣膜粗糙度的改善，进而完善保护渣的润滑性能。
[0016]
采用本发明保护渣进行包晶钢钢连铸生产时，钢液的浇铸温度为1545-1585℃；保护渣整体厚度为30-45mm，其中液渣层厚度为12-16mm；产出1吨钢消耗0.35-0.5kg保护渣。
具体实施方式
[0017]
本发明下面结合实施例作进一步详述：
[0018]
实施例1
[0019]
配料：二元碱度cao/sio2为0.91，cao 29.2％，sio
2 32.1％，al2o
3 4.3％，mgo 3.6％，na2o 6.2％，f1.9％，tc 11.2％，li2o 2.8％，fe2o33.1％，mno 2.6％。
[0020]
所设计的渣用于浇铸包晶钢时，测得液渣层厚度为13mm，保护渣消耗量为0.41kg/t，铸坯进行抛丸检查时发现表面有轻微的凹陷，浇注过程未发生漏钢，该组浇注拉速为3.2m/min，浇注时间为18小时，连浇炉次达42炉，生产过程实现热送连轧，轧材表面质量未出现明显缺陷。
[0021]
对比例1
[0022]
配料：二元碱度cao/sio2为1.25，cao 29.4％，sio
2 23.5％，al2o
3 12.5％，mgo 1.7％，na2o 5.9％，k2o 3.6％，f7.9％，tc 15.8％，fe2o32.2％。
[0023]
所设计的渣用于浇铸包晶钢时，测得液渣层厚度为5mm，保护渣消耗量为0.19kg/t，浇注过程3个流出现了漏钢现象，漏钢几率为30％％，该组浇注拉速为3.2m/min，铸坯进行抛丸检查时发现表面有明显的凹陷，并且有表面纵裂纹存在，裂纹几率达到了58％,本组连浇时间为5小时，连浇炉次达8炉，铸坯未实现热送，铸坯经修磨后送轧钢轧制。
[0024]
对比例2
[0025]
配料：二元碱度cao/sio2为1.02，cao 32.9％，sio
2 30.4％，al2o
3 9.2％，na2o 3.7％，k2o 2.2％，f5.2％，tc 12.1％，fe2o33.2％。
[0026]
所设计的渣用于浇铸包晶钢时，测得液渣层厚度为8mm，保护渣消耗量为0.26kg/t，铸坯进行抛丸检查时发现表面有明显的凹陷，表面未见明显纵裂纹,浇注过程未发生漏钢，该组浇注拉速为2.1m/min，浇注时间为12小时，连浇炉次达19炉，生产过程未实现全流热送连轧，部分表面凹陷严重的铸坯进行修磨处理后再轧制，但仍有轧材表面出现翘皮和折叠，出现几率为12％。
[0027]
对比例3
[0028]
配料：二元碱度cao/sio2为0.95，cao 32.6％，sio2 34.3％，al2o
3 4.8％，mgo 3.2％，na2o 5.7％，f2.2％，tc 11.6％,li2o 2.6％，mno 2.5％。
[0029]
所设计的渣用于浇铸包晶钢时，测得液渣层厚度为6mm，保护渣消耗量为0.21kg/t，铸坯进行抛丸检查时发现表面有较为明显的凹陷，表面有轻微纵裂纹,裂纹几率达到了21％，浇注过程个别流发生漏钢，该组浇注拉速为2.5m/min，浇注时间为10小时，连浇炉次达16炉，生产过程未实现全流热送连轧，部分表面凹陷严重的铸坯进行修磨处理后再轧制，但仍有轧材表面出现翘皮和折叠，出现几率为15％。
[0030]
实施例2
[0031]
配料：二元碱度cao/sio2为0.93，cao 30.5％，sio
2 32.8％，al2o
3 4.6％，mgo 3.2％，na2o 6.2％，f1.2％，tc 10.7％，li2o 4.7％，fe2o32.6％，mno 2.9％。
[0032]
所设计的渣用于浇铸包晶钢时，测得液渣层厚度为12mm，保护渣消耗量为0.39kg/t，铸坯进行抛丸检查时发现表面有轻微的凹陷，浇注过程未发生漏钢，该组浇注拉速为3.1m/min，浇注时间为20小时，连浇炉次达47炉，生产过程实现热送连轧，轧材表面质量未出现明显缺陷。
[0033]
对比例4
[0034]
配料：二元碱度cao/sio2为0.92，cao 30.2％，sio
2 32.8％，al2o
3 4.5％，mgo 3.4％，na2o 4.3％，f3.1％，tc 10.9％，li2o 1.9％，fe2o33.1％，mno 2.8％。
[0035]
设计的渣用于浇铸包晶钢时，测得液渣层厚度为13mm，保护渣消耗量为0.42kg/t，铸坯进行抛丸检查时发现表面未见明显的凹陷，浇注过程未发生漏钢，该组浇注拉速为3.3m/min，浇注时间为16小时，连浇炉次达39炉，生产过程实现热送连轧，轧材表面质量未出现明显缺陷。
[0036]
对比例5
[0037]
配料：二元碱度cao/sio2为0.90，cao 30.1％，sio
2 33.4％，al2o
3 3.9％，mgo 3.3％，na2o 7.8％，f3.8％，tc 11.3％，fe2o33.3％，mno 2.6％。
[0038]
所设计的渣用于浇铸包晶钢时，测得液渣层厚度为12mm，保护渣消耗量为0.36kg/t，浇注过程未出现漏钢现象，该组浇注拉速为2.8m/min，铸坯进行抛丸检查时发现表面有明显的凹陷，并且有少量纵裂纹存在，裂纹几率达到了12％,本组连浇时间为12小时，连浇炉次达22炉，铸坯未实现热送，铸坯经修磨后送轧钢轧制。
[0039]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。