專利名稱：一種裂紋敏感性鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼水連續(xù)鑄鋼用結(jié)晶器保護(hù)渣，特別是一種裂紋敏感性鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣及其制備方法，屬于煉鋼及連鑄技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
連續(xù)鑄鋼是鋼水凝固成型的主要方法和途徑。在連續(xù)鑄鋼過程中，保障連鑄坯的表面和內(nèi)部質(zhì)量，保持生產(chǎn)節(jié)奏，保證工藝順行是連鑄過程的基本要求。連鑄時(shí)在結(jié)晶器采用保護(hù)渣是控制鑄坯表面質(zhì)量，保證連鑄順行必不可少的手段。
在連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣所具有的絕熱保溫、防止鋼液二次氧化、吸收夾雜、潤(rùn)滑鑄坯和控制傳熱等幾大功能中，渣膜控制鑄坯與結(jié)晶器的傳熱與潤(rùn)滑對(duì)鑄坯表面及皮下質(zhì)量的作用是至關(guān)重要的。由于鋼種的碳含量與合金元素含量的差別，在結(jié)晶器中的初期凝固過程中所面臨的關(guān)鍵問題有所差別。對(duì)低碳鋼來講，提高保護(hù)渣渣膜的潤(rùn)滑能力，可以有效地提高拉速及生產(chǎn)效率；對(duì)高碳鋼而言，由于高溫強(qiáng)度低，易發(fā)生粘結(jié)性漏鋼，提高潤(rùn)滑能力也是保護(hù)渣的主要任務(wù)；對(duì)合金鋼而言，要求保護(hù)渣應(yīng)具有良好的吸收夾雜后的物理化學(xué)性能穩(wěn)定性，同時(shí)要求保護(hù)渣渣膜具有良好的潤(rùn)滑能力；對(duì)裂紋敏感性鋼([C]＝0.09～0.16％的鋼種)而言，凝固過程中會(huì)發(fā)生包晶反應(yīng)，結(jié)晶器彎月面以下50mm區(qū)域初生坯殼收縮大，晶粒粗大，初生坯殼生長(zhǎng)不均勻，當(dāng)熱流密度過大時(shí)，鑄坯表面裂紋指數(shù)急劇增大，易產(chǎn)生裂紋，這是包晶鋼裂紋敏感的主要原因。因此，一方面減弱結(jié)晶器的傳熱性能，另一方面通過控制及減弱保護(hù)渣的傳熱能力是目前解決裂紋敏感性鋼種連鑄坯表面質(zhì)量的主要及有效的手段。
目前，國(guó)內(nèi)外研究者控制保護(hù)渣的傳熱能力的手段基本采用提高保護(hù)渣結(jié)晶率的方法來實(shí)現(xiàn)。提高保護(hù)渣的堿度可以提高保護(hù)渣的結(jié)晶溫度及結(jié)晶率，保護(hù)渣堿度的提高有以下作用①減少透明玻璃體減少輻射傳熱；②結(jié)晶體內(nèi)的微孔和界面極大地削弱晶格振動(dòng)，從而減弱傳導(dǎo)傳熱。但是，當(dāng)保護(hù)渣堿度過高，析晶溫度過高時(shí)易嚴(yán)重惡化鑄坯潤(rùn)滑狀況，導(dǎo)致鑄坯粘結(jié)和漏鋼，連鑄生產(chǎn)被迫采用降低拉坯速度的技術(shù)路線，這使得連鑄機(jī)生產(chǎn)率和產(chǎn)能降低20％～30％，因而研究保護(hù)渣的傳熱特性，特別是如何協(xié)調(diào)保護(hù)渣渣膜潤(rùn)滑鑄坯與控制傳熱，關(guān)系到提高鑄坯質(zhì)量、提高連鑄生產(chǎn)效率的關(guān)鍵，成為當(dāng)今世界連鑄工作者研究的熱點(diǎn)問題。
在正常連鑄工作條件下，結(jié)晶器與鑄坯間渣膜中的溫度梯度分布在300℃與1200℃之間，渣膜縱向?qū)⒎殖梢簯B(tài)層和固態(tài)層，各層的結(jié)構(gòu)和流變特性將影響對(duì)鑄坯的潤(rùn)滑及對(duì)傳熱的影響。渣膜對(duì)傳熱的控制分為兩大部分，一是傳導(dǎo)傳熱，二是輻射傳熱，紅外輻射傳熱占整個(gè)傳熱的比例有時(shí)高達(dá)40％。
常用的連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣屬于CaO(CaF2)-SiO2-Al2O3-Na2O-C體系，堿度(CaO/SiO2)大致在0.8-1.3之間。如何通過配置保護(hù)渣的化學(xué)成分，改變?cè)さ母邷亓髯兲匦院蛡鳠崽匦?，達(dá)到部分降低渣膜紅外輻射傳熱能力，即能保證潤(rùn)滑又能保證控制渣膜傳熱能力，是裂紋敏感性鋼連鑄時(shí)提高生產(chǎn)效率，保證鑄坯表面質(zhì)量，保證連鑄工藝順行的技術(shù)關(guān)鍵。鑒于此，在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50474024)及重慶市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(CSTC，2006BB4200)的支持下，開展相關(guān)基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用研究，是本發(fā)明所解決的關(guān)鍵技術(shù)所在。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適合裂紋敏感性鋼連鑄用的結(jié)晶器保護(hù)渣，該保護(hù)渣具有良好的控制通過渣膜的紅外輻射傳熱能力，同時(shí)又具有良好的潤(rùn)滑鑄坯特性，能夠顯著降低裂紋敏感性鋼連鑄時(shí)鑄坯表面的縱裂紋和皮下微裂紋。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供制備所述結(jié)晶器保護(hù)渣的方法。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種裂紋敏感性鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣，由硅灰石、石灰石、石英砂、瑩石、工業(yè)用蘇打、碳酸錳、碳質(zhì)材料等所配制；該結(jié)晶器連鑄保護(hù)渣的化學(xué)成分(重量％)滿足CaO 28-42％、SiO2 26-40％、CaF2 10-20％、Na2O4-10％、MnO2 2-8％、0＜Al2O3＜6％，C 2-10％。
為保證該保護(hù)渣具有良好的控制結(jié)晶特性，該保護(hù)渣中∑CaO(包含CaF2中的Ca)與SiO2的質(zhì)量比值控制在1.0-1.2之間；其中原料的化學(xué)組成(重量％)分別滿足 硅灰石SiO2 43-53％，CaO 40-49％，0＜FeO＜1.0％，0＜S＜0.03％ 石灰石CaO 53-55％，0＜SiO2＜6.0％，0＜S＜0.1％； 石英砂SiO2＞95％； 瑩石CaF2 85-90％，0＜SiO2＜5.0％，0＜S＜0.05％， 碳酸錳MnCO3＞96％； 蘇打 Na2CO3＞95％ 碳質(zhì)材料C＞95％。
裂紋敏感性鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣的制備方法，包含如下步驟 1)檢測(cè)原材料硅灰石、石灰石、瑩石、石英砂、碳酸錳、蘇打及碳質(zhì)材料的化學(xué)成分； 2)根據(jù)保護(hù)渣化學(xué)成分(重量％)滿足的條件，即CaO 28-42％、SiO2 26-40％、CaF2 10-15％、MnO2 2-8％、0＜Al2O3＜6％，計(jì)算所需原材料的重量； 3)將上述按比例稱取的硅灰石、石灰石、瑩石、石英砂、碳酸錳和蘇打在礦熱爐中熔化均勻，出爐后自然冷卻； 4)破碎加工到200目左右； 5)配加所需量的碳質(zhì)材料(C2-10％)后，在精磨機(jī)中加入0.8-1.2倍的常溫水，2％的纖維素粘結(jié)劑，精磨30-60分鐘，制成料漿； 6)將漿料送入噴霧顆粒干燥塔內(nèi)干燥制粒，產(chǎn)品要求水份小于0.5％，粒度小于2mm，裝袋待用。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下特點(diǎn) 1)在鋼水連鑄生產(chǎn)過程中，使用該結(jié)晶器保護(hù)渣可以顯著減少通過渣膜的紅外輻射傳熱量，同時(shí)不增加保護(hù)渣的結(jié)晶率和結(jié)晶溫度，降低鑄坯表面的縱裂紋的發(fā)生機(jī)率，保證連鑄工藝順行和提高生產(chǎn)效率。
2)本發(fā)明連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣主要由CaO、SiO2、Al2O3、MnO、Na2O、CaF2、C所組成。MnO是本發(fā)明特意引入的化學(xué)組分；研究發(fā)現(xiàn)，MnO有良好的控制結(jié)晶行為和降低紅外能量通過渣膜的能力，由于MnO具有弱的氧化能力，因而MnO的含量限制在2-6％比較恰當(dāng)，既能充分發(fā)揮MnO的作用，又不影響碳質(zhì)材料的骨架作用。
3)本發(fā)明連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣中的綜合堿度(∑CaO/SiO2)控制在1.0-1.2左右，能夠保證保護(hù)渣熔體在高溫下不具有強(qiáng)烈的析晶傾向，因而可以保證渣膜中的液渣層處于牛頓流體的狀態(tài)，充分起到潤(rùn)滑鑄坯的作用；而固渣層由于在MnO的干預(yù)作用下，出現(xiàn)部分微小的CaMnO3晶體，與MnO本身的紅外光學(xué)特性疊加，起到了降低紅外能量透過率的作用，減小了坯殼斷面的溫度梯度，保證了裂紋敏感性鋼連鑄時(shí)坯殼不會(huì)受到過大的熱應(yīng)力而發(fā)生縱裂。
4)本發(fā)明連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣中含有10％-15％的CaF2，在連鑄溫度條件下(1300℃左右)，CaF2與其它堿金屬及堿土金屬氧化物(CaO、Na2O)的共同作用，使保護(hù)渣渣膜的液渣層保持一定的流動(dòng)特性，保證渣膜的潤(rùn)滑能力；同時(shí)保護(hù)渣中含有一定量的CaF2，可以使渣膜固渣層在一定的條件下析出槍晶石(Ca4Si2O7F2)，槍晶石的析出是減弱紅外能量透過率及傳導(dǎo)傳熱的重要因素之一。
5)本發(fā)明保護(hù)渣中要求Al2O3含量不大于5％，在連鑄工藝條件下，結(jié)晶器內(nèi)鋼液面上的融熔保護(hù)渣層可以吸收并同化鋼液中上浮的Al2O3夾雜物，當(dāng)Al2O3含量小于20％時(shí)，保護(hù)渣融熔層的流變特性能維持良好的向結(jié)晶器與鑄坯間隙均勻填充的能力，以及良好的冶金和物理化學(xué)功能。
6)本發(fā)明制備方法工藝簡(jiǎn)單，方便可行。

具體實(shí)施例方式 實(shí)施例1 首先，檢測(cè)原材料成份是否滿足以下條件，并測(cè)量原材料硅灰石、石灰石、瑩石、石英砂、碳酸錳、蘇打及碳質(zhì)材料的化學(xué)成分。選擇滿足以下條件的原材料，即硅灰石SiO243-53％，CaO40-49％，0＜FeO＜1.0％，0＜S＜0.03％；石灰石CaO53-55％，0＜SiO2＜6.0％，0＜S＜0.1％；石英砂SiO2＞95％；瑩石CaF285-90％，0＜SiO2＜5.0％，0＜S＜0.05％，碳酸錳MnCO3＞96％；蘇打Na2CO3＞95％；碳質(zhì)材料C＞95％；否則，不宜使用。
然后，根據(jù)保護(hù)渣的化學(xué)成分如表1的條件，不難計(jì)算所需原材料的重量，見表2； 本發(fā)明的保護(hù)渣采用如下工藝工序煉制將上述按比例稱取的硅灰石、石灰石、瑩石、石英砂、碳酸錳和蘇打在礦熱爐中熔化均勻，出爐后自然冷卻；破碎加工到200目；配加如表一所表示的碳質(zhì)材料量(如碳黑2％和高碳石墨4％)后，在精磨機(jī)中加入0.8-1.2倍的常溫水，2％的纖維素粘結(jié)劑(如CMC羥甲基纖維素)，精磨30-60分鐘，制成料漿；將漿料送入噴霧顆粒干燥塔內(nèi)干燥制粒，產(chǎn)品要求水份小于0.5％，粒度小于2mm，密封裝袋待用。
保護(hù)渣的化學(xué)成分、物理性能見表1，原料重量比見表2，對(duì)應(yīng)澆鑄鋼種成分見表3。表1連鑄保護(hù)渣的化學(xué)成分(w％)及物理性能(1300℃) 表2 預(yù)熔原料重量比 表3 對(duì)應(yīng)鋼的化學(xué)成分 實(shí)驗(yàn)條件為板坯連鑄，鑄坯斷面200×1250mm，拉速0.7-1.30m/min，澆鋼溫度1525-1545℃。保護(hù)渣的結(jié)晶率在50％左右。同原使用保護(hù)渣相比較，縱裂紋比例降低20％左右。
實(shí)施例2 其方法與實(shí)施例1相同，保護(hù)渣的原材料也為硅灰石、石灰石、瑩石、石英砂、碳酸錳、蘇打及碳質(zhì)材料，保護(hù)渣的化學(xué)成分、物理性能見表4，預(yù)熔原料重量比見表5，配加的碳質(zhì)材料為2％碳黑，6.4％高碳石墨，對(duì)應(yīng)鋼成分見表6。
表4 保護(hù)渣的化學(xué)成分(％)及物理性能(1300℃) 表5 預(yù)熔原料重量比 表6 對(duì)應(yīng)鋼的化學(xué)成分 實(shí)驗(yàn)條件為板坯連鑄，鑄坯斷面200×1250mm，240×1400mm，拉速0.7-1.30m/min，澆鋼溫度1525-1545℃。保護(hù)渣的結(jié)晶率在50％左右，同原使用保護(hù)渣相比較，鑄坯縱裂紋顯著減少，由于縱裂紋引起的表面清理率降低50％，該渣系可規(guī)模用于工業(yè)生產(chǎn)中。
實(shí)施例3 其方法與實(shí)施例1相同，保護(hù)渣的原材料也為硅灰石、石灰石、瑩石、石英砂、碳酸錳、蘇打及碳質(zhì)材料，保護(hù)渣的化學(xué)成分、物理性能見表7，原料重量比見表8，配加的碳質(zhì)材料為2％碳黑，5.3％高碳石墨，對(duì)應(yīng)鋼的成分見表9。
表7 保護(hù)渣的化學(xué)成分(wt％)及物理性能(1300℃) 表8 預(yù)熔原料重量比 表9 對(duì)應(yīng)試驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分 試驗(yàn)條件為板坯連鑄機(jī)，鑄坯斷面240×1400mm，170×1000mm，180×1000mm，拉坯速度為0.7-1.3m/min；澆注溫度1525-1545℃，這類鋼種連鑄時(shí)不僅要避免出現(xiàn)表面縱裂紋，還要避免表面及皮下微裂紋的產(chǎn)生，因而澆鑄這類鋼種時(shí)，需要適當(dāng)降低保護(hù)渣的堿度，本試驗(yàn)渣堿度(∑CaO/SiO2)降低到1.0，結(jié)晶率小于30％，；同時(shí)通過提高保護(hù)渣的熔化溫度和粘度，增加渣膜厚度，同時(shí)加入一定量的MnO以調(diào)節(jié)渣膜析出微晶及減少紅外波的投射，達(dá)到減弱傳熱的功能。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該保護(hù)渣在協(xié)調(diào)傳熱和潤(rùn)滑方面得到很好的效果，鑄坯表面縱裂紋和微裂紋均下降，由于表面微裂紋導(dǎo)致的軋材退廢率降低到0.2％以下，為連鑄工藝順行提供了保證。
本發(fā)明在傳統(tǒng)高堿性連鑄保護(hù)渣的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格控制∑CaO/SiO2的比值，使之在1.0-1.2之間；特別加入過渡族金屬氧化物MnO，使該保護(hù)渣在不顯著提高堿度和結(jié)晶率的條件下，具有良好的控制紅外傳熱和傳導(dǎo)傳熱的能力，由于堿度不高，結(jié)晶率較低，潤(rùn)滑能力較強(qiáng)，可以保證在澆鑄裂紋敏感性鋼時(shí)，減弱鑄坯坯殼的熱應(yīng)力和拉坯阻力，從而減輕縱裂紋的產(chǎn)生和微裂紋的出現(xiàn)，保證了連鑄工藝的順行，并保證拉速的穩(wěn)定和提高。
實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明所涉及的渣系中，當(dāng)堿度∑CaO/SiO2控制在1.0-1.2左右，渣系的結(jié)晶能力和傾向可以通過其他組分予以控制，能夠滿足即控制傳熱又潤(rùn)滑鑄坯的目的；堿度過低，保護(hù)渣析晶困難，不容易控制傳熱，堿度過高，析晶能力過強(qiáng)，將嚴(yán)重影響保護(hù)渣的潤(rùn)滑特性，故在本發(fā)明中將堿度∑CaO/SiO2控制在1.0-1.2左右。
保護(hù)渣中含有MnO組分，無論是在結(jié)晶態(tài)還是在玻璃態(tài)，都有顯著降低紅外輻射傳熱的作用，同時(shí)MnO還有控制微晶析出的作用，因而具有這樣組分的保護(hù)渣可以在較低結(jié)晶率的條件下控制傳熱，但MnO具有弱的氧化性能，含量過高還具有過度促進(jìn)結(jié)晶的傾向，故在本發(fā)明中，將MnO含量控制在2-8％內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種裂紋敏感性鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣，其特征在于由硅灰石、石灰石、石英砂、瑩石、工業(yè)用蘇打、碳酸錳、碳質(zhì)材料所配制；該結(jié)晶器連鑄保護(hù)渣的化學(xué)成分重量百分比滿足CaO 28-42％、SiO2 26-40％、CaF2 10-20％、Na2O4-10％、MnO22-8％、0＜Al2O3＜6％，C2-10％；
其中，保護(hù)渣中∑CaO與SiO2的質(zhì)量比為1.0-1.2。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述裂紋敏感性鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣的制備方法，包含如下步驟
1)檢測(cè)原材料硅灰石、石灰石、瑩石、石英砂、碳酸錳、蘇打及碳質(zhì)材料的化學(xué)成份；
2)根據(jù)保護(hù)渣化學(xué)成份重量百分比滿足的條件，即CaO 28-42％、SiO2 26-40％、CaF2 10-15％、MnO2 2-8％、0＜Al2O3＜6％，計(jì)算所需原材料的重量；
3)按上述比例稱取硅灰石、石灰石、瑩石、石英砂、碳酸錳和蘇打，并在礦熱爐中熔化均勻，出爐后自然冷卻；
4)破碎加工到200目；
5)配加所需量的碳質(zhì)材料后，在精磨機(jī)中加入0.8-1.2倍的常溫水和2％的纖維素粘結(jié)劑，精磨30-60分鐘，制成料漿；
6)將漿料送入噴霧顆粒干燥塔內(nèi)干燥制粒，產(chǎn)品要求水份小于0.5％，粒度小于2mm，裝袋待用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種裂紋敏感性鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣及其制備方法，該保護(hù)渣由硅灰石、石灰石、石英砂、瑩石、工業(yè)用蘇打、碳酸錳、碳質(zhì)材料所配制；其化學(xué)成份重量百分比滿足CaO 28－42％、SiO2 26－40％、CaF2 10－20％、Na2O 4－10％、MnO2 2－8％、0＜Al2O3＜6％，C 2－10％；其中，保護(hù)渣中ΣCaO與SiO2的質(zhì)量比為1.0－1.2。該結(jié)晶器保護(hù)渣可顯著減少通過渣膜的紅外輻射傳熱量，同時(shí)不增加保護(hù)渣的結(jié)晶率和結(jié)晶溫度，降低鑄坯表面的縱裂紋的發(fā)生機(jī)率，保證連鑄工藝順行和提高生產(chǎn)效率。該保護(hù)渣具有良好的控制通過渣膜的紅外輻射傳熱能力，同時(shí)又具有良好的潤(rùn)滑鑄坯特性，能夠顯著降低裂紋敏感性鋼連鑄時(shí)鑄坯表面的縱裂紋和皮下微裂紋。其制備方法工藝簡(jiǎn)單，方便可行。
文檔編號(hào)C21C7/076GK1974062SQ200610095330
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者謝兵, 王雨, 王謙, 何生平, 李剛, 李玉剛, 王水波, 刁江, 王南輝 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)