專利名稱：大方坯高速重軌鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金輔料技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種大方坯高速重軌鋼專用連鑄結(jié)晶器 功能保護(hù)材料。
背景技術(shù)：
隨著中國(guó)鐵路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的快速發(fā)展，高速列車成為鐵路運(yùn)營(yíng)的主要發(fā)展方 向，高品質(zhì)高速重軌鋼的需求量也隨之增加，冶金行業(yè)把主要任務(wù)投向大力開(kāi)發(fā)高品質(zhì) 鋼材列入發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。高品質(zhì)鋼連鑄連鑄生產(chǎn)過(guò)程中，還必須采取必要措施以 保證產(chǎn)品的質(zhì)量，主要是采用電磁攪拌、凝固末端輕壓下等新技術(shù)。由于大方坯在軋制 過(guò)程中斷面收縮率大，因此可彌散化中心缺陷，還可以使碳偏析進(jìn)一步降低。所以大多 鋼廠生產(chǎn)高品質(zhì)優(yōu)特鋼傾向于用斷面超過(guò)250mm的大方坯生產(chǎn)。由于高品質(zhì)優(yōu)特鋼中加 入合金種類增多，造成鋼水中夾雜物類型多，而且含量高。因此要求功能保護(hù)材料具有 較強(qiáng)的吸收夾雜物的能力，而且在功能保護(hù)材料吸收夾雜物后，其理化性能仍能滿足連 鑄工藝的要求。所以研制生產(chǎn)與其相適應(yīng)的大方坯結(jié)晶器功能保護(hù)材料便成為連鑄工作 者關(guān)心和工作的重點(diǎn)。大方坯高速重軌鋼結(jié)晶器功能保護(hù)材料便是其中之一。鞍鋼電爐連鑄機(jī)，澆注斷面350x350、280x280。拉速在0.45 0.75m/min.之 間，澆鑄的鋼種U71、U71Mn，鋼水 C 0.68 ~ 0.73%, Als 0.02 ~ 0.05%,由于此 碳含量范圍鋼的凝固收縮率低，因此結(jié)晶器和凝固殼之間的液渣流入通道變的更窄，所 以重軌鋼功能保護(hù)材料設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)放在保證潤(rùn)滑上，渣耗量的保證非常關(guān)鍵。該類鋼 種的特點(diǎn)是熱強(qiáng)度差，澆鑄溫度和澆鑄速度較低，同時(shí)容易產(chǎn)生粘結(jié)漏鋼。這與初始生 成的坯殼凝固收縮小有關(guān)。坯殼強(qiáng)度及液相線溫度隨著鋼水中碳含量的增加而降低，所 以澆鑄溫度比其它鋼低一點(diǎn)。為了防止鋼水凍結(jié)，重軌鋼要使用隔熱性良好的功能保護(hù) 材料，體積密度要低。重軌鋼屬于高強(qiáng)度耐磨鋼，對(duì)鋼成分的均勻性和鋼質(zhì)量的純凈度 提出更高的要求。結(jié)晶器功能保護(hù)材料在確保潤(rùn)滑.吸附溶解鋼水上浮氧化鋁的冶金功能 十分關(guān)鍵。由此，為了實(shí)現(xiàn)最佳操作性能和獲得滿意的產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)功能保護(hù)材料提出 了更高的要求1)為了確保充分的消耗量和潤(rùn)滑，采用低堿度、較低粘度和特殊熔劑搭 配以達(dá)到很低熔點(diǎn)的功能保護(hù)材料，以確保足夠厚的液渣層；2)減少渣圈生成，渣圈厚 時(shí)會(huì)把液渣向下流動(dòng)的通道堵死，局部堵塞的時(shí)間越長(zhǎng)表面縱裂就越嚴(yán)重；3)合適的渣 耗量，保護(hù)的渣耗量隨著液渣粘度.結(jié)晶器振動(dòng)頻率.負(fù)滑脫率以及拉速的減少而增大； 4)合適的熔渣粘度和渣膜厚度，由于大方坯澆鑄時(shí)的特點(diǎn)a、鋼水靜壓力大；b、坯殼 線收縮大，鑄坯熱容量大。鋼水靜壓力聚集在坯殼角部形成剪切應(yīng)力，因此大方坯角部 往往最容易縱裂紋、凹陷等缺陷。液渣流入不均勻容易在銅壁和凝殼間產(chǎn)生空隙，從而 引發(fā)鑄坯的不均勻凝固。由于渣膜在整個(gè)凝固殼外表面上的分布不可能是均勻的，在渣 膜過(guò)薄的情況下渣膜厚度的不均勻相對(duì)顯得突出；5)為確保重軌鋼更高的鋼水純凈度， 功能保護(hù)材料需要良好的吸收鋼液上浮夾雜物功能，并使液渣物性保持穩(wěn)定。；6)為了 確保保溫性能，需要專一的復(fù)合配碳方式和選用體積密度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種解決重軌鋼大方坯表面凹坑.鑄中粘結(jié)性漏鋼、鑄坯表 面夾渣和粘渣問(wèn)題的大方坯高速重軌鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述的大方坯高速重軌鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材 料，其原料包括熔化料、碳酸鋇、碳酸鈉、螢石、硼玻璃粉、石墨碳、電熔鎂砂、進(jìn)口 炭黑、膨潤(rùn)土，其重量百分含量分別為56%、5.0%, 11.0%, 4.0%, 12.0%, 2.0%, 2.0%, 2.0%, 4.0%,所述熔化料的成份及重量百分比組成為Si0242 45%、CaO 36 39%、MgO 1.5 3.5%、Fe2O3 不大于 1%、Al2034 6%、Na2O 5 — 7%, 4%。所述功能保護(hù)材料中BaO重量百分含量為2.0 3.0%，MgO重量百分含量為 1.0 5.0%，二元堿度(CaCVSiO2)為 0.6 0.8，其余為 Si02、CaO> Al2O3> Na2O> k20，其重量百分含量為 Si0228.0 35.0%，CaO 20.0 28.0%，Al2O3 < 10.0%, Na2O 10.0 16.0%、F_3.0 6.0%、k20<0.5%。下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述大方坯高速重軌鋼的碳含量C: 0.68 0.73%，該類鋼種的特點(diǎn)是熱強(qiáng)度差， 澆鑄溫度和澆鑄速度較低，同時(shí)容易產(chǎn)生粘結(jié)漏鋼，這與初始生成的坯殼凝固收縮小有 關(guān)。重軌鋼坯殼強(qiáng)度及液相線溫度隨著鋼水中碳含量的增加而降低，所以澆鑄溫度比其 它鋼低一點(diǎn)。為了防止鋼水凍結(jié)，重軌鋼要使用隔熱性良好的功能保護(hù)材料，體積密度 要低。由于重軌鋼的凝固收縮率低，因此結(jié)晶器和凝固殼之間的液渣流入通道變的更 窄，所以重軌鋼功能保護(hù)材料設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)放在保證潤(rùn)滑上，渣耗量的保證非常關(guān)鍵。 為此，設(shè)計(jì)該功能保護(hù)材料的粘度和凝固溫度要低些，渣膜玻璃化傾向要大些，以保證 良好的潤(rùn)滑性能。功能保護(hù)材料化學(xué)成分設(shè)計(jì)。首先要求功能保護(hù)材料的二元堿度(Ca(VSiO2)不 能太高，一般要小于0.80，以保證結(jié)晶器內(nèi)渣膜形成良好的玻璃態(tài)，改善坯殼與結(jié)晶器 之間的潤(rùn)滑，本發(fā)明控制功能保護(hù)材料的二元堿度在0.6 0.80范圍內(nèi)。其次，采用多種 熔劑的方法調(diào)節(jié)功能保護(hù)材料熔點(diǎn)和粘度，其中BaO是一個(gè)重要熔劑，對(duì)降低功能保護(hù) 材料粘度和熔點(diǎn)顯著，同時(shí)BaO還能改善功能保護(hù)材料的潤(rùn)滑性能，減少渣圈析出的結(jié) 石量，使渣圈厚度減薄很多，本發(fā)明功能保護(hù)材料中BaO含量控制范圍為2.0 3.5% ； MgO能降低功能保護(hù)材料熔點(diǎn)、粘度、結(jié)晶溫度和凝固溫度，改善功能保護(hù)材料的穩(wěn)定 性，本發(fā)明功能保護(hù)材料中MgO含量控制范圍為1.0 5.0% ；作為常規(guī)功能保護(hù)材料 熔劑重要成分的Na2O在本發(fā)明功能保護(hù)材料中含量不能太高，一方面避免在渣膜中析出 霞石，破壞渣膜的玻璃性能，減少功能保護(hù)材料中的Na2O含量同時(shí)還可提高功能保護(hù) 材料的表面張力，有利于渣-金分離，減少鑄坯表面夾渣和粘渣，本發(fā)明功能保護(hù)材料 中Na2O含量控制范圍為10 16.0%，Na2O在功能保護(hù)材料的作用仍然是降低熔點(diǎn)和粘 度；功能保護(hù)材料中的F-主要作用是降低渣粘度，改善液渣流動(dòng)性，但在本發(fā)明中要特 別注意控制功能保護(hù)材料中的F-含量，若渣中CaF2含量過(guò)高會(huì)引起槍晶石(3Ca0.2Si02. CaF2)等高熔點(diǎn)物的析出，破壞熔渣的玻璃性，使?jié)櫥瑮l件惡化，另外F—離子含量過(guò)高還 會(huì)對(duì)伸入式水口造成嚴(yán)重侵蝕，減少水口使用壽命，為此，本發(fā)明功能保護(hù)材料中F-含
4量控制范圍為3.0 6.0%。最后，就是要求功能保護(hù)材料快速熔化，形成足夠的液渣層 和保證一定的渣消耗量。要求配碳量不能太高，但也不能過(guò)低，否則形成的液渣層和燒 結(jié)層太厚，使得結(jié)渣條嚴(yán)重，阻礙功能保護(hù)材料的均勻流入。因此，配碳種類選用比表 面積大和燃燒速度快的炭黑。本發(fā)明功能保護(hù)材料中C含量控制范圍為2.0 5.0%。功能保護(hù)材料物理性能確定。本發(fā)明要求功能保護(hù)材料具有較低的熔點(diǎn)、粘 度、凝固溫度和較快的熔化速度。具體設(shè)置要求為熔點(diǎn)(半球點(diǎn)溫度)為910 9700C ； 1300°C的粘度為0.10 0.30Pa · S ；凝固溫度為950 1000°C (粘度-溫度曲 線判定)；熔化速度為20 40秒(渣柱法測(cè)試)。配渣基料的選用和特點(diǎn)。功能保護(hù)材料的性能取決于制渣基料的選擇，常規(guī)的 機(jī)混渣主要采用多種生料混合而成，由于受熱后產(chǎn)生分解化合物而影響到性能變化，影 響了熔渣的穩(wěn)定性。本研究選擇用預(yù)熔型渣作為功能保護(hù)材料配渣基料，該特制的預(yù)熔 型渣除了含有常規(guī)的預(yù)熔型渣基本成分外，如Si02、CaO> Al2O3> Na2O> F-,還含有本 發(fā)明功能保護(hù)材料需要的MgO成分。由于減少了生料的配入比例，熔渣性能的穩(wěn)定性得 到了提高。特別是預(yù)熔型連鑄渣基料比例達(dá)到了 55 60%，減少了在結(jié)晶器內(nèi)的分解化 合反應(yīng)過(guò)程，明顯增加了使用效果的穩(wěn)定性。生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。功能保護(hù)材料成品的理化性能穩(wěn)定性與所使用生產(chǎn) 工藝和控制標(biāo)準(zhǔn)是直接相關(guān)的。為了適應(yīng)大方坯高速重軌鋼功能保護(hù)材料的高質(zhì)量需 求，本發(fā)明功能保護(hù)材料采用了如下質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)1)每種原料粒度要求通過(guò)250目； 2)混勻攪拌和水磨成漿時(shí)間各1小時(shí)。采用上述研究結(jié)果生產(chǎn)的該功能保護(hù)材料，在鞍鋼4機(jī)4流大方坯連鑄機(jī)上澆 注高速重軌鋼鋼，拉速在0.4-1.Om/min.時(shí)的渣耗量為0.45kg/T鋼、鋼水表面液渣層厚度 7 11mm。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，該功能保護(hù)材料使用時(shí)，在結(jié)晶器內(nèi)鋪展性、保溫性 和熔化性能表現(xiàn)良好；結(jié)晶器內(nèi)傳熱量穩(wěn)定和均勻，滿足波動(dòng)范圍內(nèi)的拉速要求；試驗(yàn) 渣渣條小、改善了流入不均現(xiàn)象，功能保護(hù)材料潤(rùn)滑性好，防止了粘結(jié)性漏鋼。鑄坯表 面沒(méi)有裂紋.夾渣和粘渣現(xiàn)象，鑄坯表面質(zhì)量好。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一一種大方坯高速重軌鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料，其原料包括熔化料、碳 酸鋇、碳酸鈉、螢石、硼玻璃粉、石墨碳、電熔鎂砂、進(jìn)口炭黑、膨潤(rùn)土，其重量百分 含量分別為 56%、5.0%, 11.0%, 4.0%, 12.0%, 2.0%, 2.0%, 2.0%, 4.0%,所述熔 化料的成份及重量百分比組成為Si0242 45%、CaO 36 39%、MgO 1.5 3.5%、 Fe2O3 不大于 1%、Al2034 6%、Na2O 5 ~ 7%, Fl 4%。所述功能保護(hù)材料中BaO重量百分含量為2.2%，MgO重量百分含量為4.5%， 二元堿度(Ca0/Si02)為 0.80，其余為 SiO2> CaO> A1203、Na2O> k20，其重量百分 含量為 Si0228.5%，CaO 23.0%, Al2039.0%, Na2O 10.5%,k20 0.4%。實(shí)施例二一種大方坯高速重軌鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料，其原料包括熔化料、碳 酸鋇、碳酸鈉、螢石、硼玻璃粉、石墨碳、電熔鎂砂、進(jìn)口炭黑、膨潤(rùn)士，其重量百分含量分別為 56%、5.0%, 11.0%, 4.0%, 12.0%, 2.0%, 2.0%, 2.0%, 4.0%,所述熔 化料的成份及重量百分比組成為Si0242 45%、CaO 36 39%、MgO 1.5 3.5%、 Fe2O3 不大于 1%、Al2034 6%、Na2O 5 ~ 7%, Fl 4%。所述功能保護(hù)材料中BaO重量百分含量為3.0%，MgO重量百分含量為1.5%， 二元堿度(Ca0/Si02)為 0.6 0.8，其余為 SiO2> CaO> A1203、Na2O> k20，其重量 百分含量為 Si0234.0%，CaO 22.0%, Al2033.0%, Na2O 15.0%,k20 0.2%。實(shí)施例三一種大方坯高速重軌鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料，其原料包括熔化料、碳 酸鋇、碳酸鈉、螢石、硼玻璃粉、石墨碳、電熔鎂砂、進(jìn)口炭黑、膨潤(rùn)土，其重量百分 含量分別為 56%、5.0%, 11.0%, 4.0%, 12.0%, 2.0%, 2.0%, 2.0%, 4.0%,所述熔 化料的成份及重量百分比組成為Si0242 45%、CaO 36 39%、MgO 1.5 3.5%、 Fe2O3 不大于 1%、Al2034 6%、Na2O 5 ~ 7%, Fl 4%。所述功能保護(hù)材料中BaO重量百分含量為2.5%，MgO重量百分含量為3.0%， 二元堿度(Ca0/Si02)為 0.6 0.8，其余為 SiO2、 CaO、 A1203、Na2O、k20，其重量 百分含量為 Si0231.5%，CaO 24.0%, Al2035.0%, Na2O 13.0%, F 4.5%, k20 0.3%。
權(quán)利要求
1.一種大方坯高速重軌鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料，其特征在于其原料包括 熔化料、碳酸鋇、碳酸鈉、螢石、硼玻璃粉、石墨碳、電熔鎂砂、進(jìn)口炭黑、膨潤(rùn)土， 其重量百分含量分別為 56%、5.0%, 11.0%, 4.0%, 12.0%, 2.0%, 2.0%, 2.0%, 4.0%,所述熔化料的成份及重量百分比組成為Si0242 45%、CaO 36 39%、MgO 1.5 3.5%、Fe2O3 不大于 1%、Al2034 6%、Na2O 5 — 7%, F2 4%。
2.如權(quán)利要求1所述的大方坯高速重軌鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料，其特征在 于所述功能保護(hù)材料中BaO重量百分含量為2.0 3.0%，MgO重量百分含量為1.0 5.0%, 二元堿度(Ca0/Si02)為 0.6 0.8，其余為 Si02、CaO> Al2O3> Na2O> k20， 其重量百分含量為 Si0228.0 35.0%，CaO 20.0 28.0%，Al2O3 <10.0%、Na2O 10.0 16.0%, F—3.0 6.0%、k20<0.5%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種大方坯高速重軌鋼專用連鑄結(jié)晶器功能保護(hù)材料，所述功能保護(hù)材料中BaO、MgO重量百分含量分別為2.0～3.5％、1.0～5.0％、二元堿度(CaO/SiO2)為0.6～0.80，其余量為SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-和K2O。功能保護(hù)材料在結(jié)晶器內(nèi)鋪展性、保溫性、熔化性能好，結(jié)晶器內(nèi)四個(gè)面?zhèn)鳠崃糠€(wěn)定和均勻，液渣層厚度為7～11mm，渣條少，功能保護(hù)材料潤(rùn)滑性好，防止粘結(jié)性漏鋼，鑄坯表面無(wú)夾渣和粘渣現(xiàn)象，鑄坯表面質(zhì)量好。
文檔編號(hào)B22D11/111GK102009144SQ20101024764
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月9日
發(fā)明者李書(shū)成, 李偉鋒, 李保軍 申請(qǐng)人:河南省西保冶材集團(tuán)有限公司