一種中碳鋼用含硼低氟保護(hù)渣及制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種中碳鋼用含硼低氟保護(hù)渣，所述保護(hù)渣的化學(xué)成分按質(zhì)量百分含量為：CaO38～43%，SiO230～35%，Al2O32～5%，MgO1～3%，(Na2O+Li2O)10～15%，B2O36～11%，CaF22～5%，即以CaO和SiO2為基料，并加入Na2O、Al2O3、CaF2、MgO等為助熔劑。本發(fā)明所用的低氟保護(hù)渣，結(jié)晶性能優(yōu)良，傳熱均勻而且穩(wěn)定，并且潤滑性能和熔化性能均表現(xiàn)良好，能有效地減少縱裂紋等表面缺陷；尤其是用硼代替氟化物，用析出含硼礦相硼硅酸鈣(Ca11Si4B2O22)取代槍晶石，降低保護(hù)渣中氟化物的含量，有利于環(huán)境保護(hù)；同時新型槍晶石替代物的發(fā)現(xiàn)，可以創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
【專利說明】一種中碳鋼用含硼低氟保護(hù)渣及制備工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種中碳鋼用含硼低氟保護(hù)渣及制備工藝，可替代現(xiàn)有中碳鋼用槍晶石型保護(hù)渣；屬于鋼鐵冶煉連鑄生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在連鑄工藝中，保護(hù)渣發(fā)揮絕熱保溫、防止鋼水二次氧化、吸收非金屬夾雜、潤滑坯殼、控制傳熱等眾多重要功能，其中以潤滑和傳熱功能最為重要，其對提高鑄坯表面質(zhì)量和保證連鑄過程的順利進(jìn)行起著極其重要的作用，因此保護(hù)渣保護(hù)鑄造技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。不同鋼種的連鑄具有不同的潤滑和傳熱要求，必須采用具備適宜理化性能的保護(hù)渣與之相匹配，例如:對于碳含量較低以及導(dǎo)熱性較差的鋼種，必須強(qiáng)化的是鑄坯冷卻，因此要求保護(hù)渣具備良好的傳熱特性；對于中碳鋼等裂紋敏感鋼種而言，則要求保護(hù)渣具有均勻緩慢的傳熱特性，以避免由于熱應(yīng)力導(dǎo)致初始鋼殼扭曲而誘發(fā)裂紋。保護(hù)渣的潤滑和傳熱特性則依靠液態(tài)熔融保護(hù)渣進(jìn)入結(jié)晶器與坯殼之間后所形成液渣層、結(jié)晶層和玻璃層的粘度/結(jié)晶相性質(zhì)/各層的相對比例來實(shí)現(xiàn)。
[0003]中碳鋼連鑄過程要求:1.液態(tài)渣膜具有較低的粘度，以達(dá)到潤滑的要求，防止拉漏；2.減緩渣膜的水平傳熱，防止鑄坯表面縱裂紋等缺陷的產(chǎn)生。這可以通過調(diào)節(jié)保護(hù)渣中組分來實(shí)現(xiàn)。通常以CaO、SiO2 二元系為基礎(chǔ)，加入Na2O, Li2O等助熔劑降低其熔點(diǎn)和粘度，并添加Al/Mg/Mn/Fe/Ti的氧化物以達(dá)到合適的冶金性能。螢石(CaF2)，氟化鈉(NaF)，冰晶石(Na3AlF6)等氟化物對調(diào)節(jié)保護(hù)渣的物性有很關(guān)鍵的作用:①使保護(hù)渣中復(fù)雜硅氧網(wǎng)狀或鏈狀結(jié)構(gòu)解體，形成較簡單的硅氧離子團(tuán)，使得離子遷移速度減小，降低保護(hù)渣粘度降低保護(hù)渣的熔化溫度和凝固溫度；③促進(jìn)固態(tài)渣膜析晶，通過形成槍晶石護(hù)渣晶提高保護(hù)渣熱阻。因此氟化物在中碳鋼連鑄保護(hù)渣中得到了廣泛應(yīng)用，通常在6?10%之間，個別牌號甚至達(dá)到11?13%。
[0004]但由于保護(hù)渣中的氟化物熔化時將產(chǎn)生有毒、有害氣體，對環(huán)境污染極其嚴(yán)重，氟可以影響“骨轉(zhuǎn)換”的過程來導(dǎo)致骨病變，另外溶入水中氟化物呈酸性可造成水質(zhì)污染，容易對鑄機(jī)造成腐蝕，大大降低鑄機(jī)的使用壽命，同時造成二冷循環(huán)水處理費(fèi)用大大增加。據(jù)統(tǒng)計，I座年產(chǎn)1000萬t的鋼鐵企業(yè)排入大氣的可溶性氟化物大約為1000?2000t。近年來，隨著國家和社會對環(huán)境保護(hù)的日益重視，以及一系列環(huán)境法規(guī)頒布實(shí)施，對能耗高、污染嚴(yán)重的鋼鐵冶金工業(yè)提出了更為嚴(yán)格的要求，保護(hù)渣低氟化成降低鋼鐵企業(yè)氟污染的重要手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種組分配比合理，氟含量低，熔點(diǎn)和粘度低，結(jié)晶性能良好的中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣。
[0006]本發(fā)明一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣，由下述組分，按質(zhì)量百分比組成:
[0007]CdO38-43%,
SiO230?35%，
Al2O32-5%,
MgO卜 3%，
B Ch6 ?11 /o
CaF22 ?5%
[0008]
(Na2O+ Li2O) IO?15%，IL:中..Li O 0.5?3。
[0009]本發(fā)明一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣，所述保護(hù)渣組分中，CaO與SiO2質(zhì)量比為 Ca0/Si02=l.15 ?1.28。
[0010]本發(fā)明一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣，所述保護(hù)渣其熔點(diǎn)在1080?1097°C，與常規(guī)中碳鋼保護(hù)渣相比，保護(hù)渣具有低的熔點(diǎn)。
[0011]本發(fā)明一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣，所述保護(hù)渣在1300°C時粘度為
0.06?0.14Pa.s,與常規(guī)中碳鋼保護(hù)渣相比，保護(hù)渣粘度低，保護(hù)渣具有良好的流動性和潤滑性。
[0012]本發(fā)明一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣，所述保護(hù)渣結(jié)晶溫度為1285?1302°C，結(jié)晶孕育時間為26?32s。
[0013]本發(fā)明一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣，所述保護(hù)渣平均熱流密度為0.681?
0.832MW/m2,與現(xiàn)有中碳鋼平均熱流密度相當(dāng)。
[0014]本發(fā)明一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣的制備方法，是按設(shè)計的保護(hù)渣目標(biāo)成分稱量各組分，機(jī)械攪拌，混合均勻后，采用中頻感應(yīng)爐加熱熔化，水淬，得到玻璃態(tài)保護(hù)渣塊體，將玻璃態(tài)保護(hù)渣塊體粉碎至平均粒度為200目的粉體。
[0015]本發(fā)明一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣和的制備方法，采用中頻感應(yīng)爐加熱融化，熔化溫度為1500°C。
[0016]本發(fā)明通過采用低氟、含硼以及適量的Na20、Li2O的組分設(shè)計，適當(dāng)提高渣系堿度，在確保主要析出相以硼硅酸鈣(Ca11Si4B2O22,1=14401:)為主，以替代槍晶石(Ca4Si2O7F2, tm=1407°C )的基礎(chǔ)上，各組分協(xié)同作用，使制備的保護(hù)渣的熔點(diǎn)、粘度、結(jié)晶溫度和熱流密度參數(shù)均在傳統(tǒng)中碳鋼保護(hù)渣的范圍之內(nèi)，且熔點(diǎn)、粘度較現(xiàn)有保護(hù)渣的低，具有良好的流動性，傳熱均勻而且穩(wěn)定，結(jié)晶性能優(yōu)良，潤滑性能和熔化性能均表現(xiàn)良好。
[0017]本發(fā)明的機(jī)理簡述于下:
[0018]Na2O在本發(fā)明保護(hù)渣中的作用仍然是降低熔點(diǎn)和粘度:一方面避免析出霞石等高熔點(diǎn)晶體，破壞渣膜的玻璃性能；另一方面，控制渣中Na2O含量，還有利于提高保護(hù)渣的表面張力，有利于鋼渣分離，減少鑄坯表面夾渣和粘渣。Li2O和Na屬于同一主族，但其離子半徑較小，從理論上講，其失去氧負(fù)離子的能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Na，但經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Li2O在降低熔點(diǎn)和粘度方面的能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Na20。由于Li+離子半徑小，原子核外電子排力弱，離子移動的位阻很小，所以含Li2O的渣子在冷卻過程中含鋰類礦物極易重組，結(jié)晶化傾向較大。Li2O屬于低熔點(diǎn)氧化物，每增加1%的Li2O,保護(hù)渣的熔點(diǎn)降低約55?65°C，粘度降低約
0.28?0.35泊。由于價格較高的原因，Li2O的常規(guī)用為:Li20〈3%。因此Na20、Li20的加入能控制高B含量渣的結(jié)晶性，保證含硼相的析出，同時Na2O和Li2O的加入對控制熱裂紋有益。綜合考慮，本發(fā)明中Na2O和Li2O的總量控制在10?15%。
[0019]B2O3作為無氟保護(hù)渣的重要助熔劑，是保護(hù)渣熔點(diǎn)、粘度和析晶量的主要調(diào)節(jié)手段。B2O3的加入，一方面降低了渣的熔化溫度和析晶溫度，改善了渣的潤滑效果。另一方面，促成了硼硅酸鈣(Ca11Si4B2O22)的析出。
[0020]本發(fā)明中碳鋼含硼低氟保護(hù)渣，以硼硅酸鈣(Ca11Si4B2O22, tffl=1440°C )為主要析出相，取代傳統(tǒng)保護(hù)洛中的槍晶石(Ca4Si2O7F2, tm=1407°C ), B元素參與成相,必須具備一定的加入量，B2O3含量不低于6%,以保證硼娃酸I丐(Ca11Si4B2O22)晶體的析出。保護(hù)洛析晶過程中B與Ca/Si/Ο反應(yīng)生成硼硅酸鈣(Ca11Si4B2O22)，替代傳統(tǒng)中碳鋼含氟保護(hù)渣中的槍晶石(Ca4Si2O7F2)，大大降低現(xiàn)有中碳鋼保護(hù)渣中氟的使用量，有利于環(huán)境保護(hù)，減少設(shè)備腐蝕和二冷水的處理壓力，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
[0021]本發(fā)明中碳鋼含硼低氟保護(hù)渣，由于硼的加入提高了保護(hù)渣的玻璃化特性，為了保證其與傳統(tǒng)中碳鋼保護(hù)渣相近的晶體析出能力，故該渣系堿度適當(dāng)提高，本發(fā)明中保護(hù)渣和二元堿度Ca0/Si02控制在1.15?1.28，綜合堿度1.6?2.0，保護(hù)渣吸收夾雜物的性能更好。
[0022]保護(hù)渣中Ca0/Si02=l.15?1.28，Na2CHLi2O=IO?15%，以確保保護(hù)渣晶體析出能力，保證硼硅酸鈣(Ca11Si4B2O22)的生成。
[0023]本發(fā)明含硼低氟保護(hù)渣，特別適用于中碳鋼等裂紋敏感性鋼種，且其各項(xiàng)使用性能和參數(shù)，如熔點(diǎn)、粘度、結(jié)晶溫度和熱流密度等，均在傳統(tǒng)中碳鋼保護(hù)渣的范圍之內(nèi)，析晶礦相以硼硅酸鈣為主，可取代含氟渣中的槍晶石，因此可以有效的抑制鑄坯表面裂紋的產(chǎn)生。同時，該保護(hù)渣由于含氟低，可大大減輕設(shè)備的腐蝕和二冷水中氟化物的富集，能夠顯著的改善循環(huán)水的處理壓力和成本。
[0024]綜上所述，本發(fā)明提供的低氟保護(hù)渣，結(jié)晶性能優(yōu)良，傳熱均勻而且穩(wěn)定，并且潤滑性能和熔化性能均表現(xiàn)良好，能有效地減少縱裂紋等表面缺陷，尤其是用硼代替氟化物，用析出含硼礦相硼硅酸鈣(Ca11Si4B2O22)取代槍晶石，降低保護(hù)渣中氟化物的含量，有利于環(huán)境保護(hù)；同時新型槍晶石替代物的發(fā)現(xiàn)可以創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]附圖1為實(shí)施例2中析出含硼礦相硼硅酸鈣(Ca11Si4B2O22)的掃描電鏡圖片。
[0026]附圖2為附圖1的含硼礦相硼硅酸鈣(Ca11Si4B2O22)所對應(yīng)的能譜分析圖。
[0027]從附圖1和附圖2，可知電鏡圖片中的灰白色晶體，呈無規(guī)則塊狀或樹枝狀，其成分為硼硅酸鈣(Ca11Si4B2O22)，為渣系的主要析晶礦相。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，實(shí)例僅用于說明本發(fā)明，而不是以任何形式來限制本發(fā)明。[0029]實(shí)施例1
[0030]配料:二元堿度Ca0/Si02 為 1.18，Ca040%, Si0234%, Al2033%, MgO1.5%, Na2010%,Li2Ol.5%, B2036%, CaF24%
[0031]制備過程:將上述保護(hù)渣原料按目標(biāo)成分稱量，進(jìn)行機(jī)械攪拌，使得各成分均勻混合，然后采用中頻感應(yīng)爐將混合后樣品加熱至1500°C熔化，除去揮發(fā)分和氣體物質(zhì)，各組分間形成復(fù)雜的固溶體，將熔融態(tài)渣倒入水中急冷得到玻璃態(tài)保護(hù)渣塊體，將保護(hù)渣塊體進(jìn)行機(jī)械破碎碾磨后得到所需的保護(hù)渣粉體，粉體的粒度為200目。
[0032]保護(hù)渣的主要物性指標(biāo)見表I。
[0033]實(shí)施例2
[0034]配料:二元堿度 Ca0/Si02 為 1.22，Ca038%, Si0231%, Al2034%, Mg02%, Na2Ol 1%,Li201%, B2038%, CaF25%
[0035]制備過程:同實(shí)施例1。
[0036]保護(hù)渣的主要物性指標(biāo)見表I。
[0037]實(shí)施例3
[0038]配料:二元堿度 Ca0/Si02 為 1.26，Ca042%, Si023 3%, Al2033%, Mg02%, Na209%,Li201%, B2037%, CaF23%
[0039]制備過程:同實(shí)施例1。
[0040]保護(hù)渣的主要物性指標(biāo)見表I。
[0041]實(shí)施例4
[0042]配料:二元堿度 Ca0/Si02 為 1.20，Ca040%, Si023 3%, Al2033%, Mg03%, Na2010%,Li2Ol.5%, B2037%, CaF22.5%
[0043]制備過程:同實(shí)施例1。
[0044]保護(hù)渣的主要物性指標(biāo)見表I。
[0045]實(shí)施例5
[0046]配料:二元堿度 Ca0/Si02 為 1.23，Ca038%, Si0231%, Al2035%, Mg01%, Na2012%,Li201%, B20310%，CaF22%
[0047]制備過程:同實(shí)施例1。
[0048]保護(hù)渣的主要物性指標(biāo)見表I。
[0049]對比例I
[0050]配料:二元堿度 Ca0/Si02 為 1.35，Ca041%, Si0230.5%, Α12033.5%, Mg02.5%,Na208.5%, Li201%, Fe2032.5%, F8.5%, F.C(自由碳濃度)1.7%, T.C(總的碳濃度)3.5%。
[0051]制備過程:同實(shí)施例1。
[0052]保護(hù)渣的主要物性指標(biāo)見表I。
[0053]對比例2
[0054]配料:二元堿度 Ca0/Si02 為 1.27，Ca036.5%, Si0228.5%, Al2034%，Mg03.5%,Na209.5%, Li2Ol.4%, Fe2033%, F7%, F.C(自由碳濃度)2%，T.C(總的碳濃度)4%。
[0055]制備過程:同實(shí)施例1。
[0056]保護(hù)渣的主要物性指標(biāo)見表I。
[0057]表I保護(hù)渣的主要物性參數(shù)[0058]
【權(quán)利要求】
1.一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣，由下述組分，按質(zhì)量百分比組成:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣，其特征在于:所述組分中，CaO 與 SiO2 質(zhì)量比為 Ca0/Si02=l.15 ~1.28。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣，其特征在于:所述保護(hù)渣熔點(diǎn)在1080~1097°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣，其特征在于:所述保護(hù)渣在1300°C時粘度為0.06~0.14Pa.S。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣，其特征在于:所述保護(hù)渣結(jié)晶溫度為1285~1302°C，結(jié)晶孕育時間26~32s。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣，其特征在于:所述保護(hù)渣平均熱流密度為0.681~0.832MW/m2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣的制備方法，是按設(shè)計的保護(hù)渣目標(biāo)成分稱量各組分，機(jī)械攪拌，混合均勻后，加熱融化，水淬，得到玻璃態(tài)保護(hù)渣塊體，將玻璃態(tài)保護(hù)渣塊體粉碎至平均粒度為200目的粉體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種中碳鋼連鑄用含硼低氟保護(hù)渣的制備方法，其特征在于:采用中頻感應(yīng)爐加熱融化，熔化溫度為1500°C。
【文檔編號】B22D11/111GK103722142SQ201310655140
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】王萬林, 魏娟, 黃道遠(yuǎn), 周樂君 申請人:中南大學(xué)