專利名稱：中低碳鋼連鑄結晶器保護渣及其制備方法和連鑄方法
技術領域：
本發(fā)明屬于煉鋼技術領域，具體涉及一種中低碳鋼連鑄結晶器保護渣及其制備方法和中低碳鋼的連鑄方法。
背景技術：
煉鋼過程一般包括高爐冶煉、鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐煉鋼、LF精煉、RH精煉、連鑄等。連鑄即為連續(xù)鑄鋼的簡稱，是指鋼水不斷地通過水冷結晶器，凝成硬殼后從結晶器下方出口連續(xù)拉出，經(jīng)噴水冷卻，全部凝固后切成坯料的鑄造工藝過程。在連鑄中低碳鋼，尤其是低碳鋼時，由于碳含量位于包晶反應區(qū)，連鑄坯在凝固過程中極易因凝固收縮突變，使結晶器內(nèi)坯殼冷卻不均，從而造成坯殼生長不均，易產(chǎn)生應力集中，當坯殼薄弱處承受不住應力作用時，易在坯殼薄弱處產(chǎn)生裂紋或凹坑缺陷，嚴重時可能造成漏鋼事故；此外，對于含Ti、V等微合金元素鋼，在連鑄過程中易在奧氏體晶界析出TiN、V(CN)等物質(zhì)，進一步增加了裂紋敏感性。然而，保護渣的作用就是為了克服上述缺陷。保護渣是在連續(xù)鑄鋼過程中，將其置于結晶器內(nèi)的鋼液面上用以保溫、防氧化和吸收非金屬夾雜的物料。自20世紀60年代初連鑄首次采用浸入式水口和結晶器保護渣進行澆注以來，保護渣技術得到了不斷發(fā)展，研制出了適應不同鑄坯斷面、鋼種和澆注工藝的保護渣，使鑄坯表面質(zhì)量得到極大改善。結晶器保護渣的基本功能有保護結晶器彎月面鋼液不受空氣的二次氧化；具有良好的鋪展性能和絕熱保溫性能，防止鋼液面凝固或結殼；能良好地吸收上浮至彎月面的非金屬夾雜物； 控制鑄坯向結晶器傳熱的速度和均勻性以減少熱應力；具有良好的潤滑鑄坯的功能，以便能使之順利地從結晶器內(nèi)拉出。
公開日期為2009年8月12日的中國專利CN101502871公開了一種大方坯連鑄結晶器保護渣，所述保護渣的重量百分組成如下SiA 30 35%、Ca0 25 30%、Mg0 2. 5 3. 5%, Fe2O3 1. 5 2. 5%, Al2O3 3. 5 4. 5%、NaF2+CaF2 4. 5 5. 5%、Na2CHK2O 5. 5 6.5%, C 11 14. 5%。所述保護渣的熔化溫度為1100 1130°C，優(yōu)選保護渣的粘度為 0. 35 0. 38Pa ·8，堿度控制在0. 8 0. 9之間。該保護渣更適用于大方坯高碳鋼連鑄生產(chǎn)結晶器，可實現(xiàn)連鑄坯無缺陷生產(chǎn)和保證連鑄坯熱送熱裝，降低連鑄坯到軋材的系統(tǒng)能耗、 縮短連鑄到軋材的生產(chǎn)周期、保證鋼材質(zhì)量。但是對于中低碳鋼連鑄結晶器，該保護渣不利于控制結晶器內(nèi)中低碳鋼坯殼的均勻傳熱，容易產(chǎn)生裂紋缺陷。現(xiàn)今，急需一種中低碳鋼連鑄結晶器保護渣，特別是小方坯中低碳鋼連鑄結晶器保護渣，提高結晶器內(nèi)凝固坯殼與器壁之間的潤滑性，保證連鑄順行，克服連鑄中低碳鋼時容易出現(xiàn)裂紋的缺陷，提高鑄坯表面質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的是連鑄中低碳鋼時容易出現(xiàn)裂紋的技術問題，提供一種中低碳鋼連鑄結晶器保護渣及其制備方法和中低碳鋼的連鑄方法。
本發(fā)明解決所述問題所采用的技術方案是提供一種中低碳鋼連鑄結晶器保護渣， 該保護渣特別適用于小方坯中低碳鋼連鑄工藝。中低碳鋼連鑄結晶器保護渣，所述保護渣含有CaO、SiO2, A1203、Na2O, K2O, F和C， 所述保護渣的堿度為0.91 1.0，1300°C下的粘度為0. 25 0. 341 · S，熔點為1060 1090 O。其中，上述保護渣中堿度優(yōu)選為0. 93 0. 97，1300°C下的粘度優(yōu)選為0.觀 0. 31Pa · S，熔點為 1070 1080°C。其中，上述保護渣中，以所述保護渣總重量為基準，按重量百分比含有CaO 31 39%, SiO2 31 40%、Al2O3 4 8%、Na2CHK2O 5. 7 11. 7%、F 1 5%、C 8 12%。進一步的，以所述保護渣總重量為基準，按重量百分比含有CaO 33 36%、SiO2 34 37%、Al2O3 5 7%、Na2CHK2O 7 10%、F 2 4%、C 8 10. 5%。其中，上述保護渣為預熔型空心顆粒渣，其顆粒直徑為0. 1 1毫米，且顆粒直徑在0. 1 0. 8毫米的預熔型空心顆粒渣占總重量的80%以上。本發(fā)明還提供一種中低碳鋼連鑄結晶器保護渣的制備方法先將含鈣化合物的原料、含硅化合物的原料、含鋁化合物的原料、含鈉化合物的原料、含鉀化合物的原料、含氟化合物的原料混合均勻并熔融，再加入炭黑、石墨或焦炭中的至少一種均勻混合、噴霧造粒即可；其中，原料的配比為制備得到的保護渣的堿度為0.91 1.0，1300°C下的粘度為 0. 25 0. 34Pa · S，熔點為 1060 1090°C。其中，上述方法中所述含鈣化合物的原料為預熔渣、硅灰石或水泥熟料中的至少一種，所述含硅化合物的原料為預熔渣、硅灰石、水泥熟料、石英砂或長石中的至少一種，所述含鋁化合物的原料為預熔渣、鋁礬土、水泥熟料或白泥中的至少一種，所述含鈉化合物的原料為預熔渣和/或碳酸鈉，所述含鉀化合物的原料為碳酸鉀，所述含氟化合物的原料為
預熔渣和/或螢石。在本發(fā)明中，按重量計，所述預熔渣含有35 45%的CaO、35 45%的SiO2、2 5 %的A1203、2 4 %的Na2O和2 4 %的F ；所述硅灰石含有；35 45 %的CaO和40 60 % 的SW2 ；所述水泥熟料含有60 70%的CaO、20 30%的SW2和4 10%的Al2O3 ；所述石英砂含有85 98%的SW2 ；所述長石含有60 70%的SW2 ；所述鋁礬土含有60 90% 的Al2O3 ；所述白泥含有30 50%的Al2O3 ；所述碳酸鈉為工業(yè)碳酸鈉，純度大于98%;所述碳酸鉀為工業(yè)碳酸鈉，純度大于96% ；所述螢石中氟化鈣的含量在70%以上。本發(fā)明進一步提供了一種中低碳鋼的連鑄方法鋼水進入連鑄結晶器時，在上述的中低碳鋼連鑄結晶器保護渣的保護狀態(tài)下進行連鑄。其中，上述方法中所述保護渣的加入量為0. 35 0. 50千克每噸鋼水。進一步的，上述方法中連鑄時的拉速為1. 5 2. Om/min，連鑄得到的連鑄坯為小方坯，其橫斷面邊長為180 250mm。其中，上述方法中所述鋼水的重量配比為碳0. 17 0.23%，硅0. 17 0.37%， 猛 0. 80 1. 10 %，鈦 0. 04 0. 10 %，鉻 1. 00 1. 30 %，硫彡 0. 030 %，磷彡 0. 030 %，鎳 ^ 0. 30%，銅< 0. 25%，鉬< 0. 15%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明中低碳鋼連鑄結晶器保護渣能夠提高結晶器內(nèi)凝固坯殼與器壁之間的潤滑性，保證連鑄順行，防止發(fā)生粘結漏鋼事故，克服了連鑄中低碳鋼時容易出現(xiàn)裂紋的缺陷，提高中低碳鋼鑄坯表面質(zhì)量，經(jīng)濟和社會效益顯著，推廣應用前景廣闊。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種中低碳鋼連鑄結晶器保護渣，該保護渣適用于連鑄中低碳鋼，特別適用于連鑄小方坯中低碳鋼。通過前期的實驗，本發(fā)明開發(fā)出一種中低碳鋼連鑄結晶器保護渣，該述保護渣含有CaO、SiO2, A1203、Na2O, K2O, F(氟都是以負一價形式存在)和C，所述保護渣的堿度為 0.91 1.0，1300°C下的粘度為0.25 0.:341 * S，熔點為1060 1090°C。通過實驗表明，同等條件下，該配方的保護渣能夠比現(xiàn)有技術明顯提高中低碳鋼鑄坯表面質(zhì)量，出現(xiàn)的裂紋明顯減少。在本發(fā)明中，所述堿度是指所述保護渣中CaO與SW2的重量比，因此，可以通過增大CaO的含量或減小SW2的含量來提高所述保護渣的堿度，也可以通過減小CaO的含量或增大S^2的含量來降低所述保護渣的堿度。所述粘度可以通過常規(guī)的方法例如吊絲法在 1300°C下測得，所述保護渣的粘度與其中的F、Na2O, K2O和Al2O3成分有關，當Al2O3的含量相對增大時，所述保護渣的粘度增大，當F、Na2CKK2O的含量相對增大時，所述保護渣的粘度減小。所述熔點可以通過常規(guī)的方法例如半球點法測得，所述保護渣的熔點與其中的Na2O 和Al2O3成分有關，當Al2O3的含量相對增大時，所述保護渣的熔點增大，當妝20的含量相對增大時，所述保護渣的熔點減小。其中，為了使保護渣的效果更好，上述保護渣中堿度優(yōu)選為0. 93 0. 97，1300°C下的粘度優(yōu)選為0.沘 0. 31Pa · S，熔點為1070 1080°C。上述保護渣中，為了使保護渣的效果更好，以所述保護渣總重量為基準，按重量百分比含有 CaO 31 39%、Si02 31 40%、A1203 4 8%、恥20和 K2O 5. 7 11.7%、F 1 5%,C8 12%。為了進一步提高結晶器下口處鑄坯坯殼與結晶器壁間的潤滑，減少摩擦阻力，同時保證結晶器內(nèi)坯殼傳熱均勻，從而能夠有效消除中低碳鋼鑄坯表面缺陷。以所述保護渣總重量為基準，按重量百分比含有CaO 33 36%、SiO2 34 37%、Al2O3 5 7%、Na20禾口 K2O 7 10%、F 2 4%、C 8 10. 5%。由于粉末型保護渣在使用過程中對環(huán)境污染嚴重，腐蝕設備，吹損浪費多，而實體顆粒渣使用效果不好，所以本發(fā)明采用空心顆粒渣；同時，由于在相同的組分以及組分含量的條件下，預熔型空心顆粒渣相對于混合型和燒結型空心顆粒渣來講能夠提高保護渣熔化過程的均勻性，因此，上述保護渣優(yōu)選為預熔型空心顆粒渣。為了使效果更好，其顆粒直徑優(yōu)為為0. 1 1毫米，且顆粒直徑在0. 1 0. 8毫米的預熔型空心顆粒渣占總重量的80% 以上。本發(fā)明還提供一種中低碳鋼連鑄結晶器保護渣的制備方法先將含鈣化合物的原料、含硅化合物的原料、含鋁化合物的原料、含鈉化合物的原料，含鉀化合物的原料、含氟化合物的原料混合均勻并熔融，再加入炭黑、石墨或焦炭中的至少一種均勻混合、噴霧造粒即可；其中，原料的配比為制備得到的保護渣的堿度為0.91 1.0，1300°C下的粘度為 0. 25 0. 34Pa · S，熔點為 1060 1090°C。在上述方法中，所述熔融可以采用電爐或沖天爐來實施，常用的是電爐。所述噴霧造粒的方法已為本領域技術人員所公知，包括將保護渣原料加水制成漿料，通過壓力泵將漿料送至噴霧造粒干燥塔中進行造粒干燥，再經(jīng)篩選即得到粒子直徑范圍為0. 1 1. 0毫米的保護渣，并且80重量％以上的中空球狀顆粒的粒徑在0. 1 0. 8毫米范圍內(nèi)。噴霧造粒時的參數(shù)如下漿料濃度為20 80%、壓力為1- 3兆帕、進風溫度為600 900°C、排煙溫度為100 300°C、噴片直徑為1. 5 2. 5毫米。上述方法中所述含鈣化合物的原料為預熔渣、硅灰石或水泥熟料中的至少一種， 優(yōu)選為預熔渣；所述含硅化合物的原料為預熔渣、硅灰石、水泥熟料、石英砂或長石中的至少一種，優(yōu)選為預熔渣；所述含鋁化合物的原料為預熔渣、鋁礬土、水泥熟料或白泥中的至少一種，優(yōu)選為預熔渣和鋁礬土 ；所述含鈉化合物的原料為預熔渣和/或碳酸鈉，所述含鉀化合物的原料為碳酸鉀，所述含氟化合物的原料為預熔S和/或螢石，優(yōu)選為螢石。本發(fā)明進一步提供了一種中低碳鋼的連鑄方法鋼水進入連鑄結晶器時，在上述的中低碳鋼連鑄結晶器保護渣的保護狀態(tài)下進行連鑄。上述方法中所述保護渣的加入量為0. 35 0. 50千克每噸鋼水。上述方法中連鑄時的拉速為1. 5 2. Om/min，連鑄得到的連鑄坯為小方坯，其橫斷面邊長為180 250mm。上述方法中所述鋼水的重量配比為碳0. 17 0. 23%，硅0. 17 0. 37%，錳 0. 80 1. 10 %，鈦 0. 04 0. 10 %，鉻 1. 00 1. 30 %，硫彡 0. 030 %，磷彡 0. 030 %，鎳 ^ 0. 30%，銅< 0. 25%，鉬< 0. 15%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的描述，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。在實施例中，所用原料市場均有售，并且滿足如下條件所述預熔渣含有35 45%的CaO、;35 45%的Si02、2 5%的Al203、2 4%的Nei2O和2 4%的F ；所述水泥熟料含有60 70%的Ca0、20 30%的SiR和4 10%的Al2O3 ；所述石英砂含有85 98%的SW2 ；所述白泥含有30 50%的Al2O3 ；所述碳酸鈉為工業(yè)碳酸鈉，純度大于98% ； 所述碳酸鉀為工業(yè)碳酸鈉，純度大于96% ；所述螢石中氟化鈣的含量在70%以上。實施例一用本發(fā)明保護渣連鑄中低碳鋼先將70重量份的預熔渣、3重量份的碳酸鈉、3重量份的螢石、5重量份的石英砂、 3重量份的白泥、3重量份的水泥熟料、3重量份的碳酸鉀混合均勻并熔融，加入2重量份的碳黑和11重量份的石墨均勻混合。將上述原料加水制成漿料，通過壓力泵將漿料送至噴霧造粒干燥塔中進行造粒干燥，再經(jīng)篩選即得到粒子直徑范圍為0. 1 1. O毫米的保護渣，并且80重量％以上的中空球狀顆粒的粒徑在0. 1 0. 8毫米范圍內(nèi)。噴霧造粒時的參數(shù)如下漿料濃度為20 80 重量％、壓力為1 3兆帕、進風溫度為600 900°C、排煙溫度為100 300°C、噴片直徑為1. 5 2. 5毫米。制備得到保護渣，以保護渣總重量為基準，CaO的含量34%、SiO2的含量36%、 Al2O3的含量6%、Na2O和K2O的含量8%、F的含量2%、C的含量9% ；保護渣的堿度為0. 93， 1300°C下的粘度為0. 31Pa · S，熔點為10700C0用本實施例制備得到的保護渣連鑄20CrMnTi齒輪鋼，20CrMnTi鋼水成分重量百分含量見表1 (在連鑄過程中，一個中間包連鑄6 10爐甚至更多，每爐的化學成分有一定的波動，但均控制在表1范圍內(nèi)，下同)。連鑄坯斷面為200X 200mm，拉速為1. 5 1. 8m/ min0連鑄過程順行，結晶器內(nèi)渣況良好，渣面活躍，保護渣的消耗量為0. 40kg/t鋼，且保護渣液渣層厚度為10 11mm，有利于保證澆鑄過程中坯殼與結晶器之間的潤滑，防止發(fā)生粘結漏鋼事故。從鑄坯質(zhì)量檢驗結果來看，鑄坯表面質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)表面裂紋和凹坑缺陷， 鑄坯表面無缺陷率達到100%。表1 20CrMnTi鋼水化學成分(％ )
權利要求
1.中低碳鋼連鑄結晶器保護渣，所述保護渣含有CaO、SiO2,A1203、Na2O, K2O, F和C，其特征在于所述保護渣的堿度為0. 91 1. 0，1300°C下的粘度為0. 25 0. 34Pa *S，熔點為 1060 1090 。
2.根據(jù)權利要求1所述的中低碳鋼連鑄結晶器保護渣，其特征在于所述保護渣的堿度為0. 93 0. 97，1300°C下的粘度為0.沘 0. 31Pa · S，熔點為1070 1080°C。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的中低碳鋼連鑄結晶器保護渣，其特征在于以所述保護渣總重量為基準，按重量百分比含有CaO 31 39%、SiR 31 40%、Al2O3 4 8%、Na2O 和 1(205· 7 11. 7%、F 1 5%、C8 12%。
4.根據(jù)權利要求3所述的中低碳鋼連鑄結晶器保護渣，其特征在于以所述保護渣總重量為基準，按重量百分比含有CaO 33 36%、SiR 34 37%、Al2O3 5 7%、Na2O禾口 K2O 7 10%、F 2 4%、C 8 10. 5%。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的中低碳鋼連鑄結晶器保護渣，其特征在于所述保護渣為預熔型空心顆粒渣，其顆粒直徑為0. 1 1毫米，且顆粒直徑在0. 1 0. 8毫米的預熔型空心顆粒渣占總重量的80%以上。
6.中低碳鋼連鑄結晶器保護渣的制備方法，其特征在于先將含鈣化合物的原料、含硅化合物的原料、含鋁化合物的原料、含鈉化合物的原料、含鉀化合物的原料、含氟化合物的原料混合均勻并熔融，再加入炭黑、石墨或焦炭中的至少一種均勻混合、噴霧造粒即可； 其中，原料的配比為制備得到的保護渣的堿度為0. 91 1. 0，1300°C下的粘度為0. 25 0. 34Pa · S，熔點為 1060 1090°C。
7.根據(jù)權利要求6所述的中低碳鋼連鑄結晶器保護渣的制備方法，其特征在于所述含鈣化合物的原料為預熔渣、硅灰石或水泥熟料中的至少一種，所述含硅化合物的原料為預熔渣、硅灰石、水泥熟料、石英砂或長石中的至少一種，所述含鋁化合物的原料為預熔渣、 鋁礬土、水泥熟料或白泥中的至少一種，所述含鈉化合物的原料為預熔渣和/或碳酸鈉，所述含鉀化合物的原料為碳酸鉀，所述含氟化合物的原料為預熔渣和/或螢石。
8.中低碳鋼的連鑄方法，其特征在于鋼水進入連鑄結晶器時，在權利要求1至4中任一項權利要求所述的中低碳鋼連鑄結晶器保護渣的保護狀態(tài)下進行連鑄。
9.根據(jù)權利要求7所述的中低碳鋼的連鑄方法，其特征在于所述保護渣的加入量為.0.35 0. 50千克每噸鋼水。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的中低碳鋼的連鑄方法，其特征在于連鑄時的拉速為.1.5 2. Om/min，連鑄得到的連鑄坯為小方坯，其橫斷面邊長為180 250mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中低碳鋼連鑄結晶器保護渣及其制備方法和中低碳鋼的連鑄方法，屬于煉鋼技術領域。中低碳鋼連鑄結晶器保護渣，所述保護渣含有CaO、SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、F和C，所述保護渣的堿度為0.91～1.0，1300℃下的粘度為0.25～0.34Pa·S，熔點為1060～1090℃。本發(fā)明保護渣能夠提高結晶器內(nèi)凝固坯殼與器壁之間的潤滑性，保證連鑄順行，防止發(fā)生粘結漏鋼事故，克服了連鑄中低碳鋼時容易出現(xiàn)裂紋的缺陷，提高中低碳鋼鑄坯表面質(zhì)量，經(jīng)濟和社會效益顯著，推廣應用前景廣闊。
文檔編號B22D11/111GK102218514SQ20111021055
公開日2011年10月19日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權日2011年7月26日
發(fā)明者吳國榮, 曾建華, 李志強, 李青春, 楊文中, 潘紅, 解明科, 陳永, 黃平 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司, 攀鋼集團有限公司, 攀鋼集團研究院有限公司