CN104308104A - 一种新型保护渣及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型保护渣及其应用；属于钢铁连铸保护渣技术领域。本发明所述保护渣，以质量百分比计包括下述组分：CaO 30～33％、SiO228～34％、Al2O32～5％、MgO 1～3％、(Na2O+Li2O)12～16％、B2O31～6％、F-11～14％。该保护渣具有熔点低(950～1050℃)、粘度低(1300℃粘度为0.06～0.10Pa·s)、结晶温度高(1215～1302℃)等特点。本发明所设计的保护渣适用于C质量百分含量在1.3～1.8％，Cr质量百分含量在10～15％范围内的高碳含铬钢的连铸。将本发明所述的保护渣应用于高碳含铬钢板坯连铸生产过程中，能有效地吸收结晶器内Cr2O3等高熔点夹杂物，提高保护渣渗透能力，实现弯月面的缓冷，从而达到增加铸坯润滑，控制弯月面处传热，减少铸坯纵裂和夹杂，提高铸坯质量的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型保护渣及其应用；属于钢铁连铸保护渣技术领域。
背景技术
作为连铸过程中重要的功能材料，保护渣在连铸结晶器内发挥绝热保温、防止钢水二次氧化、吸收非金属夹杂、润滑坯壳和控制传热等重要作用。保护渣性能的好坏，直接决定着铸坯质量，从而影响生产效益。
高碳含铬钢首先作为高碳钢，由Fe-C二元相图可知，随着钢中碳含量的增加，钢的液固相线温温差变大，因此，高碳钢具有较宽的糊状温度区间，更容易引起碳和磷、硫等杂质元素的偏析宏观偏析，使得高碳钢高温塑性较差，高温抗拉强度低；同时，高碳钢在凝固过程中直接从液钢中析出奥氏体，因此初始凝固坯壳收缩小，在钢水静压力作用下坯壳和结晶器壁接触紧密，保护渣难以渗入，使得保护渣在结晶器/铸坯间隙内的分布不均匀，导致坯壳因润滑不好而受到的摩擦力和因传热不均匀而产生的额外热应力增加，铸坯容易产生裂纹，严重时产生拉漏事故。因此，保障高碳含铬钢连铸顺利进行的首要问题是如何满足铸坯润滑的需要，这需要保护渣具有较低的粘度和熔化温度。
其次高碳含铬钢中添加的合金元素Cr，虽然Cr的加入能大幅改善钢材质量，但Cr却对整个生产过程产生不利影响。Cr在炼钢、精炼和浇铸过程中易与空气中或者钢液中溶解的O结合，生产一定量的高熔点Cr2O3氧化物。这些高熔点氧化物进入结晶器后，会上浮进入保护渣中，从而恶化保护渣性能，抑制保护渣结晶。从而使保护渣无法有效控制弯月面处传热，实现弯月面的缓冷，最终导致高碳含铬钢连铸过程中铸坯产生大量纵裂和夹杂，严重影响铸坯质量。因此，这又要求保护渣能具有较强的结晶温度高。
从文献检索的情况来看，目前有一些针对高碳钢连铸过程设计和开发的保护渣，如公开号为CN 102101162A的专利《CSP薄板坯高碳钢连铸用开浇渣》，公开号为CN 102335731A的专利《高碳刀模具钢用连铸保护渣》和公开号为CN 103223477A的专利《高碳钢用连铸结晶器保护渣》。但这些保护渣均未考虑高碳含铬钢中的Cr元素氧化形成的高熔点Cr2O3，对保护渣性能恶化的影响，以及由此而产生的铸坯产生大量纵裂和夹杂等问题，因此这些保护渣不适合用于板坯连铸机生产高碳含铬钢，尤其不适合用于板坯连铸机生产C质量百分含量在1.3～1.8％，Cr质量百分含量在10～15％的高碳含铬钢铸坯产品
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种组分配比合理、粘度低、熔点低、结晶温度高的保护渣及其在高碳含铬钢中的应用。
本发明一种保护渣，以质量百分比计包括下述组分：
CaO 30～33％，优选为30-32％，进一步优选为30.2-31.8％；
SiO228～34％，优选为28-31％，进一步优选为28.7-30.2％；
Al2O32～5％，优选为3-4％，进一步优选为3.2-3.8％；
MgO 1～3％，优选为1.5-2.5％，进一步优选为1.8-2.2％；
(Na2O+Li2O)12～16％，优选为14-16％，进一步优选为14.5-15.5％；
B2O31～6％，优选为2-5％，进一步优选为2.5-3.2％；
F-11～14％；优选为11.5-13.5％，进一步优选为12-13％。
本发明所述保护渣中，CaO与SiO2质量比为0.95～1.15：1。优选为1.0-1.15：1，进一步优选为1.05-1.15：1。
本发明所述保护渣中，所述F-以CaF2、NaF、Na3AlF6中任意一种的形式配入保护渣。
本发明所述保护渣的熔点范围为950～1050℃，1300℃的粘度范围为0.06～0.10Pa·s，结晶温度范围为1215～1302℃。
本发明所述保护渣中，Na2O与Li2O的质量比为3～9：1，优选为4～8：1，进一步优选为6-7：1。
本发明所述保护渣的应用，包括用做含铬钢连铸保护渣。
本发明所述保护渣的应用，所述含铬钢中Cr质量百分含量为10～15％。
本发明所述保护渣的应用，所述含铬钢中，C质量百分含量为1.3～1.8％。
原理及优势
原理
本发明所述保护渣中，添加B2O3的主要作用是：通过B2O3的与其他组分的协同作用，在增加保护渣溶解Cr2O3的能力同时，将保护渣的熔点控制在950～1050℃。B2O3用量需严格控制，过多会导致保护渣熔点过低，保护渣熔化速率过快，导致保护渣隔热保温效果不好；反过来，B2O3用量过低，则达不到完全吸收溶解Cr2O3的效果。
本发明所述保护渣中，添加Na2O和Li2O的主要目的是：通过控制Na2O与Li2O的质量比以及二者与其他组元的协同作用，尤其是Na2O、Li2O与B2O3的协同作用，实现了降低保护渣粘度的目的，同时也实现了降低保护渣熔点的目的。
本发明通过控制CaO与SiO2质量比为在0.95～1.15和F-10～13％的主要目的是确保保护渣具有较强的结晶能力，实现结晶器弯月面处缓冷。
与现有技术相比较本发明所具有的优势
1)吸收高熔点Cr2O3夹杂物的能力强；本发明在其他组分的协同作用下，使得B2O3能与Cr2O3结合能形成低熔点化合物，从而使得钢液中合金元素Cr氧化生成的高熔点Cr2O3夹杂物，能在保护渣中快速熔解，从而降低保护渣熔点和粘度。
2)熔点和粘度低。通过添加助熔剂Na2O和Li2O并控制二者的质量比，在各组元的协同作用下，降低了保护渣的熔点和粘度，从而增加连铸过程中保护渣的消耗量，保障铸坯得到良好的润滑。
3)结晶性能好。通过控制CaO与SiO2质量比，也就是保护渣的二元碱度，通过控制CaF2的加入量，提高了保护渣结晶能力，使得结晶器内弯月面处能快速形成一层保护渣结晶层，减少弯月面处传热，实现弯月面缓冷。
综上所述，本发明提供的一种保护渣，具有熔点低、粘度低，结晶温度高，以及熔解、吸收高熔点Cr2O3夹杂物能力强等优点。在有效吸收结晶器内Cr2O3等高熔点夹杂物的同时，能提高保护渣渗透能力和控制弯月面处传热，从而实现铸坯有效润滑和弯月面的缓冷，大幅减少铸坯纵裂和夹杂等缺陷，显著提高铸坯质量和生产效益。适用于高碳含铬钢的连铸。
具体实施方式
以下结合实例对本发明作进一步的阐述，实例仅用于说明本发明，而不是以任何形式来限制本发明。
本发明的保护渣的熔化温度、1300℃的粘度分别采用冶金行业标准YB/T186和YB/T185测定。结晶温度采用行业通用的热丝法测定。测试过程中首先将保护渣原料按目标成分称量混合，然后采用中频感应炉熔化，使其成分均匀，再将熔融态渣倒入水中急冷得到玻璃态保护渣块体，最后将保护渣将块状保护渣碾磨成粉末后进行热丝实验。热丝法测量保护渣结晶温度过程中，先将载有保护渣的热电偶升温至1500℃，在保温3分钟后以20℃/s的冷却速率降温，通过连接在光学显微镜上的摄像机观察记录保护渣中析出晶体的时间，再根据该时间查找计算机采集到的保护渣温度，从而精确获得保护渣的结晶温度。
实施例1
一种保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：30.2％，SiO2：31.7％，Al2O3：3.6％，MgO：2.0％，(Na2O+Li2O)：15.9％(Na2O/Li2O＝4.3：1质量比)，B2O3：3.1％，F-：13.5％。该保护渣的碱度CaO/SiO2为0.95。采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣Cr质量百分含量为10％、C质量百分含量为1.3％的含铬钢连铸；所得铸坯纵裂和夹杂的情况出现的概率低于0.25％。
实施例2
一种高碳含铬钢连铸结晶器保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：31.7％，SiO2：30.2％，Al2O3：3.6％，MgO：2.0％，(Na2O+Li2O)：15.9％(Na2O/Li2O＝6.9：1质量比)，B2O3：3.1％，F-：13.5％。该保护渣的碱度CaO/SiO2为1.05。采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣Cr质量百分含量为11％、C质量百分含量为1.4％的含铬钢连铸；所得铸坯纵裂和夹杂的情况出现的概率低于0.23％。
实施例3
一种高碳含铬钢连铸结晶器保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：33.0％，SiO2：28.7％，Al2O3：3.6％，MgO：2.0％，(Na2O+Li2O)：15.9％(Na2O/Li2O＝6.9：1质量比)，B2O3：3.2％，F-：13.6％。该保护渣的碱度CaO/SiO2为1.15。采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣Cr质量百分含量为12％、C质量百分含量为1.5％的含铬钢连铸；所得铸坯纵裂和夹杂的情况出现的概率低于0.12％。
实施例4
一种高碳含铬钢连铸结晶器保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：31.0％，SiO2：29.5％，Al2O3：5.0％，MgO：2.0％，(Na2O+Li2O)：15.9％(Na2O/Li2O＝7.5：1质量比)，B2O3：3.1％，F-：13.5％。该保护渣的碱度CaO/SiO2为1.05。采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣Cr质量百分含量为13％、C质量百分含量为1.6％的含铬钢连铸；所得铸坯纵裂和夹杂的情况出现的概率低于0.15％。
实施例5
一种高碳含铬钢连铸结晶器保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：32.2％，SiO2：30.7％，Al2O3：3.6％，MgO：1.0％，(Na2O+Li2O)：15.9％(Na2O/Li2O＝6.9：1质量比)，B2O3：3.1％，F-：13.5％。该保护渣的碱度为CaO/SiO2为1.05。采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣Cr质量百分含量为14％、C质量百分含量为1.7％的含铬钢连铸；所得铸坯纵裂和夹杂的情况出现的概率低于0.21％。
实施例6
一种高碳含铬钢连铸结晶器保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：31.2％，SiO2：29.7％，Al2O3：3.6％，MgO：3.0％，(Na2O+Li2O)：15.9％(Na2O/Li2O＝6.9：1质量比)，B2O3：3.1％，F-：13.5％。该保护渣的碱度CaO/SiO2为1.05。采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣Cr质量百分含量为15％、C质量百分含量为1.8％的含铬钢连铸；所得铸坯纵裂和夹杂的情况出现的概率低于0.52％。
实施例7
一种高碳含铬钢连铸结晶器保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：34.2％，SiO2：32.6％，Al2O3：3.6％，MgO：2.0％，(Na2O+Li2O)：11.0％(Na2O/Li2O＝4.5：1质量比)，B2O3：3.1％，F-：13.5％。该保护渣的碱度CaO/SiO2为1.05。采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣Cr质量百分含量为15％、C质量百分含量为1.3％的含铬钢连铸；所得铸坯纵裂和夹杂的情况出现的概率低于0.62％。
实施例8
一种高碳含铬钢连铸结晶器保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：32.8％，SiO2：31.2％，Al2O3：3.6％，MgO：2.0％，(Na2O+Li2O)：15.9％(Na2O/Li2O＝6.9：1质量比)，B2O3：1.0％，F-：13.5％。该保护渣的碱度为CaO/SiO2为1.05。采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣Cr质量百分含量为10％、C质量百分含量为1.8％的含铬钢连铸；所得铸坯纵裂和夹杂的情况出现的概率低于0.46％。
实施例9
一种高碳含铬钢连铸结晶器保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：30.2％，SiO2：28.8％，Al2O3：3.6％，MgO：2.0％，(Na2O+Li2O)：15.9％(Na2O/Li2O＝6.9：1质量比)，B2O3：6.0％，F-：13.5％。该保护渣的碱度CaO/SiO2为1.05。采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣Cr质量百分含量为12％、C质量百分含量为1.3％的含铬钢连铸；所得铸坯纵裂和夹杂的情况出现的概率低于0.33％。
实施例10
一种高碳含铬钢连铸结晶器保护渣，其成分质量百分含量为：CaO：33.0％，SiO2：31.4％，Al2O3：3.6％，MgO：2.0％，(Na2O+Li2O)：15.9％(Na2O/Li2O＝6.9：1质量比)，B2O3：3.1％，F-：11.0％。该保护渣的碱度CaO/SiO2为1.05。采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施例所设计的保护渣Cr质量百分含量为13％、C质量百分含量为1..5％的含铬钢连铸；所得铸坯纵裂和夹杂的情况出现的概率低于0.26％。
表1 保护渣的主要物性参数
| 性能指标 | 熔点(℃) | 1300℃下粘度(Pa·s) | 结晶温度(℃) |
| 实施例1 | 976 | 0.09 | 1223 |
| 实施例2 | 993 | 0.07 | 1285 |
| 实施例3 | 1038 | 0.05 | 1296 |
| 实施例4 | 982 | 0.07 | 1280 |
| 实施例5 | 987 | 0.08 | 1275 |
| 实施例6 | 1006 | 0.06 | 1290 |
| 实施例7 | 1023 | 0.10 | 1218 |
| 实施例8 | 1017 | 0.08 | 1291 |
| 实施例9 | 952 | 0.07 | 1246 |
| 实施例10 | 1010 | 0.01 | 1251 |
Claims (10)
1.一种保护渣，其特征在于，以质量百分比计包括下述组分：
2.根据权利要求1所述的保护渣，其特征在于：以质量百分比计包括下述组分：
3.根据权利要求2所述的保护渣，其特征在于：以质量百分比计包括下述组分：
4.根据权利要求1所述的保护渣，其特征在于：保护渣中，CaO与SiO2质量比为0.95～1.15：1。
5.根据权利要求1所述的保护渣，其特征在于：保护渣中，所述F-以CaF2、NaF、Na3AlF6中任意一种的形式配入保护渣。
6.根据权利要求1任意一项所述的保护渣，其特征在于：所述保护渣的熔点为950～1050℃、1300℃的粘度为0.06～0.10Pa·s、结晶温度为1215～1302℃。
7.根据权利要求1任意一项所述的保护渣，其特征在于：所述保护渣中，Na2O与Li2O的质量比为3～9：1。
8.如权利要求1-7任意一项所述保护渣的应用，其特征在于：包括用作含铬钢连铸保护渣。
9.根据权利要求8所述的一种保护渣的应用，其特征在于：所述含铬钢中Cr质量百分含量为10～15％。
10.根据权利要求8所述的一种保护渣的应用，其特征在于：所述含铬钢中，C质量百分含量为1.3～1.8％。
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