專利名稱：一種高鋁鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高鋁鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣，適用于凝固過(guò)程中有包晶反應(yīng)的高鋁鋼([A1]=0. 5% 3. 5%)鋼種的板坯連鑄生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的結(jié)晶器保護(hù)渣主要由CaO和SiO2組成，此外為調(diào)節(jié)熔融渣的黏度和凝固溫度，會(huì)添加A1203、MgO、Na2O, F和Li2O等，另外為調(diào)整熔渣的熔化速度還會(huì)添加C等。在高鋁鋼澆鑄過(guò)程中，由于鋼水中的高鋁含量，容易與保護(hù)渣中一些組成元素發(fā)生反應(yīng)，引起保護(hù)渣成份發(fā)生改變，從而導(dǎo)致保護(hù)渣性能不穩(wěn)定。另外，由于部分高鋁鋼屬于裂紋敏感鋼，在凝固過(guò)程中會(huì)發(fā)生包晶反應(yīng)，從而產(chǎn)生相變收縮應(yīng)力，如果澆鑄過(guò)程中收縮應(yīng)力來(lái)不及釋放時(shí)，容易產(chǎn)生縱裂等表面質(zhì)量缺陷。降低保護(hù)渣中易與鋼水中鋁發(fā)生反應(yīng)的一些成份的含量，能在一定程度上減少渣鋼反應(yīng)帶來(lái)的不利影響。例如，中國(guó)專利200710042540. 6公開的“一種高鋁鋼用連鑄保護(hù)渣及其制造方法”，此發(fā)明的技術(shù)特征在于，其組成成份的重量百分比為Ca0+Al203 50% 60%，且 CaOAl2O3=O. 7 1. 3，SrO :4% 10%，BaO 2% "5%, MgO 1. 5 3%，助熔劑=Na2O 10% 16%，Li2O :2% 5%，F(xiàn) :6% 12%，并保持SiO2 ( 2%。該發(fā)明將SiO2含量控制在2%以內(nèi)， 能降低渣鋼反應(yīng)性，有效抑制了渣鋼反應(yīng)引起的保護(hù)渣成份改變和性能惡化，從而使得高鋁鋼連鑄生產(chǎn)順利進(jìn)行，鑄坯表面質(zhì)量良好。但是，由于該發(fā)明保護(hù)渣堿度高，結(jié)晶性強(qiáng)，在應(yīng)用過(guò)程中會(huì)存在熔化欠佳、易結(jié)渣圈及消耗量偏低的問(wèn)題。另外，該發(fā)明中Na2O含量較高，仍會(huì)與鋼水中的鋁發(fā)生反應(yīng)，從而對(duì)熔融渣的凝固溫度等造成不利影響，而且Na2O會(huì)以 Na-Al-O晶體不均勻析出，影響鑄坯到結(jié)晶器的傳熱。常規(guī)包晶鋼保護(hù)渣通過(guò)在凝固過(guò)程中析出槍晶石晶體來(lái)控制鑄坯向結(jié)晶器的傳熱，以實(shí)現(xiàn)鑄坯表面的緩冷和均勻冷卻。但連鑄含高Al的鋼種時(shí)，因?yàn)楸Ｗo(hù)渣組成變動(dòng)，所以穩(wěn)定生成槍晶石困難。中國(guó)專利200780023032. 1公開的“高鋁鋼的連續(xù)鑄造方法及結(jié)晶器保護(hù)渣”，該發(fā)明保護(hù)渣中Li2O含量為7 13%，通過(guò)使渣膜中析出LiAlO2晶體來(lái)取代槍晶石控制傳熱。該發(fā)明保護(hù)渣能夠有效地防止鑄坯的凹凸和裂紋，但是使LiAW2析出能夠防止鑄坯的凹凸和裂紋的正確的機(jī)理尚不明確，并且Li2O含量偏高，會(huì)增加連鑄的成本。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種適用于凝固過(guò)程中有包晶反應(yīng)的高鋁鋼([A1]=0. 5% 3. 5%)鋼種板坯連鑄生產(chǎn)的結(jié)晶器保護(hù)渣。本發(fā)明的高鋁鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣解決的技術(shù)問(wèn)題是減緩渣鋼反應(yīng)引起的保護(hù)渣性能惡化，提高渣鋼界面張力以防止卷渣，保證良好的潤(rùn)滑鑄坯和控制傳熱特性，提高吸附Al2O3夾雜的能力。本發(fā)明的另一目的是提供制備所述高鋁鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣的方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種高鋁鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣，其特征在于，組成元素成份重量百分比滿足15%彡CaO彡40%, 3%彡SiO2彡15%, 10%彡Al2O3彡20%, MgO彡3%, Fe2O3 彡 3%, 6% 彡 F 彡 15%, Na2O 彡 1. 5%, 3% 彡 Li2O 彡 10%, 5% 彡 BaO 彡 20%, SrO 彡 5%, B2O3彡5%, 2%彡C彡15%，其余為雜質(zhì)。本發(fā)明的高鋁鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣的化學(xué)成份的作用機(jī)理及其限定原因如下
CaO:是保護(hù)渣中的主要成份，來(lái)源廣，成本低，而且不會(huì)與鋼液中Al發(fā)生反應(yīng)。但由于 CaO易與其它成份結(jié)合生成高熔點(diǎn)的結(jié)晶礦相，引起熔化溫度升高，故本發(fā)明將CaO含量控制在15 40%范圍。SiO2 是保護(hù)渣中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成體，使保護(hù)渣熔渣形成玻璃相，以利于鑄坯潤(rùn)滑。但是SiA易與鋼液中Al發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致保護(hù)渣成份發(fā)生改變，影響保護(hù)渣性能的穩(wěn)定性，故本發(fā)明將SiA含量控制在3 15%范圍。Al2O3 是典型的兩性氧化物，在堿性熔渣中屬于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成體，通過(guò)適當(dāng)增大 Al2O3濃度和降低SiA濃度，能減少或抑制SiA的還原。本發(fā)明將Ai2O3含量控制在1(Γ20% 范圍。Mg0、Ba0和SrO 屬于堿金屬，在保護(hù)渣中代替CaO能改善渣的玻璃化程度，但由于這三個(gè)堿金屬本身的熔點(diǎn)較高，且易與其它成份結(jié)合生成高熔點(diǎn)的結(jié)晶礦相，故本發(fā)明中將其含量分別控制為=MgOOA 5%<Ba0<20%, Sr0<5%。Fe2O3 具有很強(qiáng)的氧化性，應(yīng)將!^e2O3的量控制在較低范圍內(nèi)，從而提高保護(hù)渣的防氧化能力，故本發(fā)明將狗203含量控制在(Γ3%范圍。F:是一種主要的助熔劑，能促進(jìn)槍晶石的生成，但是在高堿性的熔渣環(huán)境下，較高含量的(必2會(huì)以晶體形式存在，從而使得熔化溫度上升，故本發(fā)明將F含量控制在6 15%范圍。Na2O和Li2O =Na2O是一種主要的助熔劑，價(jià)格便宜，但是Na2O會(huì)與鋼液中Al發(fā)生反應(yīng)，且析出的Na-Al-O晶體不利于鑄坯到結(jié)晶器的傳熱，故本發(fā)明將Na2O含量控制在 (Tl. 5%范圍；Li2O代替Na2O作為助熔劑，成本高，但作用明顯，本發(fā)明將Li2O含量控制在 3 10%范圍?；?3:屬于酸性氧化物，是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成體，在SiO2含量較低的情況下能協(xié)調(diào)熔渣酸堿性并改善保護(hù)渣潤(rùn)滑性，但化03會(huì)與鋼液中Al發(fā)生反應(yīng)，故本發(fā)明將化03含量控制在 0 5%范圍。C 在保護(hù)渣中充當(dāng)骨架，能調(diào)節(jié)保護(hù)渣的熔化速度，本發(fā)明將C含量控制在2 15% 范圍。高鋁鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣的制備方法，包含如下步驟
1)分別檢測(cè)原材料硅灰石、石灰石、石英砂、螢石、鋁釩土、碳酸鍶、碳酸鋇、鎂砂、含水硼砂、工業(yè)用蘇打、碳酸鋰和碳質(zhì)材料的化學(xué)成分，選擇重量百分比滿足以下要求的原材料
硅灰石43-53%，Ca040-49% , FeO < 1. 0% , S < 0. 03%, 石灰石:Ca053-55%, SiO2 < 6. 0%, S < 0. 1%， 石英砂=SiO2 > 95%,
瑩石=CaF2 85-90%, SiO2 < 6. 0%, S < 0. 05%,碳酸鋰=Li2CO3 > 98%,
工業(yè)用蘇打=Na2CO3 > 95%，
鋁釩土 A1203>75%，Si02<8%,
碳酸鍶SrC03>96%，
碳酸鋇BaC03>95%，
鎂砂MgO>859i)，Si02<6%, Al203<2%,
含水硼砂Νει20=10-20%，B2O3 = 30-40%,
碳質(zhì)材料C > 85% ；
2)根據(jù)高鋁鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣組成元素成份重量百分比滿足的條件，計(jì)算所需各原材料的重量；
3)按照上述計(jì)算所得重量稱取硅灰石、石灰石、石英砂、瑩石、碳酸鋰、工業(yè)用蘇打、鋁礬土、碳酸鍶、碳酸鋇、鎂砂和含水硼砂，將稱量好的各原料混合加入礦熱爐中，在 1350°C -1450°C內(nèi)保溫30分鐘，使其熔化均勻，出爐后自然冷卻，從而得到預(yù)熔料；
4)將預(yù)熔料破碎加工到200目以下后，加入所需量的碳質(zhì)材料，然后在精磨機(jī)中加入干料重量0. 8-1. 2倍的常溫水，干料重量1. 6-2%的纖維素粘結(jié)劑，精磨30-60分鐘，制成料漿；
5)將得到的漿料送入噴霧顆粒干燥塔內(nèi)干燥制粒，產(chǎn)品要求水分小于0.5%，粒度在 0.0廣2mm范圍，密封裝袋待用。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果
本發(fā)明有降低了渣鋼反應(yīng)性以減緩渣鋼反應(yīng)引起的保護(hù)渣性能惡化，提高了渣鋼界面張力以防止卷渣，保證了良好的潤(rùn)滑鑄坯和控制傳熱特性，提高了吸附Al2O3夾雜的能力， 能夠澆注出表面質(zhì)量品質(zhì)優(yōu)異的高鋁鋼鑄坯。具體表現(xiàn)在以下方面
1)該保護(hù)渣中的反應(yīng)性成份SiA含量為3 15%，含量較傳統(tǒng)保護(hù)渣低，能有效降低鋼渣反應(yīng)性從而減緩渣鋼反應(yīng)引起的保護(hù)渣性能惡化。另一反應(yīng)性成份化03能調(diào)節(jié)保護(hù)渣的酸堿性，因?yàn)槠浜靠刂圃?%以下，不會(huì)增加渣鋼反應(yīng)程度。2)該保護(hù)渣中Na2O含量不大于1. 5 %，可以提高鋼渣的界面張力，防止連鑄過(guò)程中保護(hù)渣卷渣。3)該保護(hù)渣結(jié)晶性較強(qiáng)，能有效控制鑄坯到結(jié)晶器的傳熱，而BaO和SrO取代CaO 又能提高保護(hù)渣的玻璃化程度，從而改善保護(hù)渣潤(rùn)滑性。因此，該保護(hù)渣具有良好的潤(rùn)滑鑄坯和控制傳熱特性。4)該保護(hù)渣的堿度，即CaO/SiA的值，不小于1，較傳統(tǒng)保護(hù)渣高，具有較強(qiáng)的吸收夾雜的能力。5)該保護(hù)渣適用于凝固過(guò)程中有包晶反應(yīng)的高鋁鋼([A1]=0. 5% 3. 5%)鋼種板坯連鑄生產(chǎn)。6)本發(fā)明保護(hù)渣的制備方法操作簡(jiǎn)單，方便可行。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的高鋁鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣作進(jìn)一步說(shuō)明。
表1列出了按照本發(fā)明的高鋁鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣及其制造方法生產(chǎn)出的五個(gè)實(shí)施例的典型化學(xué)成份重量百分比，余量為不可避免的雜質(zhì)。表2列出了五個(gè)實(shí)施例的保護(hù)渣預(yù)熔原料重量比。表3列出了五個(gè)實(shí)施例的保護(hù)渣對(duì)應(yīng)的一些重要性能。表4列出了五個(gè)實(shí)施例的保護(hù)渣對(duì)應(yīng)澆鑄的鋼種典型成份。
表1連鑄保護(hù)渣的典型化學(xué)成份(重量百分比，％)
權(quán)利要求
1.一種高鋁鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣，其特征在于，該保護(hù)渣以硅灰石、石灰石、石英砂、螢石、鋁釩土、碳酸鍶、碳酸鋇、鎂砂、含水硼砂、工業(yè)用蘇打、碳酸鋰和碳質(zhì)材料為原材料配制而成，組成元素成份重量百分比滿足15% ( CaO ( 40%, 3% ( SiO2 ( 15%， 10% 彡 Al2O3 彡 20%, MgO 彡 3%, Fe2O3 彡 3%, 6% 彡 F 彡 15%, Na2O 彡 1. 5%, 3% 彡 Li2O 彡 10%, 5%彡BaO彡20%, SrO彡5%, B2O3彡5%, 2%彡C彡15%,其余為雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋁鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣，其特征在于，所述保護(hù)渣中的 SiO2的重量百分比為5. 2°/Γ 5%。
3.如權(quán)利要求1所述高鋁鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣的制備方法，其特征在于，包含如下步驟1)分別檢測(cè)原材料硅灰石、石灰石、石英砂、螢石、鋁釩土、碳酸鍶、碳酸鋇、鎂砂、含水硼砂、工業(yè)用蘇打、碳酸鋰和碳質(zhì)材料的化學(xué)成分，選擇重量百分比滿足以下要求的原材料硅灰石43-53%，Ca040-49% , FeO < 1. 0% , S < 0. 03%, 石灰石:Ca053-55%, SiO2 < 6. 0%, S < 0. 1%， 石英砂=SiO2 > 95%,瑩石=CaF2 85-90%, SiO2 < 6. 0%, S < 0. 05%,碳酸鋰=Li2CO3 > 98%,工業(yè)用蘇打=Na2CO3 > 95%，鋁釩土 A1203>75%，Si02<8%,碳酸鍶SrC03>96%，碳酸鋇BaC03>95%，鎂砂MgO>859i)，Si02<6%, Al203<2%,含水硼砂Νει20=10-20%，B2O3 = 30-40%,碳質(zhì)材料C > 85% ；2)根據(jù)高鋁鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣組成元素成份重量百分比滿足的條件，計(jì)算所需各原材料的重量；3)按照上述計(jì)算所得重量稱取硅灰石、石灰石、石英砂、瑩石、碳酸鋰、工業(yè)用蘇打、鋁礬土、碳酸鍶、碳酸鋇、鎂砂和含水硼砂，將稱量好的各原料混合加入礦熱爐中，在 1350°C -1450°C內(nèi)保溫30分鐘，使其熔化均勻，出爐后自然冷卻，從而得到預(yù)熔料；4)將預(yù)熔料破碎加工到200目以下后，加入所需量的碳質(zhì)材料，然后在精磨機(jī)中加入干料重量0. 8 1. 2倍的常溫水，干料重量1. 6 2%的纖維素粘結(jié)劑，精磨30 60分鐘， 制成料漿；5)將得到的漿料送入噴霧顆粒干燥塔內(nèi)干燥制粒，產(chǎn)品要求水分小于0.5%，粒度在 0.0廣2mm范圍，密封裝袋待用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高鋁鋼連鑄用結(jié)晶器保護(hù)渣，其組成元素成份重量百分比滿足15%≤CaO≤40%，3%≤SiO2≤15%，10%≤Al2O3≤20%，MgO≤3%，F(xiàn)e2O3≤3%，6%≤F≤15%，Na2O≤1.5%，3%≤Li2O≤10%，5%≤BaO≤20%，SrO≤5%，B2O3≤5%，2%≤C≤15%，其余為雜質(zhì)。按照上述成份范圍，計(jì)算并稱取所需原材料經(jīng)混合加入礦熱爐中熔化均勻，經(jīng)過(guò)冷卻，破碎加入所需量的碳質(zhì)材料，再精磨，最后經(jīng)噴霧顆粒干燥塔內(nèi)干燥制粒。該保護(hù)渣降低渣鋼反應(yīng)性以減緩渣鋼反應(yīng)引起的保護(hù)渣性能惡化，提高了渣鋼界面張力以防止卷渣，保證了良好的潤(rùn)滑鑄坯和控制傳熱特性，提高了吸附Al2O3夾雜的能力，能夠澆注出表面質(zhì)量品質(zhì)優(yōu)異的高鋁鋼鑄坯。
文檔編號(hào)B22D11/111GK102389955SQ20111038129
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月26日
發(fā)明者何生平, 吳婷, 徐建飛, 楊穎 , 王謙 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)