一種新型含Mn、Al鋼保護渣及其應用的製作方法

2023-10-09 19:04:09

本發明涉及一種新型含Mn、Al鋼保護渣及其應用；屬於鋼鐵連鑄保護渣技術領域。

背景技術：

作為連鑄過程中重要的功能材料，保護渣在連鑄結晶器內發揮絕熱保溫、防止鋼水二次氧化、吸收非金屬夾雜、潤滑坯殼和控制傳熱等重要作用。保護渣性能的好壞，直接決定著鑄坯質量，從而影響生產效益。

然而由於含Mn、Al鋼中高鋁高錳含量使得其在連鑄過程中出現了諸多問題：(1)鋼中Mn、Al等合金元素含量較高，液相線溫度低(較常規中碳鋁鎮靜鋼低80℃左右)，且凝固過程中鋼液結晶潛熱大、鑄坯凝固速度慢；(2)鋼中Al易與保護渣中SiO2等發生氧化還原反應，導致保護渣液渣變性，使保護渣中Al2O3含量增加，SiO2含量減少，鹼度變大，熔點、粘度增加；(3)含Mn、Al鋼屬於奧氏體鋼，熱膨脹係數大，在結晶器內凝固時坯殼收縮嚴重，容易使坯殼厚度不均勻，導致表面凹陷、裂紋等缺陷；(4)鋁含量高，氧化後形成的Al2O3來不及進入液渣，連鑄時水口易結瘤堵塞。

針對上述含Mn、Al鋼連鑄過程出現的問題，現有思路通過增加SiO2含量控制澆注過程中保護渣鹼度變化在正常範圍內，並且降低渣中Al2O3含量以保持澆注過程中保護渣Al2O3含量在可控範圍內，同時調節渣中其他成分的含量以使保護渣滿足連鑄生產的要求。從文獻檢索的情況來看，目前針對含Mn、Al鋼連鑄過程設計和開發的保護渣相對較少。公開號為CN 102233414 A的專利《高鋁高錳型無磁鋼結晶器保護渣及其製造方法》公開了一種CaO-SiO2系無磁鋼保護渣極其製造方法，但該保護渣未考慮鋼中Al與渣中的SiO2、B2O3等發生渣鋼反應，對保護渣性能惡化的影響，以及由此而產生的鑄坯產生大量縱裂和夾雜等問題，因此該保護渣的性能用於板坯連鑄機生產含Mn、Al鋼還存在一些不足。

技術實現要素：

本發明目的在於針對現有技術的不足，提供一種組分配比合理、低粘度、低熔點、玻璃性能好、渣鋼反應少的保護渣及其在含Mn、Al鋼中的應用。

本發明一種保護渣，以質量百分比計包括下述組分：

CaO:24～43％，優選為25～40％，進一步優選為27～40％；

Al2O3：16～34％，優選為16～30％，進一步優選為18～25％；

SiO2:7～17％，優選為9～15％，進一步優選為10～12％；

MgO:2～5％，優選為2～4％，進一步優選為2.2～3.0％；

Na2O:6～12％，優選為8～11％，進一步優選為9～10％；

K2O:3～7％，優選為4～6％，進一步優選為4.2～5.0％；

BaO+SrO 3～15％，優選為7～14％，進一步優選為10～14％；

MnO:1～3％，優選為1.5～2.5％，進一步優選為1.8～2.2％；

F-:5～12％，優選為7～11％，進一步優選為8～10％；

B2O3:1～5％；優選為1.5～4.5％，進一步優選為2～4％；

C:0.8～2.1％，優選為0.9～1.9％，進一步優選為1.2～1.8％。

本發明所述的保護渣中，BaO與SrO的質量比為5-7:5-7，進一步優選為1-1.1:1。

本發明所述的保護渣中，CaO+BaO與Al2O3質量比為1～2：1，優選為1.2～2:1，進一步優化為1.5～2:1。

本發明所述的保護渣中，所述F-選自CaF2、NaF、Na3AlF6中至少一種配入保護渣中。

本發明所述的保護渣中；所述CaO以石灰的形式加入保護渣中；Al2O3以鋁礬土的形式加入保護渣中；SiO2以矽石的形式加入保護渣中；MgO以鎂砂的形式加入保護渣中；Na2O以純鹼的形式加入保護渣中；K2O以鉀的碳酸鹽的形式加入保護渣中；BaO以鋇的碳酸鹽的形式加入保護渣中；MnO以錳的碳酸鹽的形式加入保護渣中。

本發明所述的保護渣的熔點範圍為1040～1100℃、1300℃的粘度範圍為0.12～0.18Pa·s。

本發明所述保護渣的應用，包括用作含Mn、Al鋼連鑄保護渣。

本發明所述保護渣的應用，所述含Mn、Al鋼中Al質量百分含量為1.5～2.5％；Mn質量百分含量為21.5～25.0％。

本發明所述保護渣的應用，所述含Mn、Al鋼中，C質量百分含量為0.14～0.20％。

本發明所設計保護渣應用於含Mn、Al鋼連鑄時，所得產品的報廢率低、產品性能優良，所得鑄坯縱裂和夾雜的情況出現的概率低於0.16％、最優可以低於0.12％。這大大超出了預計。

原理及優勢

本發明所述保護渣為CaO-Al2O3系保護渣，CaO-Al2O3系保護渣是一種非反應渣系，此類保護渣成分中Al2O3含量較高，而SiO2含量較少，有效的抑制[Al]+3/4(SiO2)＝3/4[Si]+1/2(Al2O3)反應平衡向右進行。但是SiO2是熔渣中最重要的網絡形成體，對控制熔渣粘度特性及結晶性能有很重要的影響，不能一味的降低SiO2含量，本發明所述保護渣將其控制在合理的水平。

本發明所述保護渣中，通過適量各組元的協同作用，取得了意想不到的效果。尤其是適量的BaO+SrO與其他組分的協同所取得的效果最為優異。本發明所設計保護渣應用於含Mn、Al鋼連鑄時，所得產品的報廢率低、產品性能優良，所得鑄坯縱裂和夾雜的情況出現的概率低於0.16％、最優可以低於0.12％。

具體實施方式

以下結合實例對本發明作進一步的闡述，實例僅用於說明本發明，而不是以任何形式來限制本發明。

本發明的保護渣的熔化溫度、1300℃的粘度分別採用冶金行業標準YB/T186和YB/T185測定。結晶性能採用行業通用的熱絲法測定。測試過程中首先將保護渣原料按目標成分稱量混合，在研缽中研磨混合均勻，然後放入中頻感應爐升溫至1500℃熔化保護渣，待其熔化後攪拌使其成分均勻保溫10min，再將熔融態渣倒入水中急冷得到玻璃態保護渣塊體，最後將保護渣碾磨成粉末後進行熱絲實驗。

實施例1

一種新型含Mn、Al鋼保護渣，其成分質量百分含量為：CaO：28％、Al2O3：19.6％，SiO2：10.3％、MgO：2.3％、Na2O：9.1％、K2O：4.6％、BaO：5.4％、SrO：5％、MnO：2.1％、F-：9％、B2O3：3.1％、C：1.5％，該保護渣的CaO+BaO與Al2O3質量比為1.70，1300℃的黏度為0.15Pa·s，熔點為1048℃。該實施例所設計的保護渣Mn質量百分含量為23％、Al質量百分含量為2.5％的含Mn、Al鋼連鑄；所得鑄坯縱裂和夾雜的情況出現的概率低於0.14％。

實施例2

一種新型含Mn、Al鋼保護渣，其成分質量百分含量為：CaO：27.5％、Al2O3：20.1％，SiO2：10％、MgO：2.6％、Na2O：9％、K2O：4.7％、BaO：5％、SrO：5％、MnO：2.2％、F-：9.6％、B2O3：2.7％、C：1.6％，該保護渣的CaO+BaO與Al2O3質量比為1.61，1300℃的黏度為0.14Pa·s，熔點為1067℃。該實施例所設計的保護渣Mn質量百分含量為23％、Al質量百分含量為2.5％的含Mn、Al鋼連鑄；所得鑄坯縱裂和夾雜的情況出現的概率低於0.16％。

實施例3

一種新型含Mn、Al鋼保護渣，其成分質量百分含量為：CaO：28.5％、Al2O3：19.3％，SiO2：11％、MgO：2.2％、Na2O：9％、K2O：4.2％、BaO：5％、SrO：5％、MnO：2.2％、F-：9.4％、B2O3：2.6％、C：1.6％，該保護渣的CaO+BaO與Al2O3質量比為1.74，1300℃的黏度為0.16Pa·s，熔點為1059℃。該實施例所設計的保護渣Mn質量百分含量為23％、Al質量百分含量為2.5％的含Mn、Al鋼連鑄；所得鑄坯縱裂和夾雜的情況出現的概率低於0.12％。

實施例4

一種新型含Mn、Al鋼保護渣，其成分質量百分含量為：CaO：29.5％、Al2O3：18.3％，SiO2：11.2％、MgO：2.2％、Na2O：9％、K2O：4.3％、BaO：5.1％、SrO：5.1％、MnO：2.2％、F-：8.9％、B2O3：2.9％、C：1.3％，該保護渣的CaO+BaO與Al2O3質量比為1.89，1300℃的黏度為0.13Pa·s，熔點為1079℃。該實施例所設計的保護渣Mn質量百分含量為23％、Al質量百分含量為2.5％的含Mn、Al鋼連鑄；所得鑄坯縱裂和夾雜的情況出現的概率低於0.13％。

對比例1

一種連鑄結晶器保護渣，其成分質量百分含量為：CaO：30.4％、Al2O3：20.3％，SiO2：11.2％、MgO：2.2％、Na2O：9％、K2O：4.3％、BaO：5.2％、SrO：5％、MnO：2.2％、F-：8.9％、B2O3：0％、C：1.3％，該保護渣的CaO+BaO與Al2O3質量比為1.75，1300℃的黏度為0.14Pa·s，熔點為1129℃。該實施例所設計的保護渣Mn質量百分含量為23％、Al質量百分含量為2.5％的含Mn、Al鋼連鑄；所得鑄坯縱裂和夾雜的情況出現的概率低於0.32％。

此對比例中，未添加B2O3，導致熔點較高，所得鑄坯縱裂和夾雜的情況出現的概率較高。

對比例2

一種連鑄結晶器保護渣，其成分質量百分含量為：CaO：29.7％、Al2O3：19.3％，SiO2：11.2％、MgO：2.2％、Na2O：10％、K2O：4.3％、BaO：5％、SrO：5.2％、MnO：0％、F-：8.9％、B2O3：2.9％、C：1.3％，該保護渣的CaO+BaO與Al2O3質量比為1.80，1300℃的黏度為0.17Pa·s，熔點為1063℃。該實施例所設計的保護渣Mn質量百分含量為23％、Al質量百分含量為2.5％的含Mn、Al鋼連鑄；所得鑄坯縱裂和夾雜的情況出現的概率低於0.46％。

此對比例中，未添加MnO，導致鋼中錳元素大量進入渣中，渣的物理化學性能變差，所得鑄坯縱裂和夾雜的情況出現的概率較高。

對比例3

一種連鑄結晶器保護渣，其成分質量百分含量為：CaO：27％、Al2O3：18.3％，SiO2：9.5％、MgO：2.2％、Na2O：9％、K2O：4.2％、BaO：5％、SrO：5％、MnO：2.2％、F-：8.4％、B2O3：2.6％、C：6.6％，該保護渣的CaO+BaO與Al2O3質量比為1.75，1300℃的黏度為0.17Pa·s，熔點為1089℃。該實施例所設計的保護渣Mn質量百分含量為23％、Al質量百分含量為2.5％的含Mn、Al鋼連鑄；所得鑄坯縱裂和夾雜的情況出現的概率低於0.42％。

此對比例中，添加C過高，導致鋼液增碳嚴重，所得鑄坯卷渣嚴重，所得鑄坯縱裂和夾雜的情況出現的概率較高。

對比例4

一種連鑄結晶器保護渣，其成分質量百分含量為：CaO：29.4％、Al2O3：18.4％，SiO2：11.1％、MgO：2.3％、Na2O：9.2％、K2O：4.1％、BaO：10.1％、SrO：0％、MnO：2.2％、F-：8.9％、B2O3：2.9％、C：1.4％，該保護渣的CaO+BaO與Al2O3質量比為2.15，1300℃的黏度為0.33Pa·s，熔點為1089℃。該實施例所設計的保護渣Mn質量百分含量為23％、Al質量百分含量為2.5％的含Mn、Al鋼連鑄；所得鑄坯縱裂和夾雜的情況出現的概率低於0.53％。

此對比例中，未添加SrO，導致保護渣黏度較高，且玻璃態較少，所得鑄坯卷渣嚴重，所得鑄坯縱裂和夾雜的情況出現的概率較高。

對比例5

一種連鑄結晶器保護渣，其成分質量百分含量為：CaO：28％、Al2O3：19.6％，SiO2：10.3％、MgO：2.3％、Na2O：9.1％、Li2O：4.6％、BaO：5.1％、SrO：5.3％、MnO：2.1％、F-：9％、B2O3：3.1％、C：1.5％，該保護渣的CaO+BaO與Al2O3質量比為1.69，1300℃的黏度為0.14Pa·s，熔點為1091℃。該實施例所設計的保護渣Mn質量百分含量為23％、Al質量百分含量為2.5％的含Mn、Al鋼連鑄；所得鑄坯縱裂和夾雜的情況出現的概率低於0.17％。

此對比例中，添加Li2O而未添加K2O，雖然所得鑄坯質量較實施例相差不大，但由於Li2O價格較K2O昂貴，此保護渣經濟性較差。

通過對比例1、2、3、4、5以及本發明的4個實施例可以看出，本發明之保護渣可以很好的用於含Mn、Al鋼連鑄過程，所得到的鑄坯出現縱裂和夾雜的概率遠低於其它保護渣，鑄坯質量明顯變好。