一种含铬钢连铸结晶器保护渣及其应用
【专利摘要】本发明涉及一种含铬钢连铸结晶器保护渣及其应用；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％、SiO2 28～34％、Al2O3 2～5％、MgO 1～3％、(Na2O+K2O)12～16％、B2O3 1～6％、BaO 1～3％、SrO 1～2％、F?11～14％、C 1～1.5％。该保护渣具有熔点低、粘度低、结晶温度高等特点。其适用于C质量百分含量在1.3～1.8％，Cr质量百分含量在10～15％范围内的含铬钢的连铸。将其应用于含铬钢板坯连铸生产时，能增加铸坯润滑，控制弯月面处传热，减少铸坯纵裂和夹杂，提高铸坯的质量。
【专利说明】
一种含铬钢连铸结晶器保护渣及其应用
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种含铬钢连铸结晶器保护渣及其应用；属于钢铁连铸保护渣技术领 域。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 含铬钢首先作为一种碳含量较高的钢，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，含铬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，使得含铬钢高温塑性较差，高温抗拉强度低；同时，含铬 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。
[0004] 其次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0 结合，生产一定量的高熔点Cr 203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高的结晶温度。
[0005] 从文献检索的情况来看，目前有一些针对含碳含铬钢连铸过程设计和开发的保护 渣，如公开号为CN102101162A的专利《CSP薄板坯高碳钢连铸用开浇渣》，公开号为 CN102335731A的专利《高碳刀模具钢用连铸保护渣》和公开号为CN103223477A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含碳含铬钢中的Cr元素氧化形成的高熔 点Cr 203,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%的含络钢铸还产品。同时发明人也曾 研究过含铬钢用中间包覆剂及其应用（见申请号为201510268787.4)，但由于适用对象的差 异;导致该包覆剂难以用作含铬钢连铸结晶器保护渣。
【发明内容】
[0006] 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含铬钢中的应用。
[0007] 本发明一种保护渣，以质量百分比计包括下述组分：
[0008] CaO 30~33%，优选为30-32%，进一步优选为30.2-31.8% ;
[0009] Si02 28~34%，优选为28-31%，进一步优选为28.7-30.2%;
[0010] Al2〇3 2~5%，优选为3-4%，进一步优选为3.2-3.8%;
[0011] MgO 1~3%，优选为 1.5-2.5%，进一步优选为 1.8-2.2%;
[0012] (Na20+K20)12~16%，优选为 14-16%，进一步优选为 14.5-15.5% ;
[0013] B2〇3 1 ~6%，优选为 2-5%，进一步优选为 2.5-3.2%;
[0014] (Ba0+Sr0)2~5%;作为优选条件：
[0015] BaO 1~3%，优选为 1.3-2.5%，进一步优选为 1.5-2.5%;
[0016] SrO 1~2%，优选为 1.3-2%，进一步优选为 1.3-1.5%;
[0017] F-11 ~14%，优选为11.5-13.5%，进一步优选为12-13% ;
[0018] C 1 ~1.5%，优选为 1.1-1.4%，进一步优选为 1.2-1.3%。
[0019] 本发明所述保护渣中，CaO与Si02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。
[0020] 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。 [0021]本发明所述保护渣的熔点范围为940~1040°C，1300°C的粘度范围为0.06~ O.llPa ? s，结晶温度范围为1210~1305°C。
[0022] 本发明所述保护渣中，Na20与K20的质量比为3~9:1，优选为4~8:1，进一步优选为 6-7:1〇
[0023] 本发明所述保护渣的应用，包括用做含铬钢连铸保护渣。
[0024] 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%。
[0025] 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%。
[0026] 原理及优势
[0027] 本发明所述保护渣中，通过适量各组元的协同作用，取得了意想不到的效果。尤其 是适量的Ba0+Sr0、C与其他组分的协同所取得的效果最为优异。本发明所设计保护渣应用 于含铬钢连铸时，所得产品的报废率低、产品性能优良，所得铸坯纵裂和夹杂的情况出现的 概率低于〇. 17%、最优可以低于0.11%。
【具体实施方式】
[0028] 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。
[0029]本发明的保护渣的熔化温度、1300°C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°C，在保温3分钟后以20°C/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。
[0030] 实施例1
[0031] -种保护渣，其成分质量百分含量为<&0:30.7%，310 2:29.7%41203:3.6%， MgO: 1 ? 8%，（Na20+K2〇): 14 ? 6 % (Na20/K2〇 = 4 ? 3 :1 质量比），B2O3: 2 ? 6 %，BaO: 1 ? 5 %，SrO: 1.5%，F: 12.7%，C: 1.3%。该保护渣的碱度CaO/Si02为1.03。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1.3%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0.15%。
[0032] 实施例2
[0033] -种保护渣，其成分质量百分含量为<&0:30.6%，310 2:29.8%41203:3.5%， MgO: 1 ? 9%，（Na20+K2〇): 14 ? 5 % (Na20/K2〇 = 4 ? 3 :1 质量比），B2O3: 2 ? 7 %，BaO: 1 ? 6 %，SrO: 1.5%，F:12.5%，C:1.4%。该保护渣的碱度Ca0/Si02为1.03。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1.3%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0.13%。
[0034] 实施例3
[0035] -种保护渣，其成分质量百分含量为<&0:30.5%，310 2:29.9%41203:3.6%， MgO: 1 ? 8%，（Na20+K2〇): 14 ? 9 % (Na20/K2〇 = 4 ? 3 :1 质量比），B2O3: 2 ? 6 %，BaO: 1 ? 5 %，SrO: 1.3%，F: 12.7%，C: 1.2%。该保护渣的碱度Ca0/Si02为1.02。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1.3%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0.17%。
[0036] 实施例4
[0037] 一种保护渣，其成分质量百分含量为：CaO: 30.4%，Si02:30%，Al2〇3:3.3%，Mg0: 2.1%，（恥2〇+1(2〇):14.8%(恥2〇/1(2〇 = 4.3:1质量比），82〇3:2.6%，8&0:1.5%，5抑 ：1.3%， F一： 12.7%，C: 1.3%。该保护渣的碱度Ca0/Si02为1.01。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 1.3%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0.11 %。
[0038] 实施例5
[0039] -种保护渣，其成分质量百分含量为<&0:30.7%，310 2:29.7%41203:3.7%， MgO: 1 ? 8%，（Na20+K2〇): 14 ? 5 % (Na20/K2〇 = 4 ? 3 :1 质量比），B2O3: 2 ? 7 %，BaO: 1 ? 5 %，SrO: 1.4%，F:12.8%，C:1.4%。该保护渣的碱度Ca0/Si02为1.03。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1.3%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0.15%。
[0040] 实施例6
[0041] -种保护渣，其成分质量百分含量为<&0:31.7%，310 2:29.2%41203:3.4%， 180:1.8%，（恥2〇+1(2〇) :14.6%(恥2〇/1(2〇 = 4.3:1质量比），82〇3:2.6%，8&0:1.4%，5『0 : 1.3%，F: 12.7%，C: 1.3%。该保护渣的碱度Ca0/Si02为1.09。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1.3%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0.17%。
[0042]表1保护渣的主要物性参数
[0044] 对比例1
[0045] -种保护渣，其成分质量百分含量为<&0:31.7%，310 2:29.2%41203:3.4%， MgO: 1 ? 8%，（Na20+K2〇): 14 ? 6 % (Na20/K2〇 = 4 ? 3 :1 质量比），B2〇3: 2 ? 9 %，BaO: 1 ? 7 %，SrO: 2%，F:12.7%，C:0%。该保护渣的碱度Ca0/Si02为1.09。采用上述方法测得的保护渣的主 要物性指标见表2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1.3%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0.27%。
[0046] 对比例2
[0047] -种保护渣，其成分质量百分含量为<&0:31.7%，310 2:29.2%41203:3.8%， MgO: 2 ? 2 %，（Na20+K2〇): 15 ? 5 % (Na20/K2〇 = 4 ? 3:1 质量比），B2O3:3 ? 1 %，BaO: 0 %，SrO: 2 %， F、11 %，C: 1.5%。该保护渣的碱度Ca0/Si02为1.09。采用上述方法测得的保护渣的主要物 性指标见表2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 1.3%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0.32%。
[0048] 对比例3
[0049] -种保护渣，其成分质量百分含量为<&0:32.5%，310 2:30.9%41203:3.6%， MgO: 1 ? 8%，（Na20+K2〇): 15 ? 9 % (Na20/K2〇 = 4 ? 3 :1质量比），B2O3: 3 ? 6 %，BaO: 1 ? 8 %，SrO: 2%，F、7.7%，C: 1.2%。该保护渣的碱度Ca0/Si02为1.05。采用上述方法测得的保护渣的主 要物性指标见表2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1.3%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0.41 %。
[0050] 对比例4
[0051] -种保护渣，其成分质量百分含量为<&0:30.7%，3102 :29.7%41203:3.7%， MgO: 1 ? 8%，（Na20+K2〇): 14 ? 5 % (Na20/K2〇 = 4 ? 3 :1 质量比），B2O3: 2 ? 7 %，BaO: 2 ? 9 %，SrO: 0 %，F-: 12.8 %，C: 1.4 %。该保护渣的碱度Ca0/Si02为1.03。采用上述方法测得的保护渣的 主要物性指标见表2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1.3%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0.38%。
[0052]表2保护渣的主要物性参数
[0054]通过对比例1、2、3、4以及本发明的6个实施例可以看出，本发明之保护渣可以很好 的用于含铬钢连铸过程，所得到的铸坯出现纵裂和夹杂的概率远低于其它保护渣，铸坯质 量明显变好。
【主权项】
1. 一种含铬钢连铸结晶器保护渣，其特征在于，以质量百分比计包括下述组分： Ca0 30~33%; Si〇2 28~34%; Al2〇3 2-5%； Mg0 1~3%; (Na2〇+K2〇) 12 ~16%; B2〇3 1 ~6%; (BaO+SrO) 2~5%; F- 11 ~14%; C 1~1·5%〇2. 根据权利要求1所述的一种含铬钢连铸结晶器保护渣，其特征在于:所述保护渣以质 量百分比计包括下述组分： Ca0 30~32%; Si〇2 28~31%; Al2〇3 3-4%； MgO 1.5 ~2.5%; (Na20+K2〇) 14 ~16%; B203 2~5%; BaO 1.3 ~2.5%; SrO 1.3 ~2%; F- 11.5 ~13.5%; C 1.1 ~1·4%〇3. 根据权利要求2所述的一种含铬钢连铸结晶器保护渣，其特征在于:所述保护渣以质 量百分比计包括下述组分： Ca0 30.2~31.8%; Si〇2 28.7~30.2%; Al2〇3 3.2-3.8% ； MgO 1.8 ~2.2%; (Na20+K2〇) 14.5 ~15.5%; Β2〇32·5~3·2%; BaO 1.5 ~2.5%; SrO 1.3 ~1.5%; F- 12 ~13%; C 1.2 ~1·3%〇4. 根据权利要求1所述的一种含铬钢连铸结晶器保护渣，其特征在于:保护渣中，CaO与 Si〇2质量比为0.95~1.15:1。5. 根据权利要求1所述的一种含铬钢连铸结晶器保护渣，其特征在于:保护渣中，所述!^ 以CaF2、NaF、Na 3AlF6中任意一种的形式配入保护渣。6. 根据权利要求1任意一项所述的一种含铬钢连铸结晶器保护渣，其特征在于:所述保 护渣的熔点为940~1040°C、1300°C的粘度为0.06~O.llPa · s、结晶温度为1210~1305°C。7. 根据权利要求1任意一项所述的一种含铬钢连铸结晶器保护渣，其特征在于:所述保 护渣中，Na20与K 20的质量比为3~9:1。8. 如权利要求1-7任意一项所述含铬钢连铸结晶器保护渣的应用，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所述的一种含铬钢连铸结晶器保护渣的应用，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所述的一种含铬钢连铸结晶器保护渣的应用，其特征在于:所述含 铬钢中，C质量百分含量为1.3~1.8%。
【文档编号】B22D11/111GK106001473SQ201610471335
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】王万林, 周乐君, 朱晨阳, 李欢, 张磊, 徐超
【申请人】中南大学