一种连铸结晶器保护渣及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种连铸结晶器保护渣及其制备方法和应用 (Continuous casting crystallizer casting powder and preparation method and application thereof ) 是由 麻晗 李强 于 2021-09-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及冶金技术领域,具体涉及一种连铸结晶器保护渣及其制备方法和应用。本发明提供的连铸结晶器保护渣,所述保护渣包括如下质量百分比的化学成分：SiO-(2)：35-40％、CaO：35-40％、MgO：1.5-2.2％、Al-(2)O-(3)：4-6％、Na-(2)O：5-8％、F：5-8％、C：3-5％,其余为不可避免的杂质；其中所述保护渣的二元碱度CaO/SiO-(2)为0.95-1.05,熔点为1120-1160℃,1300℃下的粘度为1.5-2.5Pa·s。本发明提供的连铸结晶器保护渣,通过高碱度、高熔点、高粘度的保护渣配合特定的保护渣成分可有效抑制低碳高铬耐蚀钢材料在连铸时铸坯表面易出现凹陷和裂纹的现象。(The invention relates to the technical field of metallurgy, in particular to continuous casting crystallizer covering slag and a preparation method and application thereof. The invention provides a continuous casting crystallizer covering slag, which comprises the following chemical components in percentage by mass: SiO 2 2 ：35‑40％、CaO：35‑40％、MgO：1.5‑2.2％、Al 2 O 3 ：4‑6％、Na 2 O: 5-8%, F: 5-8%, C: 3-5% and the balance of inevitable impurities; wherein the binary basicity CaO/SiO of the covering slag 2 0.95-1.05, a melting point of 1120-2.5 pas. According to the casting powder for the continuous casting crystallizer, the casting powder with high alkalinity, high melting point and high viscosity is matched with the specific casting powder component, so that the phenomena that the surface of a casting blank is easy to dent and crack when a low-carbon high-chromium corrosion-resistant steel material is continuously cast can be effectively inhibited.)
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种连铸结晶器保护渣及其制备方法和应用。
背景技术
低碳高铬耐蚀钢是针对海洋环境设计开发的一种钢铁材料，可大幅提高海洋工程建筑的使用寿命。该材料采用低碳高铬成分(C≤0.015wt.％，Cr 10wt.％)，该成分热导率低、线膨胀系数大，在连铸过程中坯壳凝固收缩大，容易出现凹陷、裂纹等缺陷。
现有技术公开了一种高铬钢的连铸方法，包括以下步骤：1)将过热度为15-30℃的L80-3Cr高铬钢钢水注入到加有保护渣的连铸机的结晶器内冷却得到连铸坯，并在冷却过程中进行水冷和电磁搅拌；2)将连铸坯从结晶器内拉出，依次通过二冷区和空冷区进行冷却，拉速为0.5-0.6m/min，并对连铸坯在凝固末端进行动态轻压处理，总压下量控制为6-10mm。该方法公开的保护渣为低碱度、低粘度、低熔点保护渣，连铸过程中无法形成较厚的固态渣膜及较多的晶体相，结晶器内钢水热量耗散快，坯料表面易形成裂纹，且仅适用于Cr含量为2.8％-3.2％的高铬钢L80-3Cr连铸生产，无法有效抑制低碳高铬耐蚀钢材料在连铸时铸坯表面易出现凹陷和裂纹的现象。
发明内容
本发明的目的在于克服现有连铸结晶器保护渣无法有效抑制低碳高铬耐蚀钢材料在连铸时铸坯表面易出现凹陷和裂纹现象的缺陷，进而提供一种连铸结晶器保护渣及其制备方法和应用。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种连铸结晶器保护渣，所述保护渣包括如下质量百分比的化学成分：SiO2：35-40％、CaO：35-40％、MgO：1.5-2.2％、Al2O3：4-6％、Na2O：5-8％、F：5-8％、C：3-5％，其余为不可避免的杂质；
其中所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.95-1.05，熔点为1120-1160℃，1300℃下的粘度为1.5-2.5Pa·s。
其中CaO、SiO2：以CaO-SiO2二元系作为基础渣系，考虑到碱度CaO/SiO2与粘度呈负相关，与熔点呈正相关，本发明所述保护渣中含F，且F是形成晶体枪晶石(3CaO·2SiO2·CaF2)和降低熔渣粘度的主要组元之一，因此熔渣的碱度不可太高，否则粘度会明显下降，因此在本发明所述的方案中，碱度CaO/SiO2上限控制在1.05。但是CaO/SiO2碱度太低会造成熔渣熔点下降明显，不利于增加固渣膜厚度及减少热辐射，CaO/SiO2下限控制在0.95。为了碱度CaO/SiO2控制在0.95～1.05范围内及保证保护渣主要成分配比，CaO质量百分配比控制为35～40％，SiO2的质量百分比控制为35～40％。
Al2O3：对于本发明所述的连铸结晶器保护渣而言，Al2O3可显著提高保护渣粘度，因此，保护渣中该成分尽可能控制在较高水平，但是较高含量Al2O3不利于保护渣熔渣吸附钢水中Al2O3夹杂物。基于此，在本发明所述连铸结晶器保护渣中控制Al2O3的质量百分比在4～6％。
MgO：对于本发明所述的连铸结晶器保护渣而言，MgO会升高保护渣熔点，但降低保护渣粘度。因此，MgO的质量百分比控制在1.2-2.2％。
Na2O：在本发明所述的连铸结晶器保护渣中，Na2O是保护渣中的助熔剂，可有效降低保护渣的熔点和粘度。为了增加结晶器内固态渣膜厚度，提高渣膜均匀性，减少热辐射，需严格控制Na2O含量，因此，Na2O质量百分比控制在5％-8％。
F：在本发明所述的连铸结晶器保护渣中，F会降低保护渣粘度及熔点，F含量过高也会导致熔渣的析晶性增强，从而破坏熔渣应有的润滑功能，因此，F含量应控制在较低水平，质量百分比控制在5-8％。
C：对于本发明所述的连铸结晶器保护渣而言，为控制保护渣在钢水表面的稳定熔化并保持一定的粉渣层厚度(可起到绝热保温的效果)，炭质材料必不可少。C的加入可防止熔化的保护渣小液滴聚集，且低C含量可增大液渣膜厚度，提高润滑效果，因此，C的加入量控制在3-5％。
优选的，所述保护渣为低碳高铬耐蚀钢用连铸结晶器保护渣；
进一步优选的，所述低碳高铬耐蚀钢包括如下质量百分比的化学成分：C：≤0.015％、Si：0.20-0.40％、Mn：1.10-1.40％、P：≤0.015％、S：≤0.007％、Cr：8.5-11.0％、Mo：0.8-1.2％、V：0.02-0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提供一种上述所述的连铸结晶器保护渣的制备方法，包括如下步骤：
S1：按配方比例称取各组分原料，将其混合得到混合料，然后向混合料中加入粘结剂，混合，得到混合原料；
S2：将混合原料与水混合，得到浆料；
S3：对浆料进行喷雾造粒，干燥、烘烤，得到所述连铸结晶器保护渣。
优选的，步骤S1中所述粘结剂选自淀粉、糊精、羧甲基纤维素中的一种或多种；粘结剂的加入量为混合料质量的2-3％。
优选的，步骤S2中所述混合原料与水的质量比为1：(2.5-3.0)。
优选的，所述干燥温度为10-40℃，干燥时间为5-20s，烘烤温度为100-200℃，烘烤时间3-4h。
优选的，步骤S1中，混合时间为10-15min，转速25-40r/min。
优选的，所述连铸结晶器保护渣的粒度不小于100目。
可选的，保护渣原料选自硅酸钙精炼渣、铝酸钙精炼渣、石灰石、铝矾土、氟化钠、镁砂、石英砂、萤石、石墨。
本发明还提供上述所述的连铸结晶器保护渣或上述所述的制备方法制备得到的保护渣在低碳高铬耐蚀钢的连铸生产中的应用。
优选的，所述低碳高铬耐蚀钢包括如下质量百分比的化学成分：C：≤0.015％、Si：0.20-0.40％、Mn：1.10-1.40％、P：≤0.015％、S：≤0.007％、Cr：8.5-11.0％、Mo：0.8-1.2％、V：0.02-0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明的有益效果：
本发明提供的连铸结晶器保护渣，针对低碳高铬耐蚀钢材料，设计出一种高碱度、高熔点、高粘度的保护渣，采用高熔点有利于增加固渣膜厚度，减少热辐射；高碱度有利于在固渣膜中形成较多的晶体相，进一步减少散热；高粘度有利于提高渣膜均匀性，本发明通过高碱度、高熔点、高粘度的保护渣控制结晶器内部钢水凝固传热速率，避免过快散热造成的坯壳集中收缩，减少铸坯热应力，同时配合特定的保护渣成分可有效抑制低碳高铬耐蚀钢材料在连铸时铸坯表面易出现凹陷和裂纹的现象，在低碳高铬钢连铸生产过程中，结晶器内坯壳生长均匀，润滑性能良好，减少了铸坯热应力，降低了铸坯表面凹陷和裂纹发生率，提高了铸坯质量。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供一种连铸结晶器保护渣，由如下质量百分比的化学成分组成：SiO2：40％、CaO：38％、MgO：1.5％、Al2O3：6％、Na2O：5％、F：5％、C：3％，其余为不可避免的杂质；
其中所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.95，熔点为1120℃，1300℃下的粘度为2.5Pa·s。
所述保护渣的制备方法包括如下步骤：
S1：按上述配方比例称取硅酸钙精炼渣、铝酸钙精炼渣、石灰石、铝矾土、氟化钠、镁砂、石英砂、萤石、石墨，将其放入混料机内充分混合，混合时间10min，混料机转速40r/min，得到混合干料，然后加入混合干料质量2％的淀粉粘结剂，搅拌混合，得到混合原料；
S2：向混合原料中加入水混合(混合原料与水的质量比为1：2.5)，得到浆料；
S3：将浆料通过高压喷枪喷出，在喷雾造粒塔内进行喷雾造粒，造粒结束后进行干燥、烘烤、筛分，得到所述连铸结晶器保护渣；所述干燥温度为10℃，干燥时间为20s，所述烘烤温度为100℃，烘烤时间为3h，所述连铸结晶器保护渣的粒度为100目。
实施例2
本实施例提供一种连铸结晶器保护渣，由如下质量百分比的化学成分组成：SiO2：35％、CaO：35％、MgO：2.2％、Al2O3：5％、Na2O：8％、F：8％、C：5％，其余为不可避免的杂质；
其中所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为1.00，熔点为1140℃，1300℃下的粘度为2.0Pa·s。
所述保护渣的制备方法包括如下步骤：
S1：按上述配方比例称取硅酸钙精炼渣、铝酸钙精炼渣、石灰石、铝矾土、氟化钠、镁砂、石英砂、萤石、石墨，然后将其放入混料机内充分混合，混合时间12min，混料机转速32转/min，得到混合干料，然后加入混合干料质量2.5％的糊精粘结剂，搅拌混合，得到混合原料；
S2：向混合原料中加入水混合(混合原料与水的质量比为1：2.7)，得到浆料；
S3：将浆料通过高压喷枪喷出，在喷雾造粒塔内进行喷雾造粒，造粒结束后进行干燥、烘烤、筛分，得到所述连铸结晶器保护渣；所述干燥温度为25℃，干燥时间为15s，所述烘烤温度为150℃，烘烤时间为3.5h，所述连铸结晶器保护渣的粒度为120目。
实施例3
本实施例提供一种连铸结晶器保护渣，由如下质量百分比的化学成分组成：SiO2：38％、CaO：40％、MgO：1.8％、Al2O3：4％、Na2O：6％、F：6％、C：4％，其余为不可避免的杂质；
其中所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为1.05，熔点为1160℃，1300℃下的粘度为1.5Pa·s。
所述保护渣的制备方法包括如下步骤：
S1：按上述配方比例称取硅酸钙精炼渣、铝酸钙精炼渣、石灰石、铝矾土、氟化钠、镁砂、石英砂、萤石、石墨，然后将其放入混料机内充分混合，混合时间15min，混料机转速25转/min，得到混合干料，然后加入混合干料质量3.0％的羧甲基纤维素粘结剂，搅拌混合，得到混合原料；
S2：向混合原料中加入水混合(混合原料与水的质量比为1：3)，得到浆料；
S3：将浆料通过高压喷枪喷出，在喷雾造粒塔内进行喷雾造粒，造粒结束后进行干燥、烘烤、筛分，得到所述连铸结晶器保护渣；所述干燥温度为40℃，干燥时间为5s，所述烘烤温度为200℃，烘烤时间为4h，所述连铸结晶器保护渣的粒度为150目。
对比例1
本对比例提供一种连铸结晶器保护渣，由如下质量百分比的化学成分组成：SiO2：27％、CaO：22％、MgO：2.8％、Al2O3：10％、Na2O：12％、F：10％、C：15％，其余为不可避免的杂质；
其中所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.81，熔点为1050℃，1300℃下的粘度为0.72Pa·s。
所述保护渣的制备方法包括如下步骤：
S1：按上述配方比例称取硅酸钙精炼渣、铝酸钙精炼渣、石灰石、铝矾土、氟化钠、镁砂、石英砂、萤石、石墨，然后将其放入混料机内充分混合，混合时间10min，混料机转速40转/min，得到混合干料，然后加入混合干料质量2.0％的淀粉粘结剂，搅拌混合，得到混合原料；
S2：向混合原料中加入水混合(混合原料与水的质量比为1：2.5)，得到浆料；
S3：将浆料通过高压喷枪喷出，在喷雾造粒塔内进行喷雾造粒，造粒结束后进行干燥、烘烤、筛分，得到所述连铸结晶器保护渣；所述干燥温度为10℃，干燥时间为20s，所述烘烤温度为100℃，烘烤时间为3h，所述连铸结晶器保护渣的粒度为100目。
对比例2
本对比例提供一种连铸结晶器保护渣，由如下质量百分比的化学成分组成：SiO2：27％、CaO：26％、MgO：2.8％、Al2O3：8％、Na2O：10％、F：10％、C：15％，其余为不可避免的杂质；
其中所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.96，熔点为1070℃，1300℃下的粘度为0.63Pa·s。
所述保护渣的制备方法包括如下步骤：
S1：按上述配方比例称取硅酸钙精炼渣、铝酸钙精炼渣、石灰石、铝矾土、氟化钠、镁砂、石英砂、萤石、石墨，然后将其放入混料机内充分混合，混合时间10min，混料机转速40转/min，得到混合干料，然后加入混合干料质量2.0％的淀粉粘结剂，搅拌混合，得到混合原料；
S2：向混合原料中加入水混合(混合原料与水的质量比为1：2.5)，得到浆料；
S3：将浆料通过高压喷枪喷出，在喷雾造粒塔内进行喷雾造粒，造粒结束后进行干燥、烘烤、筛分，得到所述连铸结晶器保护渣；所述干燥温度为10℃，干燥时间为20s，所述烘烤温度为100℃，烘烤时间为3h，所述连铸结晶器保护渣的粒度为100目。
对比例3
本对比例提供一种连铸结晶器保护渣，由如下质量百分比的化学成分组成：SiO2：35％、CaO：33％、MgO：2.8％、Al2O3：10％、Na2O：7％、F：7％、C：4％，其余为不可避免的杂质；
其中所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.94，熔点为1090℃，1300℃下的粘度为2.5Pa·s。
所述保护渣的制备方法包括如下步骤：
S1：按上述配方比例称取硅酸钙精炼渣、铝酸钙精炼渣、石灰石、铝矾土、氟化钠、镁砂、石英砂、萤石、石墨，然后将其放入混料机内充分混合，混合时间10min，混料机转速40转/min，得到混合干料，然后加入混合干料质量2.0％的淀粉粘结剂，搅拌混合，得到混合原料；
S2：向混合原料中加入水混合(混合原料与水的质量比为1：2.5)，得到浆料；
S3：将浆料通过高压喷枪喷出，在喷雾造粒塔内进行喷雾造粒，造粒结束后进行干燥、烘烤、筛分，得到所述连铸结晶器保护渣；所述干燥温度为10℃，干燥时间为20s，所述烘烤温度为100℃，烘烤时间为3h，所述连铸结晶器保护渣的粒度为100目。
对比例4
本对比例提供一种连铸结晶器保护渣，由如下质量百分比的化学成分组成：SiO2：37％、CaO：32％、MgO：6.8％、Al2O3：12％、Na2O：3％、F：3％、C：5％，其余为不可避免的杂质；
其中所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.86，熔点为1120℃，1300℃下的粘度为2.5Pa·s。
所述保护渣的制备方法包括如下步骤：
S1：按上述配方比例称取硅酸钙精炼渣、铝酸钙精炼渣、石灰石、铝矾土、氟化钠、镁砂、石英砂、萤石、石墨，然后将其放入混料机内充分混合，混合时间10min，混料机转速40转/min，得到混合干料，然后加入混合干料质量2.0％的淀粉粘结剂，搅拌混合，得到混合原料；
S2：向混合原料中加入水混合(混合原料与水的质量比为1：2.5)，得到浆料；
S3：将浆料通过高压喷枪喷出，在喷雾造粒塔内进行喷雾造粒，造粒结束后进行干燥、烘烤、筛分，得到所述连铸结晶器保护渣；所述干燥温度为10℃，干燥时间为20s，所述烘烤温度为100℃，烘烤时间为3h，所述连铸结晶器保护渣的粒度为100目。
测试例1
采用如下生产工艺KR→BOF→LF→RH→CC生产低碳高铬耐蚀钢，具体包括如下步骤：
KR工序：对铁水进行机械搅拌，并喷入石灰粉、萤石脱硫；
BOF工序：将KR脱硫得到的铁水倒入转炉，对铁水进行吹氧升温，脱碳、脱磷，得到低碳钢水；
LF工序：将低碳钢水运至精炼工序，进行脱氧、脱硫、合金化、升温，得到成分接近目标成分的钢水；
RH工序：进一步，将钢水吊运至真空精炼工序，进行脱气，合金化，温度控制，得到温度、成分符合要求的钢水；
CC工序：将温度、成分符合要求的钢水吊运至连铸平台，进行保护浇注，得到连铸坯。
上述制备得到的低碳高铬耐蚀钢化学成分的质量百分含量为：C 0.008％、Si0.30％、Mn 1.25％、P 0.010％、S 0.005％、Cr 9.7％、Mo 1.05％、V 0.04％，其余为Fe和不可避免的残余杂质。
其中在生产低碳高铬耐蚀钢过程中分别采用实施例1-3和对比例1-4的保护渣对上述连铸坯进行保护浇铸。
对制备得到的铸坯的表面凹陷发生率和裂纹发生率进行统计，统计方法为统计每种保护渣对应生产的100块连铸坯表面上的凹陷和裂纹数量，结果如表1所示。
表1铸坯的表面凹陷发生率和裂纹发生率
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。