高铝包晶钢用环保型连铸保护渣的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，该保护渣中各化学成份的重量百分比为：Al203:20?30%，Ca0:28?40%，SiO2:5?10%，F、6~10%,Na20+K20:1.0?2.0%，B203:4?6%，MgO:1.5?3%，Li20:4?6%，C:4?6%，余量为不可避免的杂质，其中，Ca0/Al203:1.0?2.0。本发明能够控制铸坯表面裂纹和凹陷、改善润滑性能、提高渣耗且减轻环境污染，可广泛应用于钢水连续浇筑【技术领域】。
【专利说明】高铝包晶钢用环保型连铸保护渣
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢水连续浇铸【技术领域】，具体地指一种高铝包晶钢用环保型连铸保护渣。
【背景技术】
[0002]在钢水连续浇铸时，从结晶器上部不断加入保护渣，以实现钢液的绝热保温，防止钢液二次氧化，并吸收钢液中的非金属夹杂，同时，熔融状态的保护渣随着结晶器振动不断流入结晶器与铸坯之间，起到润滑铸坯和控制传热的作用。
[0003]现有的保护渣主要成分为CaO和S12,再添加氟化物及碱金属或碱土金属氧化物以调节保护渣的熔点、粘度，加入炭质材料作为骨架隔离作用。然而，在浇注高铝含量的钢种时，钢中Al元素含量高达0.5?5%，保护渣中S12极易在钢渣界面与强还原性金属元素发生化学反应，如:4 [Al]+3 (S12) = 2 (Al2O3)+3 [Si]。其结果是Si进人钢水，而Al2O3则进入熔渣。通常，浇注高铝钢时熔渣中Al2O3的增量>15%，渣中S12含量显著减少，导致保护渣性能恶化:碱度急剧增大，熔点、粘度增大，结晶性能增强。变性后的熔渣不能满足铸坯润滑，熔渣不能均匀地流入结晶器与铸坯之间，影响铸坯质量和浇注顺行。对于具有包晶特性的高铝钢，还存在δ相向γ相的转变，产生最大为4%的收缩系数差，由此产生应力并通过纵裂纹释放。这种情况下，要求保护渣具有良好的控热能力，通常在结晶器与铸坯之间形成较厚的固态渣层，并析出较多的晶体，增大渣膜热阻，从而达到减少或消除裂纹和凹陷目的。可见，现有的保护渣显然不适用于该类钢种的连铸生产。
[0004]目前，实现高铝包晶钢连续浇铸采用低碱度和低Al2O3含量的CaO-S12渣系保护渣，使其反应后形成的终渣性能满足连铸要求。这种低碱度的保护渣虽然能够实现高铝钢多炉连浇，但未能良好的解决铸坯表面裂纹、凹陷和深振痕等质量问题。
[0005]此外，保护渣中通常加入4?12%的氟来控制保护渣的物理性能。在浇铸过程中，氟的化合物会释放到空气或水中，不仅污染环境，还会危害人的身体健康。同时，渣中的氟进入二冷水中，使其显酸性，一方面加剧侵蚀连铸设备，另一方面使得二冷水循环使用的化学处理费用增高。为了控制氟污染，通常采用无氟和低氟保护渣来减少氟的释放。然而，氟含量过低将导致保护渣物理性能稳定性减弱，无法适应某些钢种如高铝包晶钢的连铸生产。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是要提供一种控制铸坯表面裂纹和凹陷、改善润滑性能、提高渣耗且减轻环境污染的高铝包晶钢用环保型连铸保护渣。
[0007]为实现上述目的，本发明所设计的高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，该保护渣中各化学成份的重量百分比为:Α1203:20?30%，CaO:28?40%，S12:5?10%，Γ:6?10%,Na20+K20:1.0 ?2.0%,B203:4 ?6%,MgO:1.5 ?3%,Li2O:4 ?6%,C:4 ?6%，余量为不可避免的杂质，其中，CaOAl2O3:1.0?2.0。
[0008]作为优选方案，该保护渣中各化学成份的重量百分比为=Al2O3:22?28%，CaO:32 ?38 %，S12:6 ?9 %，Γ:7 ?9 %，Na2CHK2O: 1.2 ?1.8 %，B2O3:4.2 ?5.8 %，MgO:1.7?2.8%,Li2O:4.2?5.8%，C:4.2?5.8%，余量为不可避免的杂质，其中，Ca0/Al203:1.14 ?1.73。
[0009]进一步地，该保护渣中各化学成份的重量百分比为=Al2O3:27%, CaO:37%, S12:8%,F-:8%,Na20+K20:1.5%, B2O3:5%,Mg0:2.5%, Li2O:5.5%,C:5.5%，其中，Ca0/Al203:1.37。
[0010]再进一步地，该保护渣由以下原料制成:铝酸钙精炼渣、铝矾土、苏打、萤石、无水硼砂、碳酸锂和炭黑，其中，铝酸钙精炼渣中各化学成份的重量百分比为=CaO:45?55%，Al2O3:35?45%，S12:2?4%，MgO:1?5%，余量为不可避免的杂质；铝矾土中各化学成份的重量百分比为=Al2O3:80?85%，余量为不可避免的杂质；苏打中各化学成份的重量百分比为:Na2C03:98?99%,余量为不可避免的杂质；萤石中各化学成份的重量百分比为=CaF2:90?95%，余量为不可避免的杂质；无水硼砂中各化学成份的重量百分比为:Na2B4O7:95?96%，余量为不可避免的杂质；碳酸锂中各化学成份的重量百分比为=Li2CO3:98?99%，余量为不可避免的杂质；炭黑中各化学成份的重量百分比为:C:96?98%，余量为不可避免的杂质。
[0011]还进一步地，铝酸钙精炼渣中各化学成份的重量百分比为:CaO:49%，Al2O3:42%, S12:3%, MgO:3%，余量为不可避免的杂质；铝矾土中各化学成份的重量百分比为:Al2O3:83%，余量为不可避免的杂质；苏打中各化学成份的重量百分比为=Na2CO3:98.4%,余量为不可避免的杂质；萤石中各化学成份的重量百分比为=CaF2:92%，余量为不可避免的杂质；无水硼砂中各化学成份的重量百分比为=Na2B4O7:95.6%，余量为不可避免的杂质；碳酸锂中各化学成份的重量百分比为=Li2CO3:98.2%，余量为不可避免的杂质；炭黑中各化学成份的重量百分比为:C:97.2%，余量为不可避免的杂质。
[0012]更进一步地，该保护渣物理性质为:熔点1050?1150°C，1300°C粘度为0.10?
0.20Pa.s，转折点温度为1050?1150。。。
[0013]更进一步地，该保护渣物理性质为:熔点1100°C，1300°C粘度为0.14Pa.8，转折点温度为1100°c。
[0014]本发明的工作原理是这样的:具体而言，本发明实施了以下技术手段:
[0015](I)相对于低碱度CaO-S12渣系高铝包晶钢保护渣，本发明所涉及的保护渣范围以CaO和Al2O3为基本成分设计弱反应性保护渣，通过控制保护渣中S12含量，用Al2O3代替S12抑制钢-渣反应，低S12保护渣范围如图1所示。实践表明，CaO-Al2O3渣系有效改善了铸坯表面质量，尤其消除了表面裂纹和凹陷等缺陷问题。在现有的CaO-S12-系中通常加入大量B203、Na2O和Li2O来调节保护渣的结晶性能，CaO-Al2O3渣系保护渣可以添加大量B2O3来控制保护渣熔化性能和结晶性能，但B2O3反应强烈，反应后CaO-Al2O3渣系保护渣熔点迅速增加、粘度增大，钢水热量在垂直方向上传递的阻力增大，造成上部粉末保护渣熔化变慢，甚至发生烧结，对于改善CaO-Al2O3渣系保护渣润滑效果不佳。而如果在CaO-Al2O3渣系中添加大量的Na2O会限制Li2O的加入量，因为采用高Na2O、高Li2O时，二者通过协同作用促使保护渣结晶性能急剧增强。因此，CaO-Al2O3渣系需要通过采取低Na2O高Li2O的形式能获得更加适宜的物理性能。因为适当的B2O3可以改善保护渣初始熔化性能，反应后残余的B2O3也可以起到改善润滑的作用。而低Na20、高Li2O的措施即可以控制保护渣熔点和粘度，又能抑制保护渣结晶，从而改善保护渣在结晶器内行为。所以对本发明而言，控制B2O3的加入量，并通过减少Na2O含量和提高Li2O含量协调控制保护渣熔化和结晶性能。
[0016](2)通过研究发现，作为主矿物的mCa0.1iAl2O3铝酸钙具有良好的净水效果，尤其是对废水中氟的处理，可以利用铝酸钙作为净水剂来处理含氟废水。除氟机理主要依靠沉淀和络合作用，形成物是钙与氟的络合物AlF3,或者还有3CaO -Al2O3 -CaF2.11?33Η20等。基于这一发现，高Al2O3含量的保护渣可以抑制氟向水中的迁移。本发明保护渣以CaO-Al2O3铝酸盐结构构成，具有固氟作用，其流入结晶器与凝固坯壳之间，最后随铸坯出结晶器脱落，能够降低氟的排放量，还能吸附废水中的氟，从而减轻对环境的污染。图2为本发明保护渣和常规CaO-S12基保护渣水浸实验结果，结果表明，在各取样时间，本发明所述保护渣逸出的F_含量不足CaO-S12基保护渣逸出F_含量的50%，同时，与偏酸度的CaO-S12基保护渣水样相比，所述保护渣水样的PH值变化小，接近中性，其环保效果明显。
[0017]采用CaO-Al2O3渣系保护渣，其主要矿相为铝酸盐，不仅控制了保护渣的反应性，提高铸坯质量，还能通过自身的固氟作用抑制渣中氟的逸出，防止环境污染。
[0018]综上所述，本发明的优点在于:将本发明所述的保护渣用于铝含量0.80?
1.00%、碳含量0.085?0.115%的高铝包晶钢可以实现CaO-Al2O3渣系的连续浇铸，并消除铸坯表面裂纹和凹陷，获得良好的铸坯质量。同时，该保护渣可以大量减少渣中F—进入废水，减轻对环境的污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明高铝包晶钢用环保型连铸保护渣实施例1中CaO-S12-Al2O3的相图；
[0020]图2为实施例1的CaO-Al2O3渣系保护渣和现有CaO-S12渣系保护渣水浸试验结果比较图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述:
[0022]实施例1:
[0023]取铝酸钙精炼渣、铝矾土、苏打、萤石、无水硼砂、碳酸锂和炭黑制成高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其中，铝酸钙精炼渣中各化学成份的重量百分比为:CaO:45%, Al2O3:45%, S12:2%, MgO:1% ;铝矾土中各化学成份的重量百分比为=Al2O3:80%，余量为不可避免的杂质；苏打中各化学成份的重量百分比为=Na2CO3:98%，余量为不可避免的杂质；萤石中各化学成份的重量百分比为=CaF2:90%，余量为不可避免的杂质；无水硼砂中各化学成份的重量百分比为=Na2B4O7:95%，余量为不可避免的杂质；碳酸锂中各化学成份的重量百分比为=Li2CO3:98%，余量为不可避免的杂质；炭黑中各化学成份的重量百分比为:C:96%,余量为不可避免的杂质。
[0024]该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣中各化学成份的重量百分比为=Al2O3:20%,CaO:40%, S12:10%, Γ:10%, Na2CHK2O:1.0%, B2O3:4%, MgO:3%, Li2O:6%, C:6%，余量为不可避免的杂质，其中，CaOAl2O3:2.0。
[0025]该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣物理性质为:熔点1150°C，1300°C粘度为0.1OPa.S，转折点温度为10500C ο
[0026]本发明针对浇铸铝含量0.80?1.00%、碳含量0.085?0.115%的高铝包晶钢，其制备方法包括以下步骤:原料准备一配料一搅拌混匀一水磨成浆一喷雾造粒一成品包装，其中搅拌混匀和水磨成浆时间各60分钟。
[0027]实施例2:
[0028]本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于:
[0029]该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣中各化学成份的重量百分比为=Al2O3:30%,CaO:40%, S12:6%, Γ:6%, Na2CHK2O:2.0%, B2O3:6%, MgO:2%, Li2O:4%, C:4%，余量为不可避免的杂质，其中，CaOAl2O3:1.33。
[0030]该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣物理性质为:熔点1150°C，1300°C粘度为0.1OPa.S，转折点温度为10500C ο
[0031]实施例3:
[0032]本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于:
[0033]取铝酸钙精炼渣、铝矾土、苏打、萤石、无水硼砂、碳酸锂和炭黑制成高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其中，铝酸钙精炼渣中各化学成份的重量百分比为:CaO:49%, Al2O3:42%, S12:3%, MgO:3%，余量为不可避免的杂质；铝矾土中各化学成份的重量百分比为:Al2O3:83%，余量为不可避免的杂质；苏打中各化学成份的重量百分比为=Na2CO3:98.4%,余量为不可避免的杂质；萤石中各化学成份的重量百分比为=CaF2:92%，余量为不可避免的杂质；无水硼砂中各化学成份的重量百分比为=Na2B4O7:95.6%，余量为不可避免的杂质；碳酸锂中各化学成份的重量百分比为=Li2CO3:98.2%，余量为不可避免的杂质；炭黑中各化学成份的重量百分比为:C:97.2%，余量为不可避免的杂质。
[0034]该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣中各化学成份的重量百分比为=Al2O3:22%,CaO:38%, S12:9%，Γ:9%,Na20+K20:1.8%,B2O3:5.8%,MgO:2.8%, Li2O:5.8%, C:4%,余量为不可避免的杂质，其中，CaOAl2O3:1.73。
[0035]该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣物理性质为:熔点1100°C，1300°C粘度为0.14Pa.s，转折点温度为1100°C。
[0036]实施例4:
[0037]取铝酸钙精炼渣、铝矾土、苏打、萤石、无水硼砂、碳酸锂和炭黑制成高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其中，铝酸钙精炼渣中各化学成份的重量百分比为:CaO:55%, Al2O3:35%, S12:4%, MgO:5% ;铝矾土中各化学成份的重量百分比为=Al2O3:85%，余量为不可避免的杂质；苏打中各化学成份的重量百分比为=Na2CO3:99%，余量为不可避免的杂质；萤石中各化学成份的重量百分比为=CaF2:95%，余量为不可避免的杂质；无水硼砂中各化学成份的重量百分比为=Na2B4O7:96%，余量为不可避免的杂质；碳酸锂中各化学成份的重量百分比为=Li2CO3:99%，余量为不可避免的杂质；炭黑中各化学成份的重量百分比为:C:98%，余量为不可避免的杂质。
[0038]该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣中各化学成份的重量百分比为=Al2O3:28%,CaO:33%, S12:6%, F-:7%, Na2CHK2O:1.2%, B2O3:4.2%, MgO:2.2%, Li2O:4.2%, C:
4.2%，余量为不可避免的杂质，其中，CaOAl2O3:1.18。
[0039]该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣物理性质为:熔点1050°C，1300°C粘度为
0.20Pa.s，转折点温度为1150。。。
[0040]实施例5:
[0041]取铝酸钙精炼渣、铝矾土、苏打、萤石、无水硼砂、碳酸锂和炭黑制成高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其中，铝酸钙精炼渣中各化学成份的重量百分比为:CaO:55%, Al2O3:35%, S12:4%, MgO:5% ;铝矾土中各化学成份的重量百分比为=Al2O3:85%，余量为不可避免的杂质；苏打中各化学成份的重量百分比为=Na2CO3:99%，余量为不可避免的杂质；萤石中各化学成份的重量百分比为=CaF2:95%，余量为不可避免的杂质；无水硼砂中各化学成份的重量百分比为=Na2B4O7:96%，余量为不可避免的杂质；碳酸锂中各化学成份的重量百分比为=Li2CO3:99%，余量为不可避免的杂质；炭黑中各化学成份的重量百分比为:C:98%，余量为不可避免的杂质。
[0042]该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣中各化学成份的重量百分比为=Al2O3:27%,CaO:37%, S12:8%，Γ:8%,Na20+K20:1.5%,B2O3:5%,Mg0:2.5%, Li2O:5.5%,C:5.5%,其中，CaOAl2O3:1.37。
[0043]该高铝包晶钢用环保型连铸保护渣物理性质为:熔点1050°C，1300 °C粘度为
0.20Pa.s，转折点温度为1150。。。
【权利要求】
1.一种高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其特征在于:该保护渣中各化学成份的重量百分比为=Al2O3:20 ?30%,CaO:28?40%，Si02:5 ?10%，Γ:6 ?10%，Na20+K20:1.0 ?2.0%,B203:4?6%，Mg0:1.5?3%, Li2O:4?6%，C:4?6%，余量为不可避免的杂质，其中，CaOAl2O3:1.0 ?2.0。
2.根据权利要求1所述的高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其特征在于:该保护渣中各化学成份的重量百分比为=Al2O3:22?28%，Ca0:32?38%，S12:6?9%，Γ:7?9%，Na2CHK2O:1.2 ?1.8%,B2O3:4.2 ?5.8%,MgO:1.7 ?2.8%,Li2O:4.2 ?5.8%，C:4.2 ?5.8%，余量为不可避免的杂质，其中，CaOAl2O3:1.14?1.73。
3.根据权利要求2所述的高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其特征在于:该保护渣中各化学成份的重量百分比为:A1203:27%, CaO:37%, S12:8%,:8%, Na2CHK2O:1.5%,B2O3:5%, MgO:2.5%, Li2O:5.5%, C:5.5%，其中，Ca0/Al203:1.37。
4.根据权利要求1所述的高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其特征在于:该保护渣由以下原料制成:铝酸钙精炼渣、铝矾土、苏打、萤石、无水硼砂、碳酸锂和炭黑，其中，铝酸钙精炼渣中各化学成份的重量百分比为:CaO:45?55%，Al2O3:35?45%，S12:2?4%，MgO:1?5%,余量为不可避免的杂质；招帆土中各化学成份的重量百分比为=Al2O3:80?85%，余量为不可避免的杂质；苏打中各化学成份的重量百分比为=Na2CO3:98?99%，余量为不可避免的杂质；萤石中各化学成份的重量百分比为=CaF2:90?95%,余量为不可避免的杂质；无水硼砂中各化学成份的重量百分比为=Na2B4O7:95?96%，余量为不可避免的杂质；碳酸锂中各化学成份的重量百分比为=Li2CO3:98?99%，余量为不可避免的杂质；炭黑中各化学成份的重量百分比为:C:96?98%，余量为不可避免的杂质。
5.根据权利要求4所述的高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其特征在于:铝酸钙精炼渣中各化学成份的重量百分比为=CaO:49%, Al2O3:42%, S12:3%, MgO:3%，余量为不可避免的杂质；铝矾土中各化学成份的重量百分比为=Al2O3:83%，余量为不可避免的杂质；苏打中各化学成份的重量百分比为=Na2CO3:98.4%，余量为不可避免的杂质；萤石中各化学成份的重量百分比为=CaF2:92%，余量为不可避免的杂质；无水硼砂中各化学成份的重量百分比为=Na2B4O7:95.6%，余量为不可避免的杂质；碳酸锂中各化学成份的重量百分比为=Li2CO3:98.2%，余量为不可避免的杂质；炭黑中各化学成份的重量百分比为:C:97.2%，余量为不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其特征在于:该保护渣物理性质为:熔点1050?1150°C，1300°C粘度为0.10?0.20Pa.s，转折点温度为1050?1150。。。
7.根据权利要求6所述的高铝包晶钢用环保型连铸保护渣，其特征在于:该保护渣物理性质为:熔点1100°C，1300°C粘度为0.14Pa.s，转折点温度为1100°C。
【文档编号】B22D11/111GK104209485SQ201410393594
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月11日 优先权日:2014年8月11日
【发明者】李伟, 文光华, 吴健鹏, 徐静波, 陈国威, 付孝锦, 李具中 申请人:武汉钢铁(集团)公司