本发明涉及炼钢技术领域，具体而言，涉及大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣及其制备方法及大方坯易切削钢连铸方法。
背景技术：
目前，随着国内产能过剩并且大多钢厂生产低端普通钢所产生的利润就非常的薄弱，那么生产品种钢就是一大趋势，其中大方坯生产的易切削钢是一种较为利润相当可观的产品。
并且伴随着现代化工业向自动化、高速化和精密化的加工方向发展，要求钢材具有良好的切削工艺性能，提高生产效率，以适应大批量生产。因此需要更多地采用提高和改善切削性能的钢材，便于自动切削机床加工。易切削钢主要用于制作受力较小而对尺寸和粗糙度要求严格的仪器仪表、手表零件、汽车、机床和其他各种机器；对尺寸精度和粗糙度要求严格，而对力学性能要求相对较低的标准件，如齿轮、轴、螺栓、阀门、衬套、销钉、管接头、弹簧座垫及机床丝杠、塑料成型模具、外科和牙科手术用具等。其中易切削钢中含有较高的硫，其作用就是硫在钢中与锰和铁形成硫化锰夹杂，这类夹杂物能中断基体金属的连续性，在切削时促使断屑形成小而短的卷曲半径，而易于排除，减少刀具磨损，降低加工表面粗糙度，提高刀具寿命。通常钢的被切削性随钢中硫含量的增多而增高。但钢的纵向和横向的力学性能差别大，横向塑、韧性差，疲劳及耐蚀性能也有所降低。钢中硫含量过高时，会导致热脆性，对钢的热加工造成困难，恶化钢的力学性能。通常硫含量为0.08％～0.30％，有的可提高到0.4％，易切削工具钢中的硫含量均应在0.06％～0.10％之间。其中易切削钢中磷多与硫复合加入钢中，通常磷含量在0.04％～0.12％，磷固溶于铁素体中会提高硬度和强度，降低韧性，使切屑易于折断和排除，从而获得良好的加工表面粗糙度。
但易切削钢因加入有较高的磷、硫等特殊的成分，对于连铸保护渣的物理化学性能较为敏感，连铸时易产生钢液面渣条大，铸坯表面易产生较厚的氧化铁皮，或表面不光滑、裂纹、渣沟、结疤、凹陷等缺陷。
鉴于此，特提出本申请。
技术实现要素：
本发明提供了一种大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣，旨在改善现有的易切削钢连铸时易产生钢液面渣条大，铸坯表面易产生较厚的氧化铁皮，或表面不光滑、裂纹、渣沟、结疤、凹陷等缺陷的问题。
本发明提供了一种大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣的制备方法，能够制得一种适合大方坯易切削钢专用连铸结晶器的保护渣。
本发明提供了一种大方坯易切削钢连铸方法，该方法制得的铸坯品质好。
本发明是这样实现的：
本发明提供了一种大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣，按重量百分比计包括：27～32％CaO、40～43％SiO2、1～4％MgO、3.5～6％Al2O3、1～4％Na2O、0.77～4％F﹣、0.19～1％Li2O、0.25～1.47％B2O3以及8～14％C。
本发明还提供了用于制备上述的大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣的制备方法，包括：将保护渣的制备原料制成空心球状的保护渣，所述保护渣的原料包括主料，所述主料包括：硅灰石、无碳烟灰、玻璃粉、萤石、熟料、白碱、碳黑、土状石墨、陶土、碳酸锂、硼砂、方解石、镁砂以及铝钒土。
本发明还提供了一种大方坯易切削钢连铸方法，连铸过程使用的结晶器保护渣为上述的大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣。
本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣，各种成分相互配合作用使得保护渣的物理指标特别适合于作为大方坯易切削钢种专用连铸结晶器保护渣，成渣速度适中，成渣均匀，液渣层厚度合适，液渣消耗量适中，能够有效处理传热与润滑之间的矛盾，能够有效解决铸坯裂纹、防止出现渣条发达，又能有效解决润滑问题以及改善铸坯的光洁度且防止出现凹陷。
本发明通过上述设计得到的大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣的制备方法能够制得本发明提供的大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣。
本发明通过上述设计得到的大方坯易切削钢连铸方法，由于连铸过程中使用的结晶器保护渣为本申请提供的大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣。因此，连铸得到的铸坯的品质好。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供一种大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣及易切削钢连铸方法具体说明。
本发明提供的一种大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣，按重量份数计包括：27～32％CaO、40～43％SiO2、1～4％MgO、3.5～6％Al2O3、1～4％Na2O、0.77～4％F﹣、0.19～1％Li2O、0.25～1.47％B2O3以及8～14％C。
主要成份包括上述重量份数的各种物质时，其具有较低的碱度，能够提高保护渣投入结晶器中后的润滑能力，减少过度的吸附夹杂。而其具有较高的碳量使得保护渣具有适合的熔化速度以及消耗量，能够有效抑制渣条的产生，防止铸坯表面卷入渣子。
而相对于现有的保护渣具有较高含量的氧化铝，使得保护渣的熔化温度较高，熔化温度达1200℃～1300℃，粘度较大，1300℃下粘度达1.5Pa·s～2.0Pa·s，粘度高则表面张力大，与钢液的分离效果较好，析晶率大，在40～60％之间，能有效控制传热性能，减小钢坯表面裂纹，且使得保护渣的液渣均匀地流入铸坯与结晶器的缝隙，从而使在结晶器壁与坯壳之间形成具有一定厚度、均匀铺展的渣膜保证了初生坯壳的均匀性从而避免出现因液渣流入不均且渣膜厚度不均所引起的凹陷。
合适含量的Li2O，能够使保护渣的凝固点、结晶温度明显降低外、同时还能控制保护渣熔化后的粘度，防止粘度过高，增加液渣的流动性，以及提高保护渣性能的稳定性。
合适含量的B2O3能够使保护渣的凝固点、结晶温度明显降低外、同时还能控制保护渣熔化后的粘度，防止粘度过高，增加液渣的流动性，以及提高保护渣性能的稳定性。
而保护渣中由于具有合理含量的碳，利用碳制材料的骨架效应使得保护渣具有合适的熔化速度，保护渣加入后由里至外形成三层结构，分别为：呈熔化态的液渣层、呈半熔化态的结晶层以及未熔化的粉渣层。由于保护渣具有合适的熔化速度，使得保护渣形成的这三层结构稳定性好，有利于溶渣均匀、迅速、适量地流入坯壳与结晶器间的缝隙，从而发挥保护渣良好的冶金效果。
因此，本申请提供的保护渣成渣速度适中，成渣均匀，液渣层厚度合适，液渣消耗量适中，能够有效处理传热与润滑之间的矛盾，能够有效解决铸坯裂纹、防止出现渣条发达，又能有效解决润滑问题以及改善铸坯的光洁度且防止出现凹陷。
进一步地，保护渣中CaO与SiO2的质量之比为0.65～0.8。CaO与SiO2的质量之比又称为二元碱度，当保护渣的二元碱度在此范围内时使保护渣的玻璃态化更充分，利于铸坯与结晶器之间的润滑，渣子与铸坯表面易分离，铸坯表面相对光滑。
本发明提供的大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣的制备方法，包括：将保护渣的制备原料制成空心球状的保护渣，保护渣的原料包括主料，所述主料包括：硅灰石、无碳烟灰、玻璃粉、萤石、熟料、白碱、碳黑、土状石墨、陶土、碳酸锂、硼砂、方解石、镁砂以及铝钒土。
采用这些主料并进行合理调配后按照常规的制备保护渣的方法烧制后能够制备得到化学组成为27～32％CaO、40～43％SiO2、1～4％MgO、3.5～6％Al2O3、1～4％Na2O、0.77～4％F﹣、0.19～1％Li2O、0.25～1.47％B2O3以及8～14％C，可能还包括一些不可避免的杂质的空心球状的保护渣，而选用的各种材料均为常规易得的材料。
原料中的硼砂经烧制后生成的是保护渣中的三氧化二硼。硼砂在保护渣的制备中作为一种助溶剂，能降低熔点，降低粘度。
保护渣的制备方法为很成熟的现有技术，在制备过程中直接按照现有的技术规程进行制备即可，在此不做过多赘述。
优选地，主料各成分按重量份数计包括：44～49份硅灰石、10～14份无碳烟灰、3.9～8份玻璃粉、3.0～7萤石、1～3份熟料、0.5～3份白碱、1.5～2.5份炭黑、8～10份土状石墨、2～5份陶土、0.5～2份碳酸锂、0.5～3份硼砂、0.5～2份方解石、0.5～2份镁砂以及0.7～6份铝矾土配制，能够得到本发明提供的保护渣。无碳烟灰是指电厂烧锅炉后，煤已燃尽，留下的灰尘。熟料指水泥窑烧后，在未磨细成面时的水泥块。
进一步地，保护渣的原料还包括添加剂，添加剂包括粘合剂。此粘合剂为保护渣专用粘合剂，粘合剂的添加，能够使得保护渣在制备过程中使得各种粉体能够被更好地粘接成团。优选地，粘合剂的量占保护渣原料总质量的1～3％。在本申请中粘合剂可以是糊精、羧甲基纤维素钠或者两者的混合物等常用的粘合剂。
进一步地，添加剂还包括减水剂，减水剂的加入能够减少保护渣制备过程中的用水量。优选地，减水剂的量占保护渣原料总质量的0.5～1％。
本发明提供的一种大方坯易切削钢连铸方法，连铸过程中使用的结晶器保护渣为本发明实施方式提供的大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣。
优选地，连铸过程拉速为0.6m/min～0.95m/min。
该连铸方法，由于连铸过程中使用的结晶器保护渣为本申请提供的大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣。因此，连铸得到的铸坯的品质好。
以下结合具体实施例对本发明提供的一种大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣及其制备方法、连铸方法进行具体说明。
实施例1
本实施例提供的一种大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣的制备方法，该方法包括将保护渣的原料制备成空心球状的保护渣。制备原料按重量份数计为：硅灰石47份、无碳烟灰13份、玻璃粉6份、萤石6份、熟料1.5份、白碱2.2份、炭黑2份、土状石墨8.5份、陶土4.2份、碳酸锂1.8份、硼砂2份、方解石0.5份、镁砂0.5份、铝钒土2.0份、粘合剂2份以及减水剂0.8份。
制备成保护渣后保护渣的化学成分为：CaO 27.52％、SiO2 41.69％、MgO 1.43％、Al2O3 4.1％、Na2O 2.1％、F-2.6％、Li2O 0.75％、0.98％B2O3、C 9.6％，余量为不可避免的杂质。
得到的保护渣的物理指标为：二元碱度(CaO/SiO2)0.66、熔化温度1245℃，1300℃下粘度1.82Pa·s，析晶率为47％。
实施例2
本实施例提供的一种大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣的制备方法，该方法包括将保护渣的原料制备成空心球状的保护渣。制备原料按重量份数计为：硅灰石46份、无碳烟灰12.5份、玻璃粉6份、萤石7份、熟料1.9份、白碱2.5份、炭黑2份、土状石墨8份、陶土3.8份、碳酸锂2份、硼砂1.5份、方解石1份、镁砂1份、铝钒土2.0份、粘合剂2份以及减水剂0.8份。
制备成保护渣后保护渣的化学成分为：CaO 28.51％、SiO2 41.35％、MgO 1.83％、Al2O3 4.2％、Na2O 2.3％、F-3.1％、Li2O 0.85％、0.74％B2O3、C 9.2％，余量为不可避免的杂质。
制得的保护渣的物理指标二元碱度(CaO/SiO2)0.69、熔化温度1237℃，1300℃下粘度1.67Pa·s，析晶率为51％。
实施例3
本实施例提供的一种大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣的制备方法，该方法包括将保护渣的原料制备成空心球状的保护渣。制备原料按重量份数计为：硅灰石46.5份、无碳烟灰13份、玻璃粉8份、萤石4份、熟料1.5份、白碱1.7份、炭黑2份、土状石墨9.5份、陶土4.5份、碳酸锂1.5份、硼砂1份、方解石0.5份、镁砂0.5份、铝钒土3份、粘合剂2份以及减水剂0.8份。
制备成保护渣后保护渣的化学成分为：CaO 27.31％、SiO2 42.68％、MgO 1.43％、Al2O3 4.9％、Na2O 2.0％、F-2.2％、Li2O 0.63％、0.49％B2O3、C 10.4％，余量为不可避免的杂质。
制得的保护渣的物理指标二元碱度(CaO/SiO2)0.65、熔化温度1265℃，1300℃下粘度1.96Pa·s，析晶率为45％。
实施例4
本实施例提供的一种大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣的制备方法，该方法包括将保护渣的原料制备成空心球状的保护渣。制备原料按重量份数计为：硅灰石44份、无碳烟灰10份、玻璃粉7份、萤石5份、熟料3份、白碱3份、炭黑2.5份、土状石墨10份、陶土5份、碳酸锂0.5份、硼砂1份、方解石1.5份、镁砂2份、铝钒土4份、粘合剂1份以及减水剂0.5份。
制备成保护渣后保护渣的化学成分为：CaO28.42％、SiO2 40.82％、MgO2.92％、Al2O35.41％、Na2O 2.57％、F-0.98％、Li2O 0.19％、B2O30.49％、C 10.22％，余量为不可避免的杂质。
实施例5
本实施例提供的一种大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣的制备方法，该方法包括将保护渣的原料制备成空心球状的保护渣。制备原料按重量份数计为：硅灰石49份、无碳烟灰10份、玻璃粉5份、萤石4份、熟料1份、白碱1份、炭黑1.5份、土状石墨8份、陶土3份、碳酸锂1份、硼砂3份、方解石2份、镁砂1.5份、铝钒土6份、粘合剂3份以及减水剂1份。
制备成保护渣后保护渣的化学成分为：CaO29.57％、SiO2 40.21％、MgO3.37％、Al2O35.76％、Na2O 1.69％、F-0.81％、Li2O 0.39％、B2O31.47％、C8.9％，余量为不可避免的杂质。
实施例6
本实施例提供的一种大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣的制备方法，该方法包括将保护渣的原料制备成空心球状的保护渣。制备原料按重量份数计为：硅灰石45份、无碳烟灰14份、玻璃粉5份、萤石4份、熟料1份、白碱3份、炭黑2.5份、土状石墨10份、陶土5份、碳酸锂0.5份、硼砂1份、方解石1.5份、镁砂2份、铝钒土4份、粘合剂1份以及减水剂0.5份。
制备成保护渣后保护渣的化学成分为：CaO28.57％、SiO2 41.21％、MgO2.76％、Al2O35.31％、Na2O 2.47％、F-0.77％、Li2O 0.19％、B2O30.49％、C 11.39％，余量为不可避免的杂质。
实施例7
本实施例提供的一种大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣的制备方法，该方法包括将保护渣的原料制备成空心球状的保护渣。制备原料按重量份数计为：硅灰石48.5份、无碳烟灰14份、玻璃粉3.9份、萤石6.1份、熟料1.2份、白碱2.8份、炭黑2份、土状石墨8.6份、陶土3.7份、碳酸锂2.0份、硼砂1份、方解石2份、镁砂2.0份、铝矾土0.7份粘合剂1份以及减水剂0.5份。
制备成保护渣后保护渣的化学成分为：CaO 32％、SiO2 40.5％、MgO 4％、Al2O33.5％、Na2O 4％、F-1％、Li2O 1％、B2O3 0.49％、C 8％，余量为不可避免的杂质。
实施例8
本实施例提供的一种大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣的制备方法，该方法包括将保护渣的原料制备成空心球状的保护渣。制备原料按重量份数计为：硅灰石48份、无碳烟灰14份、玻璃粉8份、萤石3.0份、熟料1.2份、白碱2.8份、炭黑2.5份、土状石墨8份、陶土3.7份、碳酸锂2.0份、硼砂0.5份、方解石1.0份、镁砂1.3份、铝钒土2份、粘合剂1.5份以及减水剂0.5份。
制备成保护渣后保护渣的化学成分为：CaO 27％、SiO2 43％、MgO 3％、Al2O3 6％、Na2O 3％、F-2％、Li2O 0.9％、B2O3 0.25％、C 12％，余量为不可避免的杂质。
实施例9
本实施例提供的一种大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣的制备方法，该方法包括将保护渣的原料制备成空心球状的保护渣。制备原料按重量份数计为：硅灰石47份、无碳烟灰10份、玻璃粉7.5份、萤石7份、熟料2.2份、白碱0.5份、炭黑2.5份、土状石墨10份、陶土2份、碳酸锂1.3份、硼砂1.4份、方解石2份、镁砂0.8份、铝钒土4.1份、粘合剂1.2份以及减水剂0.5份。
制备成保护渣后保护渣的化学成分为：CaO 30％、SiO2 40％、MgO 1％、Al2O35.2％、Na2O 1％、F-4％、Li2O 0.5％、B2O3 0.69％、C 14％，余量为不可避免的杂质。
对比例1
制备成保护渣后保护渣的化学成分为：CaO21.77％、SiO2 39.76％、MgO1.39％、Al2O311.39％、Na2O2.92％、F-2.25％、Li2O 0.38％、B2O31.96％、C 14％，余量为不可避免的杂质。
本对照组选用的保护渣为二元碱度为0.55的保护渣。熔点1150℃、粘度2.5Pa.s、析晶率3％。
对比例2
制备成保护渣后保护渣的化学成分为：CaO38.34％、SiO2 24.35％、MgO2.07％、Al2O37.11％、Na2O3.32％、F-3.25％、Li2O 0.38％、B2O30.2％、C 13％，余量为不可避免的杂质。
本对照组选用的保护渣为二元碱度为1.55的保护渣。熔点1350℃、粘度0.25Pa.s、析晶率70％。
实验例
将实施例1～3制得的保护渣和对比例1及对比例2提供的保护渣进行实验。实验条件：断面为280*280:380*430，实验钢种为易切削钢，拉速为0.6m/min～0.95m/min下，分五组分别进行保护渣的试验。
具体地，各实验组分别使用10炉钢，分别对其现场的使用情况进行跟踪记录，对其表面的质量进行观察，并且对其内部质量进行检测。
各实施例组的具体情况综述结果如下所述：
结晶器内使用情况：经过观察，三个实验组的保护渣在结晶器内均比较活跃，并且融化均较为均匀，每组保护渣的三层结构比较清晰，并且使用中未发现大的渣条，不用挑渣条，减轻了工人的劳动强度，保证了液面的稳定性。
渣耗量：经统计，各组吨钢耗量在0.35～0.55Kg/t。统计结果小断面拉速高的时候吨钢耗量低一些，大断面拉速低的时候吨钢耗量高一些。
液渣层厚度：各组液渣层厚度在5～9mm，并且一直较为的稳定。可以看出渣子的融化均匀。
铸坯质量：经观察，各组红铸坯表面平整、较为光滑、规则，没有裂纹、凹陷、渣坑等缺陷产生，经检测内部质量良好，说明保护渣较为适合可以浇铸出质量较好的铸坯，能够满足对铸坯质量的要求。
对比例1组形成的铸坯表面有裂纹。原因是低的碱度会导致析晶比例较小，导致传热过快，初生皮壳向结晶器铜板传热不均匀，从而形成铸坯表面裂纹。
对比例2组铸坯过程坯壳厚度较薄，铸坯表面出现凹坑或铸坯表面产生粘渣、漏钢。原因是碱度过高，析晶比例较高，导致传热过慢，铸坯热量向外传递过少、热量散发不出去、润滑也不良，进而导致坯壳厚度较薄，铸坯表面易出现凹坑或铸坯表面易产生粘渣、漏钢等现象发生。
综上所述，本发明提供的大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣，由于保护渣具有合适的碱度使得保护渣投入结晶器中具有优异的润滑能力且能有效避免渣条产生。具有合适含量的氧化铝使得保护渣具有合适的熔化温度、粘度以及析晶率，保证了初生坯壳的均匀性从而避免出现因液渣流入不均且渣膜厚度不均所引起的凹陷。合适含量的Li2O，能增加液渣的流动性以及稳定性。合适含量的碳，使得保护渣具有合适的熔化速度有利于溶渣均匀、迅速、适量地流入坯壳与结晶器间的缝隙，从而发挥保护渣良好的冶金效果。而保护渣的各种成分相互配合作用使得保护渣的物理指标特别适合于作为大方坯易切削钢种专用连铸结晶器保护渣。尤其适用于断面为280*280:380*430、拉速为0.6m/min～0.95m/min的易切削钢，能够较好地兼容控制传热能力和润滑能力，降低连铸坯产生各种缺陷的可能。所以，本申请提供的保护渣，成渣速度适中，成渣均匀，液渣层厚度合适，液渣消耗量适中，能够有效处理传热与润滑之间的矛盾，能够有效解决铸坯裂纹、防止出现渣条发达，又能有效解决润滑问题以及改善铸坯的光洁度且防止出现凹陷。
本发明提供的大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣的制备方法，其能够制得本发明提供的大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣。
本发明提供的大方坯易切削钢连铸方法，由于连铸过程中使用的结晶器保护渣为本申请提供的大方坯易切削钢专用连铸结晶器保护渣。因此，连铸得到的铸坯的品质好。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。