CN102009144B - 大方坯高速重轨钢专用连铸结晶器功能保护材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大方坯高速重轨钢专用连铸结晶器功能保护材料，所述功能保护材料中BaO、MgO重量百分含量分别为2.0～3.5％、1.0～5.0％、二元碱度(CaO/SiO2)为0.6～0.80，其余量为SiO2、CaO、Al2O3、Na2O、F-和K2O。功能保护材料在结晶器内铺展性、保温性、熔化性能好，结晶器内四个面传热量稳定和均匀，液渣层厚度为7～11mm，渣条少，功能保护材料润滑性好，防止粘结性漏钢，铸坯表面无夹渣和粘渣现象，铸坯表面质量好。
Description
技术领域
本发明属于冶金辅料技术领域，特别是一种大方坯高速重轨钢专用连铸结晶器功能保护材料。
背景技术
随着中国铁路建设和运营的快速发展，高速列车成为铁路运营的主要发展方向，高品质高速重轨钢的需求量也随之增加，冶金行业把主要任务投向大力开发高品质钢材列入发展战略的重要内容。高品质钢连铸连铸生产过程中，还必须采取必要措施以保证产品的质量，主要是采用电磁搅拌、凝固末端轻压下等新技术。由于大方坯在轧制过程中断面收缩率大，因此可弥散化中心缺陷，还可以使碳偏析进一步降低。所以大多钢厂生产高品质优特钢倾向于用断面超过250mm的大方坯生产。由于高品质优特钢中加入合金种类增多，造成钢水中夹杂物类型多，而且含量高。因此要求功能保护材料具有较强的吸收夹杂物的能力，而且在功能保护材料吸收夹杂物后，其理化性能仍能满足连铸工艺的要求。所以研制生产与其相适应的大方坯结晶器功能保护材料便成为连铸工作者关心和工作的重点。大方坯高速重轨钢结晶器功能保护材料便是其中之一。
鞍钢电炉连铸机，浇注断面：350х350、280х280。拉速在0.45～0.75 m/min.之间，浇铸的钢种：U71、U71Mn,钢水C:0.68～0.73%,Als：0.02～0.05%，由于此碳含量范围钢的凝固收缩率低，因此结晶器和凝固壳之间的液渣流入通道变的更窄，所以重轨钢功能保护材料设计的重点应放在保证润滑上，渣耗量的保证非常关键。该类钢种的特点是热强度差，浇铸温度和浇铸速度较低，同时容易产生粘结漏钢。这与初始生成的坯壳凝固收缩小有关。坯壳强度及液相线温度随着钢水中碳含量的增加而降低，所以浇铸温度比其它钢低一点。为了防止钢水冻结，重轨钢要使用隔热性良好的功能保护材料，体积密度要低。重轨钢属于高强度耐磨钢，对钢成分的均匀性和钢质量的纯净度提出更高的要求。结晶器功能保护材料在确保润滑.吸附溶解钢水上浮氧化铝的冶金功能十分关键。由此，为了实现最佳操作性能和获得满意的产品质量，对功能保护材料提出了更高的要求：1）为了确保充分的消耗量和润滑，采用低碱度、较低粘度和特殊熔剂搭配以达到很低熔点的功能保护材料，以确保足够厚的液渣层；2)减少渣圈生成，渣圈厚时会把液渣向下流动的通道堵死，局部堵塞的时间越长表面纵裂就越严重；3)合适的渣耗量，保护的渣耗量随着液渣粘度.结晶器振动频率.负滑脱率以及拉速的减少而增大；4)合适的熔渣粘度和渣膜厚度，由于大方坯浇铸时的特点：a、钢水静压力大；b、坯壳线收缩大，铸坯热容量大。钢水静压力聚集在坯壳角部形成剪切应力，因此大方坯角部往往最容易纵裂纹、凹陷等缺陷。液渣流入不均匀容易在铜壁和凝壳间产生空隙，从而引发铸坯的不均匀凝固。由于渣膜在整个凝固壳外表面上的分布不可能是均匀的，在渣膜过薄的情况下渣膜厚度的不均匀相对显得突出；5）为确保重轨钢更高的钢水纯净度，功能保护材料需要良好的吸收钢液上浮夹杂物功能，并使液渣物性保持稳定。；6）为了确保保温性能，需要专一的复合配碳方式和选用体积密度。
发明内容
本发明的目的是提出一种解决重轨钢大方坯表面凹坑.铸中粘结性漏钢、铸坯表面夹渣和粘渣问题的大方坯高速重轨钢专用连铸结晶器功能保护材料。
为实现本发明的目的，所述的大方坯高速重轨钢专用连铸结晶器功能保护材料，其原料包括熔化料、碳酸钡、碳酸钠、萤石、硼玻璃粉、石墨碳、电熔镁砂、进口炭黑、膨润土，其重量百分含量分别为56%、5.0%、11.0%、4.0%、12.0%、2.0%、2.0%、2.0%、4.0%，所述熔化料的成份及重量百分比组成为：SiO2 42～45%、CaO 36～39%、MgO 1.5～3.5%、Fe2O3不大于1%、Al2O3 4～6%、Na2O 5～7%、F-2～4%。
所述功能保护材料中BaO重量百分含量为2.0～3.0%，MgO重量百分含量为1.0～5.0%，二元碱度（CaO/SiO2）为0.6～0.8，其余为SiO2、CaO 、Al2O3、Na2O 、F-、K2O，其重量百分含量为SiO2 28.0～35.0%，CaO 20.0～28.0%，Al2O3 <10.0%、Na2O 10.0～16.0%、F-3.0～6.0%、K2O <0.5%。
下面对本发明作进一步详述：
大方坯高速重轨钢的碳含量C:0.68～0.73%，该类钢种的特点是热强度差，浇铸温度和浇铸速度较低，同时容易产生粘结漏钢，这与初始生成的坯壳凝固收缩小有关。重轨钢坯壳强度及液相线温度随着钢水中碳含量的增加而降低，所以浇铸温度比其它钢低一点。为了防止钢水冻结，重轨钢要使用隔热性良好的功能保护材料，体积密度要低。由于重轨钢的凝固收缩率低，因此结晶器和凝固壳之间的液渣流入通道变的更窄，所以重轨钢功能保护材料设计的重点应放在保证润滑上，渣耗量的保证非常关键。为此，设计该功能保护材料的粘度和凝固温度要低些，渣膜玻璃化倾向要大些，以保证良好的润滑性能。
功能保护材料化学成分设计。首先要求功能保护材料的二元碱度（CaO/SiO2）不能太高，一般要小于0.80，以保证结晶器内渣膜形成良好的玻璃态，改善坯壳与结晶器之间的润滑，本发明控制功能保护材料的二元碱度在0.6～0.80范围内。其次，采用多种熔剂的方法调节功能保护材料熔点和粘度，其中BaO是一个重要熔剂，对降低功能保护材料粘度和熔点显著，同时BaO还能改善功能保护材料的润滑性能，减少渣圈析出的结石量，使渣圈厚度减薄很多，本发明功能保护材料中BaO含量控制范围为2.0～3.5%；MgO能降低功能保护材料熔点、粘度、结晶温度和凝固温度，改善功能保护材料的稳定性，本发明功能保护材料中MgO含量控制范围为1.0～5.0%；作为常规功能保护材料熔剂重要成分的Na2O在本发明功能保护材料中含量不能太高，一方面避免在渣膜中析出霞石，破坏渣膜的玻璃性能，减少功能保护材料中的Na2O含量同时还可提高功能保护材料的表面张力，有利于渣-金分离，减少铸坯表面夹渣和粘渣，本发明功能保护材料中Na2O含量控制范围为10～16.0%，Na2O在功能保护材料的作用仍然是降低熔点和粘度；功能保护材料中的F-主要作用是降低渣粘度，改善液渣流动性，但在本发明中要特别注意控制功能保护材料中的F-含量，若渣中CaF2含量过高会引起枪晶石（3CaO.2SiO2.CaF2）等高熔点物的析出，破坏熔渣的玻璃性，使润滑条件恶化，另外F-离子含量过高还会对伸入式水口造成严重侵蚀，减少水口使用寿命，为此，本发明功能保护材料中F-含量控制范围为3.0～6.0%。最后，就是要求功能保护材料快速熔化，形成足够的液渣层和保证一定的渣消耗量。要求配碳量不能太高，但也不能过低，否则形成的液渣层和烧结层太厚，使得结渣条严重，阻碍功能保护材料的均匀流入。因此，配碳种类选用比表面积大和燃烧速度快的炭黑。本发明功能保护材料中C含量控制范围为2.0～5.0%。
功能保护材料物理性能确定。本发明要求功能保护材料具有较低的熔点、粘度、凝固温度和较快的熔化速度。具体设置要求为：熔点（半球点温度）为910～970 ℃；1300℃的粘度为0.10～0.30 Pa·S；凝固温度为950～1000℃（粘度-温度曲线判定）；熔化速度为20～40秒（渣柱法测试）。
配渣基料的选用和特点。功能保护材料的性能取决于制渣基料的选择，常规的机混渣主要采用多种生料混合而成，由于受热后产生分解化合物而影响到性能变化，影响了熔渣的稳定性。本研究选择用预熔型渣作为功能保护材料配渣基料，该特制的预熔型渣除了含有常规的预熔型渣基本成分外，如SiO2、CaO 、Al2O3、Na2O 、F-，还含有本发明功能保护材料需要的MgO成分。由于减少了生料的配入比例，熔渣性能的稳定性得到了提高。特别是预熔型连铸渣基料比例达到了55～60%，减少了在结晶器内的分解化合反应过程，明显增加了使用效果的稳定性。
生产工艺和质量控制标准。功能保护材料成品的理化性能稳定性与所使用生产工艺和控制标准是直接相关的。为了适应大方坯高速重轨钢功能保护材料的高质量需求，本发明功能保护材料采用了如下质量控制标准：1）每种原料粒度要求通过250目；2）混匀搅拌和水磨成浆时间各1小时。
采用上述研究结果生产的该功能保护材料, 在鞍钢4机4流大方坯连铸机上浇注高速重轨钢钢, 拉速在0.4-1.0 m/min.时的渣耗量为0.45 kg/T钢、钢水表面液渣层厚度7～11mm。经现场试验结果表明，该功能保护材料使用时，在结晶器内铺展性、保温性和熔化性能表现良好；结晶器内传热量稳定和均匀，满足波动范围内的拉速要求；试验渣渣条小、改善了流入不均现象，功能保护材料润滑性好，防止了粘结性漏钢。铸坯表面没有裂纹.夹渣和粘渣现象，铸坯表面质量好。
具体实施方式
实施例一：
一种大方坯高速重轨钢专用连铸结晶器功能保护材料，其原料包括熔化料、碳酸钡、碳酸钠、萤石、硼玻璃粉、石墨碳、电熔镁砂、进口炭黑、膨润土，其重量百分含量分别为56%、5.0%、11.0%、4.0%、12.0%、2.0%、2.0%、2.0%、4.0%，所述熔化料的成份及重量百分比组成为：SiO2 42～45%、CaO 36～39%、MgO 1.5～3.5%、Fe2O3不大于1%、Al2O3 4～6%、Na2O 5～7%、F-2～4%。
所述功能保护材料中BaO重量百分含量为2.2%，MgO重量百分含量为4.5%，二元碱度（CaO/SiO2）为0.80，其余为SiO2、CaO 、Al2O3、Na2O 、F-、K2O，其重量百分含量为SiO2 28.5%，CaO 23.0%，Al2O3 9.0%、Na2O 10.5%、F-3.5%、K2O 0.4%。
实施例二：
一种大方坯高速重轨钢专用连铸结晶器功能保护材料，其原料包括熔化料、碳酸钡、碳酸钠、萤石、硼玻璃粉、石墨碳、电熔镁砂、进口炭黑、膨润土，其重量百分含量分别为56%、5.0%、11.0%、4.0%、12.0%、2.0%、2.0%、2.0%、4.0%，所述熔化料的成份及重量百分比组成为：SiO2 42～45%、CaO 36～39%、MgO 1.5～3.5%、Fe2O3不大于1%、Al2O3 4～6%、Na2O 5～7%、F-2～4%。
所述功能保护材料中BaO重量百分含量为3.0%，MgO重量百分含量为1.5%，二元碱度（CaO/SiO2）为0.6～0.8，其余为SiO2、CaO 、Al2O3、Na2O 、F-、K2O，其重量百分含量为SiO2 34.0%，CaO 22.0%，Al2O3 3.0%、Na2O 15.0%、F-5.7%、K2O 0.2%。
实施例三：
一种大方坯高速重轨钢专用连铸结晶器功能保护材料，其原料包括熔化料、碳酸钡、碳酸钠、萤石、硼玻璃粉、石墨碳、电熔镁砂、进口炭黑、膨润土，其重量百分含量分别为56%、5.0%、11.0%、4.0%、12.0%、2.0%、2.0%、2.0%、4.0%，所述熔化料的成份及重量百分比组成为：SiO2 42～45%、CaO 36～39%、MgO 1.5～3.5%、Fe2O3不大于1%、Al2O3 4～6%、Na2O 5～7%、F-2～4%。
所述功能保护材料中BaO重量百分含量为2.5%，MgO重量百分含量为3.0%，二元碱度（CaO/SiO2）为0.6～0.8，其余为SiO2、CaO 、Al2O3、Na2O 、F-、K2O，其重量百分含量为SiO2 31.5%，CaO 24.0%，Al2O3 5.0%、Na2O 13.0%、F-4.5%、K2O 0.3%。
Claims (1)
1.一种大方坯高速重轨钢专用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于：其原料包括熔化料、碳酸钡、碳酸钠、萤石、硼玻璃粉、石墨碳、电熔镁砂、进口炭黑、膨润土，其重量百分含量分别为56%、5.0%、11.0%、4.0%、12.0%、2.0%、2.0%、2.0%、4.0%，所述熔化料的成份及重量百分比组成为：SiO2 42～45%、CaO 36～39%、MgO 1.5～3.5%、Fe2O3不大于1%、Al2O3 4～6%、Na2O 5～7%、F-2～4%。
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