專利名稱：含鈮、釩、鈦低合金寬厚板坯用高堿度結(jié)晶器保護渣及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煉鋼用輔助材料即結(jié)晶器保護渣技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種含鈮、釩、鈦低合金寬厚板坯用高堿度結(jié)晶器保護渣及其制造方法。
背景技術(shù)：
釩、鈦、鈮合金作為添加元素，在鋼中形成細小的碳化物和氮化物或碳氮化合物， 其質(zhì)點釘扎在晶界處，在加熱和再結(jié)晶控軋過程中能阻止奧氏體晶粒的長大和形變奧氏體的再結(jié)晶，延緩再結(jié)晶奧氏體晶粒的長大，在焊接過程中阻止焊接熱影響區(qū)晶粒的粗化，從而大幅提高其屈服強度和韌性，同時還具有良好的冷熱加工性能和焊接性能，1980年以來， 我國根據(jù)國民經(jīng)濟需要開發(fā)了一系列的鈮釩鈦低合金鋼，如石油管線鋼、橋梁鋼、鍋爐鋼、 海上鉆井平臺鋼等，已得到了廣泛的應(yīng)用，同時我國釩、鈦、鈮合金元素儲量豐富，因此我國具有發(fā)展釩、鈦、鈮低合金化鋼的巨大資源優(yōu)勢。在連鑄含鈮、釩、鈦低合金寬厚板坯過程中，此類鋼的表面裂紋發(fā)生率顯著高于普通碳素鋼，其中含鈮鋼裂紋敏感性最高，我國的品種結(jié)構(gòu)鋼與世界先進國家差距甚遠，這嚴重制約了我國合金鋼的發(fā)展。含鈮、釩、鈦寬厚板坯的缺陷主要是表面縱裂和角部橫裂紋。其一，保護渣液渣吸收鋼水中的Al (s)、V、Ti、Nb等金屬及其氧化物或碳化物、氮化物后，黏度等特性會發(fā)生較大變化，改變結(jié)晶器角部銅板的熱流密度，顯著惡化初生坯殼的冷卻和潤滑條件，導(dǎo)致摩擦力增大和應(yīng)力集中，二冷擴展而產(chǎn)生角部橫向裂紋。其二，鑄坯斷面厚而寬，所澆鋼種又是板坯連鑄機上澆鑄難度較大的中碳含鈮、釩、鈦合金鋼，凝固收縮量大，而當凝固坯殼收縮量大時坯殼會脫離結(jié)晶器壁，造成結(jié)晶器熱流減少和傳熱不均勻，應(yīng)力增大，在薄弱處產(chǎn)生凹陷，坯殼局部凝固滯后會引起表面縱裂紋，同時隨著板坯寬度的增加又存在中心偏析加重現(xiàn)象。因此，選擇使用高堿度、低粘度、高結(jié)晶性能的保護渣，提高保護渣的吸收夾雜能力，防止液渣變性，渣條薄而小無需挑渣條；液渣導(dǎo)入均勻，結(jié)晶器傳熱均勻、摩擦力較小，坯殼均勻緩冷，從而達到避免表面裂紋缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠很好地解決表面縱裂和角部橫裂紋缺陷的含鈮、 釩、鈦低合金寬厚板坯用高堿度結(jié)晶器保護渣及其制造方法?！N含鈮、釩、鈦低合金寬厚板坯用高堿度結(jié)晶器保護渣，其原材料按重量百分比配比為預(yù)熔料(其成份及重量百分比組成為SiA 42 45%、CaO 36 39%、MgO 1. 5 3. 5%, Fe2O3 不大于 1%> Al2O3 4 6%, Na2O 5 7%、F 2 4%) 35 45%，螢石 11 14%，硅灰石沘 30%，焦寶石3 6%，石灰石3 6%，碳酸鈉2 4%，碳酸鋰1 3%，碳酸錳1 3%，氧化鎂2 4%，炭黑2 4%，石墨4 7%，粘結(jié)劑1 3%。所述結(jié)晶器保護渣的化學(xué)成分質(zhì)量百分配比如下CaO 38 45%，SiO2 20 27%, MgO 1 3%，Al2O3 3 5%，F(xiàn)e2O3 0. 75 0. 96%, Na2O 4 7%，Li2O 1 3%，Γ 7 9%, MnO 1 4%，固體碳5 8%，余量為揮發(fā)份。所述結(jié)晶器保護渣的化學(xué)成分質(zhì)量百分配比如下CaO 41%，SiO2 25%，MgO 2%， Al2O3 4%, Fe2O3 0. 93%, Na2O 5. 5%, Li2O 2%，Γ 8%, MnO 2. 5%，固體碳 7%，余量為揮發(fā)份。本發(fā)明的含鈮、釩、鈦低合金寬厚板坯用高堿度結(jié)晶器保護渣主要考慮以下因素
1.保護渣的堿度和粘度
保護渣堿度是反映熔體結(jié)構(gòu)的指標，對保護渣的結(jié)晶特性和保護渣的凝固行為影響很大，直接關(guān)系到保護渣的導(dǎo)熱性能和潤滑性能，是衡量保護渣特性的重要指標。保護渣堿度直接影響渣膜的結(jié)晶率，高堿度渣會形成高結(jié)晶率的渣膜，高結(jié)晶率的保護渣打可以有效降低和控制鑄坯經(jīng)渣膜向結(jié)晶器的傳熱，使鑄坯坯殼生長均勻，避免裂紋產(chǎn)生，特別是含鈮、釩、鈦低合金寬厚板坯，裂紋敏感性強，保護渣要有較高的堿度。在使用普通保護渣澆鑄含鈮、釩、鈦等低合金過程中，保護渣液渣吸收鋼水中的 Al (S)、V、Ti、Nb等金屬及其氧化物或碳化物、氮化物后，黏度等特性會發(fā)生較大變化，改變結(jié)晶器角部銅板的熱流密度，顯著惡化初生坯殼的冷卻和潤滑條件，導(dǎo)致摩擦力增大和應(yīng)力集中，二冷擴展而產(chǎn)生角部橫向裂紋，在薄弱處產(chǎn)生凹陷以致表面縱裂。因此，使用高堿度、低粘度、高結(jié)晶性能的保護渣，提高保護渣的吸收夾雜能力防止其變性，渣條薄而小， 無需挑渣條，液渣導(dǎo)入均勻，傳熱均勻和潤滑性能良好，坯殼均勻緩冷，避免表面缺陷。高堿度保護渣有利于控制傳熱和吸收鋼水中的夾雜后不變性，因此本發(fā)明所述的含鈮、釩、鈦低合金寬厚板坯用高堿度結(jié)晶器保護渣的堿度(Ca0/Si02)設(shè)計范圍為1. 3 1. 5，熔化溫度為 1150 1170°C，1130°C粘度為 0. 08 0. 15Pa · S。2.預(yù)熔料
保護渣的性能取決于制渣料的選擇，常規(guī)的機混渣主要采用多種生料混合制成，由于受熱后分解產(chǎn)生大量氣體，渣層翻動劇烈，這影響了熔渣的穩(wěn)定性。本發(fā)明選用預(yù)熔型渣作為保護渣配渣基料，適當配以遇高溫分解釋放氣體的輔助渣料以提高其活躍性，使保護渣在熔化過程中既保持固態(tài)渣層的活躍又能維持液渣的穩(wěn)定。本發(fā)明所述的高堿度結(jié)晶器保護渣的預(yù)熔料按重量比選擇在35 45%范圍內(nèi)。3.碳質(zhì)材料
碳質(zhì)材料中的石墨和碳黑具有良好的骨架作用，合理的配碳使保護渣中的各種配料分散均勻，控制熔化速度，避免分熔。保護渣熔化速度與碳質(zhì)材料的類型、質(zhì)量分數(shù)、粒徑和配碳方式有直接關(guān)系。隨著保護渣中碳質(zhì)材料的質(zhì)量分數(shù)增加，熔化速度逐漸降低，在低質(zhì)量分數(shù)條件下，粒度較小、分散度較大、著火點較低、表面自由能較高，無定形結(jié)構(gòu)的活性炭和碳黑具有良好的隔離作用；在高質(zhì)量分數(shù)條件下，粒度較大、分散度較小、著火點較高、表面自由能較低，片狀結(jié)構(gòu)的石墨具有良好的骨架作用。因此確定保護渣中碳含量的控制范圍為3 6%，其中半補強碳黑2 4%，鱗狀石墨4 7%。本發(fā)明的連鑄結(jié)晶器保護渣的制造方法，包括下列步驟
1.按重量百分比將水泥熟料、螢石粉、白堿等進行配料，攪拌、造球、干燥，制得的混合球，水份< 5%。2.將制備保護渣預(yù)熔料所需的基礎(chǔ)渣料按重量百分比白堿、螢石、石灰石、硅灰石、玻璃、焦碳和按上述步驟1制得的混合球充分混合后焙燒熔化，再進行水淬，干燥處理至水分< 0. 5%，球磨，過篩后粒度400目在96%以上，得保護渣預(yù)熔料。3.依據(jù)該鋼種保護渣的具體配比，將預(yù)熔料、輔助材料、粘結(jié)劑、碳質(zhì)材料按600Kg 進行配料，入球磨機充分混合，水磨制漿，水磨時間> 50min，液壓泵輸入噴霧干燥塔中噴霧造粒，泵壓力1. 2 1. 6MPa，塔體進風(fēng)口溫度580 660°C，出風(fēng)口溫度150 200°C。所述的輔助材料球粒度為過篩后500目在90%以上，所述碳質(zhì)材料可以是碳黑，石黑或其混合物。4.對上述所得預(yù)熔型中空保護渣顆料進篩選，過篩后粒度0. 20 1. Omm的顆粒在95%以上，水份彡0.3%。該保護渣有良好的吸收鋼水中的Al (s)、V、Ti、Nb等金屬及其氧化物或碳化物、氮化物等夾雜物的能力，在凈化鋼水后保護渣仍保持不變性，既保證保護渣的性能穩(wěn)定又提高鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。此保護渣在使用過程中渣條薄而小，無需挑動渣條，從而確保熔融渣導(dǎo)入均勻、順暢，有效控制傳熱和降低摩擦力，避免表面裂紋的產(chǎn)生，提高鑄坯的外部質(zhì)量。使用該保護渣在某鋼廠220X2065 沈65讓2斷面的連鑄機上澆鑄含鈮、釩、鈦低合金鋼時， 澆鑄速度1. 0 1. 2m/min，經(jīng)現(xiàn)場試驗證明，該保護渣在使用過程中保護渣鋪展性好，熔化狀態(tài)和保溫性能良好，渣耗為0. 43 0. 46Kg/t鋼，液渣層厚度8 12mm，熱流曲線平穩(wěn)無波動，結(jié)晶器熱通量1. 1 1. 3MW/m2,結(jié)晶器摩擦力13 15KN/m2 ；渣渣條薄而小，無需挑動渣條，鑄坯表面無夾渣、凹陷和裂紋，表面質(zhì)量完好；軋制后探傷檢測無夾雜。
具體實施例方式實施例1
一種含鈮、釩、鈦低合金寬厚板坯用高堿度結(jié)晶器保護渣，其原材料按重量百分比配比為預(yù)熔料(其成份及重量百分比組成為SiA 42 45%、CaO 36 39%、MgO 1. 5 3. 5%、 Fe2O3 不大于 1%、Al2O3 4 6%、Na2O 5 7%、F 2 4%) 35 45%，螢石 11 14%，硅灰石 28 30%，焦寶石3 6%，石灰石3 6%，碳酸鈉2 4%，碳酸鋰1 3%，碳酸錳1 3%，氧化鎂2 4%，炭黑2 4%，石墨4 7%，粘結(jié)劑1 3%。所述結(jié)晶器保護渣的化學(xué)成分質(zhì)量百分配比如下CaO 40. 94%, SiO2 27. 60%, Li2O 1. 72%, NaO 4. 82%, F" 8. 68%, MgO 1. 55%, Al2O3 4. 12%, Fe2O3 0. 93%, MnO 1. 62%,固體碳C 7.08%。保護渣物理性質(zhì)堿度(Ca0/Si02) 1.48，熔點1165°C，粘度 (13000C )0. 09Pa · S，熔化速度 20 秒。實施例2
一種含鈮、釩、鈦低合金寬厚板坯用高堿度結(jié)晶器保護渣，其原材料按重量百分比配比為預(yù)熔料(其成份及重量百分比組成為SiA 42 45%、CaO 36 39%、MgO 1. 5 3. 5%、 Fe2O3 不大于 1%、Al2O3 4 6%、Na2O 5 7%、F 2 4%) 35 45%，螢石 11 14%，硅灰石 28 30%，焦寶石3 6%，石灰石3 6%，碳酸鈉2 4%，碳酸鋰1 3%，碳酸錳1 3%，氧化鎂2 4%，炭黑2 4%，石墨4 7%，粘結(jié)劑1 3%。所述結(jié)晶器保護渣的化學(xué)成分質(zhì)量百分配比如下CaO 37. 14%, SiO2 27. 11%, Li2O1. 72%, NaO 4. 82%, F" 8. 68%, MgO 1. 55%, Al2O3 4. 12%, Fe2O3 0. 95%, MnO 1. 32%,固 C 8. 11%。保護渣物理性質(zhì)堿度(Ca0/Si02) 1. 37，熔點 1165°C，粘度(1300°C )0. 14Pa · S， 熔化速度22秒。實施例3:
一種含鈮、釩、鈦低合金寬厚板坯用高堿度結(jié)晶器保護渣，其原材料按重量百分比配比為預(yù)熔料(其成份及重量百分比組成為SiA 42 45%、CaO 36 39%、MgO 1. 5 3. 5%、 Fe2O3 不大于 1%、Al2O3 4 6%、Na2O 5 7%、F 2 4%) 35 45%，螢石 11 14%，硅灰石 28 30%，焦寶石3 6%，石灰石3 6%，碳酸鈉2 4%，碳酸鋰1 3%，碳酸錳1 3%，氧化鎂2 4%，炭黑2 4%，石墨4 7%，粘結(jié)劑1 3%。所述結(jié)晶器保護渣的化學(xué)成分質(zhì)量百分配比如下CaO 41%，SiO2 25%，MgO 2%， Al2O3 4%, Fe2O3 0. 93%, Na2O 5. 5%, Li2O 2%, Γ 8%, MnO 2. 5%，固體碳 7%，余量為揮發(fā)份。 保護渣物理性質(zhì)堿度(Ca0/Si02) 1. 64，熔點1164°C，粘度(1300°C )0. 14Pa · S，熔化速度 21秒。
權(quán)利要求
1.一種含鈮、釩、鈦低合金寬厚板坯用高堿度結(jié)晶器保護渣及其制造方法，其特征在于，其原材料按重量百分比配比為預(yù)熔料(其成份及重量百分比組成為=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%) 35 45%，螢石11 14%，硅灰石沘 30%，焦寶石3 6%，石灰石3 6%，碳酸鈉2 4%， 碳酸鋰1 3%，碳酸錳1 3%，氧化鎂2 4%，炭黑2 4%，石墨4 7%，粘結(jié)劑1 3%。
2.如權(quán)利要求1所述的含鈮、釩、鈦低合金寬厚板坯用高堿度結(jié)晶器保護渣，其特征在于，所述結(jié)晶器保護渣的化學(xué)成分質(zhì)量百分配比如下CaO 38 45%，SiO2 20 27%，MgO 1 3%，Al2O3 3 5%，F(xiàn)e2O3 0. 75 0. 96%, Na2O 4 7%，Li2O 1 3%，Γ 7 9%，MnO 1 4%，固體碳5 8%，余量為揮發(fā)份。
3.如權(quán)利要求2所述的含鈮、釩、鈦低合金寬厚板坯用高堿度結(jié)晶器保護渣，其特征在于，所述結(jié)晶器保護渣的化學(xué)成分質(zhì)量百分配比如下CaO 41%, SiO2 25%, MgO 2%, Al2O3 4%, Fe2O3 0. 93%, Na2O 5. 5%, Li2O 2%，Γ 8%, MnO 2. 5%，固體碳 7%，余量為揮發(fā)份。
全文摘要
本發(fā)明公開一種含鈮、釩、鈦低合金寬厚板坯用高堿度結(jié)晶器保護渣及其制造方法，其原材料按重量百分比配比為預(yù)熔料35～45%，螢石11～14%，硅灰石28～30%，焦寶石3～6%，石灰石3～6%，碳酸鈉2～4%，碳酸鋰1～3%，碳酸錳1～3%，氧化鎂2～4%，炭黑2～4%，石墨4～7%，粘結(jié)劑1～3%。該保護渣有良好的吸收鋼水中的Al(s)、V、Ti、Nb等金屬及其氧化物或碳化物、氮化物等夾雜物的能力，在凈化鋼水后保護渣仍保持不變性，既保證保護渣的性能穩(wěn)定又提高鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。
文檔編號B22D11/111GK102248141SQ20111017515
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者唐紅波, 朱云峰, 武金波 申請人:河南通宇冶材集團有限公司