[发明专利]一种中碳钢无氟保护渣

说明书

本发明公开了中碳钢连铸结晶器无氟保护渣，所述保护渣由以下质量百分比含量的氧化物组分组成：CaO 35％～45％，SiO₂30％～40％，(Al₂O₃+MgO)6％～12％，(Na₂O+Li₂O)8％～15％，6％≤B₂O₃≤15％，6％≤BaO≤10％，4.5≤CaO/BaO≤6.8，此外Li₂O含量为1％左右，二元碱度CaO/SiO₂优选为1.25。本发明通过控制添加一定量的BaO，破坏原有的Si‑O‑Si键和B‑O‑B键，促进形成颗粒状硼硅酸钙(Ca₁₁Si₄B₂O₂₂)结晶矿相，同时保护渣保持较低的粘度，该渣的结晶相为颗粒状硼硅酸钙。本发明解决了保护渣无氟化后结晶性能和润滑性能恶化的问题，且做到了完全不含氟，避免了连铸过程中氟对设备的腐蚀和对环境的污染等问题。

技术领域

本发明属于钢铁冶炼连铸领域，涉及一种结晶性能良好的中碳钢无氟保护渣及一种新型替代枪晶石结晶矿相——硼硅酸钙晶粒形成及控制技术。

背景技术

钢铁连续铸造技术已成为现代钢铁制造产业的关键技术之一，连铸结晶器保护渣在连铸过程中具有绝热保温、润滑坯壳和控制传热等众多重要功能，其中以润滑和传热功能最为重要，它对提高铸坯表面质量和保证连铸过程顺利进行起着极其重要的作用。对于中碳钢等裂纹敏感钢种而言，由于其凝固过程中存在γ→σ包晶反应造成体积收缩，由此产生巨大热应力容易导致初生钢壳扭曲诱发裂纹，因此要求保护渣在凝固过程中析出结晶体，渣膜传热均匀缓慢，以避免由于热应力导致裂纹的发生几率。

因此，为了保证其强的传热控制能力，常常需要在保护渣中加入萤石(CaF₂)，氟化钠(NaF)，冰晶石(Na₃AlF₆)等氟化物，让其在凝固过程中析出枪晶石晶体，晶体生成后，大大改变渣膜的热传导能力，以及钢坯与铜模界面热阻，降低铸坯与铜模之间的横向传热，从而减轻或避免纵裂的发生。但氟化物在连铸生产过程中会产生有毒、有害气体(如HF、SiF₄、NaF等)，这些气体将直接损害人体健康和污染大气环境，同时其会与二冷水反应将加快设备的腐蚀。

近年来，保护渣的无氟化的开发及其相关技术的改进已成为当前研究热点。

中碳保护渣无氟化过程中所面临的主要问题是保护渣无氟化后如何析出与枪晶石性质相近的晶体及如何控制该晶体的尺寸大小，以保证对凝固过程中传热的有效控制。重庆大学尝试采用钛替代保护渣中的氟，并在包晶钢板坯连铸中进行尝试。结果表明，该实验渣会析出CaOSiO₂TiO₂矿相，该矿相高温下孕育时间很长，结晶能力比传统含氟保护渣弱很多。同时Ti的加入易在高温下形成TiN等，粘性漏钢几率大大增加。因此，必须寻找其它更为有效的枪晶石替代物。

发明内容

本发明目的在于提供一种粘度较低和结晶性能良好的中碳钢无氟保护渣，让保护渣在无氟化后析出与枪晶石性质相近且晶粒尺寸大小适宜的晶体，以保证对凝固过程中传热的有效控制，同时保护渣具有较低的熔点和粘度。

本发明一种中碳钢无氟保护渣，以质量百分计包括下述组分：

CaO 20％～50％、优选为30％～45％、进一步优选为35％～45％；

SiO₂ 17％～48％、优选为25％～45％、进一步优选为30％～40％；

(Al₂O₃+MgO)2％～20％、优选为6％～15％、进一步优选为6％～12％；