本發(fā)明屬于冶金材料技術領域，具體涉及一種304不銹鋼用連鑄結晶器保護渣及其制備方法。
背景技術：
304不銹鋼是一種含有鐵、碳、鎳和鉻的合金材料，一種無磁性不銹鋼材料，比400系列不銹鋼具有更好的可鍛特性，由于304不銹鋼的奧氏體結構，因此它在許多環(huán)境中具有很強的抗腐蝕性能，具有很好的抗金屬超應力引起的腐蝕所造成的斷裂的性能，而且其材料特性不受熱處理的影響。304不銹鋼用途廣泛，具有良好的耐熱性、低溫強度、機械特性、沖壓彎曲性能，無熱處理硬化現(xiàn)象（無磁性，使用溫度-196℃~800℃）。不銹鋼連鑄工藝比普碳鋼復雜，澆注溫度、拉坯速度、冷卻制度等工藝參數(shù)要求也更加嚴格，保護渣的制渣工藝和理化性能必須嚴格要求和控制，使其與不銹鋼連鑄工藝相適應。國內(nèi)不銹鋼連鑄保護渣需大量進口，即使使用進口渣，國內(nèi)部分不銹鋼廠連鑄坯表面質(zhì)量仍存在問題，振痕較深，表面凹陷較為嚴重，這些缺陷直接導致不得不對鑄坯扒皮清理。
中國專利CN101612652B公開了一種低鎳高錳不銹鋼用連鑄保護渣及其制備方法，其化學成分重量百分配比為：CaO：38.0～42.0％，SiO2：32.8～38.0％，且 CaO/SiO2：1.0～1.28；MnO：3.6～5.0％；MgO：2.0～4.0％；Al2O3：3.0～4.0％；含有NaO、F、Li2O 的助熔劑：10％～14％；Fc： 1.5～2％。其制備方法是將各種原料混合后造球，在具有水冷爐壁的無爐襯爐子內(nèi)熔化后經(jīng)水淬、干燥、粉碎后加入炭素材料，F(xiàn)c：1.5～2％，在噴霧造粒塔內(nèi)制成中空球狀保護渣。但是，不銹鋼屬于低碳鋼，要求保護渣粘度足夠低，該專利粘度高，熔渣流動性不好，潤滑效果差。
中國專利CN101947644B公開了一種高錳高氮低鎳不銹鋼板坯連鑄結晶器保護渣及其制備方法。其原料配方重量百分比組成為：硅灰石 54～57％、螢石 9～13％、碳酸鈉9～13％、碳酸鋰 0～1％、玻璃粉 5～7％、鋁釩土 8～ 12％、碳黑 2.5～2.7％、石墨 3～3.5％組成。其化學成分重量百分比為：氧化鈣 31.9～34.9％、二氧化硅 32.1～35.1％、三氧化二鋁7.3～8.3％、氧化鎂 0.5～1.5％、三氧化二鐵0.5～1.4％、氟離子 4.4～6.4％、氧化鈉 6.5～7.5％、氧化鋰 0～0.39％、固定碳 4.5～6.0％、氣體揮發(fā)物 4～7％；保護渣堿度即 CaO/SiO2為0.91～1.00，熔點1100℃～1160℃，1300℃下粘度 0.3～0.6Pa.s。但是，該專利固定碳含量高，保護渣熔化速度慢，熔渣層偏薄，潤滑不充分，增加了粘結漏鋼的危險；而且二元堿度低，傳熱快，不能達到澆鑄時鑄坯緩冷的目的；粘度也高，導致熔渣流動性不好，潤滑效果差，流入不均勻；熔點偏高，與不銹鋼的液相線溫度接近，液渣層厚度薄，潤滑不均勻。
技術實現(xiàn)要素：
為克服上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種304不銹鋼用連鑄結晶器保護渣及其制備方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
一種304不銹鋼用連鑄結晶器保護渣，其化學成分及其重量百分含量為：SiO2 27.0%～30.0%、CaO 30.0%～33%、Li2O 0.4%～1.0%、Al2O3 5%～7%、Na2O 8%～9%、F- 5.0%～7.0%、MnO 2.0%～4.0%、Fe2O3≤2.0%、C固1%～2.0%和揮發(fā)分11%～15%。
優(yōu)選地，所述保護渣的二元堿度CaO/SiO2為1.04～1.14，熔點1080～1110℃，1300℃粘度為0.13～0.18Pa?s。
優(yōu)選地，所述保護渣由如下重量份數(shù)的原料制成：
預熔料55.0%～62.0%、玻璃粉13.0%～17.0%、碳酸鋰2.0%～4.0%、螢石7.0%～12.0%、氟化鈉4.0%～6.0%、冰晶石3.0%～5.0%、碳黑1.5%～4.0%和粘結劑2.0%～4.0%。
優(yōu)選地，所述預熔料的化學成分及其重量百分含量為：SiO2 35%～40%、CaO 42%～45%、Al2O3 2.0%～4.0%、Na2O 6.5%～8.0%、MnO 4%～6%、F- 3%～5%和Fe2O3 0～1.0%。
一種上述的304不銹鋼用連鑄結晶器保護渣的制備方法，包括以下步驟：
將各原材料粉碎至200～400目的細粉，然后加入清水，使制漿濃度57～63%，然后球磨，球磨時間≥50min，接著噴霧造粒，得到中空顆粒狀保護渣。
優(yōu)選地，所述噴霧造粒溫度為400～600 ℃。
優(yōu)選地，所述保護渣顆粒直徑為0.15～1.0 mm。
優(yōu)選地，所述保護渣水分含量≤0.3%。
本發(fā)明的積極有益效果：
1. 本發(fā)明SiO2：能夠改善玻璃體的分化傾向，SiO2的增加可提高保護渣的傳熱性，降低保護渣析晶性能，對保護渣的潤滑效果有利。本發(fā)明SiO2重量百分含量27～30%。
CaO：屬于堿性氧化物物質(zhì)，是調(diào)節(jié)保護渣酸堿度的主要物質(zhì)，高堿度保護渣可提高溶解、吸收鋼中夾雜物的速度。但堿性渣的粘度隨溫度變化較大，對保護渣的潤滑效果不利，本發(fā)明CaO重量百分含量30～33%。CaO/SiO2是保護渣的二元堿度，是衡量連鑄保護渣性能的一個重要參數(shù)，影響保護渣粘度和溶解非金屬夾雜物能力的主要因素，能夠均與和控制鑄坯與結晶器之間的傳熱，隨著堿度升高保護渣玻璃化特性減弱，保護渣冷凝后玻璃體減少，結晶率增大。
Li2O：隨著Li2O重量百分含量的增加，保護渣的熔化速度提高，并降低保護渣熔渣在冷凝過程中的析晶溫度和粘度轉折溫度，提高了保護渣的傳熱穩(wěn)定性和均勻性，因此，本發(fā)明Li2O 0.4～1.0%，保護渣凝固溫度低，提高液態(tài)渣膜厚度。
Al2O3：屬于兩性氧化物，可提高溶解、吸收鋼中夾雜物的速度，對保護渣的粘度、結晶傾向影響比較大，含量過高，容易增加熔渣的粘度，不利于潤滑，本發(fā)明Al2O3重量百分含量為5%～7%。
Na2O：能顯著降低保護渣的凝固溫度，這相當于提高熔渣的過熱度，相同條件下，結晶過程要克服的勢壘大，抑制了保護渣析晶，降低了保護渣的結晶溫度。本發(fā)明Na2O 8～9%。
F-：對熱流密度和傳熱系數(shù)的影響較大，隨F-含量增大，熱流密度和傳熱系數(shù)下降幅度很大。本發(fā)明F- 5.0～7.0%。
MnO：當堿度較低時，隨著MnO增加，保護渣渣膜依然全為玻璃體，但是渣膜透明度明顯降低，導溫系數(shù)降低，傳熱均勻，當堿度較高時，渣膜中有少量含錳礦物的析出。本發(fā)明MnO 2.0%～4.0%。
Fe2O3：在保護渣內(nèi)能復合陰離子解體，防止保護渣分解。本發(fā)明Fe2O3 ≤2.0%。
C固：固定碳添加的原則是保溫效果要好、可有效控制熔速保證液渣供給，本發(fā)明保護渣固定碳1%～2%。
揮發(fā)分：所述揮發(fā)分為CO2，含量為11～15%，存在于碳酸鈉、碳酸鋰、碳酸鈣材料中，當在結晶器澆鑄使用中要遇到高溫過程，會分解為氧化物CO2，此氣體的逸出有利于降低與鋼液接觸氧的分壓，對防止鋼液二次氧化有利。
上述各化學成分合用，使保護渣傳熱均勻性高和潤滑效果好，熔渣層穩(wěn)定，熔化均勻，解決在結晶器內(nèi)易結殼、卷渣、夾渣、鑄坯表面粘渣、皮下氣泡、裂紋、振痕深、粘結漏鋼問題，所澆注304不銹鋼鑄坯表面無清理率均為98%以上，304不銹鋼鑄坯皮下及內(nèi)部質(zhì)量良好。
2. 本發(fā)明玻璃粉的堿度很低，不宜單獨做保護渣的基料，和其他堿度較高的基料配合使用，利用其他基料的熔化均勻的優(yōu)點，改善玻璃粉容易傾向的缺點。冰晶石和氟化鈉是較好的助溶劑，使用這些助溶劑可以降低保護渣的熔化溫度，還能有效的促進熔渣玻璃化。碳酸鋰是一種強助溶劑，其降低熔化溫度的效果明顯，改善鑄坯潤滑條件，減少拉坯阻力防止坯殼與結晶器壁的粘連，避免漏鋼事故。螢石有利于渣膜的流動。碳黑的分散度大，著火溫度低，低溫下可充分發(fā)揮隔離基料粒子的作用。本發(fā)明預熔料的熔化均勻性和結晶性比較好，其成分穩(wěn)定，遇水后不易結塊。所述粘合劑為木質(zhì)素磺酸鈉，是一種陰離子表面活性劑，能吸附在固體質(zhì)點的表面上，產(chǎn)生縮合作用。本發(fā)明各原料合用，所得保護渣粘度小，潤滑效果好，摩擦力小，熔化均勻，滿足304不銹鋼鑄坯連鑄生產(chǎn)工藝的需要。
具體實施方式
下面結合一些具體實施方式，對本發(fā)明進一步說明。
本發(fā)明實施例1-8的304不銹鋼用連鑄結晶器保護渣的化學成分及其重量百分含量見表1。
本發(fā)明實施例1-8的304不銹鋼用連鑄結晶器保護渣的各種原料及其重量百分含量見表2。
本發(fā)明實施例1-8預熔料的化學成分及其重量百分含量見表3。
本發(fā)明實施例1-8的304不銹鋼用連鑄結晶器保護渣的性能參數(shù)見表4。
實施例1所述的304不銹鋼用連鑄結晶器保護渣的制備方法，包括以下步驟：
將各原材料粉碎至200目的細粉，加入保護渣球磨機中，然后加入清水，使制漿濃度57%，磨漿時間50min，通過壓力泵進入熱風噴霧塔進行400 ℃噴霧造粒，得到粒徑范圍為 0.15～1.0mm，水份含量≤0.30%的中空顆粒狀保護渣。
實施例2所述的304不銹鋼用連鑄結晶器保護渣的制備方法，包括以下步驟：
將各原材料粉碎至300目的細粉，加入保護渣球磨機中，然后加入清水，使制漿濃度60%，磨漿時間70min，通過壓力泵進入熱風噴霧塔進行500 ℃噴霧造粒，得到粒徑范圍為 0.15～1.0mm，水份含量≤0.30%的中空顆粒狀保護渣。
實施例3所述的304不銹鋼用連鑄結晶器保護渣的制備方法，包括以下步驟：
將各原材料粉碎至400目的細粉，加入保護渣球磨機中，然后加入清水，使制漿濃度57%，磨漿時間60min，通過壓力泵進入熱風噴霧塔進行600 ℃噴霧造粒，得到粒徑范圍為 0.15～1.0mm，水份含量≤0.30%的中空顆粒狀保護渣。
實施例4所述的304不銹鋼用連鑄結晶器保護渣的制備方法，包括以下步驟：
將各原材料粉碎至300目的細粉，加入保護渣球磨機中，然后加入清水，使制漿濃度63%，磨漿時間80min，通過壓力泵進入熱風噴霧塔進行500℃噴霧造粒，得到粒徑范圍為 0.15～1.0mm，水份含量≤0.30%的中空顆粒狀保護渣。
實施例5-8所述的304不銹鋼用連鑄結晶器保護渣的制備方法見實施例2。
表1 實施例1-8保護渣的化學成分的重量百分含量（wt%）
表2 實施例1-8保護渣的各種原料重量百分比（wt%）
表3 實施例1-8預熔料的化學成分的重量百分含量（wt%）
表4 本發(fā)明實施例1-8保護渣性能參數(shù)
由表4可知，所述保護渣的二元堿度CaO/SiO2為1.04～1.14，熔點1080～1110℃，1300℃粘度為0.13～0.18Pa?s，本發(fā)明保護渣二元堿度合適，具有良好的潤滑效果，而且提高了保護渣析晶率增加渣膜熱阻，達到鑄坯緩冷效果，減少裂紋產(chǎn)生；本發(fā)明保護渣熔點合適，保持液態(tài)渣膜厚度10-12mm，改善結晶器內(nèi)的熱流效果；本發(fā)明保護渣粘度低，防止結晶器上浮二次氧化物導致熔渣粘稠、熔渣流動性變差潤滑不良的現(xiàn)象發(fā)生，滿足高拉速和拉速變化多的304不銹鋼鑄坯連鑄生產(chǎn)工藝的需要。
應用試驗：
某公司澆鑄304不銹鋼時，采用本發(fā)明實施例1-8保護渣，試驗條件具體見表5，試驗結果見表6。
表5 試驗條件
表6 本發(fā)明實施例1-8保護渣使用鑄坯質(zhì)量情況
由表5和表6可知，本發(fā)明保護渣在結晶器內(nèi)能較好的鋪展開，熔化均勻，渣面活躍，產(chǎn)生的渣圈少，液渣層厚度為10-12mm，每噸鋼渣耗量為0.4-0.5kg/噸，本發(fā)明保護渣在結晶器內(nèi)能較好的鋪展開，熔渣層穩(wěn)定，熔化均勻，渣面活躍，產(chǎn)生的渣圈少，所澆注鑄坯表面無清理率均為98%以上，鑄坯皮下及內(nèi)部質(zhì)量良好。