一种高稀土含量的稀土钢用低反应性连铸保护渣及其制备方法技术

本发明专利技术涉及钢铁连铸技术领域，具体涉及一种高稀土含量的稀土钢用低反应性连铸保护渣及其制备方法。本发明专利技术的连铸保护渣包含按质量分数计的如下组分：CaO16～22％、SiO222～28％、Al2O34～5％、MgO1～2％、Na2O9～12％、F

【技术实现步骤摘要】
一种高稀土含量的稀土钢用低反应性连铸保护渣及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钢铁连铸
，具体涉及一种高稀土含量的稀土钢用低反应性连铸保护渣及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着冶金技术的不断进步，稀土元素在钢中的应用越来越多，研究发现，稀土在钢中有五大作用，主要表现为：净化钢液、变质夹杂、微合金化、细化晶粒、弥散强化等作用。稀土在钢中的应用研究主要集中在以下方面:(1)包含09CuPTiRE等在内的稀土耐候钢品种，具有高强、耐候、耐火等性能，主要应用于集装箱、建筑用结构钢。(2)在中厚板、管线钢、薄板及冷轧板的生产过程中添加稀土，可以开发出低成本、高附加值、性能稳定的产品。(3)在耐热钢、不锈钢中加入稀土，可以替代0Cr25Ni20、0Cr21Ni32AlTi和Inconel601，使材料的耐热性、抗氧化性和抗腐蚀性得到很大提升。(4)利用稀土与钢中微合金元素的交互作用，将稀土与V、Ti、B等微合金化元素分别或共同加入钢中，可以达到改善钢的综合力学性能的目的。(5)在硅锰铸钢中，加稀土替代部分Mn、Ni等合金元素，可以改善钢种的塑性和韧性。
[0003]连铸保护渣是覆盖在连铸结晶器内钢液表面，且能维持连铸正常浇注的呈粉末状或颗粒状的渣料，是连铸生产过程中必不可少的材料之一。在进行连铸时，保护渣自上而下分别形成粉渣层、烧结层、液渣层，具有绝热保温、隔绝空气防止钢液二次氧化、吸收非金属夹杂物、润滑及控制传热等冶金功能，对保证连铸工艺顺行和铸坯表面质量具有重要意义。
[0004]传统的连铸保护渣主要以CaO
‑
SiO2‑
Al2O3三元渣系为基础，CaO、SiO2、Al2O3的成分主要位于三元相图中硅灰石所在的低熔点区域，如图1所示。其中CaO为30％～50％，SiO2为30％～60％、Al2O3小于20％，熔点范围在1300～1500℃之间，此外再添加一些助熔剂(如Na2O、CaF2、K2O、B2O3等)和熔速调节剂(如碳质材料石墨或炭黑)，分别来降低保护渣熔化温度以及调节保护渣熔化速度。
[0005]然而传统的硅酸盐系连铸保护渣并不适用于稀土钢的连铸生产，主要是因为钢液中的稀土元素非常活泼，并且常规连铸保护渣中的SiO2、Al2O3等组元含量较高，其氧化性较强，保护渣与钢液中的稀土元素极易发生渣金界面反应，如图2所示，为稀土Ce与CaO、SiO2、A12O3反应的标准吉布斯自由能。剧烈的渣金界面反应会产生大量的稀土氧化物进入到保护渣中，同时伴随着钢液内部产生的稀土夹杂物上浮到渣金界面处，随着连浇炉次的增加，最终会导致保护渣物化性能和使用性能改变，使其熔化温度升高，黏度随之升高，导致铸坯与结晶器之间的润滑渣膜变薄，甚至局部无渣，严重恶化保护渣的润滑性，进而造成铸坯表面裂纹增加，甚至粘结性漏钢的发生。由以上分析可知，剧烈的渣金反应会导致保护渣性能的恶化，影响和限制其冶金功能的正常发挥，严重影响连铸工艺顺行和铸坯质量的稳定，因此，研究开发出适用于高稀土含量的稀土钢用低反应性连铸保护渣成为亟需解决的问题之一。
[0006]目前很多研究认为，由于稀土元素主要与保护渣中的SiO2反应,因此很多专利通
过改变SiO2含量来设计开发稀土钢用连铸保护渣。专利CN200810039377.2中提出：在传统硅酸盐系连铸保护渣基础上继续增加易反应组元SiO2含量，使SiO2在渣金反应后仍能保持较高含量，即反应后的整体组分变化比率较小。但此解决方案的浇铸效果不佳，因为增加SiO2含量反而增大了其与稀土的反应趋势。
[0007]专利CN201510016163.3、201610427406.7等提出增加碱度，尽量降低易反应组元SiO2含量来有效抑制渣金反应，该方案将SiO2含量降低到2～10％范围内，但由于CaO和A12O3含量较高，使保护渣的碱度也大幅度升高。保护渣形核活化能随碱度增加逐渐降低，玻璃态更易转化为结晶态，使晶体量增多，结晶率增大，导致渣膜热阻增加，润滑性变差，增加了连铸漏钢几率。同时，大幅度降低SiO2含量会使保护渣失去玻璃性，严重影响保护渣的润滑功能，反而不利于连铸生产。
[0008]综上所述，以上专利技术的连铸保护渣的设计都存在一定缺陷：要么不能抑制渣金反应及其导致的保护渣理化性能恶化；要么通过降低SiO2的含量来抑制渣金反应，但该方法也同时不能够保证保护渣的润滑性，严重影响铸坯质量。故到目前为止，仍旧没有解决上述技术问题的连铸保护渣产生。

技术实现思路

[0009](一)要解决的技术问题
[0010]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种高稀土含量的稀土钢用低反应性连铸保护渣及其制备方法，通过连铸保护渣的组分设计和各组分的协同作用，不仅抑制了渣金反应，避免理化性能恶化；同时保证保护渣的润滑性，进而减少铸坯表面质量问题。
[0011](二)技术方案
[0012]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0013]第一方面，本专利技术提供一种高稀土含量的稀土钢用低反应性连铸保护渣，其包含按质量分数计的如下组分：CaO16～22％、SiO222～28％、Al2O34～5％、MgO1～2％、Na2O9～12％、F
‑
18～20％、Ce2O35～20％和C6～8％，其余为不可避免的杂质。
[0014]优选地，连铸保护渣的熔点：1112～1154℃；1300℃下黏度：0.08～0.13Pa
·
S；1400℃时的表面张力：0.367～0.373N/m。
[0015]优选地，连铸保护渣中当Ce2O3含量由5％升高到20％，在1450℃，SiO2的活度由2.47
×
10
‑2降低到1.25
×
10
‑2，Al2O3的活度由2.28
×
10
‑2降低到1.79
×
10
‑2，Ce2O3的活度由1.44
×
10
‑3升高到7.10
×
10
‑3。
[0016]优选地，连铸保护渣中当Ce2O3含量由5％升高到20％，在1550℃，保护渣中SiO2的活度由2.35
×
10
‑2降低到1.27
×
10
‑2，Al2O3的活度由1.93
×
10
‑2降低到1.51
×
10
‑2，Ce2O3的活度由2.03
×
10
‑3升高到1.0
×
10
‑2。
[0017]优选地，低反应性连铸保护渣用于Ce含量为0.02～0.03％范围内的稀土钢钢种。
[0018]其中，CaO含量为16～22％。
[0019]由于钢液中含有较高的Al元素，导致渣中出现大量Al2O3夹杂物，CaO属于破网氧化物，因此增加保护渣中CaO的含量可以增加保护渣的碱度，明显降低保护渣的黏度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高稀土含量的稀土钢用低反应性连铸保护渣，其特征在于，其包含按质量分数计的如下组分：CaO 16～22％、SiO222～28％、Al2O34～5％、MgO 1～2％、Na2O 9～12％、F
‑
18～20％、Ce2O35～20％和C 6～8％，其余为不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高稀土含量的稀土钢用低反应性连铸保护渣，其特征在于，所述保护渣的熔点范围为1112～1154℃；1300℃的黏度范围为0.08～0.13Pa
·
S；1400℃时的表面张力：0.367～0.373N/m。3.根据权利要求1所述的高稀土含量的稀土钢用低反应性连铸保护渣，其特征在于，保护渣中的F
‑
以CaF2的形式加到保护渣中。4.根据权利要求1所述的高稀土含量的稀土钢用低反应性连铸保护渣，其特征在于，所述保护渣中在1450℃时，渣系中SiO2的活度为2.47
×
10
‑2～1.25
×
10
‑2，Al2O3的活度为2.28
×
10
‑2～1.79
×
10
‑2，Ce2O3的活度为1.44
×
10
‑3～7.10
×
10
‑3。5.根据权利要求1所述的高稀土含量的稀土...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿鑫，冯静超，姜周华，田家龙，蒋成钢，
申请(专利权)人：辽宁省沈抚改革创新示范区东大工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：