含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣及其制造方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910285746.4 (22)申请日 2019.04.10 (71)申请人 华北理工大学 地址 063210 河北省唐山市曹妃甸新城渤 海大道21号 (72)发明人 朱立光朴占龙王杏娟刘增勋 王硕明张彩军陈伟张庆军 孙立根韩毅华 (74)专利代理机构 西安铭泽知识产权代理事务 所(普通合伙) 61223 代理人 俞晓明 (51)Int.Cl. B22D 11/111(2006.01) (54)发明名称 含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣及 其制造方法 (57)摘要 本发明。

2、提供了含钛高强焊丝钢连铸专用结 晶器保护渣， 以质量百分比计由以下组分组成： CaO2832， Al2O32832， Na2O610， MgO15， F-410， B2O3410， SiO21 6， TiO2210， Fe2O32， 碳素材料4 10， 其中CaO和Al2O3的质量比为1:1。 本发明还 提供该保护渣的制造方法。 本发明通过加入 B2O3、 Na2O和F-显著降低保护渣的熔点和粘度， 有 利于保护渣的消耗、 润滑和吸附夹杂物； 本发明 的制造方法操作简单， 条件温和， 得到的保护渣 使含钛高强焊丝钢达到连铸连浇， 获得表面质量 良好的铸坯， 具有较高的现实意义。 权利要求书1页。

3、 说明书6页 CN 109967705 A 2019.07.05 CN 109967705 A 1.含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣， 其特征在于， 所述保护渣以质量百分比计 由以下组分组成： CaO 2832， Al2O3 2832， Na2O 610， MgO 15， F- 410， B2O3 4 10， SiO2 16， TiO2 210， Fe2O32， 碳素材料410， 各原料组分的质量百分 比之和为100； 其中CaO和Al2O3的质量比为1:1。 2.根据权利要求1所述的含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣， 其特征在于， 所述 SiO2的含量为14， 所述TiO2的含量为28。。

4、 3.根据权利要求1所述的含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣， 其特征在于， 所述碳 素材料为质量比为35:2的石墨与炭黑的混合物。 4.根据权利要求1所述的含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣的制造方法， 其特征 在于， 包括以下步骤： (1)原料准备： 按照以下质量百分比称量原料， CaO 2832， Al2O3 2832， Na2O 6 10， MgO 15， F- 410， B2O3 410， SiO2 16， TiO2 210， Fe2O32， 碳素材料410； (2)熔化： 将步骤(1)中称量的除碳素材料以外的其他原料均匀混合， 并加热充分熔化； (3)水淬： 将步骤(2)得到的熔融。

5、物进行水淬； (4)烘干研磨： 将步骤(3)水淬后的产物进行烘干， 并研磨； (5)混合： 将步骤(4)得到的产物与碳素材料混合均匀得到保护渣。 5.根据权利要求4所述的含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣的制造方法， 其特征 在于， 所述步骤(2)中加热温度为13501450， 保温时间为2040min。 6.根据权利要求4所述的含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣的制造方法， 其特征 在于， 所述步骤(3)中水淬的水温为535， 水淬次数为1次。 7.根据权利要求4所述的含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣的制造方法， 其特征 在于， 所述步骤(4)中烘干产物的水分含量不超过0 .5， 研磨后产。

6、物的粒度不超过 0.074mm。 权利要求书 1/1 页 2 CN 109967705 A 2 含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣及其制造方法 技术领域 0001 本发明涉及钢铁冶炼技术领域， 具体为含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣及 其制造方法。 背景技术 0002 作为连铸过程中重要的功能材料， 保护渣在连铸结晶器内发挥绝热保温、 防止钢 水二次氧化、 吸收非金属夹杂、 润滑坯壳和控制传热等重要作用。 保护渣性能的好坏， 直接 决定着铸坯质量， 从而影响生产效益。 0003 含钛高强焊丝钢中的钛元素能够与氮结合形成TiN， 起到固氮的作用， 同时提高焊 缝金属抗氮气孔的能力， 能满足大电。

7、流、 高线能量输入、 高度自动化焊接的要求， 在焊接电 流较大时可减少飞溅3050， 焊接效率可得到显著提高。 同时焊缝成型性也较好， 所以 此类焊丝在许多行业得到了广泛的应用， 市场需求量逐年增加。 0004 但因含钛高强焊丝钢中含有较高的Ti， 在浇注过程中发生钢渣界面反应： Ti+ (SiO2)(TiO2)+Si， 使得保护渣中的SiO2含量降低， TiO2含量增加， 碱度(CaO/SiO2)提高， 将导致保护渣粘度、 熔化温度等特性发生显著变化。 同时由于TiO2含量的增加促进了高熔 点钙钛矿的析出， 影响保护渣的传热性能。 保护渣因组分的变化， 导致其性能的恶化， 容易 造成夹渣和铸。

8、坯表面缺陷， 严重时， 存在漏钢的风险。 0005 目前针对含钛焊丝钢连铸用保护渣的专利相对较少， 较为广泛的连铸结晶器保护 渣专利主要应用于高铝钢， 在高铝钢中同样存在钢渣界面反应， 但其反应机理与高钛钢不 尽一致。 应用于高铝钢生成的低(非)反应性保护渣中均含有一定含量的Al2O3， 根据Al+ (SiO2)(Al2O3)+Si反应式， 原渣中含有的Al2O3能够在一定程度上抑制反应的正向进行， 故能够降低高铝钢与保护渣的钢渣界面反应。 但针对含钛钢保护渣的专利， 很少发现保护 渣中添加一定量的TiO2， 即使有添加TiO2的连铸结晶器保护渣专利， 但其SiO2含量较高， 同 样存在钢渣界。

9、面反应。 0006 申请号为201610103389.1， 申请公布号为CN105642849A， 名称为 “含钛钢连铸用结 晶器保护渣” 的专利中公开了一种含钛钢连铸用结晶器保护渣， 包括如下wt的组分： CaO1535、 SiO2715、 Al2O31030、 F-315、 Li2O310、 BaO520、 Mn2O35 20、 C212、 MgO1.5和Fe2O32。 该保护渣中Al2O3含量较高， 同时配入一定量的 Mn2O3作为强氧化剂， 有效消除或缓解含钛钢连铸过程中结晶器内钢渣界面固态凝结物的危 害， 维持保护渣性能的相对稳定； 但保护渣中SiO2含量仍然较高， 同时渣系中没有T。

10、iO2， 根据 Ti+(SiO2)(TiO2)+Si的吉布斯自由能， 在使用该渣系浇注含钛钢时仍存在钢渣界面 反应， 进而恶化保护渣性能。 0007 申请号为201410710112.6， 申请公布号为CN104399922A， 名称为 “一种新型耐蚀合 金钢连铸保护渣及其应用” 的专利中公开了一种合金钢连铸保护渣， 以质量百分比计包括 以下组分： CaO1725、 SiO22331、 Al2O31015、 MgO14、 (Na2O+Li2O)1014、 B2O318、 TiO216、 BaO 48、 F-1013。 该保护渣SiO2含量较高， 即使增加了 说明书 1/6 页 3 CN 109。

11、967705 A 3 TiO2抑制钢中Ti与渣中SiO2的反应效果也不佳， 同时渣系中F-含量较高， 对操作人员身体健 康和设备使用寿命有一定影响。 0008 因此开发一种适应含钛焊丝钢生产的专用保护渣十分迫切。 发明内容 0009 本发明的目的是为了解决上述技术的不足， 提供含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器 保护渣的制造方法， 本发明根据热力学计算钢渣界面反应： Ti+(SiO2)(TiO2)+Si， 通 过吉布斯自由能大于零， 推导出SiO2和TiO2活度的对应关系， 进而确定SiO2和TiO2成分； 同 时利用FactSage模拟计算 CaO-Al2O3的二元相图， 确定CaO/Al2O3比。

12、值约为1.0时， 熔化温度 最低； 并且加入410B2O3、 610Na2O和410F-来显著降低保护渣的熔点和粘 度， 强化保护渣的消耗、 润滑和吸附夹杂物， 最终抑制含钛高强焊丝钢中强还原性元素Ti与 保护渣的界面反应， 保证保护渣的理化性能； 且使含钛高强焊丝钢达到连铸连浇， 获得表面 质量良好的铸坯。 0010 为实现上述目的， 本发明采用的技术方案是： 0011 含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣， 保护渣以质量百分比计由以下组分组 成： 0012 CaO 2832， Al2O3 2832， Na2O 610， MgO 15， F-410， B2O3 4 10， SiO2 16， T。

13、iO2 210， Fe2O32， 碳素材料410， 各原料组分的质量百分 比之和为100； 0013 其中CaO和Al2O3的质量比为1:1。 0014 优选的， SiO2的含量为14， TiO2的含量为28。 0015 优选的， 碳素材料为质量比为35:2的石墨与炭黑的混合物。 0016 优选的， Na2O选自含有Na2O或者熔融后能够生成Na2O的原料， F-选自含有F-或者熔 融后能够生成F-的原料。 0017 本发明还保护该含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣的制造方法， 包括以下步 骤： 0018 (1)原料准备： 按照以下质量百分比称量原料， CaO 2832， Al2O3 2832。

14、， Na2O 610， MgO 15， F-410， B2O3 410， SiO2 16， TiO2 210， Fe2O3 2， 碳素材料410； 0019 (2)熔化： 将步骤(1)中称量的除碳素材料以外的其他原料均匀混合， 并加热充分 熔化； 0020 (3)水淬： 将步骤(2)得到的熔融物进行水淬； 0021 (4)烘干研磨： 将步骤(3)水淬后的产物进行烘干， 并研磨； 0022 (5)混合： 将步骤(4)得到的产物与碳素材料混合均匀得到保护渣。 0023 优选的， 步骤(2)中加热温度为13501450， 保温时间为2040min。 0024 优选的， 步骤(3)中水淬的水温为535。

15、， 水淬次数为1次。 0025 优选的， 步骤(4)中烘干产物的水分含量不超过0.5， 研磨后产物的粒度不超过 0.074mm。 0026 与现有技术相比， 本发明的有益效果如下： 说明书 2/6 页 4 CN 109967705 A 4 0027 1、 本发明根据热力学计算钢渣界面反应： Ti+(SiO2)(TiO2)+Si， 通过吉布斯 自由能大于零， 推导出SiO2和TiO2活度的对应关系， 进而确定SiO2和TiO2成分， 有效抑制了 含钛高强焊丝钢强还原性元素Ti与保护渣的界面反应， 保证保护渣的理化性能； 0028 2、 本发明利用FactSage模拟计算CaO-Al2O3的二元相。

16、图， 通过二元相图可知， 在低 反应性CaO-Al2O3渣系中， CaO/Al2O3比值约为1.0时， 熔化温度最低， 有效减少能耗； 0029 3、 本发明通过加入410B2O3、 610Na2O和410F-， 显著降低保护渣 的熔点和粘度， 从而有利于保护渣的消耗、 润滑和吸附夹杂物； 0030 4、 将本发明应用于高强含钛焊丝钢ER80-G时对浇注过程捞取渣条， 检测后分析， 未发现渣中SiO2含量的降低， 同时也没有出现卷渣和结壳等问题， 铸坯表面质量明显改善； 说明本发明的保护渣能够使含钛高强焊丝钢达到连铸连浇， 获得表面质量良好的铸坯。 具体实施方式 0031 下面通过具体实施例对。

17、本发明进行详细描述。 本发明的范围并不受限于该具体实 施方式。 0032 实施例1 0033 本实施例提供一种含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣， 以质量百分比计由以 下组分组成： 0034 CaO 28， Al2O3 28， Na2O 6， MgO 1， F-10， B2O3 10， SiO2 1， TiO2 10， Fe2O3 2， 碳素材料4， 碳素材料中的石墨与炭黑的质量比为2:1。 0035 本实施例还提供上述含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣的制造方法， 包括以 下步骤： 0036 (1)原料准备： 按照上述质量百分比称量CaO、 Al2O3、 Na2CO3、 MgO、 F-、 B。

18、2O3、 SiO2、 TiO2和Fe2O3和碳素材料； 其中Na2CO3为熔融后能够生成 Na2O的原料， Na2CO3的质量根据Na2O 的质量换算得到； 0037 (2)熔化： 将步骤(1)中称量的除碳素材料以外的其他原料均匀混合， 并加热到 1400保温20min进行充分熔化； 0038 (3)水淬： 将步骤(2)得到的熔融物进行1次水淬， 水淬的水温为25； 0039 (4)烘干研磨： 将步骤(3)水淬后的产物进行烘干， 直到产物的水分含量不超过 0.5， 并研磨至粒度小于0.074mm； 0040 (5)混合： 将步骤(4)得到的产物与碳素材料混合均匀得到保护渣。 0041 实施例2。

19、 0042 本实施例提供一种含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣， 以质量百分比由以下 组分组成： 0043 CaO 30， Al2O3 30， Na2O 7， MgO 2， F-8， B2O3 8， SiO2 2， TiO2 6， Fe2O3 1， 碳素材料6， 碳素材料中的石墨与炭黑的质量比为2： 1。 0044 本实施例的制备方法与实施例1的制备过程相同， 不同的是本实施例的步骤(2)中 加热温度为1350， 保温40min， 步骤(3)中水淬的水温为5。 0045 实施例3 0046 本实施例提供一种含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣， 以质量百分比由以下 说明书 3/6 页 5 CN 。

20、109967705 A 5 组分组成： 0047 CaO 29， Al2O3 29， Na2O 9， MgO 3， F-6， B2O3 6， SiO2 4， TiO2 4， Fe2O3 2， 碳素材料8， 碳素材料中的石墨与炭黑的质量比为3： 2。 0048 本实施例的制备方法与实施例1的制备方法相同， 不同的是本实施例的步骤(2)中 加热温度为1450， 步骤(3)中水淬的水温为15。 0049 实施例4 0050 本实施例提供一种含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣， 以质量百分比由以下 组分组成： 0051 CaO 28.5， Al2O3 28.5， Na2O 10， MgO 5， F-4。

21、， B2O3 4， SiO2 6， TiO2 2， Fe2O3 2， 碳素材料10， 碳素材料中的石墨与炭黑的质量比为5： 2。 0052 本实施例的制备方法与实施例1的制备方法相同， 不同的是本实施例的步骤(2)中 加热后保温时间为30min， 步骤(3)中水淬的水温为20。 0053 实施例5 0054 本实施例提供一种含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣， 以质量百分比由以下 组分组成： 0055 CaO 32， Al2O3 32， Na2O 10， MgO 3， F-4， B2O3 4， SiO2 5， TiO2 2， Fe2O3 2， 碳素材料6， 碳素材料中的石墨与炭黑的质量比为2：。

22、 1。 0056 本实施例的制备方法与实施例1提供的制备方法相同， 不同的是本实施例的步骤 (3)中水淬的水温为35。 0057 对比例1 0058 本对比例提供了一种含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣， 该保护渣以质量百 分比由以下组分组成： 0059 CaO 29， Al2O3 8， Na2O 7， MgO 1， F-6， B2O3 4， SiO2 26， TiO2 2， Fe2O3 1， 碳素材料16。 对比例1的保护渣中CaO和Al2O3的含量比为3.625， 与实施例的不 同。 0060 本对比例的制备方法与实施例1的制备方法相同。 0061 对比例2 0062 本对比例提供了一种含。

23、钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣， 该保护渣以质量百 分比由以下组分组成： 0063 CaO 28.5， Al2O3 28.5， Na2O 6， MgO 1， F-10， B2O3 10， SiO2 10， TiO2 1， Fe2O3 1， 碳素材料4， 其中石墨与炭黑比例为2:1。 0064 本对比例的制备方法与实施例1的制备方法相同。 0065 对比例3 0066 本对比例提供了一种含钛高强焊丝钢连铸专用结晶器保护渣， 本对比例中使用 K2O、 La2O， MnO代替了B2O3、 Na2O和F-， 该保护渣以质量百分比由以下组分组成： 0067 CaO 29， Al2O3 29， La2O。

24、 3， K2O 3， MgO 3， SiO2 5， TiO2 10， MnO 6， Fe2O3 2， 碳素材料10， 其中石墨与炭黑比例为2:1。 0068 本对比例的制备方法与实施例1的制备方法相同。 0069 我们对实施例1实施例5以及对比例13的样品进行了关于熔点、 粘速、 熔速以 说明书 4/6 页 6 CN 109967705 A 6 及析晶率的性能测试， 测试结果如表1， 从表1可以看出， 实施例1实施例5的熔点为1078 1115， 粘度为0.2350.420Pas， 熔速为4560s， 析晶率为3056， 其理化性能能够 保证液渣层的稳定及均匀流入结晶器壁与坯壳的间隙， 进而减。

25、少坯壳与结晶器壁的摩擦， 同时能够有效控制初始坯壳水平传热。 0070 对比例1中CaO和Al2O3的含量比为3.625， 二元碱度为1.1， 其他组元成分基本一致， 其熔点为1150， 粘度为0.71Pas， 熔速为142s， 析晶率为 35， 且渣中SiO2含量较高， 浇 注过程发生钢渣界面反应， 影响保护渣的理化性能。 0071 对比例2中SiO2和TiO2的含量超出了权利要求保护的范围， 其熔点为 1069， 粘度 为0.393Pas， 熔速为43s， 析晶率为38， 理化性能满足ER80-G 浇注要求， 但此SiO2和TiO2 的含量发生钢渣界面反应， 保护渣成分发生变化， 其理化性。

26、能也随之改变， 影响铸坯表面质 量。 0072 对比例3中使用K2O、 La2O， MnO代替了B2O3、 Na2O和F-， 其熔点为 1165， 粘度为 0.66Pas， 熔速为62s， 析晶率为25， 加入La2O能显著降低熔点， 但不利于析晶， 此保护渣 未能满足ER80-G包晶钢生产需求。 0073 将实施例1实施例5的样品与对比例1对比例3的样品相比较， 部分对比例虽然 性能达到要求， 但含有较高的SiO2， 不能避免钢渣界面反应， 而对比例3析晶率较低， 不宜用 于包晶钢ER80-G生产， 相比之下， 实施例1实施例5的样品的理化性能满足要求， 同时能够 避免钢渣界面反应。 0074 表1样品的成分和理化性能表 0075 说明书 5/6 页 7 CN 109967705 A 7 0076 0077 同时我们以实施例1的产品为例， 将其投入实际应用， 发现结晶器内保护渣熔化均 匀， 液渣层维持在稳定的厚度， 结晶器内未发现结冷钢。 渣条明显减少， 在浇铸过程中， 未出 现漏钢现象。 铸坯表面缺陷明显得到改善。 0078 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以作出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。 说明书 6/6 页 8 CN 109967705 A 8 。