一种200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣及其应用

技术领域

本发明涉及保护渣技术领域，具体而言，涉及一种200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣及其应用。

背景技术

200系不锈钢已陆续开发出了J1、J2、J3、J4系列，随着市场的发展以及钢铁企业降低成本的要求，进一步开发了J5系奥氏体不锈钢。该钢种相对于前期的J1-J4系不锈钢，在成分设计中铜、锰、镍含量明显降低，而铬、氮、碳含量有所提高，对降低成本成效显著，在一定行业内具有良好的应用前景。

但实际生产中，因钢种成分调整，尤其是因钢中铜、锰含量显著降低，锰含量比正常201低，导致铸坯裂纹敏感性极高，裂纹缺陷多；同时氮含量比正常304高25倍左右，铬含量也有所提高，导致铸坯高温强度降低。以上因素，导致在连铸生产过程中，铸坯的收缩率和导热性发生了质的变化，各种质量问题尤其是铸坯表面裂纹问题层出不穷，修磨率严重的达到100％，严重影响了该系列不锈钢的国产化和规模化生产。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一包括提供一种200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣，其可有效解决200系J5奥氏体不锈钢因成分特性导致的裂纹敏感性高及铸坯表面质量差等问题，节约修磨成本，利于该系列不锈钢的国产化和规模化生产。

本发明的目的之二包括提供一种上述200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣的应用。

本申请可这样实现：

第一方面，本申请提供一种200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣，以重量百分数计，其化学成分包括：26-33％的CaO、16-23％的SiO

在可选的实施方式中，上述化学成分包括：29-32％的CaO、18-22％的SiO

在可选的实施方式中，上述200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣的二元碱度为1.43-1.56；或，上述200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣的熔点为1040-1100℃；或，上述200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣在1300℃下的粘度为0.06-0.11Pa·S；或，上述200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣的析晶率为10-35％。

在可选的实施方式中，上述200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣的原料包括10-18份硅灰石、25-40份预熔料、7-13份工业纯碱、7-13份萤石、0.5-4份碳酸锂、2-4份碳酸锰、1-4份轻烧镁砂粉、3-14份方解石粉、3-8份冰晶石、1-4份铝矾土、0.5-3份碳黑、0.5-2份焦炭、1-5份碳酸钡以及1-4份硼砂。

在可选的实施方式中，上述原料还包括4-8份玻璃粉。

在可选的实施方式中，预熔料的碱度为1.2-1.35，优选为1.2。

在可选的实施方式中，预熔料与硅灰石的重量比为6.5-7.5:2.5-4，优选为7:3。

在可选的实施方式中，碳黑与焦炭的重量比5.5-6.5:3.5-4.5，优选为6:4。

在可选的实施方式中，按与上述硅灰石相同的重量份数计，上述原料还包括0.5-2.5份分散剂。

在可选的实施方式中，分散剂为十二烷基苯磺酸钠。

在可选的实施方式中，按与上述硅灰石相同的重量份数计，上述原料还包括0.5-3份粘合剂。

在可选的实施方式中，粘合剂包括羧甲基纤维素钠、淀粉和糊精中的至少一种。

第二方面，本申请提供上述200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣的应用，例如将其用作200系J5奥氏体不锈钢连铸过程中的保护渣；

其中，200系J5奥氏体不锈钢的化学成分含有0.11-0.18wt％的C、12-14wt％的Cr、0.6-2wt％的Ni、9-10wt％的Mn、0.14-0.2wt％的N以及＜0.25wt％的Cu。

本申请的有益效果包括：

本申请提供的具有特定化学组成的200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣，可有效解决200系J5奥氏体不锈钢因成分特性导致的裂纹敏感性高及铸坯表面质量差等问题，节约修磨成本，利于该系列不锈钢的国产化和规模化生产。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本申请提供的200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣及其应用进行具体说明。

发明人通过实践发现：使用现有的200系J1-J4奥氏体不锈钢保护渣生产J5不锈钢，会导致不锈钢裂纹增加，极易发生裂纹漏钢事故；使用300系奥氏体不锈钢保护渣生产J5不锈钢会增加不锈钢的裂纹率和凹陷几率。

发明人提出，造成上述现象的原因可能在于：J1-J4不锈钢保护渣在成分设计时以控制润滑为主，保护渣碱度低，导热快；300系奥氏体不锈钢保护渣的传热能力过强。

鉴于此，发明人创造性地提出了一种200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣，以重量百分数计，其化学成分包括：26-33％的CaO、16-23％的SiO

该保护渣适用于200系J5奥氏体不锈钢的连铸，该200系J5奥氏体不锈钢的化学成分含有0.11-0.18wt％的C、12-14wt％的Cr、0.6-2wt％的Ni、9-10wt％的Mn、0.14-0.2wt％的N以及＜0.25wt％的Cu。

可参考地，CaO的含量可以为26％、26.5％、27％、27.5％、28％、28.5％、29％、29.5％、30％、30.5％、31％、31.5％、32％、32.5％或33％等，也可以为26-33％范围内的其它任意值。

SiO

Al

Fe

Li

MgO的含量可以为2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、4％、4.1％、4.2％、4.3％、4.4％、4.5％或4.6％等，也可以为2-4.6％范围内的其它任意值。

Na

F

Ct的含量可以为1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％或4％等，也可以为1.5-4％范围内的其它任意值。

BaO的含量可以为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3％、3.1％或3.2％等，也可以为0.5-3.2％范围内的其它任意值。

B

MnO的含量可以为1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.88％、1.9％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％或3％等，也可以为1-3％范围内的其它任意值。

在可选的实施方式中，上述化学成分可包括：29-32％(如29％、29.4％、31.5％或32％)的CaO、18-22％(如18％、19.6％、21.7％或22％)的SiO

在可选的实施方式中，上述200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣的原料包括硅灰石、预熔料、工业纯碱、萤石、碳酸锂、碳酸锰、轻烧镁砂粉、方解石粉、冰晶石、铝矾土、碳黑、焦炭、淀粉、碳酸钡以及硼砂。

可参考地，按重量份数计，上述原料可包括10-18份(如10份、11.6份、13.3份、16.5份或18份等)硅灰石、25-40份(如25份、26.8份、31份、38.3份或40份等)预熔料、7-13份(如7份、8份、10份、12份或13份等)工业纯碱、7-13份(如7份、8.5份、10份、12份或13份等)萤石、0.5-4份(如0.5份、1份、2份、3份或4份等)碳酸锂、2-4份(如2份、2.5份、3份、3.5份或4份等)碳酸锰、1-4份(如1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份或4份等)轻烧镁砂粉、3-14份(如3份、6份、7份、12份或14份等)方解石粉、3-8份(如3份、3.5份、5份、7份或8份等)冰晶石、1-4份(如1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份或4份等)铝矾土、0.5-3份(如0.5份、0.96份、1.2份、1.55份、2份、2.5份或3份等)碳黑、0.5-2份(如0.5份、0.64份、0.8份、1.05份、1.5份或2份等)焦炭、1-5份(如1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份或4份等)碳酸钡以及1-4份(如1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份或4份等)硼砂。

在优选的实施方式中，上述预熔料的碱度为1.2-1.35，如1.2、1.22、1.25、1.28、1.3、1.32或1.35等，优选为1.2。

较佳地，上述预熔料与硅灰石的重量比可以为6.5-7.5:2.5-4，如6.5:2.5、6.5:3、6.5:3.5、6.5:4、7:2.5、7:3、7:3.5、7:4、7.5:2.5、7.5:3、7.5:3.5或7.5:4等，优选为7:3。

本申请中基料采用硅灰石和碱度为1.2-1.35的预熔料，并将预熔料与硅灰石的重量比控制在6.5-7.5:2.5-4，可使保护渣在具有适当导热性的同时具有较高的碱度。

需要强调的是，本申请需控制硅灰石的用量，硅灰石用量过多，渣膜主要析出硅灰石，枪晶石含量明显减少，粘度增加幅度不大，但热流密度显著增大，不利于控制传热，冷却能力过强，铸坯表面极易出现裂纹；硅灰石用量过少时，铸坯导热性能差，导致铸坯坯壳厚度减薄，凹陷增多，严重的会发生漏钢。本申请基料中所用的预熔料为事先已经过高温预先熔化的物料，其再次熔化过程中可以产生较好的玻璃体渣膜，按本申请的用量加入后，在使用过程中形成的渣膜不仅能确保合适的析晶比例，同时还能形成一定厚度的玻璃态，能很好地兼顾润滑与控制传热效果。当预熔料的用量过多时，会造成与硅灰石用量过少同样的后果，因此有必要控制预熔料与硅灰石的比例。

本申请中，硼砂(主要成分为氧化硼)和碳酸钡(主要成分为氧化钡)均作为助熔剂，用于增加保护渣的熔化区间，促进保护渣具有良好的熔化速度、熔化结构以及渣圈状态，降低铸坯高温塑性差带来的摩擦应力。

需说明的是，硼砂的熔点只有450℃，比氧化钠降低熔化温度的能力更强，在保护渣的熔化过程中会生成低熔点矿物和含硼的玻璃相，且其与氧化钙、氧化镁、氧化铝和氧化钠等之间也会形成低熔点化合物，从而可以降低保护渣的熔点和粘度，同时也可以降低分熔倾向；此外，其还能提高氧化铝在保护渣中的饱和浓度，即提高保护渣吸附夹杂后的稳定性。

碳酸钡属离子晶体结构，呈离子态，可促使低熔点硅酸盐玻璃相的增加，阻碍液渣结晶，改善熔渣的润滑作用，同时还可提高熔渣吸收氧化铝、二氧化钛以及三氧化二铬夹杂物的能力，可降低熔点和粘度。

在可选的实施方式中，碳黑与焦炭的重量比可以为5.5-6.5:3.5-4.5，如5.5:3.5、5.5:4、5.5:4.5、6:3.5、6:4、6:4.5、6.5:3.5、6.5:4或6.5:4.5等，优选为6:4。

本申请中通过以燃点低的碳黑和粒径小的焦炭按上述配比共同作为碳质材料，能够使保护渣全碳(Ct)含量为1-4％，有利于保证保护渣具有良好的三层结构(即保护渣在钢水面自上而下形成的粉渣层、烧结层和熔渣层)，使得液渣层的厚度为12-16mm，从而能够满足全程润滑需求，降低液面波动的影响。

需强调的是，若碳黑用量过多(或焦炭用量过少)，会导致保护渣熔速过慢，影响液渣层形成，影响保护渣消耗及铸坯正常润滑；对应的，若碳黑用量过少(或焦炭用量过多)，会导致保护渣熔速过快，液渣层形成过厚，不利于下渣及液面观察。甚至碳质材料仅使用碳黑类物质，保护渣加入后会迅速熔化全部形成液渣，无烧结层，无法获得理想的三层结构。

进一步地，上述原料还可包括用于调节碱度的玻璃粉。可参考地，玻璃粉的含量可以为4-8份(如4份、5份、6份、7份或8份等)。

进一步地，上述原料还可包括分散剂，如十二烷基苯磺酸钠。更进一步地，上述原料还可包括粘合剂，如包括羧甲基纤维素钠、淀粉和糊精中的至少一种。可参考地，分散剂的含量可以为0.5-2.5份(如0.5份、1份、1.5份、2份或2.5份等)。粘合剂的含量可以为0.5-3份(如0.5份、1份、1.5份、2份、2.5份或3份等)。

可参考地，上述200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣的二元碱度为1.43-1.56，如1.43、1.45、1.5、1.54或1.56等；熔点为1040-1100℃，如1040℃、1060℃、1085℃、1095℃或1100℃等；在1300℃下的粘度为0.06-0.11Pa·S，如0.06Pa·S、0.07Pa·S、0.09Pa·S、0.1Pa·S或0.11Pa·S等；析晶率为10-35％，如10％、15％、20％、25％、30％或35％等。

需要说明的是，200系J5奥氏体不锈钢的钢水中铜含量低，使其铸坯高温强度差、常温强度高；加之其镍含量较低，进一步增加了铸坯的常温强度；同时氮含量高，对铸坯的导热性和收缩率影响较大，使其易出现裂纹缺陷。本申请通过设计高碱度增加液渣膜厚度，同时设置低结晶温度、低结晶率以及低熔点，在连铸过程中保持全程润滑，降低摩擦阻力，从而有效避免裂纹。并且，上述高碱度还可增加保护渣的吸附夹杂能力，减少钢水中铝含量增加的影响，进一步控制裂纹发生率。

本申请提供的上述200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣的制备方法可参照常规保护渣的制备方法，在此不做过多赘述。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣，按重量份数计，其原材料组成为：硅灰石11.6份、预熔料26.8份(碱度1.2)、玻璃粉6.0份、工业纯碱10.0份、萤石10.0份、碳酸锂2.0份、碳酸锰3.0份、轻烧镁砂粉2.5份、方解石粉12.0份、冰晶石5.0份、铝矾土1.5份、十二烷基苯磺酸钠0.6份、碳黑1.2份、焦炭0.8份、羧甲基纤维素钠2.0份、碳酸钡3份以及硼砂2份。

该保护渣的化学成分及重量百分比为：

CaO：29.4％，SiO

其二元碱度(CaO/SiO

试验在国内某厂进行，期间操作均按连铸浇钢现行规程执行，试验保护渣型号BH-J5，试验浇铸钢种为J5A，断面200×1250，拉速1.1m/min。共试验连铸保护渣1吨，分3个浇次进行。试验过程中，上述实施例1提供的连铸保护渣在结晶器内具有良好的铺展性和流动性，总渣层为35-45mm，液渣厚度12-14mm，能较好的隔绝钢液和粉渣层，结晶器表面没有火焰，钢液面无翻滚、无结块现象，渣耗量适中平均在0.25-0.32kg/t，试验过程中渣条较小，通过结晶器专家系统观察，结晶器热流量和摩擦力较稳定，结晶器无报警情况发生，试验铸坯表面无纵凹、裂纹、结疤，达到试验目的。

需说明的是，以实施例1为例，当预熔料的碱度改变为1.3或1.35后，按相同的试验，其结果依然显示：结晶器热流量和摩擦力较稳定，结晶器无报警情况发生，试验铸坯表面无纵凹、裂纹、结疤，达到试验目的。

实施例2

本实施例提供一种200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣，按重量份数计，其原材料组成为：硅灰石13.3份、预熔料31.0份、碳酸锰2.5份、工业纯碱12.0份、萤石12.0份、碳酸锂3.0份、轻烧镁砂粉3.0份、方解石粉3.0份、冰晶石7.0份、铝矾土2.0份、十二烷基苯磺酸钠0.6份、碳黑0.96份、焦炭0.64份、淀粉2.0份、碳酸钡4.0份以及硼砂3.0份。

该保护渣的化学成分及重量百分比为：

CaO：27.5％，SiO

其二元碱度(CaO/SiO

试验在国内某厂进行，期间操作均按连铸浇钢现行规程执行，试验保护渣型号BH-J5，试验浇铸钢种为J5，断面200×1248，拉速1.15-1.2m/min。共试验连铸保护渣1吨，分3个浇次进行。试验过程中，该连铸保护渣在结晶器内具有良好的铺展性和流动性，总渣层为35-45mm，液渣厚度13-15mm，能较好的隔绝钢液和粉渣层，结晶器表面没有火焰，钢液面无翻滚、无结块现象，渣耗量适中平均在0.25-0.32kg/t，试验过程中渣条较小，通过结晶器专家系统观察，结晶器热流量和摩擦力较稳定，结晶器无报警情况发生，试验铸坯表面无纵凹、裂纹、结疤，达到试验目的。

实施例3

本实施例提供一种200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣，按重量份数计，其原材料组成为：硅灰石16.5份、预熔料38.3份(碱度1.2)、工业纯碱8份、萤石8.5份、碳酸锂1.0份、碳酸锰3.0份、轻烧镁砂粉1.5份、方解石粉7份、冰晶石3.5份、铝矾土3.0份、十二烷基苯磺酸钠0.6份、碳黑1.55份、焦炭1.05份、羧甲基纤维素钠1.5份、碳酸钡2份以及硼砂3份。

该保护渣的化学成分及重量百分比为：

CaO：31.5％，SiO

其二元碱度(CaO/SiO

试验在国内某厂进行，期间操作均按连铸浇钢现行规程执行，试验保护渣型号BH-J5，试验浇铸钢种为J5A，断面200×1250，拉速1.1m/min。共试验连铸保护渣1吨，分3个浇次进行。试验过程中，该连铸保护渣在结晶器内具有良好的铺展性和流动性，总渣层为35-45mm，液渣厚度13-15mm，能较好的隔绝钢液和粉渣层，结晶器表面没有火焰，钢液面无翻滚、无结块现象，渣耗量适中平均在0.28-0.35kg/t，试验过程中渣条较小，通过结晶器专家系统观察，结晶器热流量和摩擦力较稳定，结晶器无报警情况发生，试验铸坯表面无纵凹、裂纹、结疤，达到试验目的。

对比例1

本对比例提供一种200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣，按重量份数计，其原材料组成为：硅灰石12.3份、预熔料28.5份(碱度1.2)、工业纯碱13.0份、萤石12.0份、碳酸锂3份、碳酸锰3份、轻烧镁砂粉3.5份、方解石粉4份、冰晶石7.0份、铝矾土1.5份、十二烷基苯磺酸钠0.6份、硼砂4份、碳酸钡4份、碳黑0.96份、焦炭0.64份以及羧甲基纤维素钠2.0份。

该保护渣的化学成分及重量百分比为：

CaO：25.4％，SiO

其二元碱度(CaO/SiO

试验在国内某厂进行，期间操作均按连铸浇钢现行规程执行，试验保护渣型号BH-J5，试验浇铸钢种为J5A，断面200×1248，拉速1.1m/min。共计划试验连铸保护渣1吨，分3个浇次进行。试验初始阶段，该保护渣在结晶器内具有良好的铺展性和流动性，总渣层为35-45mm，液渣厚度14-20mm，能较好的隔绝钢液和粉渣层，但随着浇注进行液渣层逐渐增加到30-40毫米，结晶器表面没有火焰，没有出现翻滚，但有结渣块现象，渣条特别多，工人挑不完，渣耗量稍低平均在0.23-0.26kg/t，润滑效果不好，试验过程中渣条较多，生成也比较快，通过结晶器专家系统观察，结晶器热流量和摩擦力不稳定，结晶器多次报警情况发生降低拉速，试验铸坯表面纵裂较多，主要在宽面中心部位和窄面，有凹陷，边部结疤，由于液渣层较厚实验停止，仅仅使用5炉钢。

对比例2

本对比例提供一种200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣，按重量份数计，其原材料组成为：硅灰石16.5份、预熔料38.3份(碱度1.2)、工业纯碱5份、萤石6份、碳酸锂5份、轻烧镁砂粉2.5份、方解石粉8份、冰晶石3.5份、铝矾土5份、十二烷基苯磺酸钠0.6份、硼砂3份、碳酸钡2份、碳黑1.5份、焦炭1.1份以及淀粉2.0份。

该保护渣的化学成分及重量百分比为：

CaO：30.1％，SiO

其二元碱度(CaO/SiO

试验在国内某厂进行，期间操作均按连铸浇钢现行规程执行，试验保护渣型号BH-J5，试验浇铸钢种为J5，断面200×1248，拉速1.15-1.2m/min。共计划试验连铸保护渣1吨，分3个浇次进行。试验初始阶段，该保护渣在结晶器内具有良好的铺展性和流动性，总渣层为35-45mm，液渣厚度16-25mm，能较好的隔绝钢液和粉渣层，随着浇注进行液渣逐渐增加到30-40毫米，结晶器表面没有火焰，没有出现翻滚，但有结渣块现象，渣条特别多，工人挑不完，渣耗量稍低平均在0.18-0.20kg/t，润滑效果不好，试验过程中渣条较多，生成也比较快，通过结晶器专家系统观察，结晶器热流量和摩擦力不稳定，结晶器多次报警情况发生降低拉速，铸坯有明显粘结现象，试验铸坯表面纵裂较多，主要在宽面中心部位和窄面，有边裂和凹陷，边部结疤，由于液渣层较厚实验停止，仅仅使用2炉钢。

对比例3

本对比例提供一种200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣，按重量份数计，其原材料组成为：硅灰石16.5份、预熔料38.3份(碱度1.1)、工业纯碱6.7份、萤石8.8份、碳酸锂1.0份、碳酸锰3.0份、轻烧镁砂粉1.5份、方解石粉8份、冰晶石3.5份、铝矾土3.0份、十二烷基苯磺酸钠0.6份、碳黑2.55份、羧甲基纤维素钠1.55份、碳酸钡2份以及硼砂3份。

该保护渣的化学成分及重量百分比为：CaO：31.5％，SiO

其二元碱度(CaO/SiO

试验在国内某厂进行，期间操作均按连铸浇钢现行规程执行，试验保护渣型号BH-J5，试验浇铸钢种为J5A，断面200×1250，拉速1.1m/min。共计划试验连铸保护渣1吨，分3个浇次进行。保护渣加入后迅速熔化形成液渣，只有粉渣层和液渣层，无烧结层，总渣层约35-45mm，液渣厚度约25-30mm，渣条生成快，渣条大且比较多，由于液渣层过厚，试验停止。

综上所述，本申请提供的200系J5奥氏体不锈钢连铸专用保护渣，可有效解决200系J5奥氏体不锈钢因成分特性导致的裂纹敏感性高及铸坯表面质量差等问题，节约修磨成本，利于该系列不锈钢的国产化和规模化生产。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。