一种汽车热成型钢专用连铸结晶器功能保护材料的制作方法

1.本发明涉及冶金辅料技术领域，具体涉及一种汽车热成型钢专用连铸结晶器功能保护材料。

背景技术：

2.随着我国工业化进程不断深入，汽车产业在增强国民经济和提高人民生活水平方面具有巨大的推动作用。安全性是买车的人看重的主要性能指标，销售会告诉你这款车有多少个安全气囊、有主动刹车、有预碰撞报警什么的，可能有些销售还会告诉你，这台车采用了多少热成型钢。一般的高强度钢板的抗拉强度在400-450mpa左右，热成型钢通过加热成形，通过一系列处理后抗拉强度可提高至1300-1600 mpa，为普通钢材的3-4倍。热成型钢被应用于车身骨架的关键部位，例如a、b、c柱，前后保险杠、车门防撞梁、车门内板、车身侧围等碰撞安全关键部位，近些年在对汽车油耗排放日趋严格的背景下，热成型钢板可让更多的民用车在保证安全性的前提下实现轻量化，热成型钢在提高车辆安全性的同时，可以减少车身重量或尽可能更少的增加车身重量。在各种安全碰撞测试机构（iihs、encap、cncap等等）的相关要求下，采用热成型钢技术的车辆相比达到同等安全碰撞星级的更少采用热成型钢的车辆要轻。
3.热成型钢专用的结晶器功能保护材料的设计发明应符合热成型钢的钢种成份特性要求，保证在钢厂连铸过程可以稳定顺行，实现结晶器功能保护材料的真实冶金性能。其设计难点是：钢种成份中的b、mn、ti、al、cr等合金元素较多，对结晶器功能保护材料而言容易变性造成成份恶化，改变原有的理化性能，影响后续的连铸顺行；其二是钢种中碳含量高，高碳钢的特点是热强度差，容易粘结漏钢造成连铸中断。

技术实现要素：

4.有鉴于此，为了克服以上设计难点，本发明提供一种汽车热成型钢专用连铸结晶器功能保护材料，采用cao-sio2-a12o3-na2o-caf2系的保护渣，并配入适量的碳酸锂，可以降低液渣的黏度，消除了cr2o3、a12o3等的不利影响，保持了保护渣的良好性能。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种汽车热成型钢专用连铸结晶器功能保护材料，包括按以下质量百分比计的原料：预熔料60.0-66.0%、碳酸锂1.8-3.2%、轻烧白碱4.5-8.5%、膨润土1.0-3.0%、高萤石粉4.4-6.4%、高铝土1.0-3.0%、冰晶石3.0-5.0%、氟化钠2.5-4.5%、钠长石1.0-3.0%、粘结剂2.0-4.0%、日本进口碳黑2.0-4.0%、石墨碳2.1-4.1%。
6.进一步的，所述保护材料的保护渣中二元碱度cao/sio2为1.1-1.3。
7.进一步的，所述保护渣包括以下质量百分比的化学成分：sio2 20.3～36.6%、cao 22.4～42.0%、li2o ≤2.0、al2o3 2.5～9%、k2o +na2o 4.0～12.5%、f
‑ꢀ
3.0～9.5、mgo ≤ 6.5%、fe2o3≤2.5%。
8.进一步的，所述预熔料包括以下质量百分比的化学成分：
sio2 22.0～38.0%、cao 25.0～40.0%、li2o ≤2.0、al2o3 2.0～9%、r2o4.0～15.0%、f
‑ꢀ
2.0～8.0、mgo 2.0～8.0%、fe2o3≤2.5%。
9.进一步的，所述r2o中r元素为na元素与k元素。
10.综上所述，本技术与现有技术相比至少具有以下一种有益技术效果：1、本发明提出的汽车热成型钢专用连铸结晶器功能保护材料，实现了两大功能以及五大冶金作用：两大功能，一是保证连铸工艺稳定顺行，二是提高铸坯的表面和皮下质量。五大作用分别是：a绝热保温，减少钢液热损失，抑制结晶器内出现搭桥和结壳（冷钢），提高弯月面温度，维持渣道畅通；b隔绝空气，防止钢液二次氧化；c润滑铸坯，减少铸坯粘结；d改善结晶器传热，进而减少铸坯表面缺陷；e吸收非金属夹杂物，熔渣可以同化钢渣界面上浮的夹杂物，保证熔渣熔化的均匀性和稳定性（化学稳定性和热稳定性），减少功能保护材料变性。
11.2、本发明加入的碳酸锂会形成氧化锂，碳酸锂在高温条件下分解成氧化锂，li2co3=co2＋li2o，li
+
是熔体中半径最小的离子,空间位阻低,具有在熔渣网络结构中代替其他金属阳离子的趋势。li+的原子质量相对小,当li2o 和 na2o 质量分数相同时,li2o能更容易地提供更多的破网物o2-，自由氧离子 o 2
‑ꢀ
的破网作用使保护渣造成熔渣结构的解聚。
12.3、本发明还可以降低熔渣的粘度、软化温度、提高渣膜的流动性能可以降低液渣的黏度，并能使凝渣恢复玻璃态，控制析晶温度，研究表明，每增加1%的li2o，渣的熔化温度降低60℃，粘度降低0.032pa.s，降低熔化温度和粘度，液渣的流动性增强。
13.4、本发明消除了cr2o3、a12o3等的不利影响，保持了保护渣的良好性能，钢水中含有al450ppm，铝与结晶器保护渣中的氧发生反应生成大量的al2o3夹杂物,另外保护渣中sio2被al还原而减少，造成保护渣的成份和性能发生较大变化,而加入的氧化锂可以发生li2o+al2o3=2lialo反应，抑制sio2的还原，并起到稳定热流的作用；钢水中的cr是活泼元素，易于与o生成（cr-al）2o3等较复杂的夹杂物，导致保护渣变性，恶化保护渣的使用效果。
14.5、另外功能保护材料的二元碱度设计为稍高碱度1.1~1.3，液渣中容易析出高熔点晶体，如：晶石（3cao.2sio2.caf2）、钙铝黄长石（2cao.al2o3.sio2），改变了渣膜热量传递的热阻，从而减缓了传热，同时晶体的析出长大，结晶器保护渣液渣熔化进入结晶器和坯壳之间形成固态渣膜和液态渣层，当析晶温度高时液渣中就容易析出黄长石、晶石等高熔点晶体，从而影响保护渣润滑性能。同时在固态渣膜中析出大量晶体质改变了渣膜热量传递的热阻；碱度对析晶率由明显的影响，随着碱度的提高，保护渣的析晶率也有明显的提升。
具体实施方式
15.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部
分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.热成型钢主要的钢水成份及工艺参数如下：连铸断面：（230-250）
×
（900-1880），拉速：1.2-1.6m/min，液相线温度：1511℃，表1针对汽车热成型钢专用功能保护材料的设计过程，进行了以下研究发明：1、热成型钢中合金元素多，属于高合金钢，其中易氧化元素als、cr容易生成cr2o3、a12o3等均为高熔点氧化物，使钢水发黏，钢水中的ti在连铸过程中，形成tin、tio2、钙钛石等，当功能保护材料在吸收溶解这些夹杂物达到一定程度后，就会析出硅灰石和铬酸钙等高熔点晶体，破坏了液渣的玻璃态，导致功能保护材料的熔点明显升高，液渣随之而变稠，渣子结壳，影响铸坯的表面质量。本发明采用cao-sio2-a12o3-na2o-caf2系的保护渣，并配入适量的碳酸锂，碳酸锂是一种很强的助溶剂，形成的氧化锂作为一种碱金属网络状外体氧化物，离子半径小，原子核外电子排斥力弱，离子位移的位阻力很小，结晶时离子重组容易，加入可以增加渣膜的析晶率，另外还可以降低熔渣的粘度、软化温度、提高渣膜的流动性能可以降低液渣的黏度，并能使凝渣恢复玻璃态，控制析晶温度，消除了cr2o3、a12o3等的不利影响，保持了保护渣的良好性能。
17.2、热成型钢钢种中碳含量高，高碳钢的特点是热强度差，浇钢温度低，容易粘结漏钢造成连铸中断，功能保护材料的粘度和凝固温度低，渣膜玻璃化倾向大，具有良好的润滑性能，另外功能保护材料的二元碱度设计为稍高碱度1.1~1.3，液渣中容易析出高熔点晶体，改变了渣膜热量传递的热阻，从而减缓了传热，同时晶体的析出长大，固态渣膜中产生孔洞，减低了传热作用，阻遏了横向热流，增大热阻，减缓了从凝固坯壳传向结晶器热量，控制裂纹的产生。
18.3、功能保护材料转折温度设定为1090℃（如下表2），熔化温度偏低，可以很好的维持熔渣在结晶器内沿坯壳运动而不凝固，有利于改善铸坯在结晶器内的润滑状况；功能保护材料在1300℃下粘度为0.078pa
•
s，粘度合适，可以避免浇钢后期保护渣生成高熔点氧化物导致的钢水发黏现象，润滑性能良好，铸坯无缺陷，低转折温度和粘度还可以减少功能保护材料变性，保持功能保护材料在熔化过程中的化学和热稳定性。
19.表2
4、轻烧白碱、高萤石粉、高铝土、冰晶石、氟化钠、钠长石组成的熔剂，调整保护渣的凝固温度效果好；碳质材料选用目数更细的日本进口的炭黑，在连铸生产研磨中分散性更好，起到更好的包裹作用，在使用中起到绝热保温，控制融化速度的作用。粘结剂可以减少碳质材料和基料密度差别，保持了浆料的成分性能的均匀性以及在喷雾造粒过程中的良好成型性，生产出来的功能保护材料容重0.6-0.8g/cm3，粒径0.15-0.22mm，容重和粒径合适，既可以保证保护渣的保温性能，防止钢液二次氧化，同时使保护渣具有优异的铺展性和透气性。
20.本发明采用如下七个实施方式进行试验：实验方案如下：某钢厂浇铸热成型钢，工艺流程为：铁水预处理—转炉—lf炉—rh(vd)炉—连铸—堆冷—板坯检查—加热—轧制—钢板表面检查—正火＋回火—钢板检查，其中连铸采用奥钢联直弧型连铸机，弧形半径12米，结晶器铜板有效长度900mm，浇注断面：230/250
×
（900-1880）mm，浇注拉速：1.2-1.6m/min。
21.在采用表内七个实施例后，现场实验表明，本发明功能保护材料在结晶器内熔化均匀、渣圈少，正常拉速时液渣厚度为8-12mm，每吨钢耗量为0.3-0.5kg，能够满足用户的需求。
22.以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，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。

技术特征：

1.一种汽车热成型钢专用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，包括按以下质量百分比计的原料：预熔料60.0-66.0%、碳酸锂1.8-3.2%、轻烧白碱4.5-8.5%、膨润土1.0-3.0%、高萤石粉4.4-6.4%、高铝土1.0-3.0%、冰晶石3.0-5.0%、氟化钠2.5-4.5%、钠长石1.0-3.0%、粘结剂2.0-4.0%、日本进口碳黑2.0-4.0%、石墨碳2.1-4.1%。2.如权利要求1所述的汽车热成型钢专用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，所述保护材料的保护渣中二元碱度cao/sio2为1.1-1.3。3.如权利要求1所述的汽车热成型钢专用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，所述保护渣包括以下质量百分比的化学成分：sio220.3～36.6%、cao22.4～42.0%、li2o≤2.0、al2o32.5～9%、k2o+na2o4.0～12.5%、f-3.0～9.5、mgo≤6.5%、fe2o3≤2.5%。4.如权利要求1所述的汽车热成型钢专用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，所述预熔料包括以下质量百分比的化学成分：sio222.0～38.0%、cao25.0～40.0%、li2o≤2.0、al2o32.0～9%、r2o4.0～15.0%、f-2.0～8.0、mgo2.0～8.0%、fe2o3≤2.5%。5.如权利要求4所述的汽车热成型钢专用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，所述r2o中r元素为na元素与k元素。

技术总结

本发明提供一种汽车热成型钢专用连铸结晶器功能保护材料，属于冶金辅料技术领域，包括按以下质量百分比计的原料：预熔料60.0-66.0%、碳酸锂1.8-3.2%、轻烧白碱4.5-8.5%、膨润土1.0-3.0%、高萤石粉4.4-6.4%、高铝土1.0-3.0%、冰晶石3.0-5.0%、氟化钠2.5-4.5%、钠长石1.0-3.0%、粘结剂2.0-4.0%、日本进口碳黑2.0-4.0%、石墨碳2.1-4.1%，本发明通过采用CaO-SiO2-A12O3-Na2O-CaF2系的保护渣，并配入适量的碳酸锂，可以降低液渣的黏度，消除了Cr2O3、A12O3等的不利影响，保持了保护渣的良好性能。保持了保护渣的良好性能。