本发明属于冶金辅料技术领域，具体涉及一种气阀钢用连铸结晶器功能保护材料。
背景技术：
内燃机包括汽油机和柴油机，是汽车、摩托车、拖拉机，舰船、内燃机车、坦克、石油钻机、工程机械，移动电站等，在国民经济甚至国防军工等方面起着重要作用。而内燃机气阀钢的发展是与我国内燃机的发展密切相关的。几十年来，尤其是改革开放以来，德国、美国、日本、法国等一些国家先进的内燃机引进我国，使我国的内燃机水平迅速提高，推动了我国气阀钢启发和金的快速发展，同时也加速了我国气阀钢钢种系列化的进程。
气阀钢是一种含有铁、碳、镍、铬和铌的合金材料，主要用于发动起进、排气阀的比用材料，也是整个发动机中的关键材料。气阀钢用于在高温、高压、高冲刷和高磨蚀的苛刻条件下工作，对气阀钢的性能要求较高。目前，广泛使用的主要有两大类:一类是奥氏体型气阀钢，如5cr21mn9ni4n(简称21-4n)、3cr20ni11mo2pb(简称pb钢)、4cr14ni14w2mo(简称双14)等。另一类是马氏体型气阀钢，如4cr9si2、4cr10si2mo等。奥氏体型气阀钢由于其性能较马氏体型气阀钢好，因而主要用于条件更为苛刻的排气阀，而马氏体型气阀钢则主要用于进气阀。气阀钢连铸工艺比普通碳素钢甚至一般不锈钢更复杂，浇注温度、拉坯速度、冷却制度等工艺参数要求也更加严格，保护材料的制造工艺和理化性能必须严格要求和控制，使其与气阀连铸工艺相适应。由于气阀钢的高温特性及相关连铸工艺的要求，应严格控制保护材料的碱度、熔化温度、粘度等理化性能。
连铸保护材料作为保障连铸顺行的重要的冶金辅料，对气阀钢的连铸生产顺行和铸坯质量保障影响显著,随着连铸技术的蓬勃发展，目前国际上连铸比己超过95%。同时我国国民经济的增长，汽车行业的蓬勃发展，对气阀钢钢材产量的需求日益增加，国内气阀生产呈现逐年增加的趋势。目前，气阀钢作为一种特殊用途不锈钢，我国的产量已经跃居世界第一，但是由于不锈钢连铸技术与国外还有一定差距。国内不锈钢连铸保护材料仍需大量进口，即使使用进口渣，国内部分不锈钢厂连铸坯表面质量仍存在问题，振痕较深，表面凹陷较为严重，这些缺陷直接导致不得不对铸坯扒皮清理。特殊不锈钢专用保护材料是保障不锈钢连铸生产顺行、减少表面缺陷的一项关键技术，因此，我们需要再不锈钢保护材料方面进行改进以解决前述存在的问题。
目前针对此技术进行研究的方案比较少，本公司之前申报过一项发明专利，其公告号为cn104588602b的发明专利公开了一种内燃机进气阀钢专用连铸结晶器功能保护材料，包括预熔料、细玻璃粉、碳酸钠、萤石、高铝土、冰晶石、碳酸锂、碳黑、石墨碳，其重量百分含量分别为52.0%~58.0%、5.0%~8%、8%~9.5%、13%~17%、2%~4%、3%~5%、2%~3%，1%~3%、2.5%~3.5%，所述预熔料包括sio2、cao、al2o3、r2o、f，其重量百分含量分别为25.0%~35.0%、34.0%~44.0%、2.0%~8.0%、6.0%~13.0%、2.5%~8.5%。该保护材料具有质量好、损耗小、收缩率高，韧性强的特点，但是该保护材料存在对碳质材料的使用量比较多，铸坯质量稳定性不足，对于高标准要求的连铸需求依然不能满足。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种气阀钢用连铸结晶器功能保护材料，该功能保护材料极好地稳定结晶器液面，所得保护材料不仅能在低温浇铸时满足结晶器润滑，而且保证熔渣有较好的稳定性，铸坯质量较好，能够满足用户的需求。
本发明的技术方案是：
一种气阀钢用连铸结晶器功能保护材料，包括按重量百分含量计的如下原料组份：预熔料36.0-42.0%、硅灰石14.0-17.0%、细玻璃粉9.0-11.0%、碳酸锂3.0-5.0%、萤石7.0-9.0%、氟化钠2.0-4.0%、冰晶石3.0-5.0%、石墨碳10.0-12.0%、碳黑2.0-3.5%、粘结剂2.0-3.5%。
具体的，所述的预熔料包括按重量百分含量计的如下化学成分：sio242-46%，cao18-22%，al2o38-10%，r2o10-14%、f—8-10%、mgo2-4%、微量元素，其中微量元素符合r2o=k2o na2o。。
具体的，所述的功能保护材料包括按重量百分含量计的如下原料组份：预熔料40.0%、硅灰石13.0%、细玻璃粉10.0%、碳酸锂4.0%、萤石8.0%、氟化钠5.0%、冰晶石4.0%、石墨碳11.0%、碳黑2%、粘结剂3.0%。
具体的，所述的功能保护材料的炉渣二元碱度为0.55-0.71，半球点为1060-1120℃，1300℃下粘度为0.50-0.70pa•s。
具体的，所述的功能保护材料的炉渣二元碱度为0.66-0.71，半球点为1080℃，1300℃下粘度为0.58pa•s。
具体的，所述的气阀钢用连铸结晶器功能保护材料的化学成分包括按重量百分含量计的如下组份：sio234.0-38.0%，cao20.0-24.0%，al2o34.0-7.0%，na2o8.0-10.0%，f—5.0-7.0%，fe2o30.5-3.0%，游离碳14.0-17.0%，余量为微量元素。
不锈钢中由于含有易于氧化的元素ti、al、cr等易于氧化合金元素，生成的高熔点化合物使钢水发黏，不同钢种具有不同的凝固特性。当渣吸收这些夹杂达到一定的程度时，渣的熔点和黏度显著升高，破坏了熔渣的玻璃态，同时析出硅灰石cs等高熔点化合物，使结晶器保护材料结壳，在连铸过程中铸坯表面多出现凹陷、裂纹、深振痕及夹渣等缺陷，这些缺陷增加了铸坯修磨量，严重降低了不锈钢的成材率。
本发明的有益效果是：本发明保护材料中配入大量的预熔材料，使得保护材料熔化稳定性更高，使用炭黑为进口碳黑，进口炭黑与普通炭黑相比，粒度更细，吸碘值更高，分散性好，很好地起到骨架作用；本发明在保护材料中配入碱金属的碳酸盐碳酸锂，利用结晶器内钢液的放热量，使碳酸盐吸热分解，降低保护材料的熔化速度；通过添加化学熔剂，可改善功能保护材料玻璃化特性，提高该功能保护材料的润滑能力，同时可改善功能保护材料熔化均匀性，并且可获得良好的熔融特性；本发明在保护材料基料中配入碳质材料和粘结剂，在连铸过程中粘结剂先于碳质材料燃烧并放出气体，减少了碳质材料的消耗，同时粘结剂燃烧后的残渣和碳质材料共同防止基料形成烧结块和产生渣条，可以控制保护材料的熔化速度，保持熔渣层厚度稳定，从而改善铸坯质量。
本发明各种原料合用，所得保护材料二元碱度0.55-0.71，二元碱度合适，具有良好的润滑效果；半球点1060-1120℃，半球点合适，半球点低于结晶器下口处坯壳的表面温度，提高液渣层厚度，改善结晶器内的润滑效果；1300℃下粘度0.50-0.70pa•s，粘度适中，使结晶器上部铸坯凝固坯壳表面的渣膜处于粘性流动性状态，减小振痕深度和振痕波谷的夹渣，减少熔渣对振痕的附着力，同时很好地控制液渣流入量，减少凹陷，改善铸坯质量。
本发明保护材料各化学成分之间形成一种复合硅酸盐结构，si-o四面体通过共用两个角连接形成长链，在此硅酸盐熔体中加入mgo、cao、na2o、f-二价或一价碱金属氧化物和氟化物时，si-o四面体网络结构会受到破坏，链的变形阻力因断口增多而减小，从而降低了保护材料析晶温度，提高表面张力。粘温曲线由1300℃条件下降温过程中趋势平缓，渣膜析晶凝固缓慢，渣膜润滑过程中摩擦力较低，既减少由于摩擦力偏大造成的坯壳擦痕，又减少浇铸过程产生拉断、漏钢现象；本发明极好地稳定结晶器液面，所得保护材料不仅能在低温浇铸时满足结晶器润滑，而且保证熔渣有较好的稳定性，铸坯质量较好，能够满足用户的需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的技术方案进行详细的说明。
本发明通过如下7个实施例进行详细说明本发提供的气阀钢用连铸结晶器功能保护材料并以表格形式显示，7个实施例提供的气阀钢用连铸结晶器功能保护材料的各原料及其重量百分含量见表1所示。
实施例1-7提供的气阀钢用连铸结晶器功能保护材料的化学组分及其重量百分含量见表2所示。
实施例1-7提供的气阀钢用连铸结晶器功能保护材料的预熔料的化学成分及其重量百分含量见表3所示。
实施例1-7提供的气阀钢用连铸结晶器功能保护材料的理化性能见表4所示。
表1实施例1-7功能保护材料的各种原料组份重量百分比（wt%）
表2实施例1-7提供的功能保护材料的化学组分及其重量百分含量（wt%）
表3实施例1-7预熔料的化学组分的重量百分含量（wt%）
表4实施例1-7功能保护材料的性能参数
应用试验
某钢铁厂浇铸气阀，工艺流程为：电弧炉冶炼→aod-vod-lf→方坯连铸，其中方坯连铸为上海亚新设计的4机4流8米弧方坯连铸机，结晶器铜管有效长度900mm，浇注断面：150×150mm，浇注拉速：1.5-2.5m/min，采用本发明实施例1提供的功能保护材料，生产的气阀钢的化学成分见下表5。
表5气阀钢钢水成分
现场试验表明：本发明功能保护材料在结晶器内能较好的铺展开，火苗适中、熔化均匀、渣条少，液渣厚度为5-7mm，每吨钢渣耗量为0.25-0.30kg/吨，铸坯表面质量较好，无凹槽，表面无清理率均为98%以上，能够满足用户的要求。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
1.一种气阀钢用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，包括按重量百分含量计的如下原料组份：预熔料36.0-42.0%、硅灰石14.0-17.0%、细玻璃粉9.0-11.0%、碳酸锂3.0-5.0%、萤石7.0-9.0%、氟化钠2.0-4.0%、冰晶石3.0-5.0%、石墨碳10.0-12.0%、碳黑2.0-3.5%、粘结剂2.0-3.5%。
2.根据权利要求1所述气阀钢用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，所述的预熔料包括按重量百分含量计的如下化学成分：sio242-46%，cao18-22%，al2o38-10%，r2o10-14%、f—8-10%、mgo2-4%、微量元素，其中微量元素符合r2o=k2o na2o。
3.根据权利要求1所述气阀钢用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，包括按重量百分含量计的如下原料组份：预熔料40.0%、硅灰石15.0%、细玻璃粉10.0%、碳酸锂4.0%、萤石8.0%、氟化钠3.0%、冰晶石4.0%、石墨碳11.0%、碳黑2%、粘结剂3.0%。
4.根据权利要求1所述气阀钢用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，所述的功能保护材料的炉渣二元碱度为0.55-0.71，半球点为1060-1120℃，1300℃下粘度为0.50-0.70pa•s。
5.根据权利要求4所述气阀钢用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，所述的功能保护材料的炉渣二元碱度为0.66-0.71，半球点为1080℃，1300℃下粘度为0.58pa•s。
6.根据权利要求1所述气阀钢用连铸结晶器功能保护材料，其特征在于，所述的气阀钢用连铸结晶器功能保护材料的化学成分包括按重量百分含量计的如下组份：sio234.0-38.0%，cao20.0-24.0%，al2o34.0-7.0%，na2o8.0-10.0%，f—5.0-7.0%，fe2o30.5-3.0%，游离碳14.0-17.0%，余量为微量元素。
技术总结