ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ Российский патент 2001 года по МПК B22D11/111 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к составам теплоизолирующих смесей, предназначенным для защиты и теплоизоляции стали в сталеразливочном и промежуточном ковшах.

Известна теплоизолирующая шлакообразующая смесь, содержащая наполнитель, кремнийсодержащий материал и органическую добавку, в состав которой в качестве органической добавки введена подсолнечная лузга [1].

Однако введение в теплоизолирующую смесь подсолнечной лузги не обеспечивает необходимую теплоизоляционную способность смеси, что снижает качество отливаемых слитков.

Целью предложенного изобретения является обеспечение технологичности непрерывной разливки стали и улучшение качества заготовки за счет теплоизолирующей способности шлака.

Поставленная цель достигается тем, что теплоизолирующая смесь для непрерывной разливки стали, применяемая для теплоизоляции металла в сталеразливочном и промежуточном ковшах, включающая кремнеземсодержащий материал и органическую добавку, содержит углеродсодержащий материал - рисовую лузгу в качестве органической добавки и кремнеземсодержащий материал, в который введены окислы кальция, с содержанием в нем не более 50% оксида кремния, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углеродсодержащий материал - 4-25
Лузга рисовая - 4-90
Кремнеземсодержащий материал - остальное
кремнеземсодержащий материал, имеющий следующий химический состав мас.%:
CaO - 30,0-60,0; SiO₂ - 20,0-50,0; Al₂O₃ - 3,0-7,0; MnO - 0,5-5,0; MgO - 3,0-7,0; Na₂O + K₂O - 0,1-2,0; C - 4,0-20,0; FeO - 0,1-5,0; F - 0,001-5,0; TiO₂ - 0,1-2,0 при основности CaO/SiO₂ = 0,6-3,0;
при этом в качестве углеродсодержащего материала смесь содержит кокс.

Углеродсодержащий материал регулирует скорость проплавления смеси, в процессе сгорания обеспечивает выделение тепла и создание восстановительной атмосферы над расплавом, что приводит по сравнению с прототипом к повышению теплоизоляции расплава и защите металла от вторичного окисления.

Добавка наполнителя (отвальный шлак, цемент) улучшает ассимилирующую способность шлакового расплава по отношению алюминатов и корундовых включений, что улучшает макроструктуру и повышает качество заготовки.

Использование рисовой лузги в качестве органической добавки приводит к увеличению толщины слоя теплоизолирующей смеси в исходном состоянии, при сгорании рисовой лузги выделяется дополнительное тепло, а продукт сгорания рисовой лузги вместе с наполнителем образует шлаковый расплав с пористой структурой, имеющей низкую теплопроводность; при этом на поверхности образуется тонкая пористая корочка, а на границе металл - шлак образуется жидкий шлак с высокой ассимилирующей способностью по отношению к неметаллическим включениям, что суммарно обеспечивает хорошую теплоизоляцию стали, ассимиляцию неметаллических включений, качество литой заготовки и технологичность непрерывной разливки стали.

В качестве наполнителя применяются, например, шлак ферросплавного производства, цемент. Одновременно наполнитель является кремнеземсодержащим материалом.

Шлак ферросплавного производства имеет химический состав, мас.%:
CaO - 50,0-55,0; SiO₂ - 25,0-30,0; Al₂O₃ - 3,0-7,0; MnO - 0,5 - 5,0; MgO - 3,0 - 7,0; Na₂O + K₂O - 0,1 - 2,0; FeO - 1,0-5,0; F - 0,001 - 2,5; TiO₂ - 0,1-2,0; Cr₂O₃ - 0,1-0,3.

В качестве кремнеземсодержащего материала не может быть использован, например, песок или силикатная глыба из-за высокого содержания SiO₂, отсутствия CaO и других окислов. В связи с этим кремнеземсодержащий материал имеет следующий состав: CaO - 30,0- 60,0; SiO₂ - 20,0-50,0; Al₂O₃ - 3,0-7,0; MnO - 0,5-5,0; MgO - 3,0-7,0; Na₂O + К₂O - 0,1-2,0; C - 4,0-20,0; FeO - 0,1-5,0; F - 0,001-5,0; TiO₂ - 0,1-2,0.

Использование наполнителя с содержанием CaO, SiO₂ и Al₂O₃ при основности CaO/SiO₂ = 0,6-3,0 в указанных пределах обеспечивает рафинирование металла в сталеразливочном и промежуточном ковше за счет ассимиляции неметаллических включений в покровный шлак.

В качестве углеродсодержащего материала теплоизолирующая смесь может содержать различные материалы (каменный и древесный уголь, графит, кокс), однако по наличию на металлургических заводах и качеству материала (содержанию углерода и малой зольности) преимущественно используется кокс.

Теплоизолирующая смесь применяется при отливке непрерывнолитых заготовок: слябов, блюмов, сортовой заготовки из сталей типа 08Ю, 08ПС, 09Г2С, 10ХСНД, Ст. 1-3, рельсовой, колесной, СТ. 10-50, шарикоподшипниковой; различных сечений - 100х300-100х360, 100-250х900-1550, ⊘ 100х430.

В сталеразливочный и промежуточный ковш смесь подается единовременно, дискретно или непрерывно при механической подаче. Удельный расход теплоизолирующей шлакообразующей смеси при защите зеркала металла сталеразливочного ковша составляет 2,0-3,0 кг/т жидкого металла, при защите зеркала металла в промежуточном ковше - 0,15-0,25 кг/т.

Гранулометрический состав порошковой части теплоизолирующей шлакообразующей смеси, мас.%: менее 0,1 мм не менее 60; 1 - 2,5 мм не более 2,0; 0,1 - 1 мм - остальное.

При использовании теплоизолирующей шлакообразующей смеси с содержанием углеродсодержащего материала (кокса) в пределах 4-25% обеспечивается хорошая теплоизоляция расплава, без заметного науглероживания стали, получение качественной заготовки, причем масса кокса увеличивается пропорционально содержанию углерода в стали.

При использовании теплоизолирующей смеси с содержанием углеродсодержащего материала (кокса) более 25% наблюдается науглероживание металла и повышение углерода в стали выше верхнего марочного содержания.

При содержании углеродсодержащего материала менее 4% наблюдается высокоскоростное расплавление смеси, что нарушает структуру теплоизоляционного слоя и приводит к повышенному излучению тепла от металла в атмосферу.

При использовании теплоизолирующей смеси с содержанием 4 - 90% рисовой лузги обеспечивается хорошая теплоизоляция металла в стальковше и стабильная температура в процессе разливки как одной плавки, так и при разливке серии плавок. Теплоизолирующая смесь с содержанием 4 - 40% рисовой лузги применяется при ручной дискретной присадке смеси в стальковш и промковш; с содержанием 40 - 90 % при дискретной или непрерывной подаче смеси в стальковш и промковш.

При использовании теплоизолирующей смеси с рисовой лузгой более 90% происходит мгновенное сгорание смеси с большим факелом и уносом продуктов сгорания, что приводит к разливке без теплоизоляции поверхности расплава в стальковше и промковше. При применении теплоизолирующей смеси с рисовой лузгой менее 4% заметного улучшения теплоизоляции по сравнению с прототипом не наблюдается.

Содержание CaO = 30 - 60 %, SiO₂ = 20-50% и основность CaO/SiO₂ = 0,6 - 3,0 обеспечивает хорошую ассимиляцию неметаллических включений, а низкое содержание Al₂O₃ = 3-7% дает возможность поглощения алюминатов и корундовых включений до содержания Al₂O₃ в шлаке до 37-42%. Содержание других окислов определяется использованием исходных продуктов производства цемента и отвальных шлаков.

При содержании CaO менее 30 %, SiO₂ более 50% и основности менее 0,6 ассимилирующая способность шлакового расплава резко снижается, а при содержании CaO более 60 %, SiO₂ менее 20% и основности более 3,0 наблюдается переход окисной системы из жидкого состояния в гетерогенное, в том числе и на границе шлак - металл.

Ниже приведены примеры применения теплоизолирующей шлакообразующей смеси при непрерывной разливке стали (см. таблицу).

1. Металл выплавляют в 350-тонном конверторе. После окончания продувки расплава кислородом металл сливают в сталеразливочный ковш. Во время слива в ковш присаживают известь и плавиковый шпат в количестве 3 кг/т для рафинирования и ферросплавы. В конце выпуска отсекают конверторный печной шлак. На установке доводки металл продувают аргоном в течение 6 мин с интенсивностью 45 нм³/ч, отбирают пробу металла и измеряют температуру, после чего корректируют содержание Al, Si, Mn присадкой ферросплавов в ковш и доводят до заданной температуры продувкой аргоном, равной 1580^oC. Далее присаживают теплоизолирующую шлакообразующую смесь на поверхность расплава в количестве 3 кг/т следующего компонентного состава, мас.%:
Отвальный шлак ферросплавного производства - 75
Рисовая лузга - 10
Углеродсодержащий материал (кокс) - 15
при химическом составе отвального шлака, мас.%: CaO - 55,5; SiO₂ - 24,3; Al₂O₃ - 5,2 и основности CaO/SiO₂ - 2,29.

Сталь 08ПС разливают на установке непрерывной разливки стали на заготовки сечением 250х1550. При этом в промежуточный ковш присаживают теплоизолирующую шлакобразующую смесь из расчета 0,2 кг/т следующего компонентного состава:
Отвальный шлак ферросплавного производства - 88;
Рисовая лузга - 7;
Углеродсодержащий материал (кокс) - 5;
при химическом составе отвального шлака, мас.%: CaO = 52,5; SiO₂ = 25,0; Al₂O₃ = 4,8 и основности Ca/SiO₂ = 2,1.

По ходу разливки одной плавки трижды (в начале, середине и в конце) замерили температуру металла в промковше, значения которых равны: 1540, 1543, 1539^oC. Малый перепад температур по ходу разливки свидетельствует о хорошей теплоизоляции металла как в стальковше, так и в промежуточном ковше. Микроанализ проб металла, отобранных от заготовок, показал отсутствие скоплений корундовых включений в металле, в то время как количество Al₂O₃ в покровном шлаке по ходу разливки постоянно увеличивается и к концу плавки достигает 37%, что свидетельствует о высокой ассимилирующей способности шлакового расплава, образующегося в процессе расплавления смеси.

Качество поверхности отлитых слябов удовлетворяет требованиям прокатного производства без предварительной огневой зачистки.

Использование данной теплоизоляционной шлакообразующей смеси позволяет поддерживать стабильность температуры металла в промковше по ходу разливки одной серии плавок, что в итоге обеспечивает снижение поверхностных дефектов, получение качественной поверхности, макро- и микроструктуры отлитых заготовок, и получение готового проката с высоким качеством поверхности.

Использование теплоизолирующей смеси позволит снизить перевод готового проката в низкие категории марок на 3%.

Источники информации
1. А.С. СССР N 493289 B 22 D 7/10, 20.03.74 г. - прототип.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к непрерывной разливке стали. Смесь содержит следующие компоненты, мас.%: углеродсодержащий материал - 4-25; рисовая лузга - 4-90; кремнеземсодержащий материал (КСМ) - остальное. В состав (КСМ) входят, мас.%; СаО - 30,0-60,0; SiO₂ - 20,0-50,0; Аl₂O₃ - 3,0-7,0; MnO - 0,5-5,0; MgO - 3,0-7,0; (Na₂O + K₂O) - 0,1-2,0; C - 4,0-20,0; FeO - 0,1-5,0; F - 0,001-5,0; TiO₂ - 0,1-2,0 при основности CaO/SiO₂ = 0,6-3,0. Изобретение позволяет улучшить теплоизоляцию металла, макроструктуру и качество заготовок, а также рафинирование металла в ковшах (сталеразливочном и промежуточном) за счет ассимиляции неметаллических включений в покровный шлам. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Теплоизолирующая смесь для непрерывной разливки стали, содержащая кремнеземсодержащий материал и органическую добавку, отличающаяся тем, что она содержит углеродсодержащий материал, рисовую лузгу в качестве органической добавки и кремнеземсодержащий материал, в который введены оксиды кальция, с содержанием в нем не более 50% оксида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углеродсодержащий материал - 4-25
Лузга рисовая - 4-90
Кремнеземсодержащий материал - Остальное
2. Теплоизолирующая смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит кремнеземсодержащий материал, имеющий следующий состав мас.%: CaO - 30,0-60,0; SiO₂ - 20,0-50,0; Al₂O₃ - 3,0-7,0; MnO - 0,5-5,0; MgO - 3,0-7,0; (Na₂O + K₂O) - 0,1-2,0; C - 4,0-20,0; FeO - 0,1-5,0; F - 0,001-5,0; TiO₂ - 0,1-2,0 при основности CaO/SiO₂=0,6-3,0. 3. Теплоизолирующая смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве углеродсодержащего материала она содержит кокс.