СМЕСЬ ДЛЯ РАЗЛИВКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ Российский патент 2004 года по МПК B22D7/00 B22D27/06 

Изобретение относится к области металлургического производства, а именно к технологии разливки стали.

Для обеспечения высокого качества слитка, особенно его макроструктуры выбирают рациональные параметры прибыльной надставки к изложнице и материалы ее футеровки. Прибыльная часть слитка питает последовательно затвердевающие объемы его, уменьшая развитие усадочных пустот, сохраняет перегретые объемы и образует резервуар для всплытия ликватов и неметаллических включений. Кроме указанных мероприятий необходимо утепление открытой поверхности зеркала металла таким образом, чтобы в прибыльную часть слитка поступал металл с минимальной потерей тепла в процессе подъема его в изложнице и прибыльной надставке. Для осуществления этого применяют различные утепляющие смеси, в том числе:

1. Люнкеритные смеси Л-14 и Л-28 [1] для утепления слитков качественных сталей состава, мас.%, представлены в таблице.

2. Вермикулито-графитовая смесь [1], состоящая из обожженного вермикулита и графита. Химический состав вермикулита, мас.%: 40-45 SiО₂; 7-9 (FeО+Fе₂O₃); 15-18 Аl₂O₃; 16-18 MgO; 5-6 CaO; 5-6 TiO₂.

3. Перлито-графитовая смесь [1, 2], применяемая при разливке конструкционных сталей, состоящая из обожженных зерен перлита и графита (в кристаллической или аморфной модификации) обычно в соотношении 1:1 по массе. Перлит - это вулканическое стекло, содержащее около 6% кристаллизационной воды. При обжиге дробленого перлита при 900-1200°С содержащаяся в нем вода вспучивает его.

В качестве ближайшего аналога заявленной смеси для разливки стали является смесь, содержащая теплоизолирующее вещество - вспученный перлит в количестве 30-75 маc.% и углеродсодержащее вещество - остаток гидролизной переработки древесины в количестве 25-70 маc.% [3].

Недостатками смесей 1 (Л-14 и Л-28) являются взрывоопасность производственной пыли, неизбежной при производстве смесей; многокомпонентность смесей, усложняющая технологию их производства; высокая стоимость отдельных компонентов смесей, например, алюминиевого порошка, ферросилиция и др.

Недостатками смесей 2 и 3 являются дефицитность и высокая стоимость используемых материалов - вермикулита и перлита.

Задача изобретения - создание сравнительно недорогой утепляющей смеси для разливки конструкционных сталей в изложницы, обеспечивающей необходимое качество слитка и проката из него.

Поставленная задача решается тем, что смесь для разливки конструкционных сталей, содержащая теплоизолирующее и углеродсодержащее вещества, в качестве теплоизолирующего вещества содержит керамзит при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: керамзит 50-70, углеродсодержащее вещество 30-50. Керамзит используют в виде пыли от печей для обжига керамзита, в виде измельченного песка или в виде измельченных гранул. В качестве углеродсодержащего вещества смесь содержит газофильтрационный шлам от электролизных ванн для производства алюминия.

Обожженные при температуре 1100-1200°С гранулы глины состоят из пористых стекловидных зерен, подобных зернам перлита, однако пористость их и вспучивание обеспечиваются искусственно созданными условиями образования газов при обжиге за счет введения в глину перед изготовлением сырых окатышей (после обжига - гранулы) органических веществ.

Вспучивание глиняной среды и образование замкнутых макро- и микропор в гранулах возможно только тогда, когда среда находится в вязкожидком состоянии (стеклообразном) и оказывает определенное сопротивление фильтрации расширяющихся газов сквозь нее под действием внутреннего давления. Образованию стекловидной фазы на основе кремнезема, содержащегося в глине, особенно способствуют оксиды натрия калия. Коэффициент вспучивания гранул зависит от химического состава глины, температуры обжига и количества введенного органического вещества. Физико-химические процессы, протекающие в гранулах глины смешанной с органическими веществами, аналогичны процессам, имеющим место при производстве керамзита [4] на заводах строительных материалов.

Химический состав местных глин, маc.%: 48-60 SiO₂; 8-12 Fе₂O₃; 17-25 Аl₂O₃; 1-3 MgO; 3-4 CaO; 3-7 (К₂О+Na₂O); остальное - потери при прокаливании.

Глина и перлит имеют силикатную основу с одинаковым набором оксидов, различие в исходной структуре пород и количественном составе.

Учитывая одинаковую химическую природу теплоизолирующих составляющих в графитсодержащих смесях (вспученных перлита и глины) и одинаковую физическую сущность процесса образования пор в гранулах глины и зернах перлита, в качестве аналога для оценки и сравнения эффективности заявляемой смеси принята перлитографитовая смесь.

Особенность поведения заявляемой утепляющей смеси при разливке сталей состоит в том, что после наполнения прибыльной надставки над зеркалом металла образуется двухзонный слой: спеченная корка на открытой поверхности и зона расплавленной смеси. Корка снижает потерю тепла излучением, а расплавленная смесь под ней предохраняет металл от охлаждения и окисления. Путем “прощупывания” агрегатного состояния металла, разлитого под такой смесью, установлено, что спустя шесть минут после заполнения прибыльной надставки до заданного уровня металл затвердевает только у стенок прибыльной надставки, остальная часть поверхности металла остается в жидком состоянии. При использовании перлитографитовой смеси металл за такой же промежуток времени кристаллизуется на всей открытой поверхности прибыли. Это свидетельствует, что предлагаемая смесь обеспечивает более эффективную тепловую защиту слитка по сравнения с перлитографитовой смесью.

Пример 1

Сухую глину измельчали и перемешивали с древесными опилками в соотношении, мас.%: глина - 90, опилки - 10. В полученную смесь добавляли воду, достигая влажности 20-24%, после чего из нее изготавливали окатыши округлой формы крупностью 10-30 мм, которые сушили при 50-60°С и обжигали при 1100°С. В результате получали гранулы, коэффициент вспучивания которых был равен 4,5. Гранулы, состоящие из мельчайших стекловидных, пористых зерен, измельчали в шаровой мельнице и просеивали через сито №063. Полученный порошок перемешивали с серебристым графитом (кристаллическая модификация) в соотношении 1:1 по массе.

Смесь использовалась на ЗАО “ВМЗ Красный Октябрь” при сифонной разливке стали марки 40Х.

Пример 2

Пыль от печей для обжига керамзита (из циклонов) без предварительного просеивания перемешивали с аморфным графитом (сажистым) в соотношении, мас.%: пыль керамзитовая - 60, графит - 40. Смесь использовалась при сифонной разливке стали марки 30ХГСА.

Пример 3

Гранулы керамзита измельчали на шаровой мельнице. Порошок, полученный после просеивания помола через сито №063, перемешивали с серебристым графитом в соотношении 1:1 по массе. Смесь использовалась при сифонной разливке стали марки 30ХГСА.

При всех вариантах применения смесей масса слитка составляла 6,8 т, расход смеси составлял 1,4 кг на 1 тонну слитка, как принято на заводе при использовании перлитографитовой смеси. Время заполнения изложницы - 5-7 мин. Поверхностные дефекты в виде заворотов, плен, трещин, а также дефекты макроструктуры в опытных слитках по каждому варианту смеси отсутствовали. Качество проката находилось на уровне требований нормативно-технических документов.

Стоимость заявляемой смеси снижается в сравнении с перлитографитовой смесью на 45-55%.

Таким образом, заявляемое технико-экономическое решение практически осуществимо, обладает новизной и соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Литература

1. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. М.: Металлургия, 1976 г., стр.552.

2. Власов Н.Н., Король В.В., Радя В.С. Разливка черных металлов. М.: Металлургия, 1987 г., стр.271.

3. Засухин А.Л. и др. Теплоизолирующая смесь. Патент 2081720 по заявке 940 38736/02 от 12.10.94 г.

4. Онацкий С.П. Производство керамзита. М., 1971 г.

Изобретение может быть использовано при разливке стали в изложницы. Для утепления открытой поверхности зеркала металла в изложнице используют смесь, содержащую теплоизолирующее и углеродсодержащее вещества. В качестве теплоизолирующего вещества используют измельченный керамзит. В качестве углеродсодержащего вещества используют газофильтрационный шлам от электролизных ванн для производства алюминия. Соотношение ингредиентов, мас.%, составляет: керамзит 50-70%, углеродсодержащее вещество 30-50%. Смесь обеспечивает эффективную и экономичную тепловую защиту слитка. Повышается качество слитка. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Смесь для разливки конструкционных сталей, содержащая теплоизолирующее и углеродсодержащее вещества, отличающаяся тем, что в качестве теплоизолирующего вещества она содержит керамзит при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Керамзит 50-70

Углеродсодержащее вещество 30-50