ШЛАКОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА Российский патент 2009 года по МПК C21C7/00 

Описание патента на изобретение RU2362809C1

Изобретение относится к металлургии, в частности к обработке жидкого чугуна и стали шлаковыми смесями преимущественно в разливочных ковшах.

Широко известны способы внепечной рафинирующей обработки жидкой стали в разливочных ковшах, агрегатах «ковш-печь» (АКП) или «АКОС» (Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. М.: Металлургия, 2000. - 768 с.]; Дюдкин Д.А., Бать С.Ю., Гринберг С.Е., Маринцев С.И. Производство стали на агрегате ковш-печь. Донецк, Юго-Восток, 2003, 304 с.).

В известных способах рафинирующей обработки жидкого металла широко применяются синтетические шлаковые смеси или комплексные рафинирующие материалы, в которых в качестве основы используется известь, представляющая собой оксидное соединение кальция (СаО).

Известно, что оксид кальция в металлургических процессах является основным шлакообразующим компонентом, обеспечивающим удаление вредных примесей, в частности серы, из расплавленного металла.

Однако оксид кальция имеет высокую температуру плавления (2630°С) и требует для расплавления больших затрат тепла. Поэтому для снижения температуры плавления извести вместе с ней в шлаковых смесях используют различные добавки.

Добавки оксидных соединений кремния, алюминия, железа снижают температуру плавления извести, но снижают и «основность» шлаковой смеси, которая является одним из показателей активности рафинирующих материалов к десульфурации жидких металлов.

Известен способ наведения синтетического рафинирующего шлака при обработке жидкой стальной заготовки на установке печь-ковш и шихта для наведения рафинирующего шлака, содержащего в качестве основы известь (КЦ№2255119, С21C 7/076. Дата заявки 14.10.2003 г. №2003130358/02. Опубликован 27.05.2005 г.).

Указанный известный рафинирующий материал кроме извести содержит шлак от производства вторичного алюминия и стабилизированный отвальный шлак производства феррованадия.

Недостатком указанного рафинирующего материала является высокая окисленность шлака феррованадиевого производства из-за присутствия в нем большого количества оксидов железа и кремния и содержание других компонентов в оксидных соединениях. Повышенная окисленность шлака приводит к снижению эффективности удаления серы из металла.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является шлаковая смесь для обработки жидкой стали в ковше (RU №2176273 С2; 7 С21С 7/06. Заявка №2000100199/02. Дата подачи заявки 01.10.2000. Дата публикации: 27.11.2001).

Шлаковая смесь, применяемая для удаления серы из жидкой стали, состоит из смеси извести в качестве основы от 50 до 70 мас.% и добавки нефелинового сиенита, содержащего компоненты в следующих соотношениях, мас.%:

оксидные соединения кремния SiO2 40-48 -«- -«- алюминия Аl2O3 25-40 -«- -«- железа Fе2О3 20-3,5 -«- -«- натрия и калия (Na2O+K2O) 18-22,5

Добавка к извести нефелинового сиенита способствует повышению активности рафинирующей шлаковой смеси к удалению серы из жидкой стали, особенно за счет присутствия в ней щелочных соединений натрия и калия.

Однако содержащиеся в ней оксидные соединения кремния, железа и алюминия в большом количестве снижают общую десульфурирующую способность шлаковой смеси. Кроме этого, применение шлаковой смеси, в которой в качестве основы используется известь, снижает ее десульфурирующую способность из-за ее высокой температуры плавления и высокой вязкости образующейся рафинирующей шлаковой смеси.

Недостатки прототипа состоят в том, что рафинирующая шлаковая смесь в качестве основы содержит кальций только в оксидном соединении, а также содержит большое количество оксидных соединений кремнезема, и железа, и алюминия, которые хотя и способствуют некоторому снижению температуры плавления шлаковой смеси, но уменьшают общую ее «основность» и, следовательно, ее десульфурирующую способность.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение температуры плавления и вязкости шлаковой смеси и повышение эффективности удаления серы из металла.

Задача решается тем, что шлаковая смесь для обработки жидкого металла, преимущественно в разливочном ковше, включающая известь как основу шлаковой смеси в виде оксида кальция и добавок к извести в виде оксидных соединений элементов кремния, алюминия, железа, калия и натрия, согласно изобретению дополнительно содержит галоидное соединение кальция, карбонатные соединения кальция, бария, стронция, а также восстановительные элементы при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

соединения кальция в сумме: (СаО+СаСО3+СаF2) 40-70 оксидные соединения кремния SiO2 4-12 оксидные соединения алюминия Аl2О3 0,5-5,0 оксидные соединения железа Fе2О3 0,2-0,8 оксидные соединения натрия и калия (Na2O+KaO) 3-8 карбонатные соединения в сумме (ВаСО3+SrСО3) 1,2-18 восстановительные элементы 0,5-25

Отличием шлаковой смеси является то, что в качестве восстановительных элементов она содержит совместно кремний, алюминий, магний, углеродосодержащий материал.

Другим отличием шлаковой смеси является то, что в качестве восстановительных элементов она содержит кремний.

Другим отличием шлаковой смеси является то, что в качестве восстановительных элементов она содержит алюминий.

Другим отличием шлаковой смеси является то, что в качестве восстановительных элементов она содержит магний.

Другим отличием шлаковой смеси является то, что в качестве восстановительных элементов она содержит углеродосодержащий материал.

Сущность изобретения состоит в нижеследующем.

Из литературы установлено, что оксидное соединение кальция «СаО», известное в металлургии и химии под тривиальным названием «известь» (Свойства неорганических соединений. Справочник. / Ефимов А.И. и др. - Л.: Химия, 1983. - Стр.223), имеет высокую температуру плавления: 2630°С (там же, стр.139). Поэтому при удалении серы из жидкого металла, проводимого обычно при температурах 1580-1620°С, известь, находящаяся при этих температурах в твердом состоянии, слабо реагирует с серой, находящейся в жидком металле в растворенном состоянии.

Для повышения эффективности удаления серы из металла необходимо снижать температуру плавления и вязкость рафинирующей шлаковой смеси на основе извести.

Для снижения температуры плавления извести обычно к ней добавляют кремнезем - диоксид кремния (SiO2) и другие «кислотные» соединения.

Однако как кремнезем, так и другие «кислотные» соединения снижают «основность» шлаковых смесей, представляющих собой отношение «основных» элементов к «кислым», и, тем самым, уменьшают эффективность удаления серы из металлов.

Известно, что некоторые соединения кальция, в частности карбонатные и галоидные соединения, не только снижают температуру плавления оксида кальция, но активно взаимодействуют с другими компонентами в шлаковых смесях.

Так, карбонатные соединения кальция более активно взаимодействуют с кремнеземом, чем чисто оксидное соединение кальция и при более низких температурах нагрева. Согласно известным данным (Бабушкин В.И. и др. Термодинамика силикатов. - М.: Стройиздат, 1986. - С.98) взаимодействие карбоната кальция с кремнеземом начинается уже при температурах 750-850°С с выделением углекислого газа по реакции:

СаСО3+SiO2=CaSiO3+СО2

Примерно такой же характер взаимодействия имеют другие карбонатные соединения, в частности бария и стронция (там же, стр.103).

Приведенные данные свидетельствуют о том, что для повышения скорости формирования шлаковой системы и эффективного снижения ее температуры плавления и вязкости, кроме оксидных соединений кальция в рафинирующем материале необходимо применять другие его соединения, в частности карбонатные и галоидные. При этом карбонатные соединения бария и стронция также снижают температуру плавления оксида кальция, но они также, как и соединения кальция, повышают «основность» шлаковой системы.

Галоидные соединения кальция также снижают температуру плавления извести, но при условии перехода соединения в гомогенное состояние с образованием, например с галоидом кальция, сплава CaO•CaF2. При этом реакция гомогенизации обычно протекает медленно. Она ускоряется в присутствии в шлаковой системе карбонатного соединения кальция, бария, стронция и щелочных соединений натрия и калия.

Поэтому применение в качестве основы шлаковой смеси трехкомпонентного состава соединений кальция: оксидного, карбонатного и галоидного, в присутствии других перечисленных компонентов приводит к увеличению скорости формирования гомогенного состояния рафинирующих шлаковых смесей, уменьшению температуры их плавления, снижению вязкости и, тем самым, к повышению эффективности удаления серы из металла.

Известно (А.М.Бигеев, В.А.Бигеев. Металлургия стали. Учебник для вузов. - Магнитогорск, МГТУ, 2001. - С.229), что повышенная окисленность жидкого металла при наведении рафинирующего шлака снижает эффективность удаления из него серы. При снижении вязкости рафинирующего шлака жидкотекучесть его повышается и, в связи с этим, повышается возможность доступа кислорода из атмосферы в металл через слой рафинирующего шлака.

С целью предотвращения возможности дополнительного окисления металла в процессе рафинирующей обработки металла в состав рафинирующей шлаковой смеси дополнительно к шлакообразующим компонентам вводятся один или несколько восстановительных элементов в виде кремния, алюминия, магния и углеродосодержащего материала, которые снижают возможность окисления металла в процессе удаления из него серы.

Примеры реализации изобретения

Испытания шлаковых смесей проводили в металлургической лаборатории с использованием стандартных приборов испытания металлов и оснащенной индукционной плавильной печью емкостью 200 кг и разливочными ковшами емкостью 50 кг.

Температуру интенсивного плавления шлаковых смесей проверяли на высокотемпературном приборе системы Паулик-Эрдеи с максимальной температурой нагрева образцов до 1500°С. При этом прибор позволяет определять продолжительность нагрева образцов до момента начала интенсивного плавления материала.

Вязкость расплавленных шлаковых смесей проверяли на высокотемпературном вискозиметре модели Q-1500. Вязкость шлаковых смесей проверяли методом сравнения с эталонным шлаковым составом, приведенным в прототипе. При этом сравнивали измеряемые величины угла замедления (угол отставания) вращения лопастного вала при погружении в расплавленный шлак пропеллерного наконечника из корунда. При этом замеры вязкости проводили при температуре интенсивного плавления шлаковой смеси, предварительно определяемой на установке Паулик-Эрдеи.

Масса образцов шлаковых смесей составляла 400 г.

В качестве эталона для сравнения принят состав шлаковой смеси, соответствующий среднему наилучшему по свойствам составу по прототипу, мас.%:

СаО 70 SiO2 14,4 Аl2O3 7,8 2О3 1,05 (Na+K)2O 6,75

Десульфурирующую способность шлаковых смесей проверяли при обработке образцов металла, которые предварительно расплавляли в индукционной печи в количестве 50 кг. При этом при прочих равных условиях замеряли содержание серы в металлах до и после обработки их шлаковыми смесями при одинаковых удельных их расходах 0,8% от массы обрабатываемого металла.

Обработку металла шлаковыми смесями проводили при температурах металла 1580-1610°С. После расплавления металла брали пробу на содержание серы, а на поверхность расплавленного металла засыпали расчетное количество шлакового состава. Шлаковый состав засыпали на поверхность расплавленного металла, после этого делалась выдержка в течение 10 минут. После этого из-под шлака брали пробу металла на серу, а металл сливали в изложницу. Контрольную пробу брали также из металла после охлаждения его в изложнице.

Оценку десульфурирующей способности шлаковых составов проводили по разности содержания серы в пробах металла до и после обработки жидкого металла рафинирующими шлаковыми смесями. Степень десульфурации характеризовали в % к исходному содержанию серы в металле.

Исходная подготовка материалов для всех составов принята одинаковой, все операции испытания проводили при равных условиях.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Как видно в таблице, при содержании суммы соединений кальция меньше 40 мас.% и более 70 мас.% эффективность удаления серы из металла снижается. Наилучшие результаты получены при испытании шлаковых составов, приведенных в примерах 3 и 4.

Предлагаемые составы шлаковых смесей за счет дополнительного подбора компонентов в комплексе с кальцийсодержащими компонентами обеспечивает интенсивное снижение ее температуры и вязкости и, тем самым, эффективное уменьшение содержания серы в металле.

Промышленная применимость

Предлагаемые составы шлаковых смесей могут быть использованы для проведения десульфурации стали и чугуна в плавильных агрегатах, но преимущественно в разливочных ковшах при выпуске металла из плавильного агрегата и, особенно, в агрегатах типа «Печь-ковш». При этом достигается сокращение продолжительности рафинирующей обработки металла, сокращаются расходы раскислителей и потери легирующих элементов в обрабатываемых металлах, так как процессы десульфурации можно проводить при более низких температурах и при сокращенных сроках обработки. Предлагаемая шлаковая смесь может эффективно использоваться при обработке металла в разливочных ковшах, в агрегатах «печь-ковш», а также непосредственно во всех известных плавильных агрегатах: мартенах, конвертерах, электропечах.

Содержание компонентов, мас.% и параметры оценки Примеры испытаний шлаковых смесей Прототип 1 2 3 4 5 СаО/СаСО3/СаF2 70,0/0/0 25,0/8,0/2,0 30,0/5,0/5,0 45,0/5,0/10,0 40,0/15,0/10,0 60,0/10,0/5,0 SiO2/Al2O3/Fe2O3 14,4/7,8/1,05 12,0/5,0/0,8 12,0/5,0/0,2 4,0/5,0/0 4,0/5,0/0,2 3,0/0,5/0,2 (Na2O+K2O) 6,75 8,0 8,0 8,0 7,8 3,3 (ВаСО3+SrСО3) - 18,0 16,0 12,0 8,0 12,0 Si/Al/Mg/C - 10,5/3,5/0.5/2,0 8,0/0/0/0 0/8,0/0/0 0/7,0/0/0 0/0/0/5,0 Температура начала интенсивного плавления, °С 1485 1315 1343 1355 1325 1358 Время нагрева до начала интенсивного плавления, мин. 105 48 56 62 54 66 Вязкость, угол отставания, ° 34 8 16 16 12 19 Относительное удаление серы, % 12 21 26 28 31 22

Похожие патенты RU2362809C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ДЕСУЛЬФУРАЦИИ ЧУГУНА 2015
  • Гернер Владимир Иосифович
  • Обрезков Владимир Вениаминович
  • Мухаметшин Евгений Джимович
  • Никифоров Сергей Алексеевич
RU2588915C1
ШЛАКОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА 2010
  • Георгадзе Амиран Георгиевич
  • Гернер Владимир Иосифович
  • Никифоров Алексей Павлович
  • Обрезков Владимир Вениаминович
  • Плетнев Алексей Николаевич
RU2453610C2
СПОСОБ ДЕФОСФОРАЦИИ ФЕРРОСПЛАВОВ 2011
  • Георгадзе Амиран Георгиевич
  • Гернер Владимир Иосифович
  • Никифоров Алексей Павлович
  • Обрезков Владимир Вениаминович
  • Плетнев Алексей Николаевич
  • Смирнов Сергей Адольфович
RU2454467C1
СПОСОБ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТОГО РАСПЛАВА 2011
  • Исхаков Альберт Ферзинович
  • Малько Сергей Иванович
  • Гольдштейн Владимир Яковлевич
  • Григорьев Владимир Николаевич
  • Пащенко Сергей Витальевич
  • Радченко Юрий Анатольевич
  • Онищук Виталий Прохорович
RU2456349C1
Способ внепечной обработки стали в ковше 2020
  • Вусихис Александр Семенович
  • Гуляков Владимир Сергеевич
RU2735697C1
Способ внепечной обработки стали 2015
  • Трутнев Николай Владимирович
  • Божесков Алексей Николаевич
  • Неклюдов Илья Васильевич
  • Морозов Вадим Валерьевич
  • Анисимов Евгений Борисович
RU2607877C2
БРИКЕТ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ МАРГАНЦЕМ 2005
  • Наконечный Анатолий Яковлевич
  • Хабибулин Дим Маратович
RU2305140C1
ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ СТАЛИ 2015
  • Михеенков Михаил Аркадьевич
  • Некрасов Илья Владимирович
  • Шешуков Олег Юрьевич
  • Овчинникова Любовь Андреевна
  • Маршук Лариса Александровна
  • Егиазарьян Денис Константинович
RU2605410C1
Технологическая линия получения стали 1990
  • Найдек Владимир Леонтьевич
  • Униговский Яков Борисович
  • Гребенюков Анатолий Васильевич
  • Коваленко Лев Васильевич
  • Скороход Николай Михайлович
  • Кущенко Александр Иванович
  • Глоба Николай Ильич
  • Дворядкин Борис Александрович
  • Курпас Владимир Иванович
  • Глике Тамара Николаевна
  • Сычевский Анатолий Антонович
  • Котиди Киралина Георгиевна
SU1770373A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА ДЛЯ ПРЯМОГО ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ МАРГАНЦЕМ 2005
  • Наконечный Анатолий Яковлевич
  • Хабибулин Дим Маратович
RU2305139C1

Реферат патента 2009 года ШЛАКОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

Изобретение относится к металлургии, в частности к шлаковым смесям для обработки жидкого металла. Шлаковая смесь на основе оксидных элементов кальция, кремния, алюминия, железа, натрия, калия дополнительно содержит галоидное соединение кальция, карбонатные соединения кальция, бария, стронция, а также восстановительные элементы при следующих соотношениях компонентов, мас.%: соединения кальция в сумме: (СаО+СаСО3+СаF2) 40-70; оксидные соединения кремния SiO2 4-12; оксидные соединения алюминия Аl2О3 0,5-5,0; оксидные соединения железа Fе2О3 0,2-0,8; оксидные соединения натрия и калия (Nа2О+К2О) 3-8; карбонатные соединения в сумме (ВаСО3+SrСО3) 1,2-18; восстановительные элементы 0,5-25. В качестве восстановительных элементов в шлаковых смесях используют кремний, алюминий и углеродосодержащие материалы как вместе, так и в отдельности каждый или в различных их сочетаниях. Использование изобретения позволяет повысить эффективность процесса удаления серы из жидкого металла за счет снижения температуры плавления и вязкости шлаковых смесей. 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 362 809 C1

1. Шлаковая смесь для обработки жидкого металла преимущественно в разливочном ковше, включающая в качестве основы известь в виде оксида кальция и добавок к извести в виде оксидных соединений кремния, алюминия, железа, натрия и калия, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит галоидное соединение кальция, карбонатные соединения кальция, бария, стронция, а также восстановительные элементы при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
соединения кальция в сумме (СаО+СаСО3+СаF2) 40,0-70,0 оксидные соединения кремния SiO2 4,0-12,0 оксидные соединения алюминия Аl2О3 0,5-5,0 оксидные соединения железа Fе2О3 0,2-0,8 оксидные соединения натрия и калия (Na2O+K2O) 3,0-8,0 карбонатные соединения в сумме (ВаСО3+SrСО3) 1,2-18,0 восстановительные элементы 0,5-25,0

2. Шлаковая смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве восстановительных элементов она совместно содержит кремний, алюминий, магний, углеродосодержащий материал.

3. Шлаковая смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве восстановительных элементов она содержит кремний.

4. Шлаковая смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве восстановительных элементов она содержит алюминий.

5. Шлаковая смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве восстановительных элементов она содержит магний.

6. Шлаковая смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве восстановительных элементов она содержит углеродосодержащий материал.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2362809C1

ШЛАКОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ СТАЛИ В КОВШЕ 2000
  • Королев М.Г.
  • Воронов В.Г.
  • Ярошенко А.В.
  • Савченко В.И.
  • Лавров В.А.
  • Хребин В.Н.
  • Суханов Ю.Ф.
  • Лебедев В.И.
RU2176273C2
Шлакообразующая смесь для рафинирования металла 1989
  • Климов Юрий Васильевич
  • Горбаковский Эдуард Михайлович
  • Крупман Леонид Исаакович
  • Небога Борис Владимирович
  • Кравченко Владимир Николаевич
  • Гизатулин Геннадий Зейнатович
  • Ларионов Александр Алексеевич
  • Ворошилин Владимир Спиридонович
  • Побегайло Андрей Владимирович
  • Боровик Олег Федорович
  • Ярославский Давид Израилевич
SU1682401A1
Кулиса для фотографических трансформаторов и увеличительных аппаратов 1921
  • Максимович С.О.
SU213A1
ШЛАКОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ СТАЛИ В КОВШЕ 1998
  • Лисин В.С.
  • Скороходов В.Н.
  • Настич В.П.
  • Кукарцев В.М.
  • Мизин В.Г.
  • Захаров Д.В.
  • Филяшин М.К.
  • Хребин В.Н.
  • Суханов Ю.Ф.
  • Лебедев В.И.
RU2147615C1

RU 2 362 809 C1

Авторы

Гернер Владимир Иосифович

Обрезков Владимир Вениаминович

Роот Евгения Павловна

Никифоров Сергей Алексеевич

Никифоров Антон Павлович

Даты

2009-07-27Публикация

2008-05-19Подача