ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ Российский патент 2010 года по МПК B22D11/111 

Предлагаемое изобретение относится к черной металлургии, а именно к составам шлакообразующих смесей (ШОС) для непрерывной разливки стали.

Известна трехкомпонентная ШОС, содержащая 30-60% графита, 10-20% плавикового шпата и 30-50% доменного шлака - плавленой шлакообразующей основы системы CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO (Авт. св. СССР №582053, C21C 5/54, 1977 г.). Смесь простая по составу. Но из-за высокого содержания графита происходит существенное науглероживание, например, низкоуглеродистой стали. Содержащиеся в доменном шлаке оксиды алюминия (до 12-15%) снижают ассимилирующую способность шлакового расплава смеси по отношению к этим всплывающим из стали оксидам.

Известна четырехкомпонентная ШОС, содержащая 2-12% графита, 10-25% плавикового шпата, 2-35% нефелина и шлакообразующую плавленую основу системы CaO-SiO₂-Al₂O₃ в виде отвального шлака производства безуглеродистого феррохрома (Авт. св. СССР №692682, B22D 7/00, 1979 г.).

Недостатком такой смеси является пониженная ассимилирующая способность шлакового расплава смеси по отношению к всплывающим из стали оксидам алюминия из-за высокого содержания в смеси этих оксидов, вносимых нефелином и отвальным шлаком.

Ближайшим аналогом заявляемой смеси является трехкомпонентная ШОС, содержащая 2-15% углеродсодержащего материала (графита), шлакообразующую основу, состоящую из 30-60% портландцемента системы CaO-SiO₂-Al₂O₃ и порошка плавленого синтетического шлака системы CaO-SiO₂-Al₂O₃-Na₂O+K₂O-CaF₂ (Авт. св. СССР №570645, С21С 5/54, 1977 г.)

Недостатком такой смеси является нестабильное содержание фтора в синтетическом шлаке из-за трудности регулирования процесса улетучивания фтора в процессе совместного плавления составляющих шихты и фтористого кальция. Отсюда нестабильное содержание фтора в смеси и в ее шлаковом расплаве, а следовательно, нестабильный состав смеси и физико-химические свойства ее шлакового расплава.

Существенным недостатком известной смеси является высокое начальное содержание в ней влаги и ее высокая влагопоглотительная способность (гигроскопичность) в процессе хранения.

Так, при длительном хранении смесей в открытых емкостях содержание влаги увеличивается в несколько раз за счет поглощения ее из атмосферы, что может привести к образованию газовых пузырей в теле слитка и далее к подвисанию корки слитка или ее прорыву.

Другим недостатком данной смеси является пониженная ассимилирующая способность ее шлакового расплава по отношению к оксидам Al, всплывающим из стали во время непрерывной разливки, что является следствием высокого (до 8-10%) начального содержания оксидов алюминия, поступающих в смесь из портландцемента и синтетического плавленого шлака. При поступлении из стали в шлак дополнительно 8-10% оксидов алюминия резко ухудшаются технологические свойства шлакового расплава смеси - резко возрастают температура плавления и вязкость шлака. В кристаллизаторе смесь со шлаком комкуется, образуются шлакометаллические коржи, по периметру кристаллизатора образуется грубый рант толщиной до 5 мм, что может привести к нарушению нормального технологического режима разливки стали - к «подвисаниям» корки слитка или к «прорыву» его корки.

Технический эффект при использовании заявляемого состава ШОС заключается в повышении ее качества за счет исключительно низкого общего содержания влаги в ней, практически отсутствия влагопоглотительной способности (гигроскопичности) при хранении смесей в открытых емкостях и отсутствия в смеси оксидов алюминия, что существенно повышает ее ассимилирующую способность (емкость) по отношению к всплывающим из стали оксидам алюминия без заметного изменения физико-химических свойств шлакового расплава смеси.

Все это приводит к повышению качества отливаемого непрерывнолитого слитка.

Указанный технический эффект достигается тем, что шлакообразующая смесь, включающая углеродсодержащий ингредиент и шлакообразующую оксидную основу, в качестве шлакообразующей оксидной основы она содержит синтетический шлакообразующий ингредиент в плавленом виде из оксидной системы CaO-SiO₂-Na₂O и дополнительно - фторсодержащий ингредиент при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

углеродсодержащий ингредиент 5-10 фторсодержащий ингредиент 10-20 синтетический плавленый шлакообразующий ингредиент остальное.

Синтетический плавленый ингредиент содержит 30-45% CaO, 40-65% SiO₂ и 5-15%

Na₂O при отношении CaO/SiO₂ 0,45-0,95.

В качестве углеродсодержащего ингредиента используется графит скрытокристаллический (аморфный) марок ГЛС-2 и 3 и углеродсодержащая пыль установки сухого тушения кокса (пыль УСТК).

Фторсодержащий ингредиент используется в виде плавиковошпатового флюоритового молотого концентрата с содержанием 80-92% CaF₂ и флотационного концентрата с содержанием 90-98% CaF₂.

Все используемые ингредиенты практически не содержат оксиды алюминия.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков и их совокупности заявляемого состава ШОС с признаками известных технических решений.

На основании этого анализа можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям «изобретательский уровень» и «новизна».

При содержании в смеси углеродсодержащего ингредиента менее 5% ухудшаются условия утепления зеркала металла, а при его содержании более 10% возможно науглероживание металла, что нежелательно, например, для низкоуглеродистых сталей.

При содержании в смеси фторсодержащего ингредиента менее 10% и в плавленой основе менее 5% оксидов натрия резко повышается температура плавления и вязкость шлакового расплава смеси, ассимилирующая способность его снижается.

При содержании в смеси фторсодержащего ингредиента более 20% и в плавленой основе более 15% оксидов натрия температура плавления и вязкость шлакового расплава смеси понижаются настолько, что жидкий шлак протекает на поддон кристаллизатора, а «следы» качания кристаллизатора на поверхности отлитых слитков становятся настолько глубокими, что по этим следам появляются поперечные трещины. Качество поверхности слитков снижается.

Пределы содержания в смесях фторсодержащего ингредиента и плавленой шлакообразующей основы подобраны с учетом получения необходимых физико-химических свойств смесей и основности шлакового расплава смесей в пределах 0,7-1,3.

ШОС оптимального состава для кристаллизатора содержит 7,5% графита, 15% плавиковошпатового концентрата и 77,5% плавленой синтетической шлакообразующей основы. ШОС для промковша вместо графита содержит пыль УСТК.

Конкретные примеры с граничными (№1 и №2) и средними (№3 и №4 - смеси оптимального состава) значениями содержания ингредиентов новой смеси и средним (№5) значением содержания ингредиентов известной смеси (Авт. св. СССР №570645 - прототип) представлены в таблице 1.

Таблица 1 Компонентные составы заявляемой (№1-4) и известной (№5) смесей. Номер смеси Содержание ингредиентов, мас.% Графит Пыль УСТК Концентрат плавикового шпата Шлакообразующая основа Плавленая основа Цемент 1 5 - 10 85 - 2 10 - 20 70 - 3 7,5 - 15 77,5 - 4 - 7,5 15 77,5 - 5 8,5 - - 46,5 45

Все смеси испытали на влагопоглотительную способность при хранении в открытых емкостях в течение одного месяца и температуре окружающей среды 18-20°C.

Содержание влаги определяли при температуре 105°C и 600°C. Данные испытаний средних составов двух смесей (№3 и №5) представлены в таблице 2.

Таблица 2 Содержание влаги в смесях №2 и №5, мас.% (температура определения влаги: в числителе - 105°C, в знаменателе - 600°C). Номер смеси Срок хранения, сутки 0 5 15 30 3 5

Из данных таблицы 2 видно, что содержание общей влаги в новой смеси существенно ниже, как в свежеизготовленной, так и после продолжительного хранения.

Увеличение содержания влаги в известной смеси №5 происходит в процессе ее хранения за счет поглощения влаги цементом.

Из таблицы 2 видно, что после хранения известной смеси №5 в течение 5 суток она становится непригодной для использования в кристаллизаторе МНЛЗ из-за возникновения опасности образования газовых пузырей в непрерывнолитом слитке (общепринятое безопасное содержание общей влаги в смесях не должно превышать 0,8%).

В новой смеси №3 при хранении в течение 30 суток содержание влаги практически не изменилось.

Испытание смеси №3 среднего состава (температура плавления смеси 1150°C, вязкость при 1300°C - 0,6 П·с) после хранения в течение 30 суток проводили при разливке низкоуглеродистых и низколегированных сталей со скоростью 0,7-0,9 м/мин. В кристаллизаторе применяли смесь №3, в промковше - смесь №4.

В промковше на поверхности шлакового покрытия грубых шлакометаллических коржей не наблюдалось.

В кристаллизаторе смесь образовывала трехслойное покрытие: толщина жидкого слоя составляла 10-12 мм, полуспеченного слоя - 3-5 мм и верхнего порошкообразного темного слоя толщиной 20-25 мм. По периметру кристаллизатора образования грубого ранта не наблюдалось. Общий расход смеси составил 1,1 кг/т отлитой стали.

Оценка качества поверхности исследованных слитков (на 7 плавках) показала отсутствие продольных и поперечных трещин. Грубые неметаллические включения размером более 1 мм и газовые пузыри также отсутствовали. Подвисаний и прорывов корки слитков на исследованных плавках не происходило.

Таким образом, положительные результаты проведенных испытаний дают основание рекомендовать смесь нового состава для использования при непрерывной разливке стали.

Технико-экономический эффект от использования ШОС нового состава заключается в возможности существенного увеличения срока ее хранения практически без изменения общего содержания влаги, а также в отсутствии подвисаний и прорывов корки слитка и в повышении качества поверхности непрерывнолитых слитков.

Изобретение относится к черной металлургии. Смесь содержит следующие компоненты в мас.%: углеродсодержащий ингредиент 5-10, фторсодержащий ингредиент 10-20, синтетический плавленый шлакообразующий ингредиент остальное. В качестве шлакообразующей оксидной основы используют синтетический плавленый шлакообразующий ингредиент системы

CaO-SiO₂-Na₂O, содержащий СаО 30-45%, SiO₂ 40-65% и Na₂O 5-15% при отношении CaO/SiO₂ 0,45-0,95. Достигается уменьшение общего содержания влаги в смеси, повышение ассимилирующей способности по отношению к всплывающим из стали оксидам алюминия. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали, содержащая углеродсодержащий ингредиент и шлакообразующую оксидную основу, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит фторсодержащий ингредиент, а в качестве шлакообразующей оксидной основы содержит синтетический плавленый шлакообразующий ингредиент системы CaO-SiO₂-Na₂O при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
углеродсодержащий ингредиент 5-10 фторсодержащий ингредиент 10-20 синтетический плавленый   шлакообразующий ингредиент остальное

2. Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали по п.1, отличающаяся тем, что синтетический плавленый шлакообразующий ингредиент содержит СаО 30-45%, SiO₂ 40-65% и Na₂O 5-15% при отношении CaO/SiO₂ 0,45-0,95.