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

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в кристаллизаторе машины непрерывного литья слябовых заготовок.

Известна шлакообразующая смесь, содержащая, %: плавиковый шпат 16-24, глыбу силикатную 8-12, материалы с окислами кремния 8-12, оксидами бора 12-18 и цемента остальное (пат. РФ №2169633, кл.7 B22D 11/00, C21C 5/54. Бюл. №18, 2001 г.). Недостатком шлакообразующей смеси является достаточно высокое содержание плавикового шпата, что приводит к повышенному износу оборудования МНЛ3 - повышенная коррозия деталей оборудования. Присутствие в компонентном составе шлакообразующей смеси борсодержащего вещества приводит к образованию различных видов трещин на поверхность литой заготовки.

Другая известная шлакообразующая смесь, содержит, %: фторсодержащий материал 5-11, глыба силикатная 22-28, концентрат датолитовый 8-14, углеродсодержащий материал 6-10 и цемент остальное (пат. РФ №2261778, кл.7 B22D 11/108, 2004 г.). Недостатком шлакообразующей смеси является присутствие борсодержащего компонента - концентрата датолитового, который способствует появлению трещин на поверхности непрерывно литого слитка и невозможность применения при разливке сталей, склонных к трещинообразованию (низколегированные, трубные, высокоуглеродистые марки стали).

Наиболее близкой по технической сущности является шлакообразующая смесь, содержащая, %: плавиковый шпат 12-18, глыбу силикатную 12-18, кварцевый песок 5-15, концентрат датолитовый 5-10, графит 7-12 и цемент остальное (пат. РФ №2164191, кл.7 B22D 11/00, C21C 5/54. Бюл. №8, 2001 г. - прототип). Недостатками смеси является относительно высокое содержание (в среднем 15%) фторсодержащего материала, приводящего к повышенной коррозии оборудования МНЛЗ в зоне вторичного охлаждения непрерывно литого слитка и к достаточно высоким выделениям фтористого водорода в рабочей зоне разливочной площадки. Из-за присутствия в шлакообразующей смеси борсодержащего компонента - концентрата датолитового, который способствует появлению трещин на поверхности непрерывно-литого слитка и невозможность применения при разливке сталей, склонных к трещинообразованию (низколегированные, трубные, высокоуглеродистые марки стали).

Задача, решаемая изобретением, - подбор оптимального состава гранулированной шлакообразующей смеси для непрерывной разливки сталей широкого сортамента (низкоуглеродистых, углеродистых, высокоуглеродистых и низколегированных сталей) с содержанием углерода от 0,05% до 0,8%.

Технический результат заключается в повышении качества непрерывно литой заготовки (снижение образования трещин и уменьшение неметаллических включений на поверхности непрерывно литой заготовки), снижении коррозии оборудования МНЛЗ.

Указанный технический результат достигается тем, что гранулированная шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали содержит фторсодержащий материал, глыбу силикатную, материал на основе оксидов кремния, углеродсодержащий материал и цемент, согласно изобретению заявляемая гранулированная шлакообразующая смесь дополнительно содержит бикарбонат натрия, лигносульфонат технический порошкообразный, натрий-карбоксиметилцеллюлозу, при этом ингредиенты гранулированной шлакообразующей смеси взяты в следующем соотношении, мас.%:

Фторсодержащий материал 10-15

Глыба силикатная 5-15

Материал на основе оксидов кремния 8-15

Углеродсодержащий материал 5-10

Бикарбонат натрия 3-10

Лигносульфонат технический порошкообразный 0,1-1,5

Натрий-карбоксиметилцеллюлоза 1-3

Цемент остальное

В качестве материала на основе оксидов кремния используется песок формовочный по ГОСТ 2138-91.

В качестве фторсодержащего материала применяются концентраты плавиковошпатовые флотационные марок ФФ-85-97 (Б) по ГОСТ 29219-91.

В качестве углеродсодержащего материала применяются графит скрытокристаллический (аморфный) марок ГЛС-2 и ГЛС-3 ГОСТ 5420-74.

В качестве натрийсодержащего материала применяется натрий двууглекислый (бикарбонат натрия) ГОСТ 2156-76.

Глыба силикатная - по ГОСТ 13079-81.

Цемент применяется в виде шлакопортландцемента марки 300 по ГОСТ 10178-85.

В качестве интенсификаторов гранулообразования применяют лигносульфонаты технические порошкообразные по ТУ 2455-002-00281039-00 и натрий-карбоксиметилцеллюлозу по ТУ 2231-034-79249237-2006.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадений отличительных признаков предлагаемого состава гранулированной шлакообразующей смеси с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «изобретательский уровень».

Углеродсодержащий материал регулирует скорость проплавления смеси и в процессе сгорания обеспечивает выделение тепла, что приводит к повышению теплоизоляции расплава и защите металла от вторичного окисления.

Содержание углеродсодержащего материала в пределах 5-10% способствует равномерному проплавлению гранулированной шлакообразующей смеси и, как следствие, препятствует загущению шлака и образованию твердой корки.

При использовании гранулированной шлакообразующей смеси с содержанием углеродсодержащего материала менее 5% наблюдается ухудшение условий проплавления гранулированной шлакообразующей смеси в кристаллизаторе и образование гарнисажа и ранта по периметру кристаллизатора, для растворения которой требуется повышенный расход гранулированной шлакообразующей смеси.

При использовании гранулированной шлакообразующей смеси с содержанием углеродсодержащего материала более 10% наблюдается нежелательное науглероживание сталей с низкими пределами по содержанию углерода, а также приводит к удорожанию гранулированной шлакообразующей смеси.

При содержании в гранулированной шлакообразующей смеси фторсодержащего материала менее 10%, силикатной глыбы менее 5% и бикарбоната натрия менее 3% повышаются вязкостные и плавкостные характеристики шлакового расплава гранулированной шлакообразующей смеси в кристаллизаторе. Это приводит к возникновению повышенной вибрации кристаллизатора, возрастанию нагрузки и усилия вытягивания слитка выше предельно допустимых значений, что приводит к прилипанию корочки слитка к стенке кристаллизатора (подвисание). Снижается ассимилирующая способность шлакового расплава. На поверхности слитка появляются грубые следы качания и шлаковые включения.

При содержании в гранулированной шлакообразующей смеси фторсодержащего материала более 15%, силикатной глыбы более 15% и бикарбоната натрия более 10% температура плавления и вязкость шлакового расплава понижаются и шлак в кристаллизаторе протекает в поддон, а следы качания кристаллизатора на поверхности слитка становятся глубокими и по этим следам появляются поперечные трещины.

Кроме того, в атмосфере на рабочих местах разливщиков отмечается увеличение содержания фтористого водорода.

Расход цемента подобран таким образом, чтобы основность гранулированной шлакообразующей смеси составляла 0,95-1,15.

При содержании натрий-карбоксиметилцеллюлозы менее 1% образование гранул смеси не происходит, содержание этого материала более 3% приводит к загущению суспензии и невозможности ее распыления через форсунки.

При содержании лигносульфоната технического порошкообразного более 1% происходит повышенное пенообразование суспензии, менее 0,1% этого материала приводит к выпадению осадка и расслоению.

При выходе содержаний ингредиентов за указанные пределы нарушается стабильность технологии приготовления гранулированной шлакообразующей смеси, стабильность технологии непрерывной разливки стали на МНЛЗ и понижается качество непрерывно литого слитка.

Предлагаемую гранулированную шлакообразующую смесь изготавливали в отделении шлакообразующих смесей ООО «Шлаксервис» ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Гранулированную шлакообразующую смесь изготавливали следующим образом. Подготовленные шихтовые материалы из бункеров-накопителей загружали в мельницу «мокрого» помола, где происходило измельчение материалов с одновременным смешиванием. Первыми в мельницу «мокрого» помола загружали взвешенные порошковые молотые кусковые материалы (материал на основе оксидов кремния). Через 2-4 часа совместного помола отбирают пробу для определения тонины помола материалов (т.е. содержание фракции более 0,063 мм в процентах).

При величине тонины помола 5-15% в мельницу добавляли остальные материалы (пылевидные - концентрат плавиковошпатовый, глыбу силикатную, графит аморфный, бикарбонат натрия и цемент), затем лигносульфонат технический порошкообразный, а также раствор натрий-карбоксиметилцеллюлозы в количестве 1,3 м³. После совместного помола и перемешивания всех материалов в течение 1,0-1,5 часа готовую суспензию сливали в приемную мешалку, в которой она постоянно перемешивалась для предотвращения выпадения осадка и расслоения. Далее суспензия перекачивалась в расходную мешалку для последующего распыления и получения гранул в сушильном агрегате. Сушку суспензии проводили при температуре 190-350°C.

Конкретные примеры составов с граничными №1 и 2 и средним №3 значениями ингредиентов новой гранулированной шлакообразующей смеси и другим составом №4 известной шлакообразующей смеси (по прототипу).

Новые шлакообразующие смеси были изготовлены в гранулированном виде с размерами гранул 0,1-1,0 мм. Содержание влаги во всех смесях не превышали 0,4%.

Ниже приведен вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы предлагаемого изобретения.

Пример. В процессе непрерывной разливки стали из кристаллизатора вытягивается сляб сечением 250×(750-2520) мм со скоростью 0,6-1,0 м/мин. В кристаллизатор подается гранулированная шлакообразующая смесь с удельным расходом 0,7-0,9 кг/т стали следующего состава с соотношением ингредиентов, мас.%:

Фторсодержащий материал 10-15

Глыба силикатная 5-15

Материал на основе оксидов кремния 8-15

Углеродсодержащий материал 5-10

Бикарбонат натрия 3-10

Лигносульфонат технический порошкообразный 0,1-1,5

Натрий-карбоксиметилцеллюлоза 1-3

Цемент остальное

С использованием новой гранулированной шлакообразующей смеси с соблюдением предлагаемых соотношений ингредиентов было отлито 63 плавки стали марки 08Ю, 14 плавок стали марки 13Г1С-У, 27 плавок стали марки 09Г2С, 15 плавок стали марки 40, 9 плавок стали марки 70. Во время непрерывной разливки стали на МНЛЗ подвисание корочки слитка в кристаллизаторе не отмечено. Значения параметров разливки: вибрация, нагрузка и усилие вытягивания слитка, не превышали допустимые. Образование гарнисажа и ранта по периметру кристаллизатора не отмечено.

При сравнении с существующей смесью №4 удалось улучшить параметры разливки на МНЛЗ и, как следствие, снизить отсортировку металлопродукции в пониженную марку по дефектам сталеплавильного производства.

В результате использования заявленной гранулированной шлакообразующей смеси достигнуто снижение образования трещин и уменьшение неметаллических включений на поверхности непрерывно литой заготовки, а также снижена коррозия оборудования МНЛЗ.

Смесь содержит следующие компоненты, мас.%: фторсодержащий материал 10-15; глыба силикатная 5-15; материал на основе оксидов кремния 8-15; углеродсодержащий материал 5-10; бикарбонат натрия 3-10; лигносульфонат технический порошкообразный 0,1-1,5; натрий-карбоксиметилцеллюлоза 1-3; цемент остальное. Достигается снижение образования трещин и уменьшение неметаллических включений на поверхности непрерывно литой заготовки, а также снижается коррозия оборудования МНЛЗ. 1 табл.

Гранулированная шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали, включающая углеродсодержащий материал, фторсодержащий материал, материал на основе оксидов кремния, глыбу силикатную и цемент, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бикарбонат натрия, лигносульфонат технический порошкообразный, натрий-карбоксиметилцеллюлозу, при этом ингредиенты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Фторсодержащий материал 10-15 Глыба силикатная 5-15 Материал на основе оксидов кремния 8-15 Углеродсодержащий материал 5-10 Бикарбонат натрия 3-10 Лигносульфонат технический порошкообразный 0,1-1,5 Натрий-карбоксиметилцеллюлоза 1-3 Цемент Остальное