ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ Российский патент 2011 года по МПК B22D11/111 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к составам шлакообразующих смесей, используемых при непрерывной разливке стали, в частности для производства железнодорожных рельсов.

Известна шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали [1], включающая аморфный графит, пылевидные отходы производства извести, ферросилиция, алюминия, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит соду кальцинированную и криолит при соотношении компонентов, мас.%:

Аморфный графит 5,5-8,5 Пылевидные отходы   производства извести 29-35 Пылевидные отходы   производства ферросилиция 37-40 Пылевидные отходы   производства алюминия 20,5-24,5 Сода кальцинированная до 1% Криолит до 1%,

обеспечивающих основность (CaO/SiO₂) 0,6-0,9, и следующий химический состав шлакообразующей смеси, мас.%:

С 13,0-18,0 CaO 24,0-32,0 SiO₂ 31,0-37,5 Al₂O₃ 5,5-10,0 F ≥4,0 Na⁺ ≥0,7 K⁺ ≥0,7 FeO ≤2,0 MnO ≤2,0

Существенным недостатком такой смеси является недостаточное суммарное содержание разжижающих компонентов (криолита и кальцинированной соды), что не обеспечивает необходимую легкоплавкость смеси, гарантирующую высокую степень смазывания поверхности кристаллизатора-заготовки, а также не обеспечивает требуемые рафинирующие свойства смеси по неметаллическим включениям. Кроме того, смесь в своем составе содержит MnO и FeO, а данные компоненты повышают газопроницаемость шлакового слоя и увеличивают содержание кислорода в разливаемой стали.

Известна шлакообразующая смесь для защиты металла в кристаллизаторе [2], содержащая основу шлаковой смеси, графит, фторсодержащее вещество, которая дополнительно содержит пыль газоочисток производства извести и ферросилиция, в качестве основы шлаковой смеси - феррохромовый саморассыпающийся сепарированный шлак, а в качестве фторсодержащего вещества - пыль газоочисток производства алюминия при следующем соотношении компонентов, мас %:

Пыль газоочисток производства алюминия 20,0-23,0 Пыль газоочисток производства ферросилиция 28,0-32,0 Пыль газоочисток производства извести 20,0-24,0 Графит 3,0-8,0 Феррохромовый саморассыпающийся   сепарированный шлак 18,0-24,0.

Несмотря на высокие теплоизолирующие свойства смеси, низкой себестоимости за счет использования отходов промышленного производства, улучшения санитарно-гигиенических условий труда данная смесь не позволяет получать высокие качественные показатели в части отбраковки непрерывнолитых заготовок по поверхностным шлаковым включениям из-за содержащегося тугоплавкого компонента, в частности феррохромового шлака. Причем для обеспечения требуемого качества поверхности непрерывнолитых заготовок необходима зачистка поверхности последних после разливки, что в ряде случаев экономически нецелесообразно и невозможно.

Кроме того, выбранные соотношения компонентов в смеси хотя и обеспечивают ШОС высокие теплоизолирующие свойства, однако не обеспечивают требуемую в ряде случаев необходимую легкоплавкость смеси, гарантирующую высокую степень смазывания поверхности кристаллизатора-заготовки, а также не обеспечивают требуемые рафинирующие свойства смеси по неметаллическим включениям. Кроме того, смесь содержит шлак производства феррохрома, который содержит значительное количество MnO и FeO, а данные компоненты повышают газопроницаемость шлакового слоя и увеличивают содержание кислорода в разливаемой стали.

Известна также шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали [3] - прототип, включающая графит аморфный, фторсодержащее вещество, концентрат датолитовый и цемент, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит формовочный песок при следующем соотношении инградиентов, масс.%:

Графит аморфный - 7-12

Фторсодержащее вещество - 18-22

Концентрат датолитовый - 12-16

Формовочный песок - 10-20

Цемент - остальное.

Существенными недостатками такой смеси являются: высокое содержание фторсодержащего вещества (18-22%), приводящее к значительной коррозии элементов МНЛЗ и высоким содержаниям фтористого водорода в рабочей зоне; использование концентрата датолитового, не обеспечивающего необходимую легкоплавкость смеси и гарантирующую высокую степень смазывания поверхности кристаллизатора-заготовки.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются повышение качества стали за счет улучшения макроструктуры, снижение загрязненности стали неметаллическими включениями и уменьшение отбраковки непрерывнолитых заготовок по поверхностным дефектам за счет улучшения смазки кристаллизатора.

Для этого предлагается шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали, отличающаяся от ближайшего аналога [1] тем, что она имеет основность (CaO/SiO₂) 0,6-0,9 и следующий химический состав, мас.%:

С 13,0-19,0 СаО 22,0-28,0 SiO₂ 30,0-36,0 Al₂O₃ 5,0-8,5 F 4,0-7,0 (Na⁺+K⁺) 3,0-12,0

при этом в качестве материалов, содержащих окислы кремния, алюминия и щелочных металлов смесь содержит пегматит тонкомолотый марки КПШТМ 0,2-2,0, соду кальцинированную, тонкомолотый кварцит и цементит, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аморфный графит 17-22 Концентрат плавикошпатовый 9-15 Пегматит тонкомолотый   марки КПШТМ 0,2-2,0 17-39 Сода кальцинированная 1-12 Тонкомолотый кварцит 1-13 Цемент остальное

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из следующих предпосылок.

Концентрация углерода выбрана исходя из целесообразности смазки в зоне кристаллизатор - непрерывнолитая заготовка. При снижении содержания углерода в смеси менее 13% повышается отбраковка стали по поверхностным дефектам, а при увеличении углерода более 19,0% возможно уменьшение скорости расплавления смеси и значительное науглероживание стали.

Кремнезем в ШОС должен быть ограничен из соображений вязкости расплава. Для лучшей смазки кристаллизатора смесь должна иметь низкую основность (отношение CaO/SiO₂=0,6-0,9). Для регулирования основности в ШОС вводится цемент и пегматит тонкомолотый марки КПШТМ 0,2-2,0. При невозможности попадания в указанные пределы дополнительно вводится мука кварцита, корректирующая содержание кремнезема в ШОС.

Содержание глинозема в смеси должно быть не более 8,5% для лучшей ассимилирующей способности глиноземистых неметаллических включений, снижающих эксплуатационную стойкость железнодорожных рельсов.

Содержание фтора не менее 4% для уменьшения вероятности окомкования смеси и хорошей адгезии неметаллических включений шлаком, сформированным из ШОС и не более 7,0% с целью исключения повышенного содержания фтористого водорода в рабочей зоне. Воздействие фторидов заключается, во-первых, в снижении температуры плавления, во-вторых, в дроблении полимерной структуры шлака, т.е. увеличении единиц течения, снижающих вязкость расплава.

Оксиды натрия и калия снижают температуру плавления ШОС и их суммарное содержание должно быть не менее 3% и не более 12%. При суммарном содержании оксидов натрия и калия менее 3% не удается достичь необходимую температуру плавления смеси, при содержании более 12% смесь становится легкоплавкой, что приводит к ее повышенному расходу.

Введение пегматита тонкомолотого марки КПШТМ 0,2-2,0 в смесь позволяет повысить и стабилизировать суммарное содержание окислов натрия и калия. Введение в состав ШОС соды кальцинированной позволяет регулировать содержание окислов натрия и соответственно температуру плавления ШОС. Кроме того, кальцинированная сода способствует в результате разложения (Na₂CO₃=Na₂O+CO₂) перемешиванию сформировавшегося из ШОС шлака со сталью в кристаллизаторе при разливке, вследствие чего снижается уровень неметаллических включений.

Различные варианты компонентного состава, а также влияние химического состава на температуру плавления ШОС представлены в таблице 1.

Заявляемая шлакообразующая смесь использовалась при разливке рельсовой стали марки Э76Ф и НЭ76Ф на радиальных 4-х ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×340 мм, скорость разливки 0,5-0,55 м/мин.

Смесь готовилась смешением аморфного графита (76,0% С), цемента (54,6% CaO, 27,0% SiO₂, 7,6% Al₂O₃, 1,0% K₂O), пегматита тонкомолотого марки КПШТМ 0,2-2,0 (1,0% CaO, 67,5% SiO₂, 15,5% Al₂O₃, 5,0% Na₂O, 5,0% K₂O), муки кварцита (0,08% CaO, 98,0% SiO₂, 0,90% Al₂O₃), концентрата плавикошпатового (68,21% CaO, 3,0% SiO₂, 46,23% F), соды кальцинированной технической (58,47% Na₂O). Смешение производилось в смесительной установке в течение 15 мин со скоростью вращения барабана 1000 об/мин, после чего выпускалась в контейнер и отправлялась на МНЛЗ.

Таблица 1 Влияние химического состава ШОС на температуру начала размягчения и плавления Состав ШОС Варианты ШОС   1 2 3 4 5 6 компонентный состав ШОС, % аморфный графит 17,0 23,0 18,0 18,0 18,6 17,1 концентрат плавикошпатовый 9,0 9,0 9,0 15,0 9,5 9,7 КПШТМ 0,2-2,0 24,0 18,0 17,0 39,0 25,1 25,8 сода кальцинированная 5,0 5,0 12,0 1,0 5,0 11,9 тонкомолотый кварцит 10,0 10,0 13,0 1,0 2,5 5,5 цемент 35,0 35,0 30,0 26,0 39,2 29,0 химический состав ШОС C 13,0 19,0 13,6 13,7 14,1 13,0 CaO 25,5 25,4 22,7 24,9 28,0 22,0 SiO₂ 36,0 31,7 32,6 34,8 30,0 30,0 Al₂O₃ 6,5 5,5 5,0 8,5 6,9 6,1 F 4,0 4,2 4,2 7,0 4,4 4,3 (K⁺+Na⁺) 5,7 5,1 9,7 3,0 5,8 12,0 Температура начала размягчения 1130 1160 1120 1210 1130 1090 Температура плавления 1140 1180 1150 1240 1140 1130 Отбраковка по поверхностным дефектам, % - 0,09 0,05 0,11 - -

Смесь присаживалась в медные водоохлаждаемые кристаллизаторы в количестве 0,2-0,8 кг/т жидкой стали. После разливки заготовки резались на машинах газовой резки на мерные длины, после чего проводили охлаждение заготовок по режиму до температуры 200°С, их осмотр и отгрузку для прокатки на рельсы железнодорожные типа Р65.

Использование заявляемой смеси по сравнению с базовой (прототип) позволяет:

1. Снизить загрязненность стали экзогенными неметаллическими включениями длиной более 1,0 мм на 95%.

2. Повысить качество поверхности непрерывнолитой заготовки, обеспечив снижение брака по поверхностным дефектам типа шлаковые включения с 0,4 до 0,11%.

3. Обеспечить повышение качества макроструктуры железнодорожных рельсов, при этом количество забракованных плавок по дефекту «светлая корочка» уменьшится в 2 раза.

Источники информации

1. Патент РФ №2260494.

2. Патент РФ №2025197 B22D 11/00, C21C 5/54.

3. Патент РФ №2165823.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к составам шлакообразующих смесей, используемых при непрерывной разливке стали, в частности для производства железнодорожных рельсов. Шлакообразующая смесь получена смешением аморфного графита, концентрата плавикошпатового и материалов, содержащих окислы кремния, алюминия и щелочных металлов. В качестве материалов, содержащих окислы кремния, алюминия и щелочных металлов, смесь содержит пегматит тонкомолотый марки КПШТМ 0,2-2,0, соду кальцинированную и тонкомолотый кварцит. Компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: аморфный графит 17-23, концентрат плавикошпатовый 9-15, пегматит тонкомолотый 17-39, сода кальцинированная 1-12, тонкомолотый кварцит 1-13, цемент - остальное. Смесь имеет основность (CaO/SiO₂) 0,6-0 и следующий химический состав, мас.%: C 13,0-19,0, CaO 22,0-28,0, SiO₂ 30,0-36,0, Al₂O₃ 5,0-8,5, F 4,0-7,0, (Na⁺+K⁺) 3,0-12,0. Достигается повышение ассимилирующей способности смеси по отношению к неметаллическим включениям, повышение качества стали за счет улучшения макроструктуры, снижение поверхностных дефектов заготовок за счет улучшения смазки кристаллизатора. 1 табл.

Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали, полученная смешением аморфного графита, концентрата плавикошпатового и материалов, содержащих окислы кремния, алюминия и щелочных металлов, отличающаяся тем, что она имеет основность (CaO/SiO₂) 0,6-0,9 и следующий химический состав, мас.%:
С 13,0-19,0 CaO 22,0-28,0 SiO₂ 30,0-36,0 Al₂O₃ 5,0-8,5 F 4,0-7,0 (Na⁺+K⁺) 3,0-12,0