ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ МАГНЕЗИАЛЬНЫЙ ФЛЮС ДЛЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО МАГНЕЗИАЛЬНОГО ФЛЮСА ДЛЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ Российский патент 2018 года по МПК C21C5/36 C21C5/54 C22B1/14 

Заявляемая группа изобретений относится к области черной металлургии, в частности к составам и способам получения высокомагнезиального флюса, применяемого, преимущественно, в конвертере или электросталеплавильной печи.

Увеличение объемов производства стали напрямую связано не только с повышением производительности труда, улучшением качественных характеристик продукции, но и экономичностью производства, которая зачастую зависит от стойкости огнеупорной футеровки. Соблюдение таких условий может быть осуществлено, в частности, за счет разработанных модификаторов шлака (флюсов) в сочетании с используемой технологией. В настоящее время именно применение флюсов является одним из самых актуальных и эффективных способов замедления износа футеровки агрегатов. Кроме того, важным моментом является улучшение стабилизации наведения шлаковой пены.

Из уровня техники известен флюс для производства стали на основе магнезиальносодержащих пород, включающих оксиды магния, кальция и целевую добавку, взятые при следующем соотношении, мас. %: оксиды магния - 90,00-92,00; оксиды кальция - 2,00-5,00; целевая добавка - остальное, а в качестве исходного сырья для его получения используют гидратную форму магнезиальносодержащих пород (патент №2278168 на изобретение «Высокомагнезиальный флюс», дата подачи 30.12.2004 г., опубликовано 20.06.2006 г.).

Известен магнезиальный флюс, включающий смесь шлакообразующих компонентов в виде оксидов магния, алюминия, железа, кремния и кальция, при этом в качестве шлакообразующих компонентов используют ожелезненный доломит с содержанием оксидов магния, алюминия, железа, кремния и кальция при следующем соотношении компонентов, мас. %: оксиды магния - 32,0-33,5; оксиды алюминия - 0,5-0,95; оксиды железа - 2,0-5,0; оксиды кремния - 2,5-3,0; оксиды кальция - остальное.

Способ получения данного магнезиального флюса для выплавки стали в конвертере заключается в нагреве и обжиге смеси шлакообразующих компонентов во вращающейся печи, охлаждении полученного флюса, причем в качестве компонентов щлакообразующей смеси используют доломит и оксид железа, при этом массовое соотношение доломита и оксида железа выбирают в пределах 8:1, соотношение величин их фракций, соответственно, в пределах (40-50):1, при этом обжиг смеси ведут при температуре факела природного газа в пределах 1570-1670°С (патент №2205232 на изобретение «Магнезиальный флюс для сталеплавильного производства и способ его получения», дата подачи 11.12.2001 г., опубликовано 27.05.2003 г.).

Кроме того, известен сталеплавильный флюс, содержащий оксиды магния, кальция, железа, кремния, алюминия, органические и/или минеральные соединения и углерод и дополнительно введенные оксиды, и/или хлориды, и/или фториды щелочных металлов и гидрокарбонатные формы магния, определяемые в виде потерь при прокаливании при следующем соотношении компонентов, мас. %: оксид кальция - 0,5-10,0; оксид железа - 0,1-8,0; оксид алюминия - 0,1-15,0; оксид кремния - 1,0-8,0; оксиды, и/или хлориды, и/или фториды щелочных металлов - 0,01-5,0; потери при прокаливании - 0,1-30,0; углерод - 0,01-12,0; органические и/или минеральные соединения - 1,0-10,0; оксид магния - остальное.

Способ получения вышеуказанного сталеплавильного флюса состоит из смешения обожженных во вращающейся печи магнезиально-содержащих, углеродсодержащих и связующих материалов, брикетирование полученной массы в виде брикетов, при этом в состав шихты дополнительно вводят алюмосодержащие отходы от производства алюминия при следующем соотношении шихтовых материалов, мас. %: обожженные магнезиально-содержащие материалы - 20,0-80,0; углеродсодержащие материалы - 1,0-12,0; связующие материалы - 1,0-6,0; алюмосодержащие отходы от производства алюминия - остальное (патент №2374327 на изобретение «Сталеплавильный флюс и способ его получения (варианты)», дата подачи 26.02.2007 г., опубликовано 27.11.2009 г.).

Наиболее близким техническим решением к заявляемому составу является сталеплавильный высокомагнезиальный флюс, содержащий оксиды магния, кальция, железа, алюминия и кремния, при этом он дополнительно содержит оксиды бора и марганца при следующем соотношении компонентов на прокаленное вещество, мас. %:

оксиды магния 50,0-95,0; оксиды кальция 0,1-35,0 оксиды марганца 0,1-7,0 оксиды алюминия 0,1-7,0 оксиды железа 0,1-10,0 оксиды кремния 0,1-7,0 примеси 0,1-2,0 оксиды бора остальное

при этом флюс может дополнительно содержать 1,0-15% углерода.

Способ получения сталеплавильного высокомагнезиального флюса заключается в том, что во вращающейся печи обжигают и спекают шихтовую смесь, состоящую из магнезиальносодержащих материалов, затем в обожженную шихтовую смесь подают легирующую добавку, в качестве которой используют борсодержащий материал с добавкой углеродсодержащего материала или без него, смешивают со связующим материалом и осуществляют брикетирование или грануляцию полученной смеси (патент №2524878 на изобретение «Сталеплавильный высокомагнезиальный флюс и способ его получения», дата подачи 27.11.2012 г., дата публикации заявки 10.06.2014 г.).

Известные составы магнезиальных флюсов и способы их получения обеспечивают высокую скорость их растворения с формированием магнезиальносодержащих шлаков. Наиболее эффективно их использование в конвертерном процессе, шлаки которого в силу особенностей теплоинерции остаются относительно "холодными" (температура (t) не более 1600°С) в течение всего процесса плавки.

В случае повышенной температуры шлаков (выше 1650°С), например, при дуговом процессе использование таких флюсов имеет ряд недостатков, в частности высокая скорость растворения приводит к формированию гомогенных жидкоподвижных шлаков, которые не обеспечивают стабилизацию наведения шлаковой пены, а полное растворение флюсов не гарантируют гарнисажеобразования.

Решение задач по стабилизации шлаковой пены и эффективному гарнисажеобразованию может быть осуществлено за счет:

- введения в состав флюса оксидов хрома в количестве 3,0-8,0% и создания, таким образом, возможности формирования высокотемпературных хромошпинелидов, что приводит к стабильной гетерогенности шлака. Известны свойства хрома и его соединений как повышающие износостойкость изделий, в данном случае гарнисажного слоя при механическом воздействии лома в период завалки его в печь;

- применения в качестве исходного шихтового сырья для высокотемпературного магнезиального флюса плавленых материалов, обеспечивающих оптимальную скорость их растворения с сохранением гетерогенности состава шлака до момента выпуска плавки, что, в свою очередь, способствует формированию устойчивого гарнисажа. Плавленые материалы имеют мелкопористую структуру, обладают повышенной стойкостью в агрессивных средах и при повышенных температурах. Отличительной особенностью плавленых материалов является их высокая плотность и значительная коррозионная стойкость, а при высоких температурах и стойкость к диссоциации.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является улучшение стабилизации наведения шлаковой пены, а также повышение эффективного устойчивого гарнисажеобразования.

Указанный технический результат достигается тем, что высокомагнезиальный флюс, включающий оксиды магния, алюминия, железа, кальция, кремния, а также углерод, согласно изобретению дополнительно содержит оксид хрома при следующем содержании компонентов, мас. %:

MgO не менее 70,00 С 4,00-12,00 SiO₂ до 3,00 Al₂O₃ до 5,00 Fe₂O₃ до 2,00 Cr₂O₃ 3,00-8,00 СаО остальное

при этом все оксидные компоненты введены в виде плавленых шихтовых материалов, в качестве которых используют отходы периклазовых, и/или периклазоуглеродистых, и/или периклазохромитовых, и/или хромитопериклазовых, и/или хромитовых огнеупоров, а в качестве углеродсодержащего материала используют периклазоуглеродистые огнеупоры.

Введение в состав флюса оксидов хрома в заявляемом интервале значений способствует формированию высокотемпературных хромшпинелидов, обладающих способностью к широкому изоморфизму, что позволяет им кристаллизоваться в различных по составу и происхождению структурах в значительном диапазоне параметров, благодаря чему сокращаются механические разрушения и улучшается ошлаковывание.

Применение перечисленных плавленых огнеупоров замедляет изнашивание в шлаковой области, способствует увеличению стойкости футеровки и раннему образованию шлаковой пены, а также устойчивому гарнисажеобразованию.

Способ получения высокомагнезиального флюса, включающий шихтовку исходных материалов в заданном соотношении для получения шихтовой смеси, основу которой составляют магнезиальносодержащие материалы, осуществление грануляции полученной смеси, согласно изобретению в шихтовую смесь добавляют оксид хрома, при этом все исходные компоненты при шихтовке вводят в виде плавленых шихтовых материалов, в качестве которых используют отходы периклазовых, и/или периклазоуглеродистых, и/или периклазохромитовых, и/или хромитопериклазовых, и/или хромитовых огнеупоров, а в качестве углеродсодержащего материала используют периклазоуглеродистые огнеупоры, грануляцию осуществляют до получения фракций размером 0,0-40,00 мм, после чего проводят ее рассев до технологической фракции 5,0-40,0 мм, при этом фракции размером менее 5,0 мм брикетируют и направляют для дальнейшего гарнисажеобразования и стабилизации шлаковой пены.

Способ получения заявляемого высокотемпературного магнезиального флюса состоит из следующих технологических этапов:

- получение исходных шихтовых материалов, в качестве которых используют бывшие в употреблении плавленые периклазовые, периклазоуглеродные, периклазохромитовые и хромитовые огнеупоры, а в качестве углеродосодержащего материала применяют периклазоуглеродистые огнеупоры;

- рассортировка исходного сырья и экспресс-контроль его качества;

- шихтовка исходных материалов, взятых в заданном соотношении для получения заявляемого в настоящем изобретении химического состава компонентов;

- грануляция смеси на щековой дробилке до получения частей размером 0,0-40,0 мм;

- рассев флюса до выделения технологической фракции 5,0-40,0 мм, осуществляемый на грохоте через сито соответствующего размера 5,0-40,0 мм;

- определение химического состава полученного флюса;

- упаковка готовой продукции в мягкую тару, например мешки типа "биг-бег";

- брикетированные фракций с размером менее 5,0 мм и направление полученных брикетов в процесс с целью повышения эффективности гарнисажеобразования и стабилизации шлаковой пены.

Способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи (ДСП) включает завалку, нагрев и расплавление металлошихты, присадку шлакообразующих материалов, проведение окислительного рафинирования, продувку ванны кислородом, вспенивание шлака и выпуск полупродукта из печи. При рафинировании, осуществляемом при израсходовании 75-88% электроэнергии на плавку, для формирования на футеровке износоустойчивого гарнисажа в ванну в два этапа вводят высокотемпературный магнезиальный материал - флюс, содержащий не менее 70% MgO в количестве 6,5-10,0 кг/т стали, и оставляют шлак с высокотемпературным магнезиальным флюсом в печи на следующую плавку для формирования магнезиального шлака периода плавления с содержанием 5,1-10,0% MgO. Введение высокотемпературного магнезиального флюса в ванну при высокой температуре и наличии окисленного основного шлака способствует быстрому усвоению оксида магния и образованию тугоплавких магнезиальных шпинелидных соединений, которые, оседая, привариваются на огнеупорной футеровке ДСП при движении вспененного шлака и образуют износостойкий гарнисаж. Сохранение в печи шлака с неусвоенным высокотемпературным гарнисажем и соединениями, обеспечивающими раннее формирование магнезиального шлака периода плавления, способствует увеличению стойкости футеровки и раннему образованию шлаковой пены. Из-за повышенной устойчивости пены магнезиальных шлаков снижается расход электроэнергии на плавку.

Момент ввода высокотемпературного магнезиального флюса в ДСП определяют при достижении температуры металла 1580-1610°С при израсходовании 75-88% электроэнергии. В случае введения высокотемпературного магнезиального флюса ранее 75% израсходования электроэнергии материал из-за низкой температуры ванны медленно усваивается, при этом его не растворившаяся часть теряется вместе с удаляемым в это же время шлаком. При введении высокотемпературного магнезиального флюса после израсходования 88% электроэнергии материал не успевает полностью усвоиться шлаком из-за ограниченного временного периода, что может привести к налипанию высоковязкой массы нерастворившегося материала на откосах печи во время пуска плавки и изменению профиля рабочего пространства.

Расход высокотемпературного магнезиального флюса на плавку определяют с учетом следующих факторов:

- масса шлака в печи в конце плавки составляет 35-45 кг/т стали;

- из высокомагнезиального материала 30% оксида магния переходит в гарнисаж;

- в результате механического воздействия металлошихты во время ее загрузки, а также термического воздействия электрических дуг из поврежденной футеровки печи и растворения гарнисажа по ходу плавки в шлак поступает MgO в количестве 2-4 кг/т стали. При расходе высокотемпературного магнезиального флюса менее 6,5 кг/т содержание MgO в шлаке периода плавления составит менее 5,1%, что на 30% меньше концентрации насыщения MgO, и может привести к заметной химической эрозии огнеупорной футеровки ДСП. При расходе высокотемпературного магнезиального флюса более 10 кг/т стали содержание MgO в шлаке периода плавления составит более 10%, что из-за низкой температуры ванны превышает концентрацию насыщения, в результате чего образуется шлак с повышенной вязкостью и пониженной дефосфорирующей способностью.

Предлагаемая к защите группа изобретений позволяет повысить эффективность гарнисажеобразования и обеспечивает стабилизацию наведения шлаковой пены.

Изобретения относятся к области черной металлургии, в частности к составам и способам получения высокотемпературного магнезиального флюса, применяемого в электросталеплавильной печи. Магнезиальный флюс содержит, мас. %: MgO не менее 70,00; С 4,00-12,00; SiO₂ до 3,00; Al₂O₃ до 5,00; Fe₂O₃ до 2,00; Cr₂O₃ 3,00-8,00; СаО остальное. Способ включает шихтовку исходных материалов в заданном соотношении для получения шихтовой смеси, содержащей оксиды магния, алюминия, железа, кальция, кремния и хрома и углеродсодержащий материал, и грануляцию полученной смеси, при этом в качестве исходных материалов используют плавленые отходы огнеупорных материалов, а грануляцию осуществляют до получения фракций размером 0,0-40,00 мм, после чего проводят ее рассев до технологической фракции 5,0-40,00 мм, при этом фракции размером менее 5,00 мм брикетируют. Изобретение позволяет улучшить стабилизацию наведения шлаковой пены, а также улучшить процесс эффективного устойчивого гарнисажеобразования в печи. 2 н. и 2 з.п. ф-лы.

1. Высокотемпературный магнезиальный флюс для сталеплавильной печи, включающий оксиды магния, алюминия, железа, кальция, кремния и углеродсодержащий материал, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид хрома при следующем соотношении компонентов, мас. %:

MgO не менее 70,00 С 4,00-12,00 SiO₂ до 3,00 Al₂O₃ до 5,00 Fe₂O₃ до 2,00 Cr₂O₃ 3,00-8,00 СаО остальное,

при этом в качестве оксидных компонентов используют плавленые отходы огнеупорных материалов.

2. Флюс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве плавленых отходов огнеупорных материалов используют периклазовые, и/или периклазоуглеродистые, и/или периклазохромитовые, и/или хромитопериклазовые и хромитовые огнеупоры, а в качестве углеродсодержащего материала - периклазоуглеродистые огнеупоры.

3. Способ получения высокотемпературного магнезиального флюса для сталеплавильной печи по п. 1, включающий шихтовку исходных материалов в заданном соотношении для получения шихтовой смеси, содержащей оксиды магния, алюминия, железа, кальция, кремния и хрома и углеродсодержащий материал, и грануляцию полученной смеси, при этом в качестве исходных материалов используют плавленые отходы огнеупорных материалов, а грануляцию осуществляют до получения фракций размером 0,0-40,00 мм, после чего проводят ее рассев до технологической фракции 5,0-40,00 мм, при этом фракции размером менее 5,00 мм брикетируют.

4. Способ по п. 3, в котором в качестве плавленых отходов огнеупорных материалов используют периклазовые, и/или периклазоуглеродистые, и/или периклазохромитовые, и/или хромитопериклазовые и хромитовые огнеупоры, а в качестве углеродсодержащего материала - периклазоуглеродистые огнеупоры.