СОСТАВ ДЛЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ РАСПЛАВА МЕТАЛЛА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВА Российский патент 2018 года по МПК B22D11/111 B22D7/10 

Область техники

Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, а именно к составам теплоизолирующих смесей, используемых для защиты металла от остывания и вторичного окисления в процессе транспортировки, внепечной обработки и непрерывной разливки.

Предшествующий уровень техники

Наиболее близким к заявляемому изобретению является патент РФ на изобретение №2175279, МПК B22D 11/111, «Теплоизолирующая смесь для непрерывной разливки стали». Изобретение относится к области металлургии, в частности к непрерывной разливке стали. Смесь содержит следующие компоненты, масс. %: углеродсодержащий материал - 4-25; рисовая лузга - 4-90; кремнеземсодержащий материал (КСМ) - остальное. В состав (КСМ) входят, масс. %; СаО - 30,0-60,0; SiO₂ - 20,0-50,0; Аl₂O₃ - 3,0-7,0; МnО - 0,5-5,0; МgО - 3,0-7,0; (Na₂O+K₂O) - 0,1-2,0; С - 4,0-20,0; FeO - 0,1-5,0; F - 0,001-5,0; TiО₂ - 0,1-2,0 при основности CaO/SiO₂=0,6-3,0. Изобретение позволяет улучшить теплоизоляцию металла, макроструктуру и качество заготовок, а также рафинирование металла в ковшах (сталеразливочном и промежуточном) за счет ассимиляции неметаллических включений в покровный шлам.

Недостатками данной смеси являются ее высокая насыпная плотность, большая доля пылевидной фракции, недостаточно низкая теплопроводность и низкая температура плавления, что приводит к неудовлетворительным утепляющим свойствам. Низкая температура плавления смеси приводит к тому, что большая ее часть расплавляется при нахождении на поверхности жидкой стали в ковше, а в жидком состоянии коэффициент теплопроводности существенно возрастает. Также опасность использования теплоизолирующей смеси с низкой температурой плавления заключается в том, что при полном расплавлении смеси происходит образование корки на ее поверхности. Эта корка препятствует проведению технологических операций по замеру температуры стали и отбору проб, а также приводит к образованию наростов на футеровке сталеразливочных и промежуточных ковшей. Повышенная насыпная плотность смеси при недостаточно низкой теплопроводности приводит к необходимости обеспечения большего по толщине слоя смеси на поверхности жидкой стали, следовательно, смесь будет иметь повышенный удельный расход. Большая доля пылевидной фракции приводит к повышенному пылеуносу при подаче на поверхность жидкого метала, что отрицательно влияет на расходный коэффициент и загрязняет воздух рабочей зоны.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является создание эффективного состава для теплоизоляции расплава металла с низкой насыпной плотностью, не снижающего качество отливаемых заготовок.

Техническим результатом предлагаемого состава для теплоизоляции расплава металла является:

- эффективность - повышение эффективности теплоизоляции жидкой стали и чугуна в ковше; исключение науглероживания расплава за счет сохранения порошкообразного состояния;

- качество отливаемых заготовок - снижение износа рабочего слоя футеровки ковша;

- отсутствие науглероживания металла при непрерывной разливке низкоуглеродистых и особо низкоуглеродистых сталей;

- снижение насыпной плотности состава;

- экологичность - снижение содержания пыли в воздухе рабочей зоны.

Поставленная задача решается за счет того, что состав для теплоизоляции расплава металла содержит биохимический материал, углеродсодержащий материал и кремнеземсодержащий материал при следующем соотношении компонентов, масс. %: биохимический материал 60,0-99,99998; углеродсодержащий материал 0,00001-20,0; кремнеземсодержащий материал 0,00001-20,0. Состав для теплоизоляции расплава металла в качестве биохимического материала может содержать диатомит, опоку либо трепел.

Способ изготовления состава для теплоизоляции расплава металла заключается в том, что биохимический материал измельчают в дробилке и мельнице и гранулируют в смесителе-грануляторе. Потом сушат при температуре 150-400°C. Затем обжигают при температуре 700-1100 C. После чего полученную крошку охлаждают до температуры окружающей среды. Далее крошку покрывают заранее приготовленной в смесителе суспензией воды с кремнеземсодержащим и углеродсодержащим материалом, причем в некоторых случаях биохимический материал смешивают с кремнеземсодержащим материалом и углеродсодержащим материалом без добавления воды. После этого полученный состав сушат при температуре 150-400°C, а после охлаждения готового состава, его классифицируют на необходимые фракции.

В сталелитейном производстве, при разливке стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), возникает необходимость обеспечения стабильности температуры металла в сталеразливочном и промежуточном ковшах.

Главная функция промежуточного ковша заключается в обеспечении возможности продолжения разливки стали во время смены сталеразливочных ковшей, распределении стали между ручьями, а также в очистке поступающей из сталеразливочного ковша стали от неметаллических включений. Теплоизолирующие смеси для промежуточного ковша непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) предназначены для изоляции и защиты поверхности зеркала металла с минимальной потерей тепла. Более совершенных результатов можно добиться при одновременном использовании смеси и перегородок, рационально направляющих потоки разливаемого металла в ковше.

От химического состава смесей существенно зависят свойства покровного шлака и процесс износа футеровки ковша. Кислые теплоизолирующие смеси в промковшах способствуют защите поверхности зеркала металла от вторичного окисления и газонасыщения. Большая часть смесей имеет в своем составе золу рисовой лузги, которая существенно снижает насыпную плотность смесей и обеспечивает эффективную теплозащиту. В качестве углеродсодержащих компонентов, как правило, используют кокс, графит или электродный бой.

Предлагаемый состав для теплоизоляции расплава металла благодаря своим технологическим и физико-химическим свойствам превосходит по своим достоинствам ранее предлагаемые составы.

Реализация изобретения

Суть заявляемого изобретения состоит в том, что:

Состав для теплоизоляции расплава металла содержит биохимический материал, углеродсодержащий материал и кремнеземсодержащий материал при следующем соотношении компонентов, масс. %: биохимический материал 60,0-99,99998; углеродсодержащий материал 0,00001-20,0; кремнеземсодержащий материал 0,00001-20,0. Состав для теплоизоляции расплава металла в качестве биохимического материала содержит диатомит, либо опоку, либо трепел. В качестве углеродсодержащего материала состав для теплоизоляции расплава металла содержит графит, либо технический углерод, либо отходы сухого тушения кокса, либо молотый кокс.

Способ изготовления состава для теплоизоляции расплава металла заключается в том, что биохимический материал измельчают в дробилке и мельнице и гранулируют в смесителе-грануляторе. Потом сушат при температуре 150-400°C. Затем обжигают при температуре 700-1100°C. После чего полученную крошку охлаждают до температуры окружающей среды. Далее крошку покрывают заранее приготовленной в смесителе суспензией воды с кремнеземсодержащим и углеродсодержащим материалом, либо, в некоторых случаях биохимический материал смешивают с кремнеземсодержащим материалом и углеродсодержащим материалом без добавления воды. После этого полученный состав сушат при температуре 150-400°C, а после охлаждения готового состава, его классифицируют на необходимые фракции. Все материалы в сухом виде смешиваются в смесителе. За счет ультрадисперсной фракции микрокремнезема и углеродсодержащих материалов они хорошо наносятся и держатся на поверхности диатомита, или трепела, или опоки, заполняя открытые микропоры.

Для доказательства эффективности работы предлагаемого состава для термоизоляции расплава металла авторами были проведены исследования для которых использовали состав при следующих соотношениях, масс. %:

Биохимический материал, выбранный из диатомита, трепела или опоки вводят в состав как основу, обладающую стабильным химическим составом и высоким содержанием SiO₂, что позволяет сохранить высокую температуру плавления металла. Кроме того, диатомит, трепел или опока за счет своей структуры обладают низкой насыпной плотностью (0,4-0,6 кг/дм³) и низким коэффициентом теплопроводности. Нижний предел содержания биохимического материала в предлагаемом составе для теплоизоляции расплава металла обусловлен снижением, описанного выше положительного влияния на свойства состава для теплоизоляции расплава металла. Верхний предел содержания в предлагаемом составе биохимического материала обусловлен возможностью применения диатомитовой крошки практически в чистом виде для теплоизоляции жидкого чугуна и стали некоторых марок, имеющих температуру ликвидус ниже 1500°C.

Углеродсодержащий материал вводят в заявляемый состав для теплоизоляции расплава металла для снижения скорости плавления. В качестве углеродсодержащего материала могут быть использованы графит, технический углерод, отходы сухого тушения кокса, молотый кокс. Нижний предел содержания углеродсодержащего материала обусловлен необходимостью использования низкоуглеродистой смеси для теплоизоляции низкоуглеродистых и особо низкоуглеродистых сталей во избежание науглероживания (углеродсодержащий материал в особых случаях может быть исключен из состава для теплоизоляции металла). Верхний предел содержания углеродсодержащего материала обусловлен снижением влияния на скорость плавления при больших концентрациях и неоправданным ростом себестоимости смеси.

Кремнеземсодержащий материал, а именно микрокремнезем выбирают, состоящий на 90-95% из аморфного диоксида кремния.

Микрокремнезем вводят в состав для дополнительного повышения температуры плавления за счет блокирования открытой пористости биохимического материала - диатомит, либо опока, либо трепел. Этот компонент представляет собой микродисперсный материал - отход производства металлического кремния или ферросилиция. За счет очень мелких частиц он хорошо наносится на поверхность диатомита, либо опоки, либо трепела, проникает в открытые микропоры и поэтому хорошо удерживается на поверхности. Чрезмерное образование излишней пылевидной фракции в смеси при большой концентрации в ней микрокремнезема определяет верхний предел его содержания. Нижний предел его содержания в составе для теплоизоляции металла обусловлен возможностью применения диатомита, либо опоки, либо трепела с минимальным содержанием кремнеземсодержащего и углеродсодержащего материала в случаях, описанных выше.

За счет высокой термостойкости (температура плавления более 1480 град), пористости (более 80%) и низкой теплопроводности, состав для теплоизоляции расплава металла ограничивает тепловое излучение, препятствуя остыванию металла.

За счет особого химического состава микрокремнезема (значительное количество аморфного диоксида кремния) состав для теплоизоляции расплава металла не прилипает к футеровке, сохраняет сыпучесть и после длительного контакта с расплавленным металлом (до 40 часов), и после контакта с находящимся на поверхности металла шлаком.

При использовании заявляемого состава для теплоизоляции расплава металла в промежуточном ковше состав для теплоизоляции расплава металла остается жидкоподвижным на протяжении разливки целой серии плавок. При этом исключается образование шлако-металлической настыли (металлического нароста). Ввиду отсутствия твердой корки состава для теплоизоляции промежуточного ковша не прихватывается и, следовательно, не затрудняется регулировка рабочего положения привода стопора ковша и уровня расплава в ковше при сливе.

В процессе эксплуатации состава для теплоизоляции расплава металла его состав не проплавляется, а сохраняет свое порошкообразное состояние, что исключает явление науглероживания металла.

Снижение пыления при использовании состава для теплоизоляции расплава металла обеспечивают за счет использования следующего фракционного состава, представленного в таблице 5.

Примеры состава компонентов, предлагаемого состава для теплоизоляции расплава металла

В таблице 6 приведен пример конкретного состава компонентов.

В таблице 7 приведены показатели температуры полного расплавления, насыпной плотности, коэффициента теплопроводности при комнатной температуре и доля пылевидной фракции (менее 1 мм) (для состава по таблице 6).

Из данных таблицы 7 видно, что составы 2-5 обладают приемлемыми значениями температуры полного расплавления для эффективной теплоизоляции жидкой стали и чугуна без расплавления состава. Заявляемый состав 5 используют в основном для теплоизоляции жидкого чугуна, имеющего значительно более низкую температуру, а также для теплоизоляции стали некоторых марок (рельсовая, кордовая, шарикоподшипниковая и т.п.), имеющей низкую температуру ликвидус. При увеличении содержания микрокремнезема и графита наблюдается повышение температуры плавления состава вплоть до их содержания 20% и 15% соответственно, затем рост температуры плавления резко замедляется. Однако при увеличении содержания этих материалов во всем исследованном диапазоне наблюдается рост коэффициента теплопроводности и увеличение доли пылевидной фракции, что негативно сказывается на утепляющей способности и загрязненности рабочей зоны. Из всего вышесказанного следует, что для теплоизоляции жидкой стали и чугуна могут быть эффективно использованы составы 2-5.

В таблице 8 приведен конкретный состава компонентов.

В таблице 9 приведены показатели температуры полного расплавления, насыпной плотности, коэффициента теплопроводности при комнатной температуре и доля пылевидной фракции (менее 1 мм) (для состава по таблице 8).

Из данных таблицы 9 видно, что составы 7-10 обладают приемлемыми значениями температуры полного расплавления для эффективной теплоизоляции жидкой стали и чугуна без расплавления состава. Заявляемый состав 10 используют в основном для теплоизоляции жидкого чугуна, имеющего значительно более низкую температуру, а также для теплоизоляции стали некоторых марок (рельсовая, кордовая, шарикоподшипниковая и т.п.), имеющих низкую температуру ликвидус. При увеличении содержания микрокремнезема и технического углерода наблюдается повышение температуры плавления состава вплоть до их содержания 20% каждого, затем рост температуры плавления резко замедляется. Однако при увеличении содержания этих материалов во всем исследованном диапазоне наблюдается рост коэффициента теплопроводности и увеличение доли пылевидной фракции, что негативно сказывается на утепляющей способности и загрязненности рабочей зоны. Таким образом, для теплоизоляции жидкой стали и чугуна могут быть эффективно использованы составы 7-10.

В таблице 10 приведен конкретный состава компонентов.

В таблице 11 приведены показатели температуры полного расплавления, насыпной плотности, коэффициента теплопроводности при комнатной температуре и доля пылевидной фракции (менее 1 мм) (для состава по таблице 10).

Из данных таблицы 11 следует, что составы 12-15 обладают удовлетворительными значениями температуры полного расплавления для эффективной теплоизоляции жидкой стали и чугуна без расплавления состава. Заявляемый состав 15 используют в основном для теплоизоляции жидкого чугуна, имеющего значительно более низкую температуру, а также для теплоизоляции стали некоторых марок (рельсовая, кордовая, шарикоподшипниковая и т.п.), имеющих низкую температуру ликвидус. При увеличении содержания микрокремнезема и кокса наблюдается повышение температуры плавления состава вплоть до их содержания 20% каждого, затем рост температуры плавления резко замедляется. Однако при увеличении содержания этих материалов во всем исследованном диапазоне наблюдается рост коэффициента теплопроводности и увеличение доли пылевидной фракции, что негативно сказывается на утепляющей способности и загрязненности рабочей зоны. Таким образом, для теплоизоляции жидкой стали и чугуна могут быть эффективно использованы составы 12-15.

Способы применения состава

Состав для теплоизоляции расплава металла подают на поверхность расплавленного металла в сталеразливочном ковше из расчета 1,0-2,0 кг/т и в промежуточном ковше из расчета 0,15-0,50 кг/т.

Изобретение поясняется следующими примерами использования состава для теплоизоляции расплава металла.

Пример 1 (см. таблицу 6 состав 4)

Опытно-промышленное опробование состава для теплоизоляции расплава металла, состав которого представлен в таблице 3, проводили при теплоизоляции поверхности жидкой стали в сталеразливочном ковше емкостью 160 тонн при разливке низкоуглеродистых марок стали в период с 06.06.2016 г. по 10.06.2016 г. В качестве биохимического материала использовали диатомит, а в качестве углеродсодержащего - графит. Для исключения науглероживания стали в состав добавляли минимальное количество углеродсодержащего материала (графит). Подачу смеси осуществляли после завершения всех операций по внепечной обработке перед транспортировкой на разливку.

В рамках испытаний определяли оптимальный удельный расход состава для обеспечения удовлетворительной теплоизоляции жидкой стали. При использовании серийной смеси с удельным расходом 2 кг/т в среднем обеспечивается падение температуры стали 0,15°С в минуту, что гарантирует стабильность процесса разливки и получение качественной непрерывно литой заготовки. Контроль за изменением температуры жидкой стали осуществляли однократно в стальковше перед отдачей на разливку и три раза в промежуточном ковше в течение разливки плавки. Также визуально определяли качество укрытия - долю закрытой поверхности зеркала жидкой стали после отдачи смеси, оценивали состояние смеси после окончания разливки, ее влияние на износ футеровки, работу донных блоков продувки и образование наростов на футеровке. В таблице 12 указана скорость падения температуры при различном удельном расходе состава для теплоизоляции металла. Для обеспечения равных условий сравнения в промежуточном ковше во время опытных плавок применялась та же теплоизолирующая смесь (на основе золы рисовой шелухи), что и при обычных условиях.

При удельном расходе состава 1,0 кг/т наблюдалось недостаточное закрытие зеркала металла в сталеразливочном ковше (70-80%), было заметно свечение металла у стенок сталеразливочного ковша. В связи с этим была получена средняя скорость падения температуры металла, превышающая допустимое значение. Но уже при удельном расходе 1,5 кг/т состав для теплоизоляции расплава металла полностью закрывал зеркало металла и скорость падения температуры металла была ниже контрольной величины. При одинаковых удельных расходах (2 кг/т) опытный состав для теплоизоляции расплава металла обеспечивает лучшее утепление металла на 0,06°С/мин, что эквивалентно 3,6°С за среднее время разливки одной плавки 60 мин. Таким образом, при использовании предлагаемого состава для теплоизоляции расплава металла, по сравнению со стандартной смесью представляется возможным работа с меньшим перегревом над температурой ликвидус, что способствует получению лучшей макроструктуры слитка, снижению затрат на подогрев стали, меньшему износу футеровки и меньшему времени внепечной обработки.

Процесс слива шлака с остатками состава для теплоизоляции расплава металла после окончания разливки проходил без осложнений. Было заметно, что преимущественно состав оставался в нерасплавленном состоянии, что весьма важно для хорошей теплоизоляции. Визуальный осмотр ковша после слива шлака показал отсутствие наростов на футеровке ковша, износ рабочего слоя футеровки находился на том же уровне, что и при использовании серийной смеси. Нарушений в работе донных продувочных блоков после слива шлака и остатков смеси не зафиксировано.

Пример 2 (см. таблицу 8 состав 8)

Опытно-промышленное опробование состава для теплоизоляции расплава металла, состав которого представлен в таблице 2, проводили в условиях металлургического завода «Петросталь» при теплоизоляции поверхности жидкой стали в сталеразливочном ковше емкостью 90 тонн при разливке среднеуглеродистых легированных марок стали в период с 12.09.2016 г. по 15.09.2016 г. В качестве биохимического материала использовали опоку, а в качестве углеродсодержащего - технический углерод. Подачу смеси осуществляли с помощью крана после завершения всех операций по внепечной обработке перед транспортировкой на разливку.

В рамках испытаний определяли оптимальный удельный расход состава для обеспечения хорошей теплоизоляции жидкой стали и скорости падения температуры металла не выше 0,15°C/мин. При использовании стандартной технологии теплоизолирующая смесь не подается на поверхность стали в стальковше, вследствие чего средняя скорость падения температуры металла составляет 0,37°C/мин и металл перед разливкой существенно перегревают. Контроль за изменением температуры жидкой стали в стальковше осуществляется два раза: перед отдачей на разливку и в конце разливки плавки. Также визуально определяли качество укрытия - долю закрытой поверхности зеркала жидкой стали после отдачи смеси, оценивали состояние смеси после окончания разливки, ее влияние на износ футеровки и образование наростов на футеровке. В таблице 13 указана скорость падения температуры при различном удельном расходе состава для теплоизоляции металла.

При удельном расходе состава 1,0-1,4 кг/т наблюдалось недостаточное закрытие зеркала металла в сталеразливочном ковше, было заметно свечение металла у стенок сталеразливочного ковша. В связи с этим была получена средняя скорость падения температуры металла, превышающая целевое значение. При удельном расходе 1,8 кг/т состав для теплоизоляции расплава металла полностью закрывал зеркало металла и скорость падения температуры металла была ниже целевой величины. При удельном расходе 2,2 кг/т опытный состав для теплоизоляции расплава металла обеспечивает еще более лучшее утепление металла. Таким образом, при использовании предлагаемого состава для теплоизоляции расплава металла, представляется возможным работа с существенно меньшим перегревом над температурой ликвидус, что способствует получению лучшей макроструктуры слитка, снижению затрат на подогрев стали, меньшему износу футеровки и меньшему времени внепечной обработки.

Слив шлака с остатками состава для теплоизоляции расплава металла после окончания разливки проходил без осложнений. Было заметно, что преимущественно состав оставался в нерасплавленном состоянии, что весьма важно для хорошей теплоизоляции. Визуальный осмотр ковша после слива шлака показал отсутствие наростов на футеровке ковша, износ рабочего слоя футеровки находился на том же уровне, что и без использования состава.

Пример 3 (см. таблицу 10 состав 12)

Опытно-промышленное опробование состава для теплоизоляции расплава металла, состав которого представлен в таблице 1, проводили в условиях металлургического завода «ОМ3-Спецсталь» при теплоизоляции поверхности жидкой стали в сталеразливочном ковше при разливке среднеуглеродистых и высокоуглеродистых легированных марок стали в период с 17.10.2016 г. по 20.10.2016 г. В качестве биохимического материала использовали трепел, а в качестве углеродсодержащего - кокс. Подачу смеси осуществляли вручную после завершения всех операций по внепечной обработке перед транспортировкой на разливку.

В рамках испытаний определяли оптимальный удельный расход состава для обеспечения хорошей теплоизоляции жидкой стали и скорости падения температуры металла не выше 0,20°C/мин (в соответствии с регламентом завода). При использовании стандартной технологии теплоизолирующая смесь не подается на поверхность стали в стальковше, вследствие чего средняя скорость падения температуры металла составляет 0,35-0,40°C/мин и металл перед разливкой существенно перегревают. В период испытаний контроль за изменением температуры жидкой стали в сталеразливочном ковше осуществлялся два раза: перед отдачей на разливку и в конце разливки плавки. Также визуально определяли качество укрытия - долю закрытой поверхности зеркала жидкой стали после отдачи смеси, оценивали состояние смеси после окончания разливки, ее влияние на износ футеровки и образование наростов на футеровке. В таблице 14 указана скорость падения температуры при различном удельном расходе состава для теплоизоляции металла.

При удельном расходе состава 1,0-1,2 кг/т наблюдалось недостаточное закрытие зеркала металла в сталеразливочном ковше, было заметно свечение металла у стенок сталеразливочного ковша. Средняя скорость падения температуры металла при таком удельном расходе превышала целевое значение. При удельном расходе 1,4 кг/т состав для теплоизоляции расплава металла полностью закрывал зеркало металла и скорость падения температуры металла была ниже целевой величины. При удельном расходе 1,6 кг/т опытный состав для теплоизоляции расплава металла обеспечивает еще более лучшее утепление металла. Таким образом, при использовании предлагаемого состава для теплоизоляции расплава металла, представляется возможным работа с существенно меньшим перегревом над температурой ликвидус, что способствует получению лучшей макроструктуры слитка, снижению затрат на подогрев стали, меньшему износу футеровки и меньшему времени внепечной обработки.

Слив шлака с остатками состава для теплоизоляции расплава металла после окончания разливки проходил без осложнений. Было заметно, что преимущественно состав оставался в нерасплавленном состоянии. Визуальный осмотр ковша после слива шлака показал отсутствие наростов на футеровке ковша, износ рабочего слоя футеровки находился на том же уровне, что и без использования состава.

Пример 4 (см. таблицу 4)

Опытно-промышленное опробование состава для теплоизоляции расплава металла, состав которого представлен в таблице 4, проводили при теплоизоляции поверхности жидкой стали в сталеразливочном ковше емкостью 100 тонн при разливке высокоуглеродистых (кордовых) марок стали в период с 06.07.2016 г. по 08.07.2016 г. В качестве углеродсодержащего материала использовали кокс в минимальном количестве, а в качестве биохимического - диатомит. Подачу смеси осуществляли вручную после завершения всех операций по внепечной обработке перед транспортировкой на разливку.

В рамках испытаний определяли оптимальный удельный расход состава для обеспечения удовлетворительной теплоизоляции жидкой стали. При использовании серийной смеси с удельным расходом 1,6 кг/т в среднем обеспечивается падение температуры стали 0,19°C в минуту, что гарантирует стабильность процесса разливки и получение качественной непрерывно литой заготовки. Контроль за изменением температуры жидкой стали осуществляется однократно в стальковше перед отдачей на разливку и два раза в промежуточном ковше в течение разливки плавки. Также визуально определяли качество укрытия - долю закрытой поверхности зеркала жидкой стали после отдачи смеси. В таблице 15 указана скорость падения температуры при различном удельном расходе состава для теплоизоляции металла. Для обеспечения равных условий сравнения в промежуточном ковше во время опытных плавок применялась та же теплоизолирующая смесь (на основе золы рисовой шелухи), что и при обычных условиях.

При удельном расходе состава 1,2 кг/т наблюдалось недостаточное закрытие зеркала металла в сталеразливочном ковше (90-100%), было заметно свечение металла у стенок сталеразливочного ковша. Средняя скорость падения температуры металла была выше, чем при использовании стандартной смеси. Но уже при удельном расходе 1,4 кг/т состав для теплоизоляции расплава металла почти полностью закрывал зеркало металла и скорость падения температуры металла была ниже контрольной величины. При одинаковых удельных расходах (1,6 кг/т) опытный состав для теплоизоляции расплава металла обеспечивает лучшее утепление металла на 0,03°C/мин, что эквивалентно 1,8°C за среднее время разливки одной плавки 60 мин. Таким образом, при использовании предлагаемого состава для теплоизоляции расплава металла, представляется возможным работа с меньшим перегревом над температурой ликвидус, что способствует получению лучшей макроструктуры слитка, снижению затрат на подогрев стали, меньшему износу футеровки и меньшему времени внепечной обработки.

Соблюдение норм безопасности:

При создании состава для теплоизоляции расплава металла были учтены «Правила безопасности и производственной санитарии в промышленности строительных материалов» и санитарными нормами и правилами СНиП 12-03-99 «Безопасность труда в строительстве. Часть 1» и СНиП 12-04-2002 «Безопасность труда в строительстве. Часть 2».

Состав для теплоизоляции расплава металла по степени воздействия на живые организмы не является токсичным материалом.

Состав для теплоизоляции расплава металла при воздействии температуры не выделяет в окружающую среду токсических веществ.

Состав для теплоизоляции расплава металла относится к группе негорючих огнестойких материалов.

Состав для теплоизоляции расплава металла не обладает способностью образовывать токсичные соединения в воздушной среде и сточных водах в присутствии других веществ или факторов при температуре окружающей среды.

Состав для теплоизоляции расплава металла является радиационно безопасным материалом. Удельная эффективная радиоактивность естественных радионуклидов водной вытяжки состава для теплоизоляции расплава металла (А_эфф) соответствует СП 2.6.1.758 (НРБ-99).

Испытания были проведены с учетом СП 1.1.1058 «Организация и проведение производственного контроля за соблюдением санитарных правил и выполнением санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий».

При разработке состава были учтены следующие санитарные нормы и санитарные правила:

- СанПин 2.2.4.548 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений»;

- СанПиН 2.2.3.1385 «Гигиенические требования к предприятиям производства строительных материалов»;

- ГН 2.2.5.1313 «Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны»;

- СП 2.2.2.1327 «Гигиенические требования к организации технологических процессов, производственному оборудованию и рабочему инструменту»;

- СН 2.2.4/2.1.8.562 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки».

Состав для теплоизоляции расплава металла при нормальных условиях стабилен, химически неактивен, устойчив к воздействию внешней среды и окислению.

Состав для теплоизоляции расплава металла при использовании, транспортировании, хранении и утилизации не представляет опасности для окружающей среды.

Образующиеся при производстве состава для теплоизоляции расплава металла твердые отходы нетоксичны и не требуют специального обезвреживания перед вывозом на полигоны промышленных отходов.

Методы контроля состава для теплоизоляции расплава металла

При проведении испытаний применяют дистиллированную воду по ГОСТ 6709 и воду питьевую, соответствующую СанПиН 2.1.4.1074.

Подготовка лабораторных проб производилась по ГОСТ 26565 и в соответствии с нормативной документацией на зернистые материалы.

Подготовка к анализам в соответствии с требованиями ГОСТ 27025 в части измерений массы, объема, температуры и точности измерений.

Исследование заявляемого состава для теплоизоляции расплава металла. Отбор проб:

Пробы состава для теплоизоляции расплава металла отбирали механизированным или ручным способом. Масса каждой точечной пробы была не менее 0,1 кг.

Все отобранные пробы объединяли и тщательно перемешивали. Масса объединенной пробы для проведения приемо-сдаточных испытаний была не менее 1 кг. Пробы усредняли методом «кольца» и «конуса» и сокращали методом квартования или с помощью делителя проб.

Определение цвета и вида производили органолептически: 100 г продукта помещали на белый лист бумаги и рассматривали при достаточном освещении.

Определение размера частиц и содержания частиц основного размера производили по ГОСТ 16187.

Определение прочности гранул производили по ГОСТ 9758-86.

Содержание частиц основного размера по массе, проход через сетку №5, проход через сетку №01 определяли по ГОСТ 16187.

Насыпную плотность определяли по ГОСТ 9758.

Влажность определяли по ГОСТ 12597 или на анализаторах влажности в соответствии с аттестованной в установленном порядке методикой измерения. Допускается определение влажности по ГОСТ 211119.1.

Определение потери массы при прокаливании производили по ГОСТ 27800.

Определение содержания оксидов производили по ГОСТ 2642.3, ГОСТ 2642.4, ГОСТ 2642.5 соответственно или спектральными методами анализа в соответствии с аттестованной в установленном порядке методикой измерения.

Определение содержания общего углерода определяли по DIN EN ISO 12677 или ГОСТ 2642.0 и ГОСТ 2642.15.

Определение температуры плавления производили методом синхронного термического анализа по DIN 51006.

Основа действия состава для теплоизоляции расплава металла заключается в высокой теплоизолирующей способности при значительной инертности при взаимодействии предлагаемого состава с расплавом и футеровкой.

Одновременно предлагаемый состав позволит решить проблемы ресурсосбережения на металлургических предприятиях.

Преимущества состава для теплоизоляции расплава металла:

- практически полностью исключает потери тепла с поверхности расплава;

- не отбирает тепло от расплава при отдаче на его поверхность;

- обеспечивает полную изоляцию поверхности жидкого расплава от влияния атмосферы;

- обеспечивает снижение энергозатрат вследствие снижения температуры отдачи металла в стальковш со сталеплавильного агрегата;

- обеспечивает постоянную скорость вытягивания непрерывного слитка на МНЛЗ;

- исключает образование настылей в сталеразливочном ковше;

- позволяет оптимизировать оборот сталеразливочных ковшей;

- способствует увеличению выхода годного металла;

- экологически безопасен;

- удобен для применения в технологических процессах из-за широкого спектра расфасовки;

- имеет конкурентную цену.

Все приведенные примеры подтверждают выполнение поставленной задачи, а именно, создание эффективного состава для теплоизоляции расплава металла с низкой насыпной плотностью, не снижающего качество отливаемых заготовок.

Промышленная применимость доказана примерами 1, 2, 3, 4.

Изобретение относится к области металлургии. Состав для теплоизоляции расплава металла содержит в мас.%: кремнеземсодержащий материал 2,0-20,0, углеродсодержащий материал 1,0-20,0 и биохимический материал 60,0-97,0. Биохимический материал выбран из группы, включающей: диатомит, опоку или трепел. В качестве кремнеземсодержащего материала используют микрокремнезем. В качестве углеродсодержащего материала используют ультрадисперсный углеродсодержащий материал. Биохимический материал измельчают, гранулируют, сушат при температуре 150-400°С и обжигают при температуре 700-1100°С. Охлажденные гранулы биохимического материала смешивают с заранее приготовленной смесью микрокремнезема и ультрадисперсного углеродсодержащего материала. При этом на крошке биохимического материала образуется покрытие из смеси микрокремнезема и ультрадисперсного углеродсодержащего материала. Обеспечивается исключение науглероживания расплава за счет сохранения заявленным составом порошкообразного состояния, снижение износа рабочего слоя футеровки и снижение насыпной плотности состава. 2 н.п. ф-лы, 15 табл., 4 пр.

1. Состав для теплоизоляции расплава металла, содержащий кремнеземсодержащий и углеродсодержащий материалы, отличающийся тем, что он дополнительно содержит биохимический материал, выбранный из группы, включающей диатомит, опоку или трепел, причем в качестве кремнеземсодержащего материала используют микрокремнезем, а в качестве углеродсодержащего материала используют ультрадисперсный углеродсодержащий материал, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

биохимический материал 60,0-97,0 углеродсодержащий материал 1,0-20,0 кремнеземсодержащий материал 2,0-20,0

2. Способ изготовления состава для теплоизоляции расплава металла, включающий измельчение в дробилке и в мельнице биохимического материала, выбранного из группы, включающей диатомит, опоку или трепел, его гранулирование в смесителе-грануляторе, сушку при температуре 150-400°С, обжиг при температуре 700-1100°С, охлаждение до температуры окружающей среды, смешивание с заранее приготовленной в смесителе смесью микрокремнезема и ультрадисперсного углеродсодержащего материала с образованием на крошке биохимического материала покрытия из смеси микрокремнезема и ультрадисперсного углеродсодержащего материала и классифицирование по фракциям.