ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ СТАЛИ И БРИКЕТ ИЗ ШЛАКООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСИ Российский патент 2020 года по МПК C22B1/24 C21C7/04 C21C7/76 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в агрегатах комплексной обработки стали (АКОС) при внесении шлакообразующих смесей в печь-ковш для ускоренного получения рафинировочных шлаков на поверхности жидкого расплава.

Обычно шлак покрывает поверхность жидкого металла при различных металлургических процессах, в том числе, при рафинировании жидких расплавов. Шлак представляет сплав оксидов переменного состава; главными компонентами шлака являются кислотный оксид SiO₂ и щелочные оксиды СаО, FeO, MgO, а также нейтральные оксиды Аl₂O₃. В процессе химической реакции, происходящей при обработки стали шлаком, содержащим Аl, и называемой раскислением, остается продукт раскисления Аl₂O₃, который удаляют при последующем рафинировании продукта.

Для приготовления шлакообразующих смесей с различными свойствами, такими как температура плавления, время образования расплава, его агрессивность по отношению к футеровке, наличие и количество примесей и пр., и, как следствие, для обеспечения управляемости процессом плавки, могут быть использованы различные материалы и их комбинации, например - электрокорунд, белый корунд, глинозем, плавиковый шпат и другие.

Электрокорунд представляет собой огнеупорный и химически стойкий сверхтвердый материал на основе оксида алюминия (Аl₂O₃) с содержанием 89-99 мас. %. Белый электрокорунд (марки: 25А, 24А, 23А) содержит Аl₂O₃ в количестве 98,5-99 мас. %. Температура плавления электрокорунда составляет 2200°С. Преимущества использования белого электрокорунда в качестве шлакового компонента определяются отсутствием в нем каких-либо примесей; содержанием оксида алюминия (Аl₂O₃) полностью в химически не связанном состоянии для последующего, после расплавления, соединения с оксидом кальция (СаО); возможностью точного расчета дозировки и предсказуемостью процесса шлакообразования по времени и присадкам. К недостаткам использования белого электрокорунда в качестве шлакового компонента могут быть отнесены высокая температура плавления; необходимость большого количества времени для образования жидкоподвижного шлака; высокие энергозатраты на шлаконаведение. Использование дробленого белого электрокорунда, собранного в брикет на основании органической связки, решает проблему длительности плавления лишь отчасти, при этом корректировку негативных свойств белого электрокорунда осуществляют за счет добавления в состав брикета глинозема и/или плавикового шпата.

Глинозем - безводный оксид алюминия (Аl₂O₃) - представляет собой порошок со средними размерами сферических гранул 50-200 мкм и с температурой плавления 2044°С, что способствует более высокой, по сравнению с электрокорундом, скорости его расплавления в шлаке. Глинозем, при более низкой цене, обладает схожими с корундом свойствами и химическим характеристиками, однако имеет низкую способность к брикетированию, и, как следствие, ограничение по процентному содержанию в брикете.

Основными достоинствами корундов и глинозема являются длительное время сохранения жидкоподвижности шлака, защита футеровки, высокие ассимилирующие способности шлака.

Плавиковый шпат является природной формой существования флюорита (CaF₂) с содержанием CaF₂ - 90-95 масс. %, и SiO₂ - не более 5 мас. %. Относительное содержанием кальция (Са) и фтора (F) - соответственно 51,33%, 48,67%. Температура плавления плавикового шпата составляет 1360°С. Присадки плавикового шпата увеличивают скорость растворения извести, способствуя формированию подвижного высокоосновного шлака. Металлургические сорта флюоритового продукта должны содержать свыше 65% CaF₂ и их технические условия применения определяют обязательную большую размерность кусков флюорита. Однако, дефицитность и высокая стоимость плавикового шпата с крупными фракциями - более 50 мм ограничивает возможности его широкого применения. По этой причине плавиковый шпат в основном применяют в виде брикетов, используя его более дешевые мелкие фракции, при этом доля фракций в шлаковой смеси менее 50 мм составляет менее 10%. Главным положительным свойством плавикового шпата при его введении в шлакообразующую смесь является высокая скорость наведения шлака и высокая скорость десульфурации за счет жидкоподвижности шлака. В то же время шпат обладает и отрицательными свойствами, ограничивающими его количество в смеси. Это быстрая потеря жидкоподвижности шлака, разрушительное воздействие на футеровку теплового агрегата в шлаковом поясе за счет содержания оксида кремния (механическая коррозия), низкие абсорбирующие свойства шлака, наличие примесей.

Совместное использование в шлаковой смеси корунда, глинозема и плавикового шпата позволяет получить смесь с заданными характеристиками, обусловленными положительными свойствами каждого компонента.

Известны шлакообразующая смесь для рафинирования стали (варианты) и брикет из шлакообразующей смеси (варианты) [описание патента РФ №2401869, опубл. 20.10.2010]. Шлакообразующая смесь включает либо компоненты, содержащие только оксид алюминия (Аl₂O₃) с содержанием в них оксида алюминия в количестве 30-99 мас. %, либо компоненты, содержащие оксид алюминия (Аl₂O₃) и алюминий с содержанием в них оксида алюминия в количестве 30-99 мас. % и алюминия в количестве 1-20 мас. %. Брикет из шлакообразующей смеси для рафинирования стали, включает либо компоненты, содержащие только оксид алюминия (Аl₂O₃) с содержанием в них оксида алюминия в количестве 30-99 мас. %, либо компоненты, содержащие оксид алюминия (Аl₂O₃) и алюминий с содержанием в них оксида алюминия в количестве 30-99 мас. % и алюминия в количестве 1-20 мас. %, при этом указанные компоненты имеют фракционный состав 0-5 мм.

Недостатком данной шлакообразующей смеси является включение в ее состав вторичных огнеупорных материалов, имеющих нестабильный химический состав, высокое содержание оксида кремния SiO₂ и других примесей, что обусловливает нестабильность химического состава рафинировочного шлака и его агрессивное воздействие на футеровку.

Известен также Брикет из шлакообразующей смеси для рафинирования стали [описание патента РФ №2660782, опубл. 09.07.2018], содержащий ингредиенты в виде сформованных частиц корундового материала, глинозема и органического связующего, (отличающийся тем, что), при этом в качестве корундового материала использован сферокорунд, в качестве отходов производства белого электрокорунда - непроплав высокоглиноземистый, а брикет высушен при температуре 50-80°С не менее 15 часов.

Недостатком данной шлакообразующей смеси и, соответственно, брикетов является длительность наведения шлака за счет высоких температур плавления компонентов и их высокая конечная стоимость за счет высокой стоимости исходного сырья.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание шлакообразующей смеси с низким содержанием оксида кремния SiO₂, имеющей стабильный химический состав, позволяющей с высокой точностью рассчитать ее количество, участвующее в процессе рафинирования стали, для введения в АКОС, а также обеспечение быстрого наведение шлака на зеркале расплава.

Для решения технической задачи шлакообразующая смесь для рафинирования стали, имеющая в своем составе компоненты, содержащие оксид алюминия (Аl₂O₃), включает компоненты с содержанием в них Аl₂O₃ в количестве 89-99 мас. % и, дополнительно, плавиковый шпат (CaF₂) с содержанием CaF₂ в количестве 90-95 масс. % при следующем соотношении их в смеси, мас. %:

корунд 60-90 глинозем 5-15, плавиковый шпат 5-25.

Технический результат использования изобретения состоит в возможности стабилизации химического состава шлакообразующей смеси, снижения температуры плавления шлакообразующей смеси и, соответственно, ускорения процесса наведения шлака за счет высокого содержания оксида алюминия (Аl₂O₃) при незначительном (на уровне следа) присутствии примесей и добавления в смесь плавикового шпата (CaF₂) с более низкой, по сравнению с корундом, температурой плавления.

Для введения в АКОС шлакообразующей смеси последнюю формуют в виде брикетов для исключения выдувания ее легких, пылеобразных фракций с поверхности расплава.

Технической задачей, решаемой при создании брикета из предлагаемой шлакообразующей смеси, является исключение потерь смеси при ее введении в АКОС, стабилизация ее химического состава и возможность точного расчета веса смеси, участвующей в процессе рафинирования заданного количества стали, а также укрупнение фракционного размера присутствующего в брикете плавикового шпата

Для решения технической задачи в состав брикета, имеющего размер 50-80 мм и включающего спрессованные частицы компонентов, содержащих оксид алюминия (Аl₂O₃), а также органическое связующее, обеспечивающее дефрагментацию брикета на фракции, в количестве 1-4 мас. %, включены компоненты, содержащие Аl₂O₃ в количестве 89-99 мас. %, а также дополнительно плавиковый шпат (CaF₂) с содержанием CaF₂ - 90-95 масс. %, при следующем соотношении их в смеси, мас. %:

корунд 60-90 глинозем 5-15, плавиковый шпат. 5-25

Технический результат использования предлагаемого брикета состоит в исключении потерь смеси при ее загрузке в АКОС, обеспечении стабильного химического состава шлакообразующей смеси за счет высокого (близкого к 100 мас. %) содержания оксида алюминия (Аl₂O₃) и незначительного (на уровне следа) присутствия примесей, а также в возможности с высокой точностью рассчитать количество смеси (брикетов), необходимое для введения в определенное количество расплава в процессе рафинирования стали, при этом введение в брикеты плавикового шпата позволяет снизать температуру их плавления и повысить скорость процесса рафинирования стали.

Ниже даны примеры составов шлакообразующей смеси и брикетов из нее, а также показатели соответствующих плавок.

Смесь №1.

Состав смеси, мас. %:

корунд 80 фракционный состав 0-10 мм температура плавления 2200°С глинозем 10 температура плавления 2044°С плавиковый шпат 10 температура плавления 1360°С эмульсия ПВА 4%

При отдаче в известь в пропорциях 1/4 - начало плавления и образования кальцийалюмината при температуре 1360°С с последующим нагревом до 2250°С, общее время наведения шлака 50 мин.

Смесь №2.

Состав смеси, мас. %:

корунд 70 фракционный состав 0-10 мм температура плавления 2200°С глинозем 10 температура плавления 2044°С плавиковый шпат 20 температура плавления 1360°С эмульсия ПВА 4%

При отдаче в известь в пропорциях 1/4 - начало плавления и образования кальцийалюмината при температуре 1360°С с последующим нагревом до 2250°С, общее время наведения шлака 40 мин.

Смесь №3.

Состав смеси, мас. %:

корунд 65 фракционный состав 0-10 мм температура плавления 2200°С глинозем 15 температура плавления 2044°С плавиковый шпат 20 температура плавления 1360°С эмульсия ПВА 4%

При отдаче в известь в пропорциях 1/4 начало плавления и образования кальцийалюмината при температуре 1360°С с последующим нагревом до 2250°С, общее время наведения шлака 50 мин.

Смесь №4.

Состав смеси, мас. %:

корунд 75 фракционный состав 0-10 мм температура плавления 2200°С глинозем 5 температура плавления 2044°С плавиковый шпат 20 температура плавления 1360°С эмульсия ПВА 4%

При отдаче в известь в пропорциях 1/4 - начало плавления и образования кальцийалюмината при температуре 1360°С с последующим нагревом до 2250°С, общее время наведения шлака 35 мин.

Смесь №5.

Состав смеси, мас. %:

корунд 80 фракционный состав 0-10 мм температура плавления 2200°С глинозем 15 температура плавления 2044°С плавиковый шпат 5 температура плавления 1360°С эмульсия ПВА 4%

При отдаче в известь в пропорциях 1/4 начало плавления и образования кальцийалюмината при температуре 1360°С с последующим нагревом до 2250°С, общее время наведения шлака 60 мин.

Использование заявленного изобретения дает возможность стабилизации химического состава шлакообразующей смеси, снижения температуры плавления шлакообразующей смеси и, соответственно, ускорения процесса наведения шлака за счет высокого содержания оксида алюминия (Аl₂O₃) при незначительном (на уровне следа) присутствии примесей и добавления плавикового шпата (CaF₂), и, позволяет с высокой точностью рассчитать количество смеси (брикетов), необходимое для введения в определенное количество расплава в процессе рафинирования стали в АКОС, что в совокупности с увеличением скорости процесса рафинирования стали и приемлемой стоимостью сырья положительно сказывается на себестоимости продукции.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в агрегатах комплексной обработки стали (АКОС) при внесении шлакообразующих смесей в печь-ковш для ускоренного получения рафинировочных шлаков на поверхности жидкого расплава. Брикет содержит спрессованные частицы плавикового шпата с содержанием CaF₂ 90-95 мас. %, корунда и глинозема с содержанием Al₂O₃ в них в количестве 89-99 мас. % и органическое связующее, обеспечивающее дефрагментацию брикета на фракции, при следующем соотношении компонентов, мас. %: корунд 60-90, глинозем 5-15, плавиковый шпат 5-25, органическое связующее 1-4. Изобретение позволяет стабилизировать химический состав шлакообразующей смеси, снизить температуру ее плавления и ускорить процесс наведения шлака за счет высокого содержания оксида алюминия и добавления плавикового шпата. 2 н.п. ф-лы, 5 пр.

1. Шлакообразующая смесь для рафинирования стали, включающая компоненты, содержащие оксид алюминия (Al₂O₃), отличающаяся тем, что она дополнительно содержит плавиковый шпат с содержанием CaF₂ 90-95 мас. %, а в качестве компонентов, содержащих оксид алюминия (Al₂O₃), использованы корунд и глинозем с содержанием Al₂O₃ в количестве 89-99 мас. %, при следующем соотношении компонентов в смеси, мас. %:

корунд 60-90 глинозем 5-15 плавиковый шпат 5-25

2. Брикет из шлакообразующей смеси для рафинирования стали, имеющий размер 50-80 мм и содержащий спрессованные частицы компонентов, содержащих оксид алюминия (Al₂O₃), и органическое связующее, обеспечивающее дефрагментацию брикета на фракции, в количестве 1-4 мас. %, отличающийся тем, что он дополнительно содержит плавиковый шпат с содержанием CaF₂ 90-95 мас. %, а в качестве компонентов, содержащих оксид алюминия (Al₂O₃), использованы корунд и глинозем с содержанием Al₂O₃ в количестве 89-99 мас. %, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

корунд 60-90 глинозем 5-15 плавиковый шпат 5-25 органическое связующее 1-4