Шлакообразующая смесь для скоростной разливки стали Советский патент 1984 года по МПК B22D7/10 C21C5/54 

эо о :о

Изобретение относится к сталеплвильному производству, в частности к шлакообразующим смесям, используемым для разливки стали.

Существуют различные пути повышния качества металла при разливке стали сверху, особое место среди: них занимает разливка под шлаками. В этом случае обычно используют экспотермические смеси, которые ввдят непосредственно в изложницу.

Известны экзотермические смеси, применяемые для разливки стали свеху, содержащие окислители, горючие и инертные шлакообразующие компонеты (наполнители)С13.

Однако эти смеси, используег«яле для разливки стали через слой шлак в изложницах, и применяемые режимы разливки в большинстве случаев не обеспечивают достаточной скорости формирования жидкой шлаковой фазы в начальной стадии наполнения изложниц, что приводит к ухудшению качества поверхности слитка и дополнительному загрязнению металла неметаллическими включениями. При увеличении скорости наполнения интенсифицируется теплообмен между металлом и смесью, плавление шлаковой смесиускоряется. Однако получние высокого качества металла при скоростной разливке стали невозможно при применении известных экзотемических шлакообразующих смесей. Известна экзотермическая шлаобразующая смесь С2 для разливки металла под слоем жидкого ишака, включающая горячий ингредиент из группы активных легкоокнсляющихся кюталлов, твердаай окислитель из группы легковосстанавливающихся кислородсодержащих соединений и шлкообразующий ингредиент, в качестве которого смесь содержит датолит и легкоплавкую глину при следующем соотношении ингредиентов, мас.%; Горючий ингредиент из группы активных легкоокисляющихся металлов15,0-25,0

Твердый окислитель из группы легковосстанавливающихсякислородсодержащих соединений15,0-25,0

Датолит 10,0-60,0 Легкоплавкая глина Остальное Сочетание в смеси таких ингредиентов, как горючие компоненты и легкоплавкие компоненты делает смесь пригодной только для разливки стали с небольшими скоростями 0,01-0,02 м/с (30-40 кг/с).

Большое количество (15,0 25,О мас.% ) горючих компонентов при разливке стали со скоростями (0,02-0,027 м/с (45-65 кг/с) приводит к бурному протеканию экзотермической реакции шлакообразования, что сопровождается всплесками металла, которые способствуют образо ванию таких дефектов поверхности слитков, как шлакометаллические плены. В результате качество получаемого металла снижается.

Сочетание в смеси большого количества горючих компонентов, окислителей и таких легкоплавких шлакообразующих составляющих, как датолит (tn. 950-1000С) и глина (tn lOOO-lioo C) приводит к тому, что при скоростной разливке стали (0,02-0,027 м/с, 45-65 кг/с) образуется легкоплавкий шлак, который при интенсивном перемешивании значительно перегревается, что приводит к резкому снижению его вязкости. В результате шлак не образует гарнисаж достаточной толщины, т.е. он плохо смачивает стенки изложницы что приводит к резкому перепаду температур между коркой слитка и стенкой изложницы, а это в свою очередь приводит к образованию трещин на поверхности слитка (горячие трещины ). По мере остывания слитка происходит его усадка/ а при недостаточной толщине шлакового гарнисажа наблюдается подвисание слитка и вследствие этого - образование трещин подвисания {холодные трещины). врезультате резко снижается качество получаемого металла.

Использование горючих компонентов и окислителей, содержащихся в смеси, приводит к удорожанию ее.

Изготовление порошкообразной смеси сопровождается пылевьщелением и при определенных условиях изготовления (удар, искра) взрывоопасно. Поэтому для изготовления смеси требуется специальное помещение.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является экзотермическая шлакообразующая смесь, включающая -шлак доменных печей, а также алюминий, марганцевую РУДУ, силикатную глыбу, известь и материал, содежащий окислы алюминия, в качестве которого использован боксит, при следующем соотношении компонентов, мае.%:

Алюминий 4-8

Марганцевая

руда9-12

Силикатная

глыба6-12

Шлак доменных

печей10-40

Боксит5-10

Известь 35-40.

Приведенная смесь содержит меньшее количество горючих компонентов (4-8 мас.% ) и окислителей ( 9 -г 12 мас.%, вследствие этого смесь пригодна для разливки стали со скоростью 0,02-0,07 м/с (45-65 кг/с). Качество получаемого при такой разливке .металла выше вследствие того, что экзотермическая реакция шлакообразования протекает менее бурно вязкость получаемого шлака более приближается к оптимальной и толщина шлакового гарнисажа увеличивается С 3 .. Однако известная смесь непригодна для разливки сталей с более высокими скоростями, например со скоростью 0,028-0,038 м/с (66-100 кг/с), так как все же содержит определенное количество горючих компонентов и окислителей в сочетании с легкоплавкими компонентами. Применение такой смеси при более скоростной разливке (0,028-0,038 м/с; 66-100 кг/с) приводит к бурному протеканию экзотерми ческой реакции шлакообразования, что сопровождается всплесками металла, которые способствуют образованию шлакометаллических плен на поверхности слитка, в результате чего качество получаемого металла резко сни жается; к образованию легкоплавкого шлака низкой вязкости, а вследствие этого - к образованию шлакового гарн сажа недостаточной толщины, что приводит к появлению горячих трещин и трещин подвисания на слитке. В резул тате такого процесса разливки получ ется металл низкого качестве. Содер жание горючих компонентов и окислителей приводит к удорожанию смеси и затрудняет ее приготовление. Известный состав экзотермической шлакообразующей смеси многокомпонен тен и это ухудшает процесс шлакообразования. Цельк изобретения является ускор ние процесса шлакообразования и сни жение количества поверхностных дефе тов. Для достижения указанной цели . шлакообразующая смесь для скоростной разливки стали, включающая силикатную глыбу, шлак доменных печей и глиноземсодержащий материал, содержит указанные компоненты при следующем соотношении ингредиентов, мае.%: Силикатная глыба 20-30 Шлак доменных печей 25-35 Глиноземсодержащий материалОстально При этом смесь в качестве глиноземсодержащего материала содержит боксит или ставролитовый концентрат, или шамот. Силикатная глыба (ГОСТ 13079-67) представляет собой отходы стекольно rd производства со следующим составом, мас.%: 71,30,- Na-0 17,70; К20 1,60. в качестве материала, содержащего окислы алюминия (в пределах 2550% ), шлакообразующая смесь может содержать, например, боксит, шамот, ставролитовый концентрат и т.д. Боксит (ГОСТ 6912-74; представляет собой природный материал, используемый для получения алюминия со следукяцим составом ингредиентов, мас.%: SiO, 19,35; Fe.,0, 19,40,А120з 41,7б. Ставролитовый концентрат - отходы процесса обогащения в производстве цветных металлов со следующим содержанием ингредиентов, мас.%: SiOj 31,12f 7,26;- Л12 0 49,56; ,83j MgO 2,94,- Tia,0,94, ZnOt 0,73. Шамот (ТУ-14-8-56-72) - огнеупорный материал со следующим содержанием ингредиентов, мас.%: siO 60,0/ Fe20 j 3,8; AlgO 30,9 4,3. В предлагаемой смеси (в отЬичие от известной | материал, содержащий окислы алюминия, является единственным поставщиком окислов алюминия, что позволяет стабилизировать состав шлака, т.е. формировать шлак с заданными свойствами. Снижение содержания материалов, содержащего окислы алюминия, приводит к уменьшению вязкости шлака, т.е. к ухудшению поверхности слитка. Повышение доли данного материала в смеси способствует формированию шлака с высокой величиной поверхностного натяжения, т.е. с низкой величиной межфазной энергии на границе шлак-металл, и, соответственно, увеличению загрязненности металла шлаковыми включениями, так как в составе данных материалов содержатся окислы железа, снижающие величину межфазной энергии и вызывающие окисление металла и угар элементов в нем, имеющих большое сродство к кислороду. Силикатная глыба является основным поставщиком не только окислов щелочных металлов, но и окислов кремния, тем самым одним из ооновных регуляторов основности образующегося шлака. Снижение содержания силикатной глыбы в предлагаемой смеси приводит к повышению температуры плавления образующегося шлака, понижению межфазной энергии в системе металл-шлак за счет уменьшения в шлаке окислов щелочных металлов, а также к повышению вязкости шлака, т.е. к резкому снижению качества металла. Увеличение в составе смеси силикатной глыбы не оказывает заметного влияния на величину межфазной энергии на границе металлшлак, так как наиболее существенное влияние на этот параметр оказывает содержание в шлаке окислов щелочных металлов до 5%. Вместе с тем увеличение доли окислов кремния приводит к изменению основности ишака и увеличению его вязкости. В предлагаемой смеси главным поставщиком окислов кальция в соста образующегося шпака является шлак . доменных печей. Таким образом, он выполняет функцию одного из глав ных регуляторов основности образующегося шлака . Сний{ение содержания шлака доменных печей в смеси приводит к снижению основности, а следовательно, и вязкости образующегося шлака. Повышение доли шлака доменных печей в смеси приводит к ухудше нию свойств образующегося шлака, способствует повышению в нем содержания серы, которая может переходит в металл. Подбор рационального соотношения в предлагаемой смеси указанных мате риалов с новым функциональным назн чением каждого из них способствует улучшению процесса шлакообразования разливки металла с более высокой скоростью, чем в случае применения известной смеси. Предлагаемая смесь не содержит горючих компонентов и окислителей, она.не экзотермична, содержит компо зицию из двухотносительно легкоплавких компонентов (силикатная глыба и шлак доменных печей )и боле тугоплавкого компонента - материала содержащего окислы али «1ния. При высокоскоростной разливке (0,028-0,038 м/с,- 66-100 кг/с) композиция из двух относительно легкоплавких фракций образует за коротки промежуток времени жидкую шлаковую фазу с низкой температурой плавлени что способствует при интенсивном перемешивании растворению материала содержащего окислы «люминия (например, боксита или -шамота, или ставро литового концентршга ) в этой фазе, и получению конечного шлака оптимальной йязкости для данных условий разливки. Получаемый шлак способствует образованию гаряисажа удовлетворительной толщины (1-1,5 мм), что приводит к снижению вероятности поя ления горячих трещин и трещин подвисания на поверхности слитка и, , соответственно,, способствует улучше нию качества поверхности слитка. Поскольку в смеси нет горючих компонентов и окислителей, при высокой скорости разливки исключаются возможность протекания э сзотермических реакций и вероятность образо ания шлакометаллических плен на поверхности слитка, - качество металла повышается. Предлагаемый состав позволяет улучшить шлакообразование за счет снижения числа компонентов в- смеси. Наилучшие условия шлакообразования наблюдаются при применении предлагаемой смеси при следующих соотношениях компонентов, мас.%: Силикатная глыба 20-30 Шпак доменных печей 25-35 Материал, содержащий окислы алюминия 40-50 При скоростной разливке стали с применением смеси указанного состава можно получить металл высокого качества. Введение указанных компонентов в количестве меньшем, чем предлагаемый нижний предел, приводит к тому, что значительно снижается вязкость получаемого шлака/ шлак становится легкоплавким и образует гарнисаж недостаточной толщины, что в свою очередь способствует появлению горячих трещин и трещин подвисания на поверхности слитка, т.е. снижается качество получаемого металла. Введение же в состав смеси указанных компонентов в количестве большем, чем предлагаемый верхний предел, приводит к получению тугоплавкого шлака высокой вязкости, за счет чего ухудшается процесс шлакообразования, жидкая фаза в шкале незначительна, ухудшается качество шлакового гарнисажа, а отсюда возникает возможность появления горячих трещин и трещин подвисания на поверхности слитка, возникает вероятность загрязнения металла шлаковыми включениями, т.е. резко снижается качество металла. Для изготовления смеси применяются доменный гранулированный шлак коксовой плавки (ГОСТ 3476-60) с содержанием серы не более 2%, силикатная глыба (ГОСТ 13079-67), боксит (ГОСТ-6912-74) или шамот (ТУ-14-8-56-72), или ставролитовый концентрат. При приготовлении смеси компоненты должны быть просушены, измельчены до фракции не более 0,001 м, а затем тщательно перемешаны. Последовательность смешивания компонентов -между собой не регламентируется. Предлагаемая смесь может применяться в виде гранул и в виде порошка, расход смеси составляет 0,005-0,008 кг/кг стали. С предлагаемым составом смеси можно разливать стали массового производства с содержанием углерода 0,1 0,70%. . . Пример. Шлак доменных печей, силикатную глыбу и ставролитовый концентрат (или боксит, или шамот ) просушивают и измельчают до фракции 0,001-0,00088 мм. Высушенные й измельченные компоненты в соот ношении, мае.%:

Силикатная глыба 25

Шлак доменных печей 30

Ставролитовый

концентрат ( или

боксит, или шамот) 45 тщательно перемешивают. Разливку стали марки 45 тп на слитки массой 4,35х10 кГ и 8х1и кГ с применением приготовленной смеси ведут со .скоростью 80 кг/с через стакан отверстием 0,05 м из ковшей емкостью 250х103кГ.

В результате улучшается процесс шлакообразования и получают металл высокого качества.

Исследование качества поверхности слитков осуществляют визуальным путем, исследование макроструктуры и содержания неметаллических включений в металлах - путем отбора проб головной, средней и донной частей раската слитка. Содержание неметгшлических включений исследуют также по сечению отобранных образцов в направлении -от поверхности к центру образца. В таблице показаны исследуемые составы шлакообразующих смесей, концентрация компонентов и физические

характеристики образующихся шлаков.

1. ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ СКОРОСТНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ, включающая силикатную глыбу, шлак доменных печей и глиноземсодержащий материал, отличающаяся тем, что, с целью ускорения процесса Jвдaкoo6paзoвaния и снижения количества поверхностных дефектов, она содержит указанные компоненты при следующем соотношении ингредиентов, мае.%: Силикатная глыба 20-30 . Шлак доменных печей 25-35 Глиноземсодержащий материал . Остальное 2. Смесь по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в ка естве S глиноземсодержащего материала она (Л содержит боксит или ставролитовый концентрат, или шамот.

Исследование вязкости и поверхностного ли при температуре расплавов . натяжения шлаковых расплавов проводи9 10809 Исследование приведенных составов шлакообразующих смесей показало, что поверхность слитков, отлитых с применением смесей 1 и 5; 6 и 10; 11 и 15, поражена пленами. Метгшл при этом содержит включения, источкиком которых является шлаковая смесь. При разливке стали с применением смесей 1-4; 7-9 и 12-14 плены на поверхности слитков не наблюдаются, загрязненность металла не повы-Ю шается, выход годного металла увеличивается более|Чем на 2%, Таким образом, исследования показали, что качество макроструктуры металла и содержание неметалличес-15 ких включений исследованных марок стали соответствует регламентированным, для определенных марок стали,ГОСТам. Применение шлакообразующей сме-20 си предложенного состава при скоростной разливке стали по сравнению с известным позволяет улучшить процесс шлакообразования и по610лучить металл высокого качества.. Предлагаемая смесь по сравнению с известной малокомпонентна, экономична - в ее состав входят недорогостоящие компоненты и изготовление ее не представляет трудностей, смесь в изготовлении нетоксична и взрывобезопасна. В качестве базового объекта принята экзотермическая ишакообразующая смесь, содержащая, мас.%: алюминиевый порошок 17; марганцевая руда 20, плавиковый шпат 15; сил11катная глыба 26) и1пак доменных печей 22. По сравнению с базовым объектом использование изобретения позволяет улучшить Процесс шлакообразования, повысить качество получаемого металла, удешевить смесь, упростить процесс ее изготовления и обезопасить При использовании предложенного состава ожидаемый экономический эффект составит 118,8 руб. на 1 т смеси.