Экзотермическая шлакообразующая смесь для разливки стали Советский патент 1984 года по МПК B22D7/10 C21C5/54 

Изобретение относится к Теталлургии и может быть использовано при разливке стали сверху под слоем жидкого синтетического шлака, получаемого из экзотермических шлакообразующих смесей.

Известны экзотермические шлакообразуюп1ие смеси дпя получения жидкого шлака непосредственно в изложнице, содержащие в качестве горючего алюминиевый порошок 1-31. ,

Недостатками данных смесей .являются их высокая стоимость и отсутствие стабильных физико-химических свойств шлака, особенно при использовании данных смесей для разливки металла сверху.

Известна шлакообразующая смесь для 1 азливки стали, включающая алюминиевую стружку, твердый окислитель и плавиковый шпат L4

Однако указанная смесь применима лишь для разливки стали сифоном.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является экзотермическая шлакообразующая смесь, содержащая алюминиевый порошок, марганцевый концентрат, плавиковый шпат, силикатную глыбу и доменный шлакСЗ}

Эта смесь имеет также высокую стоимость и недостаточно стабильные физико-химические свойства.

Отсутствие стабильных свойств объясняется наличием в смеси алюминиевого порошка, обладающего развитой реакционной поверхностью. При разливке металла сверху смесь испытывает в первый момент гидродинамический удар, в результате чего мелкодисперсный алюминиевый порошок частично вьшосится из изложницы восходящими потоками воздуха, и частично сгорает на воздухе, тем самьм нарушается стехиометрическое соотношение между горючим и окислителем. Это приводит к неполному реагированию окислов марганца, снижению термичности смеси и ухудшению шлакообразования. Kp(ie того, непрореагировавшие окислы марганца переходят в металл и способствуют образованию в нем волосовин. В случае компенсации потерь алюиниевого порошка избыточным его соержанием в смеси, не исключен переход алюминия в металл, что также в некоторых случаях ухудп1ает его

качество - способствует трещинообразованию. Указанные недостатки могут быть устранены путем использования горючего с менее развитой реакционной поверхностью.

Целью, изобретения является повышение термичности смеби и скорости шлакообразования и улучшение качества слитков.

Поставленная цель достигается тем, что экзотермическая шлакообразующая смесь для разливки стали, ключающая твердый окислитель из группы легковосстанавливающихся окислов металла, плавиковый шпат, иликатную глыбу, доменный шлак и люмосодержащий материал, в качестве алюмосодержащего материала содержит тходы алюминиевого производства с одержанием алюминия 35-70 мас.% ракции до 3 мм при следующем соотошении, ингредиентов, мас.%: Отходы алюминиевого производства с содержанием алюминия 35-70 мас.%

20-40 фракции до 3 мм Твердый окислитель из группы легковосстанавливающихся окислов

15-25 металла 5-20

Плавиковый шпат 15-25 Силикатная глыба Доменный шлак Остальное В качестве отходов алюминиевого

производства с содержанием алюминия 35-70 мас.% фракции до 3 мм смесь содержит отсевы алюминиевой стружки или литейных алюминиевых шлаков.

Содержание алюминия в алюминиевых отходах может колебаться от 35 до 70%, причем в литейном алюминиевом шлаке от 35 до 45%, а в отсевах 5 алюминиевой стружки 45-70%, поэтому термичность смесей в зависимости от состава смеси и содержания алюминия в горючем компоненте будет колебаться в пределах 2,39-4,87 кДж/г смеси.

В качестве твердого окислителя из указанной группы могут использоваться марганцевая руда или ее концентрат, окалина или железорудный концентрат. Для более полного взаимодействия восстановителя с окислителем последний должен иметь фракцию не более 1 мм.

Содержание в смеси отходов алюминиевого производства обусловлено обеспечением необходимой термичности .для быстрого формирования (в течение 20 G. при расходе смеси 3 кг/т стали) и нагрева шлака до температуры примерно 1300 С. Нижний и верхний пределы отходов алюминиевого производства обусловлены содержанием в них металлического алюминия, которое колеблется от 35 до 70 мас.%. Уменьшение содержания отходов менее 20 мас.% приводит к снижению термической смеси, и как следствие, к недостаточной скорости формирования шлака, а увеличение более АО мас.% становится экономически нецелесообразным. Содержание твердого окислителя задается на 2-5 мас.% (абс.) меньше стехиометринески необходимого из рас чета частичного взаимодействия восстановителя с окислами натрия и крем ния силикатной глыбы, а также с легковосстановимыми окислами алюминиевого производства. Литейный алюминиевый шлак образуется на заводах Вторцветмет в плаг . вйльных печах при производстве чушкового алюминия и содержит в среднем мас.% алюминий металлический 40; глинозем 24; кремнезем 26; закись железа 5; хлориды 5. Такой состав литейного алюминиевого шлака позволяет использовать его-в качестве горючего компонента. Наличие в нем окислов благоприятно сказывается на физикб-химических свойствах получаемого шлака. Особенность отсева алюминиевой стружки заключается в том, что мелкая фракция (менее 1,0 мм) состоит в основном из негорючей части (кремнезема, глинозема и др.) и ее-улет не может нарушить стехиометрическое соотношение между горючим и окислителем. Плавиковый шпат выбирают в количестве 5-20 мас.% из условия быстрог протекания алюмотермического процесс и создания гомогенного шлака. Уменьшение его содержания менее 5 мас.% затрудняет начало алюмотермического процесса и быстрое получение жидкоподвижного гомогенного шлака, а увеличение более 20 мас.% пОвьшает адгезию шлака к изложнице и к стали. При этом возрастает трудоемкость очистки изложниц, происходит запутывание шлака в металле, что приводит к повьш1енной его отбраковке по неметаллическим включениям. Кроме того, повышенное содержание плавикового шпатаприводит к тому, что во время разливки в атмосферу цеха выделяются вредные для организма человека летучие фтористые соединения. Содержание силикатной глыбы в количестве 15-25 мас,% объясняется необходимостью получения жидкоподвижного гомогенного шлака.. Имея низкую температуру плавления (1089 С), силикатная глыба обеспечивает раннее формирование жидкой фазы, что способствует быстрому растворению основных окислов (в частности, окиси кальция) и ускоряет образование шлака. Уменьшение содержания силикатной глыбы менее 15 мас.% приводит к повьшению вязкости шлака, а увеличение более 25 мас.% при наличии плавикового шпата ,- к увеличенной адгезии шлака к металлу, к повьш1енному угару легирующих элементов стали. Доменный шлак вводится в смесь в качестве наполнителя. Все материалы, кроме отходов алюминиевого производства, должны иметь фракцию 0,5-1,0 мм. Экзотермическая смесь может приготавливаться с использованием существующего оборудования и не требует специальных взрывозащитных мер, так как в отличие от алюминиевого порошка отходы алюминиевого производства являются невзрывоопасным материалом. Приготовленная смесь расфасовывается в. бумажные кульки, которые укладьюаются на дно изложницы во время наборки состава. Расход смеси 2,5 3 кг/т стали. Составы смесей приведены в табл.1.

Таблица 1

1.ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ РАЗЛИВКИ СТАЛИ, включающая твердый окислитель из группы легковосстанавливающихся окислов металла, плавиковый шпат, силикатную глыбу, доменный .шлак и алюмосодержащий материал, отличающаяся тем, что, с целью повьппения термичности смесии скорости шлакообразования и улучшения качества слитков, смесь в качестве алюмосодержащего материала содержит отход алюминиевого производства с содержанием алюминия 35-70 мас.% фракции до 3 мм при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Отход алюминиевого производства с содержанием алюминия 35-70 мас.% фрак20-40 ции до 3 мм Твердый окислитель (Л из группы легковосс станавливающихся 15-25 окислов металла 5-20 Плавиковый шпат 15-25 Силикатная глыба Остальное Доменный шлак 2. Смесь по п. 1, с т л и ч а качестве ю щ а я с я тем, что в отхода алюминиевого производства ю pi с содержанием алюминия 35-70 мас.% фракции до 3 мм она содержит отсевы алюминиевой стружки или литейных алюминиевых шлаков.

В смесях 4-6, 13,14 в качестве горючего компонента использзтотся отходы алюминиевого производства - литейный алюминиевый шлак с фракцией до 3 мм.

Смесь 7 приведена в качестве прототипа.

Отсевы алюминиевой стружки и литейные шлаки заданы из расчета в них металлического алюминия соответственно 52 и 40 мас.%,-что ,чоответствует 17 мас.% алюминиевого порошка в смеси-прототипе.

Содержание силикатной глыбы и плавикового шпата выбирается таким образом, чтобы при максимальном значении плавикового шпата задавалось минимальное количество силикатной

глыбы и наоборот, а общая их конценрация не превьш ала 35 мас.%. В противном случае шлак становится очень жидкоподвижньм, легко отгоняется струей металла к стенкам изложницы и не препятствует образованию брызг а следовательно, и плен на слитке.

О более высоких технологических свойствах предлагаемых смесей по сравнению с прототипом свидетельствуют отобранные после разливки металла шлаки.

В табл 2 приведены составы шлаков из смесей 1-7. С каждой смесью проводилось по 3 опыта. Как видно, шлаки предлагаемых смесей имеют более стабильный химический состав. Примечание. Числитель знаменатель

Таблица 2 среднее значение; - минимально-максимальное значение.

Так, если у шлаков из смеси 7 расхождение по 10,9 мас.% (абс.), то у шлаков из предлагаемых смесей (смесь А) максимальное расхождение равно 5,1 мас.% (абс.).

Кроме того, в шлаках из смеси 7 более низкие концентрации Ад а содержание AljOj ниже теоретического. Это свидетельствует о том, что алюминиевый порошок частично уносит-, ся из изложницы восходящими Потоками воздуха, тем самым нарушается баланс между окислителем и восстановителем, что, в конечном итоге, приводит к дестабилизации свойств шлака.

Сведения по термичности смеси, и скорости шлакообразования приведены в табл. 3.

Таблица 3

23

20

17

22

Как следует из табл. 4, браковка по плене снизилось 0,62%.

10

1102657

Продолжение табл. 3

15-25 с разливки металла сверз у обеспечить полное формирование жидко шлака. Качество поверхности слитков, отлитых под смесями, содержащими алюминиевые отходы, лучше, чем при разливке под известной смесью 7, за счет получения шлака с более стабильными физико-химическими свойст-вами, так как отсутствует улет мелкой фракции алюминиевого порошка из изложницы восходящими потоками возяуха в начале разливки.

Сведения по качеству получаемых слитков приведены в табл. 4.

Таблица 4

2,2

20 1,58

25

от- Таким образом, использование отна ходов алюминиевого производства в

.пшакообразующих смесях для разливки

11110265712

стали сверху приводит к стабилизации Ожидаемый годовой экономический физико-химических свойств шлака,эффект от максимального объема исулучшению технологических свойствпользования изобретения составит окошлака и повьпвению качества металла.ло 250 тыс.руб.