Способ приготовления противопригарного покрытия Советский патент 1992 года по МПК B22C3/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к подготовке изложниц для разливки стали.

Широко известны способы подготовки изложниц для разливки стали путем нанесения на их внутреннюю поверхность красочных составов и смазок.

Однако известные составы и способы их приготовления имеют существенные недостатки, которые выражаются в том, что используется пищевое сырье (углеводы, растительные масла); создается загазованность атмосферы в процессе нанесения составов (продукты переработки каменного

угля и нефти); требуется длительное время для охлаждения изложниц до 60-110°С (каменноугольная смола, краски на битумной основе); используются дорогостоящие, дефицитные материалы (металлические порошки, оксиды металлов, графит и др.) и пожароопасные вещества (уайт-спирит, бензол, скипидар и др.); в суспензиях имеет место расслаивание и изменение состава покрытия, формируемого на поверхности изложницы.

Однако известный способ обладает существенными недостатками, которые выражаются в следующем. Введение гликолей в рецептуру снижает .термостойкость покрытия (температура разложения до 400°С), гликоли хорошо растворяются в воде, поэтому наличие их в рецептуре снижает водостойкость покрытия. Кроме того, наличие в системе сахаристых веществ вызывает необходимость введения бактерицидных средств, предотвращающих процессы брожения, в свою очередь термическое разложение бактерицидных средств, представляющих собой хлорированные углеводороды, .вызывает коррозию чугунной поверхности изложниц и загрязнение атмосферы в разливочном пролете цеха за счет образования свободного хлора и хлористого водорода.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных характеристик покрытия, повышения стойкости изложниц и улучшение качества слитка.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве материала для приготовления покрытия используют каустобиолиты, содержащие гуминовые вещества, подвергаемые обработке, которые предварительно нейтрализуются насыщенным водным раствором гидрокарбоната натрия или калия, доводятся водой до пастообразного состояния, после чего паста нагревается до начала кипения и охлаждается введением жидкого стекла в объеме, равном объему пасты.

Предварительная нейтрализация ка- устобиолитов, содержащих гуминовые вещества, насыщенным водным раствором гидрокарбоната натрия или калия, доведение их до пастообразного состояния водой, нагревание пасты до начала кипения и охлаждение ее жидким стеклом в объеме, равном объему пасты, является отличием от прототипа.

Исследование известных в науке и технике решений показало, что совместное применение операций по приготовлению покрытия, преимущественно для изложниц, путем предварительной нейтрализации ка- устобиолитов, содержащих гуминовые вещества, насыщенным водным раствором гидрокарбоната натрия или калия, доведением их до пастообразного состояния водой, нагреванием пасты до начала кипения

и охлаждением ее жидким стеклом в объеме, равном объему пасты, не было обнаружено, в то время как только совместное применение указанной последовательности операций по приготовлению покрытия,

преимущественно для изложниц, приводит к достижению поставленной цели.

Положительный эффект достигается совокупностью всех признаков и операций, но причиной достижения поставленной цели

(повышение эксплуатационных характеристик покрытия, стойкости изложниц и улучшение качества слитка) является использование в качестве активного компонента покрытия каустобиолита, содержащего гуминовые вещества.

Генетический ряд каустобиолитов может быть представлен в виде: растения - торф - бурый каменный.уголь - каменный уголь антрацит.

Среди каустобиолитов особыми свойствами обладают торф и бурый каменный уголь, их объединяет то, что и в торфе и буром каменном угле в больших количествах содержатся гуминовые вещества (гуминовые J

кислоты, фульвокислоты), обладающие способностью растворяться в щелочной среде. Гуматные вытяжки из торфа, бурого каменного угля с жидким стеклом известны,

В настоящее время испытаны и применяются в сталелитейном производстве органические растворители, углеводы, смолы, битумы, пек, антрацен, зольные компоненты (шлаки) в отдельности или в виде сложных композиций для нанесения на рабочую

поверхность изложниц.

Отличительной особенностью каустобиолитов по сравнению с известными компонентами противопригарных составов является то, что они содержат всё известные

компоненты, применяемые в отдельности или в виде композиций. Органическая масса каустобиолитов, состоящая из разнообразных по химическому составу и строению веществ, при воздействии расплавленной стали

подвергаетсп термической деструкции в широком интервале температур (250-1000°С), обеспечивая создание восстановительной среды и сажи в объеме изложницы и препятствуя окислению разливаемого металла кис-лородом воздуха.

Наличие в приготовленной суспензии и в нанесенном покрытии нерастворимых органических частиц, состоящих в основном из целлюлозы и лигнина, обеспечивает при

контакте с жидким металлом образование импульсных очагов бокового дутья, препятствующего контакту разливаемой стали с поверхностью изложницы, что также способствует сохранению рабочей поверхности изложницы от преждевременного разрушения и формированию качественной поверхности слитка стали.

Гидрокарбонаты, вводимые в композицию, нейтрализуют органические вещества каустобиолита (гуминовые и фульвокислоты), после нанесения на горячую поверхность изложницы разлагаются с образованием углекислого газа, который ускоряет процесс отверждения жидкого стекла и обеспечивает придание последнему повышенной стойкости к воздействию капельной влаги (это требование диктуется необходимостью повышения стойкости покрытий к дождеванию при нахождении составов с изложницами под открытым небом).

Жидкое стекло, являясь составной частью противопригарного покрытия, выполняет роль пленкообразующего вещества; создает щелочную среду и обеспечивает растворение гуминовых и фульвокислот каустобиолита; повышение вязкости композиции и предупреждение седиментации органических частиц, содержащихся в ка- устобиолите и не растворимых в воде и жидком стекле, повышение их термостойкости и сохранение от преждевременного сгорания в процессе разливки стали; в присутствии жидкого стекла формируется покрытие с низкой теплопроводностью, что необходимо для формирования прочного наружного слоя слитка; в процессе термического разложения покрытия при контакте с жидким металлом растворимое стекло плавится и превращается в шлаковую пленку, в состав которой также переходят и зольные примеси каустобиолита.

Гуминовые вещества, которые в основном представлены органическими кислотами, придают каустобиолитам кислые свойства, поэтому при введении высокодисперсного каустобиолита в жидкое стекло происходит ускоренное его желирование за счет выделения свободной кремниевой кислоты, разлагающейся с образованием неорганического полимера. Получение пасты на основе каустобиолита и насыщенного водного раствора гидрокарбоната натрия или калия и ее нагревание предусматривают цель нейтрализации каустобиолита, перевод органических кислот в соответствующие соли, растворимые в жидком стекле.

Вода и растворимые в ней компоненты особенно соли гуминовых и фульвокислот,

способствуют смачиванию и повышению адгезии покрытия к чугунной поверхности изложницы. При контакте с горячей поверхностью изложницы (температура 150- 5 200°С) вода удаляется испарением, создавая в покрытии микропористую структуру, при наличии которой покрытие разрушается равномерно по толщине в процессе разливки стали в изложницу.

0 Таким образом, компоненты покрытия обладают основными свойствами, которые предъявляются к составам для формирования покрытия на рабочей поверхности изложницы.

5 П р и м е р 1. Образцы для испытаний на основе торфа (торф низинный, древесный, месторождения Большое Пикино. размер частиц менее 0,6 мм, степень разложения 30%, зольность 10,2%, рН вод0 ной вытяжки 5,4, влажность 10,3%) готовились следующим образом. .

В торф насыпного объема 100 см3 вводят 10 г едкого натра, 50 мл насыщенного водного раствора гидрокарбоната натрия,

5 воду до образования пасты, выдерживают 1 час, пасту нагревают до начала кипения и в нее вводят жидкое стекло в объеме 100 мл (плотность жидкого стекла 1,4 г/см3, ГОСТ 13078-81). Состав готов для испытаний.

0 П р и м е р 2. Образцы для испытаний на основе бурого каменного угля (землистый бурый уголь Березовского месторождения Канско-Ачинского бассейна, зольность 11,3%, рН водной вытяжки 5,1,

5 содержание гуминовых кислот 61,1% на органическую массу, лигнина 29,1%) готовились аналогично примеру 1. Разбавление проводилось насыщенным раствором КНСОз.

0 Составы на основе торфа, бурого угля и жидкого стекла наносились кистью и краскораспылителем на чугунные пластины, при этом наблюдалось хорошее смачивание поверхности. Составы наносились на пла5 стины, имеющие комнатную температуру, затем подвергались нагреванию при температурах 100-110°С,180-200°С, 250-300°С и при температурах 500-600°С. При этом отмечалась хорошая пленкообразующая спо0 собность и устойчивость покрытия к указанным температурам. Состав наносится равномерным слоем, время сушки определяется скоростью испарения воды из покрытия и зависит от температуры. Основ5 ные свойства состава и покрытия приведены в таблице.

При температуре 1000-1100°С покрытия на основе торфа и бурого угля полностью сгорают с образованием шлаковой пленки.

Проводилось также нанесение испытуемых составов на чугунные пластины, предварительно нагретые до температур 100-110°С, 180-200°С, 250-300°С и 500- 600°С. При этом наблюдалась хорошая адгезия испытуемых составов на поверхности пластин, имеющих температуру 100-250°С. На поверхности пластин, нагретых до более высоких температур, происходит вскипание воды и в связи с этим отсутствие прилипания покрытия к поверхности пластин.

Расход каустобиолита составляет примерно 0,3-0,4 кг на 1 т стального слитка, а жидкого стекла (ГОСТ 13078-81) - 0,2-0,3 кг в пересчете на сухой остаток.

Применение предлагаемого способа приготовления покрытия, преимущественно для изложения, по сравнению с прототипом обеспечивает возможность применения более дешевых и доступных сырьевых компонентов (каустобиолит, гидрокарбонат, жидкое стекло), не подвергаемых глубокой переработке (для каустобиолита требуется только механическая переработка-диспергирование), получение состава для формирования покрытия обеспечивается совокупностью меньшего числа и более простых операций (в прототипе самостоятельной и весьма сложной является технология получения солей щелочных и щелочноземельных металлов гуминовой кислоты илиг- носульфоновой кислоты), в предлагаемом способе исключено применение пищевых продуктов (сахара1), органических растворителей (хлорированные углеводороды).

Покрытие, сформированное на основе предлагаемого способа, проявляет более высокую термическую стойкость (отсутству- ют компоненты, например сахара, разлагающиеся до температур 400°С), обеспечивает равномерное выделение за счет термического разложения каустобиолита веществ, создающих восстановительную среду в объеме изложницы в течение времени, соизмеримого с процессом разливки стали, является водостойким (отсутствуют добавки в виде водорастворимых гликолей).

Кроме того, покрытие, сформированное по предлагаемому способу и содержащее только щелочные и нейтральные компоненты, не вызывает коррозии поверхности изложницы (по прототипу - коррозия за счет выделения хлористого водорода и свободного хлора - продуктов термического разло- жения хлорированных углеводородов), сохранению, увеличению стойкости изложниц способстзуеттакже наличие в покрытии термостойкого неорганического связующего (растворимое стекло), предохраняющего поверхность изложницы от прилипания брызг и непосредственного контакта с са мой подвижной (низковязкой) и самой высо- котемпературной частью разливаемой стали (устрэняется причина, вызывающая изменение состава и структуры поверхностного слоя рабочей поверхности изложницы).

Низкая теплопроводность покрытия,

определяемая содержанием стекловидного компонента и микропористой структурой, сохранение покрытия вплоть до завершения заполнения объема изложницы создают

условия для формирования прочного поверхностного слоя слитка с углубленным расположением в нем усадочных пор, способствует улучшению качества слитка,

Формула изобретения

Способ приготовления противопригарного покрытия, преимущественно для изложниц, включающий обработку материалов, содержащих гуминовые вещества, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик покрытия, повышения стойкости изложниц, а также улучшения качества слитка, в качестве материала, содержащего гуминовые вещества, используют каустобиолиты, которые предварительно нейтрализуют насыщенным водным раствором гидрокарбоната натрия или калия, доводят их водой до пастообразного состояния, после чего пасту

нагревают цо начала кипения и охлаждают ее введением жидкого стекла в объеме, равном объему пасты.

Использование: в металлургии в качестве покрытия для изложниц. Сущность: приготовляют состав на основе каустобиолитов для получения из него покрытия на изложницах. Генетический ряд каустобиолитов следующий: растения, торф, бурый каменный уголь, каменный уголь, антрацит. Их объединяет наличие в составе гуминовых веществ (больше всего в торфе и буром каменном угле). Покрытие на основе гуминовых веществ приготовляют следующим образом. Каустобиолиты предварительно нейтрализуют насыщенным раствором гидрокарбоната натрия или калия, после чего вводят воду до образования пасты. Пасту нагревают до кипения и вводят жидкое стекло в объеме, равном объему пасты. Получают состав, который наносят как защитное покрытие на изложницы. В случае необходимости паста может разбавляться водой до определенного удельного веса Наличие в составе нерастворимых органических частиц, состоящих из целлюлозы и лигнина, способствует созданию восстановительной среды, что препятствует окислению расплава, атакже способствует сохранению рабочей поверхности изложницы от преждевременного разрушения, Гидрокарбонаты под воздействием тепла изложницы разлагаются с образованием углекислого газа, который ускоряет процесс твердения жидкого стекла, обеспечивая покрытию повышенную стойкость. Жидкое стекло, обеспечивая щелочную среду, растворяет содержащиеся в каустобиолитах гуминовые и сульфокисло- ты, повышает вязкость, предупреждая тем самым седиментацию органических веществ, нерастворимых в воде и жидком стекле. Жидкое стекло повышает их термостойкость и сохраняет от преждевременного сгорания. В процессе нанесения состава на подогретую до 150-200°С изложницу за счет удаления воды образуется микропористое покрытие низкой теплопроводности 2 табл. сл с VI XI XI ю V СЛ

Таблица 1

Таблица 2

Последовательность выполнения операций способа приготовления покрытия, эксплуатационные характеристики покрытия, состояние поверхности изложницы и слитка