Теплоизолирующая смесь для разливки стали Советский патент 1982 года по МПК B22D7/10 C21C5/54 

(5) ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ РАЗЛИВКИ

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к сталеплавильному производству и может быть использовано при разливке стали из сталеразливочных ковшей.

При выплавке нержавеющих сталей для снижения угара легирующих элементов в стали (титана, хрома и др.) и содержания водорода применяют как печное, так и внепечное рафинирование ,Q металла отработанными синтетическими шлаками, предварительно использованными при рафинировании других марок сталей.

Однако эти шлаки в силу высокого ,5 содержания Аб,0а имеют высокие температуры начала кристаллизации, а образовавшиеся при попадании печного шлака в процессе выпуска металла из печи продукты взаимодействия aiToro 20 шлака с материалом огнеупорной футеровки сталеразливочного ковша имеют температуры плавления выше темпераСТАЛИ

тур разливки стали, что вызывает образование на поверхности футеровки гарнисажа. Этот процесс уменьшает емкость ковша и требует очистки поверхности футеровки. При этом прочный контакт продуктов гарнисажа с огнеупором ведет к повреждению последнего при очистке, что снижает, в свою очередь, стойкость футеровки.

Для корректировки-составов и физико-химических свойств шлаков, имеющих гетерогенную структуру, необходимо повысить их жидкоподвижность. Это достигается либо введением добавок в синтетический шлак,либо разработкой новых составов синтетических шлаков, либо утеплением поверхности шлака в сталеразливочном ковше.

Известно введение в состав шлака разжижающих добавок, например силикатной глыбы l.

Недостатком этого состава следует считать присутствие в силикатной глыбе кремнезема, что способствует угару легирующих элементов в стали (Ti, АС, Сг). Введение же силикатной глыбы на поверхность шлака -в сталеразливочном ковше вследствие сравнительно высокой теплопроводности ее мало приводит к защите поверхности шлака от переохлаждения и кристаллизации.

Известен состав 2 для рафинирования СаО SiO. 10-2.0; А&2.0а 210; CaF 30-45.

Однако смесь имеет низкую температуру плавления, однако ее применение в процессе выплавки и разливки сталей ответственного назначения ограничено вследствие того, что в присутствии кремнезема угар легирующих элементов в стали не уменьшается. Введение в шлак легко гидратируемых оксидов, например СаО, повышает содержание водорода в стали, что отрицательно сказывается на ее качестве.

Применение указанного состава шлака в качестве утепляющей теплоизолирующей смеси из-за высокой теплопроводности ее малоэффективно защищает поверхность шлака в сталеразливочном ковше от потерь тепла в окружающую среду.

Известен шлак З, включающий СаО, Або-От, SiO,, Fe.O, TiO, MgO.

Однако отсутствие в его составе углерода и других газообразных веществ не приводит к последующему вспучиванию, что значительно увеличивает теплопроводность шлакового расплава и связанные с этим теплопотери.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является теплоизолирующая смесь ik, включающая SiO , СаО, MgO, FeO + Fe.0, С.

Однако известный состав теплоизолирующей смеси имеет сравнительно высокие температуры образования среды (более ТЗЗО С). В нем,практически, отсутствует переход материала при разливке стали в Термопластическое состояние, что значительно снижает его теплоизолирующие свойства.

Цель изобретения - повышение стойкости футеровки ковшей путем устранения образования гарнисажа.

Для достижения поставленной цели теплоизолирующая смесь для разливки стали, включающая углерод, оксид кремния, оксид кальция, оксид магния,

оксиды железа, дополнительно содержи оксид натрия, оксид титана и оксид алюминия при следующем соотношении ингредиентов, мас.:

Оксид кальция 6-12 Оксид магния Оксид железа Углерод12-22

Оксид алюминия Оксид натрия 1-3 Оксид«титана 1-3 Оксид кремния Остальное Введение менее 5 не обеспечивает перевода состава смеси в пиропластическое состояние, а более 15% способствует повышению температуры кристаллизации шлаков ввиду образования высокотемпературной шпинели АС2.0, MgO.

TiO также способствует переводу более легкоплавкую эвтектику. Поэтому содержание его менее 1% не дает эффекта по связыванию высокотемпературных окислов, а более 3% экономически нецелесообразно.

Введение щелочного окисла натрия способствует процессу вспучивания смеси при переводе ее в пиропластическое состояние. Добавка в нее менее % Na2.0, как показывают исследования, незначительно снижает объемный вес смеси, а более 3% резко снижает температуру плавления всей смеси, переводя ее в легкоплавкую подвижную, которая теряет теплоизолирующие свойства.

При введении в состав смеси АВ,0 Т10 и содержание других компонентов, таких как и С уменьшается. Содержание SiO-t в смеси менее 35 экономически невыгодно, так как при введении SiO используется дешевый материал - песок. Содержание ег более kS% сильно повышает. вязкость расплава, который не способен вспучиваться.

Введение СаО и MgO в предлагаемых пределах обеспечивает перевод всей системы в пиропластическое состояние при 1+50-1500. И СаО и MgO при указанных соотношениях обеспечивают минимальную вязкость смеси. Введение MgO более 15 и СаО более 12 приводит к повышению вязкости более чем в Ц раза, так как это связано с ограниченной растворимостью этих окислов.

Введение FeO + менее 5% не в достаточной мере снижает температуру образования жидкой фазы в смеси, а содержание окислов железа более 15 сильно снижает-температуру плавления смеси в результате чего смесь становится жидкоподвижной и не вспучивается.

Таким образом, предлагаемый способ в указанных граничных значениях обеспечивает при 1 50-1500 0 пирспластическое состояние, а углеродосодержащие материалы при окислении выделяют-окись углеродз, который выходя из объема засыпки вспучивает смесь, значительно увеличивая ее пористость.

Последнее приводит к тому, что слой смеси превращается в пористый слой, обладающий отличными теплоизолирующими свойствами.

Менее 12% углерода в смеси не обеспечивает достаточного газовыделения, необходимого для образования теплоизолирующего слоя, а введение более 21% приводит к выгоранию углерода и интенсивному выделению СО, в результате чего вспучивание пирогшастического слоя не происходит. Поэтому содержание углеродосодержащего компонента в смеси в количестве 1222 обеспечивает удовлетворительный теплоизолирующий слой, который предотвращает переход шлака в гетерогенную область, снижая образование гарнисажа.

В связи с тем, что теплоизолирующая смесь находится не в объеме шлака, а на его поверхности, то компонеты смеси (С, Si02, FeO + Fe,0) не контактируют с металлом и не вызываю опасений науглероживания его и прохождения реакций между SiO, FeO, , и легирующими элементами в стли (Ti, А, С).

Для синтеза теплоизолирующей смеси как в лабораторных исследованиях, так и при проведении промышленных испытаний, использовали следующие исходные материалы: зола Энергодаровской ГРЭС, отходы графитизации Запорожского электродного завода, пегматит и отработанный шлак завода Днепроспецсталь. Исходные вещества взяты в следующих отношениях, Мас.%: Зола36-i 0

Отходы графитизации18-25

Пегматит1 -20

Отработанный

синтетический шлак 22-25

Химический состав теплоизолирующей смеси согласно данным химического состава исходных материлов, приведенных в табл. 1;

В промышленных условиях теплоизолирующие смеси готовят следующим образом.

Исходные материалы, взятые в указанном соотношении, дробят на щековой дробилке, измельчают в шаровой мельнице до прохода через сито 0,088 мм. Тонкодисп рсная теплоизолирующая смесь помещается в бумаж- ные пакеты развесом по кг.

Пакеты в контейнере доставляют на площадку электропечи. Сразу же поле слива металла в ковш пакеты с теплоизолирующей смесью равномерно разбрасывают по noBepXHOcfM шлака в ковше.

Общее количество теплоизолирующей смеси на один 60 т ковш составляет 55-60 кг.

При контакте со шлаком материал теплоизолирующей смеси нагревается, частично расплавляясь, переходит в пиропластическое состояние. Взаимодействие углерода с кислородом воздуха приводит к образованию оксида углерода, который из-за большой вязкости материала, находящегося в пиропластическом состоянии, остается в объеме материала, образуя высокопористую структуру с хорошими теплоизолирующими свойствами.

Для иллюстрации изобретения из тонкодисперсных материалов (фракция 0,088 мм) синтезированы составы теплоизолирующих смесей. После термообраб-отки смеси при 1200, 1300, НОО и 1500 С определяют объемную массу и проверяют действие смесей на изменение температуры поверхности шлака в 50 кг в сталеразливочном ковше за 3 мин.

Составы смесей, иллюстрирующие изоретение, и присущие им свойства приведены в табл. 2 и 3.

Как следует из результатов испытаний, составы теплоизолирующих смесей в предлагаемом изобретении при переходят в пиропластическое состояние с уменьшением за счет протекания процесса вспучивания объемной массы на . приводит к

улучшению теплоизоляции поверхности шлака в сталеразливочном ковше. При идентичных испытаниях снижение температуры составляет на меньше по сравнению с известной смесью. .Улучшение теплоизоляции позволяет снизить процессы образования гарнисажа. Испытания показывают, что применение теплоизолирующих засыпок устраняет образование гарнисажа на поверхности огнеупорной футеровки, а, следовательно, повышает ее стойкость на BS-tO.

Экономический эффект от применения теплоизолирующих засыпок, предлагаемого состава составит 7286 руб. в год.

ij а б л и ц а 1

Зола3,72 53,80 11,08 2,10

Отходы графи 5 12 12 12 12

1 1

Объемный вес смесей г/см. , при температуре термообработки смеси,С

1200 1300

5,60 1,20 И,50 3,03

(Таблица 2

62

0,5

0,2

1,7 35,6

Таблица 3

1,65

1,63 1,68 1,60

Снижение температуры шлака через Зминуты после слива металла , С

.Формула изобретения

Теплоизолирующая смесь для разливки стали, включающая углерод, оксид кремния, оксид кальция, оксид магния, оксиды железа, отличающаяся тем, что, с целью повышения стойкости футеровки ковшей путем устранения образования гарнисажа, она дополнительно содержит оксид натрия,оксид титана и оксид алюминия при следующем соотношении ингредиентов, масД:

Оксид кальция 6-12

Оксид магния 5 15,

5-1

Оксиды железа

Продолжение табл. 3

65

50

12-22

д алюминия

5-15

1-3 натрия титана

1-3 кремния

Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

i. Авторское свидетельство СССР № it28852, кл. В 22 D 27/06, 197б.