Шлакообразующая смесь для защиты металла в кристаллизаторе

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам шлакообразующих смесей, используемых для защиты металла в кристаллизаторе в процессе непрерывной разливки стали. Задачей изобретения является повышение качества непрерывно-литых заготовок за счет улучшения теплоизолирующих свойств смеси, снижение ее себестоимости путем исключения предварительной подготовки исходных компонентов и использование отходов промышленного производства. Шлакообразующая смесь содержит дополнительно пыль газоочисток производства извести и ферросилиция, в качестве основы шлаковой смеси - шлак феррохромовый самораспадающийся сепарированный, в качестве фторсодержащего вещества - пыль газоочисток производства алюминия. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам шлакообразующих смесей, используемых для защиты металла в кристаллизаторе в процессе непрерывной разливки стали.

Известна шлакообразующая смесь для защиты металла в кристаллизаторе на базе доменного шлака, угольной золы и кремнемарганцовистого сварочного флюса, содержащая 60-90% указанных компонентов, 4-20% углекислого натрия или калия, 4-20% криолита, флюорита и фторида натрия [1].

Недостатками указанной смеси являются недостаточные теплоизолирующие и рафинирующие свойства, сложность изготовления, применение дорогостоящих материалов, в частности криолита, сварочного флюса, фторида натрия и выделение повышенного количества фтора в атмосферу.

Наиболее близкой по технической сущности и заявляемому изобретению является шлакообразующая смесь для защиты металла в кристаллизаторе следующего состава, мас.%: Криолит 25-30 Графит 20-25 Доменный шлак 45-55 [2].

Относительно высокая теплопроводность данной смеси ведет к образованию на зеркале металла отшлакованной корочки, результатом чего являются завороты и грубые шлаковые включения на поверхности заготовки. Происходит науглероживание металла, используются дорогостоящие материалы (криолит, графит), а значительное выделение фтора при формировании защитного покрытия в процессе разливки (содержание фтора в смеси 16%) ухудшает санитарно-гигиенические условия труда.

Заявляемая шлакообразующая смесь для защиты металла в кристаллизаторе, содержащая основу шлаковой смеси, графит, фторсодержащее вещество, согласно изобретению дополнительно содержит пыль газоочисток производства извести и ферросилиция, в качестве основы шлаковой смеси - шлак феррохромовый самораспадающийся сепарированный, а в качестве фторсодержащего вещества - пыль газоочисток производства алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Пыль газоочисток производства алю- миния 20,0-23,0 Пыль газоочисток производства фер- росилиция 28,0-32,0 Пыль газоочисток производства извести 20,0-24,0 Графит 3,0-8,0 Шлак феррохро- мовый самораспа- дающийся сепари- рованный 18,0-24,0 Проверка соответствия заявляемого изобретения требованию новизны проводилась с учетом всех ранее опубликованных заявок.

Шлак феррохромовый самораспадающийся сепарированный образуется при производстве низкоуглеродистого и среднеуглеродистого феррохрома содержит, мас.%: СаО 46-55; MgO 7-16; SiO₂ 24-32; Al₂O₃ 4-8; Cr₂O₃ 2-8.

Массовая доля влаги - не более 1,5%. Гранулометрический состав характеризуется остатком на сите с сеткой 05 не более 3% в соответствии с ТУ 14-11-181-89.

Для предложенной шлакообразующей смеси необходимо применение сепарированного шлака (марки СФШ; ТУ 14-11-181-89), т.к. он не содержит в своем составе остатков металла, корольков и скрапин, которые отрицательно влияют на физико-химические свойства шлаковой смеси.

Шлак феррохромовый самораспадающийся сепарированный служит источником окислов кальция, кремния, магния, алюминия и хрома. Введение данных окислов в виде сплава, как показали эксперименты, ускоряет процесс образования гомогенного шлака. Кроме того, содержащиеся в составе шлака окиси магния и хрома придают шлаку необходимые ассимилирующие свойства и обеспечивают прочность сцепления гарнисажа со стенками кристаллизатора. Указанный эффект достигается при содержании феррохромового шлака в пределах 18-24%. Введение в состав смеси феррохромового шлака менее 18% снижает толщину слоя расплавленного шлака в кристаллизаторе и его ассимилирующую способность. При содержании феррохромового шлака в смеси свыше 24% повышается температура плавления расплава, резко увеличивается вязкость шлакового покрытия, ухудшается качество отливаемых заготовок.

Шлак феррохромовый самораспадающийся сепарированный - дешевый и при использовании не требует помола.

Пыль газоочисток производства алюминия, вводимая в состав смеси в количестве 20-23% , обеспечивает получение в шлаковом расплаве фтора и оксидов щелочных металлов, которые снижают вязкость и температуру плавления шлака. При содержании вы смеси фторсодержащего вещества ниже 20% возрастает вязкость шлака, увеличивается теплопроводность смеси, ухудшается качество литых заготовок. В случае содержания в смеси фторсодержащего вещества выше 23% наблюдается уменьшение толщины слоя шлакового покрытия и увеличивается расход смеси, происходит увеличение выделений фтора и загрязнение атмосферы.

Пыль газоочисток производства ферросилиция является основным источником аморфного диоксида кремния. Химическая активность диоксида кремния выше всех модификаций окислов кремния, поэтому процесс образования силикатов в шлаковой смеси происходит до ее полного расплавления. Данная пыль обеспечивает теплозащитные свойства смеси и предотвращает образование на мениске окисленной пленки (корочки). Пыль не требует предварительной подготовки, так как имеет фракцию 0,1-10 мкм. Уменьшение содержания пыли газоочисток производства ферросилиция ниже 28% в составе шлаковой смеси приводит к возрастанию температуры плавления смеси и снижению теплоизолирующих свойств, а при содержании пыли выше 32% наблюдается увеличение вязкости шлака, ухудшаются условия формирования гарнисажа, снижается качество отливаемых заготовок.

Пыль газоочисток производства извести является источником СаО и совместно с другими компонентами смеси обеспечивает оптимальные физико-химические характеристики шлакового расплава, необходимые для ассимиляции неметаллических включений, изоляции металла. При содержании пыли извести в смеси ниже 20% увеличивается вязкость шлака, что приводит к образованию очень тонкого гарнисажа в верхней части кристаллизатора и ухудшает качество поверхности отливаемой заготовки. Содержание пыли извести в смеси выше 24% ухудшает условия формирования гомогенного шлака, уменьшается толщина слоя расплавленного шлака в кристаллизаторе. Снижается качество отливаемой заготовки.

Графит вводится в состав смеси в качестве регулятора скорости плавления и дополнительного источника тепла. Пределы содержания графита установлены экспериментально. При содержании графита менее 3% возрастает удельный расход смеси, а увеличение его содержания более 8% ведет к снижению положительных свойств защитного покрытия, наблюдаются науглероживание металла и образование трещин на поверхности заготовок.

Предлагаемая шлакообразующая смесь для защиты металла в кристаллизаторе с данной сококупностью компонентов и выбором заявляемых интервалов значений количественных признаков обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении качества непрерывно-литой заготовки за счет улучшения теплоизолирующих свойств смеси, снижении ее себестоимости путем исключения предварительной подготовки исходных компонентов и использования отходов промышленного производства.

Получение данного технического результата достигнуто решением задачи на изобретательном уровне - введением в шлакообразующую смесь шлака феррохромового самораспадающегося сепарированного и количественным содержанием ингредиентов вещества, что явным образом не следует из известного уровня техники.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава шлакообразующей смеси было подготовлено пять составов шлакообразующих смесей. Смеси по вариантам N 2-4 (таблица) соответствовали предлагаемым пределам состава и свойств, а смеси по вариантам N 1 и N 5 выходили за эти пределы.

П р и м е р. Смесь (вариант смеси N 3) приготавливалась путем механического перемешивания до однородного состояния. Предложенная смесь испытывалась на Кузнецком металлургическом комбинате в процессе непрерывной разливки заготовок сечением 300х320мм сталей марок 3сп, 35, 45, Л53. Металл поступал из промежуточного ковша в кристаллизатор через прямоточный погружной стакан.

Смесь содержала, мас.%: шлак феррохромовый самораспадающийся сепарированный 20; пыль газоочисток производства алюминия 22; пыль газоочисток производства ферросилиция 30; пыль газоочисток производства извести 22; графит 6.

Смесь имела плотность 0,46 т/м³, растекаемость 340 мм, расход смеси составлял 0,5 кг/т. Теплопроводность смеси составляла 0,086 Вт/мК, вязкость - 1,0 П, температура начала плавления 1090^оС, толщина слоя расплавленного шлака в кристаллизаторе 3,0 мм.

Из таблицы видно, что наилучшие результаты получены для составов смесей вариантов N 2-4, Оптимальные температуры плавления смесей и вязкости их шлаковых расплавов в сочетании с достаточной растекаемостью и высокими теплоизолирующими свойствами обеспечивали получение качественной поверхности непрерывно-литой заготовки. В рассматриваемом варианте смеси N 3 доля защищенных заготовок наименьшая и равна 2,5% . При использовании в ходе разливки для защиты металла в кристаллизаторе смеси составов по вариантам N 1 и N 5 доля зачищенных заготовок увеличивалась на 2,8-3,7%.

Предложенные смеси в процессе разливки образовывали на зеркале металла равномерное покрытие, которое обеспечивало стабильный процесс разливки со скоростью 0,5-0,7 м/мин. Благодаря содержанию графита в смеси в количестве 3-8% науглероживание металла отсутствовало. Выделений фтора в атмосферу не наблюдалось.

Применение предлагаемого изобретения обеспечивает расход смеси в пределах 0,5-0,6 кг/т, снижение затрат на зачистку заготовок на 0,5% и себестоимости смеси.

Заявляемый состав шлакообразующих смесей применим на предприятиях, имеющих в своем составе установки непрерывной разливки стали для защиты металла в кристаллизаторах и промежуточных ковшах.

Формула изобретения

ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ, содержащая основу шлаковой смеси, графит, фторсодержащее вещество, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пыль газоочисток производства извести и ферросилиция, в качестве основы шлаковой смеси - феррохромовый самораспадающийся сепарированный шлак, а в качестве фторсодержащего вещества - пыль газоочисток производства алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Пыль газоочисток производства алюминия 20,0 - 23,0
Пыль газоочисток производства ферросилиция 28,0 - 32,0
Пыль газоочисток производства извести 20,0 - 24,0
Графит 3,0 - 8,0
Феррохромовый самораспадающийся сепарированный шлак 18,0 - 24,0

РИСУНКИ

Рисунок 1