Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали
Владельцы патента RU 2260494:
Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" (RU)
Изобретение относится к черной металлургии. Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали содержит, мас. %: афморфный графит 5,5-8,5, пылевидные отходы производства извести 29-35, пылевидные отходы производства ферросилиция 37-40, пылевидные отходы производства алюминия 20,5-24,5, сода кальцинированная до 1, криолит до 1. Смесь имеет следующий химический состав, мас. %: С 13,0-18,0, СаО 24,0 - 32,0, SiO2 31,0 - 37,5, Al2О3 5,5 - 10,0, F ≥ 4,0, Na+ ≥ 0,7, K+ ≥ 0,7, FeO ≤ 2,0, MnO ≤ 2,0. Основность (CaO/SiO2) смеси равна 0,6-0,9. Технический результат - повышение качества стали за счет улучшения макроструктуры, снижение загрязненности стали неметаллическими включениями и уменьшение отбраковки непрерывнолитых заготовок по поверхностным дефектам за счет улучшения смазки кристаллизатора расплавленной шлакообразующей смесью. 2 табл.
Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к составам шлакообразующих смесей (ШОС), используемых при непрерывной разливке стали, в частности для производства железнодорожных рельсов.
Известна шлакообразующая смесь, содержащая доменный шлак, графит и фторсодержащее вещество, причем в качестве фторсодержащего вещества смесь содержит пыль газоочисток производства алюминия и дополнительно пыль газоочисток производства ферросилиция и извести при следующем соотношении компонентов, мас.%: доменный шлак - 15-23, пыль газоочисток производства алюминия - 18-22, пыль газоочисток производства ферросилиция - 25-30, пыль газоочисток производства извести - 26-30, графит - 3-8. Пыль газоочисток производства алюминия имеет следующий состав, мас.%: Al2О3 - 12-15; F - 18-22; Na2O - 12-15; CaO - 0,7-1,0; SiO2 - 0,5-1,0; Fe2О3 - 2,5-3,0; С - 35-30; смолистые - 10-15. Пыль газоочисток производства ферросилиция имеет следующий состав, мас.%: SiO2 - 86-88; Al2О3 - 1,8-2,5; Si - 1,1-1,45; CaO+MgO - 5,0-5,8; Feобщ - 2,5-3,0 [1].
Известна также шлакообразующая смесь для защиты металла в кристаллизаторе [2], содержащая основу шлаковой смеси, графит, фторсодержащее вещество, которая дополнительно содержит пыль газоочисток производства извести и ферросилиция, в качестве основы шлаковой смеси - феррохромовый саморассыпающийся 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 саморассыпающийся | |
| сепарированный шлак | 18,0-24,0 |
Несмотря на высокие теплоизолирующие свойства смесей, низкую себестоимость за счет использования отходов промышленного производства, улучшения санитарно-гигиенических условий труда, данные смеси не позволяют получать высокие качественные показатели в части отбраковки непрерывнолитых заготовок по поверхностным шлаковым включениям из-за содержащихся тугоплавких компонентов, в частности доменного и феррохромового шлаков. Причем для обеспечения требуемого качества поверхности непрерывнолитых заготовок необходима зачистка поверхности последних после разливки, что в ряде случаев экономически нецелесообразно и невозможно.
Кроме того, выбранные соотношения компонентов в смесях хотя и обеспечивают ШОС высокие теплоизолирующие свойства, однако не обеспечивают требуемую в ряде случаев необходимую легкоплавкость смеси, гарантирующую высокую степень смазывания поверхности кристаллизатор-заготовка, а также не обеспечивают требуемые рафинирующие свойства смеси по неметаллическим включениям. Кроме того, смеси содержат шлаки доменный и производства феррохрома, которые содержат значительное количество MnO и FeO, а данные компоненты повышают газопроницаемость шлакового слоя и увеличивают содержание кислорода в разливаемой стали.
Известна также шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали [3] - прототип, включающая аморфный графит, известь, алюминийсодержащие и фторсодержащие вещества, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пылевидные отходы производства ферросилиция, а в качестве алюминийсодержащего и фторсодержащего вещества - пылевидные отходы производства алюминия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Аморфный графит | 10-20 |
| Известь | 20-30 |
| Пылевидные отходы производства ферросилиция | 30-40 |
| Пылевидные отходы производства алюминия | 20-30 |
Однако в связи со значительным колебанием химического состава фторсодержащих компонентов (пылевидные отходы производства алюминия) невозможно в ряде случаев получения требуемых рафинирующих свойств и температуры плавления смеси, обеспечивающей требуемую смазку кристаллизатора и гарантирующую качество поверхности непрерывнолитых заготовок за счет исключения шлаковых включений, причем необходимо активное взаимодействие (перемешивание) смеси со сталью для удаления неметаллических включений. Кроме того, химический состав смеси должен обеспечивать качественную макроструктуру непрерывнолитых заготовок и исключение недопустимых неметаллических включений.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются повышение качества стали за счет улучшения макроструктуры, снижение загрязненности стали неметаллическими включениями и уменьшение отбраковки непрерывнолитых заготовок по поверхностным дефектам за счет улучшения смазки кристаллизатора расплавленной ШОС.
Для этого предлагается шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали, включающая аморфный графит, пылевидные отходы производства извести, ферросилиция, алюминия, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит соду кальцинированную и криолит при соотношении компонентов, мас.%
| Аморфный графит | 5,5-8,5 |
| Пылевидные отходы производства извести | 29-35 |
| Пылевидные отходы производства ферросилиция | 37-40 |
| Пылевидные отходы производства алюминия | 20,5-24,5 |
| Сода кальцинированная | до 1% |
| Криолит | до 1% |
обеспечивающих следующий химический состав шлакообразующей
смеси, мас.%:
| С | 13,0-18,0 |
| СаО | 24,0-32,0 |
| SiO2 | 31,0-37,5 |
| Al2О3 | 5,5-10,0 |
| F | ≥4,0 |
| Na+ | ≥0,7 |
| К+ | ≥0,7 |
| FeO | ≤1,0 |
| MnO | ≤2,0 |
Основность (CaO/SiO2) - 0,6-0,9
Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из следующих предпосылок.
Оксиды железа, марганца повышают газопроницаемость шлакового слоя, в связи с чем необходимо их ограничение. Содержание фтористых соединений должно быть не менее 4% для уменьшения вероятности окомкования смеси и хорошей адгезии неметаллических включений шлаком, сформированным из ШОС. Воздействие фторидов заключается, во-первых, в снижении температуры плавления, во-вторых, в дроблении полимерной структуры шлака, т.е. увеличении единиц течения, снижающих вязкость расплава.
Оксиды натрия и калия снижают температуру плавления ШОС и их содержание должно быть не менее 0,7%.
Содержание глинозема в смеси должно быть не более 10% для лучшей ассимилирующей способности глиноземистых неметаллических включений, снижающих эксплуатационную стойкость железнодорожных рельсов.
Кремнезем в ШОС должен быть ограничен из соображений вязкости расплава. Для лучшей смазки кристаллизатора смесь должна иметь низкую основность (отношение СаО/SiO2=0,6-0,9). Для регулирования основности в ШОС вводится СаО из пылевидных отходов извести.
Концентрация углерода выбрана исходя из целесообразности смазки в зоне кристаллизатор - непрерывнолитая заготовка. При снижении содержания углерода в смеси менее 13% повышается отбраковка стали по поверхностным дефектам, а при увеличении углерода более 18,0% возможно уменьшение скорости расплавления смеси и значительное науглероживание стали.
Введение криолита в смесь позволяет повысить и стабилизировать концентрацию фтора (при недостатке данного элемента в пылевидных отходах производства алюминия), а соды кальцинированной обеспечивает требуемую концентрацию калия (при недостатке данного элемента в пылевидных отходах производства алюминия) в ШОС, что снижает температуру плавления ШОС. Кроме того, кальцинированная сода способствует в результате разложения (Na2СО3=Na2O+СО2) перемешиванию сформировавшегося из ШОС шлака со сталью в кристаллизаторе при разливке, вследствие чего снижается уровень неметаллических включений.
Влияние химического состава на температуру плавления ШОС представлено в таблицах 1 и 2.
Заявляемая шлакообразующая смесь использовалась при разливке рельсовой стали марки Э76Ф и НЭ76Ф на радиальных 4-х ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×330 мм, скорость разливки 0,5-0,6 м/мин.
Смесь готовилась смешением из аморфного графита, отходов производства извести (пыль газоочистки известкового производства с содержанием СаО не менее 85%); отходов производства ферросилиция (пыль газоочистки ферросплавного производства при плавке ферросилиция с содержанием SiO2 не менее 98%); отходов производства алюминия (пыль газоочистки от электротехнического способа производства алюминия с химическим составом: 20-24% С, 0,5-2,0% Fe2O3, 25-45% Al2О3, 0,1-1,5% СаО, 0,5-1,5% MgO, 11-18% Na2O+K2O, 8-18% F); сода кальционированная техническая с содержанием активной составляющей не менее 95%, криолит технический (Na3ALF6).
Смесь присаживалась в медные водоохлаждаемые кристаллизаторы в количестве 0,5-1,0 кг/т жидкой стали. После разливки заготовки резались на гидравлических пресс-ножницах на мерные длины, после чего заготовки охлаждались по режиму до температуры 200°С, осматривались, зачищались и отгружались для прокатки на рельсы железнодорожные типа Р65.
Использование заявляемой смеси по сравнению с базовой (прототип) имеет следующие преимущества.
1. За счет повышения ассимилирующей способности шлака (происходит увеличение содержания Al2О3 с 6-7% в исходной смеси до 23-26% в шлаковом гарнисаже после отливки 5 плавок в серии). Снижена загрязненность стали неметаллическими включениями (максимальная длина строчки хрупкоразрушенных оксидов не превышает 0,2 мм при базовой технологии до 0,5 мм).
2. Брак по поверхностным дефектам по шлаковым включениям снижен с 0,5 до 0%.
3. Макроструктура железнодорожных рельсов, изготовленных из стали, разлитой на МНЛЗ с использованием заявляемой смеси, соответствует ГОСТ Р 51685-2000, при этом отбраковка по дефектам точечная неоднородность снижена на 0,08%.
Список источников, принятых во внимание
1. Патент РФ №1814587, B 22 D 11/00, 11/10; С 21 С 5/54.
2. Патент РФ №2025197, B 22 D 11/00, С 21 С 5/54.
3. А.с. СССР №1702696, С 21 С 5/54.
| Таблица 1 Химический состав ингредиентов ШОС | ||||||
| Ингредиенты ШОС | Содержание в ШОС, мас.% | |||||
| Вариант | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Аморфный графит | 7,5 | 7,3 | 6,9 | 7,3 | 6,0 | 5,5 |
| Пылевидные отходы ферросилиция | 40,0 | 37,0 | 38,0 | 40,0 | 37,0 | 36,0 |
| Пыль известкового производства | 29 | 33,2 | 32,5 | 29 | 35 | 33,9 |
| Пылевидные отходы производства алюминия | 21,3 | 20,5 | 21,0 | 22,7 | 21 | 24,5 |
| Сода кальцинированная | 1,1 | 1,0 | 0,8 | 0,7 | 0,5 | 0,1 |
| Криолит | 1,1 | 1,0 | 0,8 | 0,3 | 0,5 | 0 |
| Таблица 2 Влияние химического состава ШОС на температуру начала размягчения и плавления | ||||||
| Состав ШОС | Варианты ШОС, % | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| С | 22,0 | 18,0 | 19,8 | 18,6 | 17,8 | 13,0 |
| SiO2 | 26,7 | 31,0 | 26,7 | 38,3 | 32,9 | 37,5 |
| СаО | 32,0 | 31,8 | 30,3 | 24,0 | 30,3 | 32,0 |
| Al2O3 | 5,5 | 7,2 | 10,0 | 8,1 | 7,8 | 7,8 |
| F | 4,0 | 4,8 | 6,6 | 5,4 | 5,2 | 5,2 |
| К+ | 2,9 | 0,7 | 3,2 | 3,6 | 3,6 | 2,4 |
| Na+ | 0,7 | 1,0 | 1,2 | 1,7 | 2,0 | 1,3 |
| FeO | 1,5 | 1,8 | 0,7 | 0,1 | 0,2 | 0,5 |
| MnO | 1,8 | 1,9 | 0,8 | 0,1 | 0,1 | 0,2 |
| Температура начала размягчения | 1130 | 1120 | 1130 | 1100 | 1120 | 1110 |
| Температура плавления | 1160 | 1140 | 1160 | 1120 | 1140 | 1130 |
| Отбраковка по поверхностным дефектам, % | 0,2 | - | - | - | - | - |
Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали, включающая аморфный графит, пылевидные отходы производства извести, ферросилиция, алюминия, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит соду кальцинированную и криолит при соотношении компонентов, мас. %:
| Аморфный графит | 5,5 - 8,5 |
| Пылевидные отходы | |
| производства извести | 29 - 35 |
| Пылевидные отходы | |
| производства ферросилиция | 37 - 40 |
| Пылевидные отходы | |
| производства алюминия | 20,5 - 24,5 |
| Сода кальцинированная | До 1 |
| Криолит | До 1 |
обеспечивающих следующий химический состав шлакообразующей смеси, мас. %:
| С | 13,0 - 18,0 |
| СаО | 24,0 - 32,0 |
| SiO2 | 31,0 - 37,5 |
| Al2О3 | 5,5 - 10,0 |
| F | ≥ 4,0 |
| Na+ | ≥ 0,7 |
| К+ | ≥ 0,7 |
| FeO | ≤ 2,0 |
| MnO | ≤ 2,0 |
и основность (CaO/SiO2) - 0,6-0,9.
