Шлакообразующая теплоизолирующая смесь для жидкого расплава
Изобретение относится к области металлургии. Шлакообразующая смесь включает органическую и минеральную составляющие при следующем соотношении, мас.%: органическая составляющая - 25-50, минеральная составляющая - 50-75. Минеральная составляющая имеет следующий состав, мас.%: основные окислы CaO, MgO - 59-65, кислый окисел SiO2 - 4-6, боксит Al2O3 - 30-36. В качестве органической составляющей используют смесь лузги зерновых культур (за исключением рисовой лузги) подсолнечника, древесных опилок или мелкой стружки, прошедшую гидротермическую обработку в присутствии CaO. Обеспечивается повышение теплоизолирующих и рафинирующих свойств смеси, снижение ее себестоимости и предотвращение насыщения стали кремнием при разливке.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для утепления поверхности жидких расплавов: головной части слитков в промковшах при разливке стали на системах непрерывного литья и ковшах при транспортировке чугуна, стали и других расплавов с применением для изоляции поверхности бинарных систем (жидкий шлак - теплоизолятор), в которых обязательным условием является наличие высокоосновного жидкоподвижного шлака.
Использование бинарных систем при производстве стали и сплавов в условиях высоких температур позволяет продолжать процессы рафинирования расплавов с их изоляцией от физико-химического воздействия атмосферы с одновременным сохранением тепловой энергии системы.
Известна теплоизолирующая смесь для непрерывной разливки стали, включающая минеральную и органическую составляющие. Смесь содержит следующие компоненты, %: углеродсодержащий материал - 4-25; рисовая лузга - 4-90; кремнеземсодержащий материал (КСМ) - остальное. В состав (КСМ) входят, %; СаО - 30,0-60,0; SiO2 - 20,0-50,0; Al2О3 - 3,0-7,0; MnO - 0,5-5,0; MgO - 3,0-7,0; (Na2O+К2О) - 0,1-2,0; j;C - 4,0-20,0; FeO - 0,1-5,0; F - 0,001-5,0; TiO2 - 0,1-2,0 при основности CaO/SiO2=0,6-3,0 (патент RU 2175279, С2, 27.10.2001).
Недостатком данной смеси является то, что при ее применении для утепления низкокремнистых сталей имеется возможность физико-химических реакций перехода кремния из шлака в металл.
Объектом настоящего изобретения является создание высокоэффективной шлакообразующей смеси, позволяющей изолировать поверхности жидких расплавов от воздействия атмосферы с одновременным их утеплением, состоящей в основном из взаимозаменяемых природных органических ингредиентов и минеральных добавок в виде окислов, образующих жидкие шлаки, оказывающие рафинирующее воздействие на металл, без изменения его химического состава на протяжении всего технологического цикла.
Предлагаемая шлакообразующая теплоизолирующая смесь для жидкого расплава, включающая минеральную и органическую составляющие, в качестве минеральной составляющей содержит основные окислы CaO, MgO, боксит Al2О3 и кислый окисел SiO2, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| основные окислы CaO, MgO | 59-65 |
| боксит Al2O3 | 30-36 |
| кислый окисел SiO2 | 4-6, |
а в качестве органической составляющей - органическую клетчатку в виде смеси лузги зерновых культур за исключением рисовой лузги, подсолнечника, древесных опилок или мелкой стружки, прошедшую гидротермическую обработку в присутствии CaO, при этом органическая и минеральная составляющая взяты в следующем соотношении, мас.%:
| органическая составляющая | 25-50 |
| минеральная составляющая | 50-75 |
Состав смеси может варьироваться в зависимости от химического состава металла, а также от того, на каком этапе технологии будет применяться предлагаемая смесь.
При этом известь, израсходованная на обработку клетчатки, отдельно не выделяется, а входит в суммарную известь, необходимую для изготовления смеси от первичных компонентов до ее изготовления.
Функциональное назначение входящих в теплоизолирующую смесь ингредиентов следующее:
- органическая клетчатка, имеющая малый насыпной вес 120-160 кг/м3 и высокие теплоизолирующие свойства, используется в качестве каркаса при создании рыхлой структуры смеси;
- известь, обладающая высокой способностью к гидратации, проникает в поры клетчатки и используется для снижения скорости горения ее органических составляющих, а также повышает насыпной вес смеси и обеспечивает влажность смеси, а при взаимодействии смеси с расплавом известь повышает основность образуемых шлаков, таким образом, замедляя процесс горения органической составляющей, известь позволяет продолжительное время сохранить рыхлую структуру смеси с высокими теплоизолирующими свойствами;
- кремнезем повышает насыпной вес смеси, замедляет скорость процесса горения, а после попадания смеси на горячий расплав снижает основность и температуру плавления образующегося шлака;
- боксит используется для повышения насыпного веса смеси, замедления скорости процесса горения смеси, а после попадания смеси на поверхность жидкого расплава снижения температуры плавления образующегося шлака без изменения его основности.
Для получения предлагаемой смеси используется способ минерализации органической составляющей, основанный на особенностях поведения органической клетчатки при повышении температуры в присутствии влаги и извести. Затем к обработанной известью минеральной составляющей механически примешиваются минеральные компоненты в заданных количествах.
Пример
Состав смеси для применения в качестве изолятора при разливке на системах непрерывного литья для низкоуглеродистых, низкокремнистых сталей может быть следующим, мас.%:
1. Органическая клетчатка - 25.
2. Основные окислы CaO, MgO - 48,75.
3. Кислые окислы SiO2 - 3,0.
4. Боксит Al2O3 - 23,25.
Данная смесь образует шлак следующего состава:
1. Основные окислы CaO, MgO - 62,5.
2. Кислые окислы SiO2 - 6,54.
3. Боксит Al2О3 - 30,96.
Таким образом, если берем 100 кг шлакообразующей теплоизолирующей смеси, то при попадании на расплав органическая составляющая сгорает с получением несгораемого остатка следующего состава: 2,1 кг кислого окисла и 0,9 кг боксита, что поясняет увеличение их процентов в получаемом шлаке.
Функция образовавшегося рафинирующего шлака сводится к исключению контакта глубоко раскисленного низкокремнистого металла с атмосферой при продолжении процессов десульфурации, дефосфорации и коагуляции всплывающих неметаллических включений поверхностью жидкого шлака.
В связи с наличием в минеральной составляющей 30,96% боксита и 6,54% кремнезема образующийся шлак находится в жидкоподвижном состоянии при температуре 1350-1400°С.
Применение предлагаемой смеси, включающей минеральную и органическую составляющую, прошедшую гидротермическую обработку в присутствии извести СаО с обеспечением ее проникновения в структуру клетчатки, обеспечивающей получение жидкого высокоосновного рафинирующего шлака, позволит достичь совместно с утепляющим эффектом продолжения процессов рафинирования металла при проведении технологии его разливки, транспортировки или других технологических пауз, а также исключить насыщение стали кремнием с изоляцией системы от физико-химического воздействия атмосферы.
В результате применения предлагаемой шлакообразующей теплоизолирующей смеси достигается получение требуемых свойств, особенно низкоуглеродистых, низкокремнистых сталей и удешевляется процесс теплоизоляции расплава за счет использования местных ресурсов. При этом частично решается проблема утилизации применяемых в составе смеси органических и минеральных компонентов.
Шлакообразующая теплоизолирующая смесь для жидкого расплава, включающая органическую и минеральную составляющие, отличающаяся тем, что в качестве минеральной составляющей она содержит основные окислы CaO, MgO, боксит Al2О3 и кислый окисел SiO2 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| основные окислы CaO, MgO | 59-65 |
| боксит Al2O3 | 30-36 |
| кислый окисел SiO2 | 4-6, |
а в качестве органической составляющей - органическую клетчатку в виде смеси лузги зерновых культур, за исключением рисовой лузги, подсолнечника, древесных опилок или мелкой стружки, прошедшую гидротермическую обработку в присутствии CaO, при этом органическая и минеральная составляющая взяты в следующем соотношении, мас.%:
| органическая составляющая | 25-50 |
| минеральная составляющая | 50-75 |
