Шлакообразующая смесь для подачи в кристаллизатор установки непрерывной разливки стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к защите поверхности металла в кристаллизаторе. Шлакообразующая смесь содержит, мас.%: плавиковошпатный концентрат - 12-20, сиенитовый концентрат - 15-25, кварц молотый пылевидный - 8-15, карбонат натрия безводный - 4-8, хлорид аммония - 2-8, графит литейный скрытокристаллический - 3-6, активированный уголь - 3-5, слюду молотую в виде флогопита - 1-5, портландцемент - остальное. Содержание в смеси хлорида аммония и/или активированного угля обеспечивает снижение гидратной влаги в смеси и, соответственно, водорода в разливаемой стали. Достигается улучшение качества поверхности непрерывнолитых слитков за счет сокращения пораженностью их трещинами. 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к защите поверхности металла в кристаллизаторе установок непрерывной разливки стали.

Известна шлакообразующая смесь, используемая для защиты металла в кристаллизаторе, содержащая, мас.%:

нефелин - 10-40;

углеродосодержащее вещество - 2-15;

силикатная глыба - 5-30;

плавиковый шпат - 2-10;

цемент - остальное.

(Авторское свидетельство СССР №503918, С21С 5/54, 25.02.1976).

Это авторское свидетельство принято в качестве аналога [1].

Недостатком известной шлакообразующей смеси является то, что для разливки стали с перитектическим превращением имеет место много аварийных прорывов расплава через оболочку слитка под кристаллизаторами, а на поверхности слябов наблюдаются дефекты в виде трещин и шлаковых включений. Наличие наружных дефектов приводит к значительным потерям металла, которые удаляют огневой зачисткой. При ее использовании для непрерывной разливки трещиночувствительных марок стали пораженность непрерывнолитых слитков трещинами составляет 4…5% из-за избыточной вязкости расплава данной шлакообразующей смеси. Вследствие чрезмерной вязкости поступление расплава в зазор между непрерывным слитком и кристаллизатором затруднено, толщина шлаковой пленки в зазоре невелика и отвод тепла к кристаллизатору чрезмерно интенсивен. В результате корка слитка переохлаждается, и в ней образуются трещины, развивающиеся далее в зоне вторичного охлаждения.

Наиболее близкой по технической сущности является шлакообразующая смесь, содержащая, мас.%:

плавиковошпатный концентрат - 12-20;

сиенитовый концентрат - 15-25;

кварц молотый пылевидный - 8-15;

графит литейный скрытокристаллический - 6-12;

карбонат натрия безводный - 4-8;

слюда молотая, флогопит - 1-5;

портландцемент - остальное.

(Патент RU 2308351 С1, B22D 11/111, 27.02.2006).

Этот патент принят в качестве прототипа [2].

Недостатком данной шлакообразующей смеси является то, что при ее изготовлении происходит насыщение компонентов в нее входящих парами влаги окружающей среды. Эта влага в кристаллизаторе разлагается с образованием водорода, который, внедряясь в металл непрерывнолитого слитка, способствует образованию на его поверхности трещин.

Технический результат при использовании предлагаемого изобретения заключается в улучшении качества поверхности непрерывнолитых слитков за счет сокращения пораженностью их трещинами.

Технический результат достигается тем, что в шлакообразующую смесь, содержащую плавиковошпатный концентрат, сиенитовый концентрат, кварц молотый пылевидный, графит литейный скрытокристаллический, карбонат натрия безводный, слюда молотая и портландцемент, дополнительно вводят хлорид аммония и/или активированный уголь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

плавиковошпатный концентрат - 12-20;

сиенитовый концентрат - 15-25;

кварц молотый пылевидный - 8-15;

карбонат натрия безводный - 4-8;

хлорид аммония - 2-8;

графит литейный скрытокристаллический - 3-6;

активированный уголь - 3-6;

слюда молотая - флогопит - 1-5;

портландцемент - остальное.

Основной составляющей защитной шлакообразующей смеси является портландцемент по ГОСТ 10178-85, в состав которого входят окислы кальция и кремния в виде клинкера 3CaO·SiO₂. Клинкер получают спеканием тонкодисперсной смеси известняка и глины с затратой большого количества тепла (около 6000 КДж/кг клинкера) в специальных печах. Поэтому это тепло не надо затрачивать зеркалу металла в кристаллизаторе при формировании из шлакообразующей смеси жидкого шлака в процессе непрерывной разливки стали.

Сиенитовый концентрат по ТУ 5726-04700203938-97 - сплавленный природой источник окислов кремния, алюминия и натрия. Его необходимое количество установлено экспериментально для достижения заданной основности шлака.

Плавиковошпатный концентрат по ГОСТ 7618-83 служит основным источником флюса CaF₂. Он отличается постоянным содержанием CaF₂ (более 90%). Плавиковошпатный концентрат в заявленных пределах определяет необходимую температуру плавления шлакообразующей смеси и вязкость шлака при 1300°С. Содержание плавиковошпатного концентрата в смеси взаимосвязано с содержанием сиенитового концентрата. Верхнему пределу сиенитового концентрата соответствует нижний предел по содержанию плавиковошпатного концентрата.

При этом сиенитовый концентрат находится в обратной взаимосвязи с карбонатом натрия (безводной содой Na₂CO₃) по ГОСТ 5100-73.

Экспериментально установлено, что, в случае, когда содержание плавиковошпатного концентрата, сиенитового концентрата и карбоната натрия (безводной соды) выходит за заявленные пределы, нарушается соответствие скорости расплавления смеси в кристаллизаторе и удаления из него расплавленного шлака.

Слюда молотая, флогопит по ТУ 21-25-241-80, в количестве 1-5% служит порошкообразной составляющей, обеспечивающей необходимую сыпучесть всей порошкообразной смеси. В этом случае смесь равномерно рассыпается по поверхности защитного покрытия в кристаллизаторе. При его содержании менее 1% эффект недостаточен. Если его содержание более 5%, эффект сыпучести смеси возрастает.

Карбонат натрия безводный (сода Na₂CO₃) ГОСТ 5100-73 служит источником окисла натрия, который снижает температуру плавления шлакообразующей смеси. В случае если содержание этого компонента ниже 4%, влияние его на температуру плавления незначительно. При содержании карбоната натрия выше 8% наступает эффект насыщения.

Экспериментально установлено, что для отливки непрерывнолитых слитков, затвердевающих без наружных, продольных и поперечных трещин, необходимо применять шлакообразующие смеси, в состав которых входят хлорид аммония и/или активированный уголь.

Активированный уголь, благодаря развитой межфазной поверхности, интенсивно адсорбирует влагу из компонентов шлакообразующей смеси и сохраняет ее в гигроскопическом состоянии внутри своих частиц. В результате введения в состав активированного угля количество гидратной влаги в шлакообразующей смеси существенно сокращается, что приводит к уменьшению содержания водорода в стали и пораженности непрерывнолитых слитков трещинами.

Хлорид аммония при нагреве шлакообразующей смеси способствует переводу гидратной в химически свободную влагу согласно реакции:

Образующиеся в ходе реакции пары воды и аммиак удаляются из слоя шлакообразующей смеси, причем аммиак сгорает при высокой температуре с образованием азота и паров воды, а легкоплавкий хлористый кальций растворяется в расплаве шлакообразующей смеси, снижая ее вязкость и температуру плавления, что позволит сократить введение в шлакообразующую смесь фторида кальция.

Рассмотрим работу шлакообразующей смеси предлагаемого состава. В процессе смешивания, транспортировки и хранения активированный уголь играет роль адсорбента, предохраняющего шлакообразующую смесь от гидратации. Однако полностью избежать гидратации невозможно. Перед применением шлакообразующую смесь распаковывают, затем подают в кристаллизатор на поверхность расплава. По мере прогрева свежей порции шлакообразующей смеси в ней происходят процессы сушки (в том числе с удалением адсорбированной активированным углем влаги), нагрев с отщеплением гидратной влаги по реакции (1), затем воспламенение углеродосодержащих компонентов, расплавление и затекание в зазор между слитком и кристаллизатором.

Работу предлагаемой шлакообразующей смеси (ШОС) иллюстрируют приведенные ниже примеры. При разливке на криволинейной УНРС стали 30Г2С в слитки сечением 250×1800 мм наблюдались следующие параметры процесса.

Таблица 1
Параметры непрерывной разливки в зависимости от типа применяемой ШОС
№ п/п	Содержание водорода в стали, ppm	Пораженность трещинами, %	Удельный расход ШОС, кг/т
1	2,0-3,0	4,0-5,0	0,41-0,54
2	2,0-3,0	1,5-3,0	0,63-0,69
3	0,5-1,0	1,2-2,7	0,70-0,74
4	0,27-0,39	0,5-0,7	0,77-0,82
5	0,25-0,35	0,5-0,7	0,82-0,91
6	0,5-1,0	1,2-2,7	0,72-0,73
7	0,26-0,34	0,5-0,7	0,75-0,88
8	0,28-0,33	0,5-0,7	0,97-0,102
9	0,17-0,22	0,3-0,4	0,79-0,84

1 - ШОС по [1].

2 - ШОС по [2], содержащая 8% С - в виде графита литейного скрытокристаллического;

3 - предлагаемая ШОС по [2], содержащая 5,2% С - в виде графита литейного скрытокристаллического, 2,8% С - в виде активированного угля, без хлорида аммония;

4 - предлагаемая ШОС по [2], содержащая 4% С - в виде графита литейного скрытокристаллического, 4% С - в виде активированного угля, без хлорида аммония;

5 - предлагаемая ШОС по [2], содержащая 1,9% С - в виде графита литейного скрытокристаллического, 6,1% С - в виде активированного угля, без хлорида аммония;

6 - предлагаемая ШОС по [2], содержащая 8% С - в виде графита литейного скрытокристаллического, 5,1% С - в виде активированного угля, с 1,9% хлорида аммония;

7 - предлагаемая ШОС по [2], содержащая 8% С - в виде графита литейного скрытокристаллического, без активированного угля, с 5% хлорида аммония;

8 - предлагаемая ШОС по [2], содержащая 8% С - в виде графита литейного скрытокристаллического, без активированного угля, с 8,1% хлорида аммония;

9 - предлагаемая ШОС по [2], содержащая 2,9% С - в виде графита литейного скрытокристаллического, 5,1% С - в виде активированного угля, с 5% хлорида аммония.

Составы ШОС №1…9 приведены в табл.2.

Из данных Таблицы 1 следует, что все варианты предлагаемой ШОС обеспечивают пораженность непрерывнолитых слитков трещинами ниже, чем при использовании ШОС состава согласно [1] или [2] за счет снижения концентрации водорода в стали, вызванного применением как активированного угля, так и хлорида аммония.

Применение ШОС с содержанием активированного угля менее 3% (состав 3) нецелесообразно, т.к. практически не дает эффекта по сравнению с составом согласно [2]. В то же время увеличение содержания активированного угля сверх 6% (состав 5) также нецелесообразно, т.к. имеет место насыщение - состав с 6% активированного угля по техническому эффекту практически не отличается от состава с 4%. Однако увеличение концентрации активированного угля ведет к раннему воспламенению и быстрому выгоранию углеродистых частиц, являющихся замедлителем плавления ШОС. В результате наблюдается быстрое плавление ШОС, приводящее к неоправданному увеличению ее удельного расхода.

Аналогичный характер имеет и влияние на параметры разливки введение хлорида аммония. Применение ШОС с содержанием хлорида аммония менее 2% (состав 6) нецелесообразно, т.к. практически не дает эффекта по сравнению с составом согласно [2]. В то же время увеличение содержания хлорида аммония сверх 8% (состав 7) также нецелесообразно, т.к. ведет к обогащению расплава ШОС легкоплавким хлоридом кальция. В результате наблюдается быстрое плавление ШОС, приводящее к неоправданному увеличению ее удельного расхода.

Наиболее целесообразно применение ШОС с 3-6% активированного угля и 2-8% хлорида аммония.

Шлакообразующая смесь для подачи в кристаллизатор установки непрерывной разливки стали, содержащая плавиковошпатный концентрат, сиенитовый концентрат, кварц молотый пылевидный, графит литейный скрытокристаллический, карбонат натрия безводный, слюду молотую в виде флогопита и портландцемент, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хлорид аммония и/или активированный уголь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

плавиковошпатный концентрат	12-20
сиенитовый концентрат	15-25
кварц молотый пылевидный	8-15
карбонат натрия безводный	4-8
хлорид аммония	2-8
графит литейный скрытокристаллический	3-6
активированный уголь	3-5
слюда молотая в виде флогопита	1-5
портландцемент	остальное