Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали

Авторы патента:

Гизатулин Ринат Акрамович (RU)

Козырев Николай Анатольевич (RU)

Бойков Дмитрий Владимирович (RU)

Нохрина Ольга Ивановна (RU)

Токарев Андрей Валерьевич (RU)

B22D11/111 - с применением защитных порошков

Владельцы патента RU 2436653:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (RU)

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к составам шлакообразующих смесей, используемых при непрерывной разливке стали, в частности при производстве железнодорожных рельсов. Шлакообразующая смесь получена смешением аморфного графита, концентрата плавикошпатового и материалов, содержащих окислы кремния, алюминия и щелочных металлов, в качестве которых используют полевошпатовую смесь (ПШС), соду кальцинированную, тонкомолотый кварцит и цемент. Компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: аморфный графит 18-22, концентрат плавикошпатовый 11-15, ПШС 13-38, сода кальцинированная 1-15, тонкомолотый кварцит 1-15, цемент - остальное. Смесь имеет основность (CaO/SiO₂) 0,6-1,0 и следующий химический состав, мас.%: С 12,0-18,0, СаО 22,0-28,0, SiO₂ 28,0-37,0, Al₂O₃ 4,5-10,0, F 4,5-9,0, (Na⁺+K⁺) 3,0-11,0. Достигается повышение ассимилирующей способности смеси по отношению к неметаллическим включениям, повышение качества стали за счет улучшения макроструктуры, снижение брака заготовок по поверхностным дефектам за счет улучшения смазки кристаллизатора расплавленной шлакообразующей смесью. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к составам шлакообразующих смесей, 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.%: Al₂O₃ - 12-15; F - 18-22; Na₂O - 12-15; CaO - 0,7-1,0; SiO₂ - 0,5-1,0; Fe₂O₃ - 2,5-3,0; C - 35-30; смолистые - 10-15. Пыль газоочисток производства ферросилиция имеет следующий состав, мас.%: SiO₂ - 86-88; Al₂O₃ - 1,8-2,5; Si - 1,1-1,45; CaO+MgO - 5,0-5,8; Fe_общ - 2,5-3,0 [1].

Существенным техническим недостатком данной смеси является то, что она не позволяет получать высокие качественные показатели в части отбраковки непрерывнолитых заготовок по поверхностным шлаковым включениям из-за содержащегося тугоплавкого компонента, в частности доменного шлака.

Кроме того, выбранные соотношения компонентов в смеси не обеспечивает необходимую легкоплавкость смеси, гарантирующую высокую степень смазывания поверхности кристаллизатор-заготовка, а также не обеспечивает требуемые рафинирующие свойства смеси по неметаллическим включениям.

Известна шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали, содержащая фторсодержащий материал, силикатную глыбу, кремнийсодержащий материал и цемент, отличающийся тем, что она дополнительно содержит материал, содержащий окислы бора, а в качестве кремнийсодержащего материала она содержит материал на основе окислов кремния при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Фторсодержащий материал 16-24

Силикатная глыба - 8-12

Материал на основе окислов кремния - 8-12

Материал, содержащий окислы бора - 12-18

Цемент - остальное [2].

Существенным недостатком данной смеси является высокое содержание плавикового шпата, приводящее к повышенному износу оборудования МНЛЗ в результате коррозии.

Известна также шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали [3] - прототип, включающая графит аморфный, фторсодержащее вещество, концентрат датолитовый и цемент, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит формовочный песок при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Графит аморфный - 7-12

Фторсодержащее вещество - 18-22

Концентрат датолитовый - 12-16

Формовочный песок - 10-20

Цемент - остальное.

Существенным недостатком такой смеси является высокое содержание фторсодержащего вещества (18-22%), приводящее к значительной коррозии элементов МНЛЗ и высоким содержаниям фтористого водорода в рабочей зоне. Также недостаточным является содержание концентрата датолитового, что не обеспечивает необходимую легкоплавкость смеси, гарантирующую высокую степень смазывания поверхности кристаллизатор-заготовка.

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 шлакообразующей смесью.

Для этого предлагается шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали, полученная смешением аморфного графита, концентрата плавикошпатового и материалов, содержащих окислы кремния, алюминия и щелочных металлов, отличающаяся тем, что она имеет основность (CaO/SiO₂) 0,6-1,0 и следующий химический состав, мас.%:

С	12,0-18,0
СаО	22,5-28,0
SiO₂	28,0-37,0
Al₂O₃	4,5-10,0
F	4,5-9,0
(Na⁺+K⁺)	3,0-11,0,

при этом в качестве материалов, содержащих окислы кремния, алюминия и щелочных металлов, смесь содержит полевошпатовую смесь (ПШС), соду кальцинированную, тонкомолотый кварцит и цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аморфный графит	18-22
Концентрат плавикошпатовый	11-15
ПШС	13-38
Сода кальцинированная	1-15
Тонкомолотый кварцит	1-15
Цемент	остальное.

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из следующих предпосылок.

Концентрация углерода выбрана исходя из целесообразности смазки в зоне кристаллизатор-непрерывнолитая заготовка. При снижении содержания углерода в смеси менее 12% повышается отбраковка стали по поверхностным дефектам, а при увеличении углерода более 18,0% возможно уменьшение скорости расплавления смеси и значительное науглероживание стали.

Кремнезем в ШОС должен быть ограничен из соображений вязкости расплава. Для лучшей смазки кристаллизатора смесь должна иметь низкую основность (отношение CaO/SiO₂=0,6-1,0). Для регулирования основности в ШОС вводится цемент и полевошпатовая смесь. Для обеспечения указанных пределов в шлакообразующую смесь дополнительно вводится мука кварцита, корректирующая содержание кремнезема.

Содержание глинозема в смеси должно быть не более 10% для лучшей ассимилирующей способности глиноземистых неметаллических включений.

Содержание фтора должно быть не менее 4,5% для уменьшения вероятности окомкования смеси и хорошей адгезии неметаллических включений шлаком, сформированным из ШОС и не более 9,0% с целью исключения повышенного содержания фтористого водорода в рабочей зоне. 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 суммарное содержание должно быть не менее 3% и не более 11%. При суммарном содержании оксидов натрия и калия менее 3% не удается достичь необходимую температуру плавления смеси, при содержании более 11% смесь становится легкоплавкой, что приводит к ее повышенному расходу.

Введение полевошпатовой смеси в смесь позволяет повысить и стабилизировать суммарное содержание окислов натрия и калия. Введение в состав ШОС соды кальцинированной позволяет регулировать содержание окислов натрия, и, соответственно, температуру плавления ШОС. Кроме того, кальцинированная сода способствует в результате разложения (Na₂CO₃=Na₂O+СО₂) перемешиванию сформировавшегося из ШОС шлака со сталью в кристаллизаторе при разливке, вследствие чего снижается уровень неметаллических включений.

Различные варианты компонентного состава, а также влияние химического состава на температуру плавления ШОС представлено в таблице.

Заявляемая шлакообразующая смесь использовалась при разливке рельсовой стали марки Э76Ф и НЭ76Ф на радиальных 4-ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×340 мм, скорость разливки 0,5-0,65 м/мин.

Для приготовления смеси использовались: аморфный графит (76,0% С), цемент (54,6% СаО, 27,0% SiO₂, 7,6% Al₂O₃, 1,0% K₂O), полевошпатовая смесь ПШС 0,20-17 (0,3% СаО, 71,3% SiO₂, 17,8% Al₂O₃, 6,7% Na₂O, 3,10% K₂O, 0,09% F), мука кварцита (0,08% СаО, 98,0% SiO₂, 0,90% Al₂O₃), в качестве фторсодержащего материала применялся концентрат плавикошпатовый (68,21% СаО, 3,0% SiO₂, 46,23% F), сода кальцинированная техническая (58,47% Na₂O). Смесь готовилась простым смешением на смесительной установке в течение 15 минут при скорости вращения барабана 1000 об/мин.

Смесь присаживалась в медные водоохлаждаемые кристаллизаторы на радиальной МНЛЗ в количестве 0,2-0,9 кг/т жидкой стали. Температура разливки в промковше составила 1480-1500°С, а скорость вытягивания слитка из кристаллизатора - 0,5-0,55 м/мин. После разливки заготовки резались на машинах газовой резки на мерные длины, после чего заготовки охлаждались по режиму до температуры 200°С, осматривались, зачищались и отгружались для прокатки.

Использование заявляемой смеси по сравнению с базовой (прототип) позволяет

1. Снизить загрязненность стали экзогенными неметаллическими включениями длиной более 1,0 мм на 95%.

2. Повысить качество поверхности непрерывнолитой заготовки, обеспечив снижение брака по поверхностным дефектам типа шлаковые включения с 0,4 до 0,15%.

3. Обеспечить повышение качества макроструктуры железнодорожных рельсов, при этом количество забракованных плавок по дефекту «светлая корочка» уменьшится в 2 раза.

Источники информации

1. Патент РФ №1814587, B22D 11/00, 11/10; С21С 5/54.

2. Патент РФ №2169633, B22D 11/00, С21С 5/54.

3. Патент РФ №2165823.

Таблица
Влияние химического состава ШОС на температуру начала размягчения и плавления
Состав ШОС	Варианты ШОС
1	2	3	4	5	6
компонентный состав ШОС, %
аморфный графит	20,2	21,9	22,0	18,0	18,0	18,0
концентрат плавикошпатовый	11,4	12,4	11,0	15,0	13,0	13,0
ПШС	23,7	25,7	13,0	38,0	20,0	27,0
сода кальцинированная	8,8	1,0	6,0	4,0	15,0	1,0
тонкомолотый кварцит	7,0	7,6	15,0	1,0	8,0	8,0
цемент	28,9	31,4	33,0	24,0	26,0	33,0
химический состав ШОС
С	15,3	16,7	18,0	13,7	13,7	12,0
СаО	23,7	25,7	25,6	23,5	22,5	28,0
SiO₂	31,9	34,7	33,2	35,0	28,0	37,0
Al₂O₃	6,5	7,0	4,5	10,0	5,6	7,4
F	5,3	5,7	4,5	9,0	6,0	6,0
(K⁺+Na⁺)	7,7	3,0	5,1	6,3	11,0	3,6
Температура начала размягчения	1120	1210	1130	1130	1090	1160
Температура плавления	1150	1240	1140	1140	1130	1180
Отбраковка по поверхностным	0,05	0,15	-	-	-	0,09

Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали, полученная смешением аморфного графита, концентрата плавикошпатового и материалов, содержащих окислы кремния, алюминия и щелочных металлов, отличающаяся тем, что она имеет основность (CaO/SiO₂) 0,6-1,0 и следующий химический состав, мас.%:

С	12,0-18,0
СаО	22,5-28,0
SiO₂	28,0-37,0
Al₂O₃	4,5-10,0
F	4,5-9,0
(Na⁺+K⁺)	3,0-11,0,

Аморфный графит	18-22
Концентрат плавикошпатовый	11-15
ПШС	13-38
Сода кальцинированная	1-15
Тонкомолотый кварцит	1-15
Цемент	Остальное

Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали // 2430808

Изобретение относится к черной металлургии. .

Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали // 2424870

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывной разливке стали. .

Шлакообразующая смесь для промежуточного ковша // 2419510

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к составам шлакообразующих смесей, используемых для теплоизоляции и защиты зеркала металла в промежуточном ковше от вторичного окисления при непрерывной разливке стали.

Устройство для подачи шлакообразующих смесей в кристаллизатор // 2416488

Изобретение относится к металлургии. .

Шлакообразующая смесь для подачи в кристаллизатор установки непрерывной разливки стали // 2410193

Изобретение относится к области металлургии, в частности к защите поверхности металла в кристаллизаторе. .

Гранулированная шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали // 2403124

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в кристаллизаторе машины непрерывного литья слябовых заготовок. .

Теплоизолирующая смесь для сталеразливочного ковша // 2393050

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к составам теплоизолирующих смесей, используемых для теплоизоляции поверхности зеркала металла в сталеразливочных и промежуточных ковшах.

Теплоизолирующая смесь // 2384386

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к утеплению поверхности жидкой стали и чугуна в ковше во время транспортировки и разливки. .

Теплоизолирующая шлакообразующая смесь // 2380194

Изобретение относится к литейному производству. .

Флюс для защитного покрытия расплава латуни // 2440868

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при защите расплава латуни в кристаллизаторе машины непрерывного литья

Пористый клинкер, содержащий оксид магния, способ его получения и его применение в качестве флюса для обработки металлсодержащих шлаков // 2548845

Изобретение относится к области металлургии. Клинкер содержит в химическом составе, мас.%: Al2O3 30-85, СаО 3-45, MgO 9-45, в минералогическом составе, мас.%: фаза Q (Ca20Al32-2xMgxSixO68, где 2,5≤х≤3,5) 15-65 и фаза MgAl2O4 5-40. Клинкер имеет открытую пористость, измеренную тестом по определению открытой пористости погружением в воду согласно модифицированному стандарту NF В 40-312, равную 4-60%. Обеспечивается снижение клинкером пылеобразования. 6 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 табл.

Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали // 2555277

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для защиты поверхности металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке стали. Шлакообразующая смесь содержит, мас.%: плавиковый шпат 10,0-25,0, графит 0,1-6,0, кварц пылевидный 10,0-24,0, соду техническую 1,0-17,0, сиенитовый концентрат 2,0-24,0, коксовую пыль 1,0-6,0, карбонат лития 1,0-5,0, мел технический 3,0-23,0, окись магния 0,5-5,0, один или несколько компонентов из группы: шлак производства феррохрома 30,0-45,0, силикатную глыбу 4,0-12,0, колеманит 2,0-15,0, микрокальцит не более 18,0, цемент остальное. Химический состав смеси, мас.%: C свободный 0,5-8,0, SiO2 21,0-42,0, Al2O3 0,5-12,0, CaO 23,0-52,0, MgO 0,5-10,0, R2O 1,0-15,0, F 1,0-13,0, Li2O не более 3,0, B2O3 не более 5,0, неизбежные примеси остальное. Основность смеси составляет 0,85-1,25. Обеспечивается улучшение макроструктуры стали, снижение загрязненности неметаллическими включениями, уменьшение количества поверхностных дефектов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Теплоизолирующая шлакообразующая смесь // 2566228

Изобретение относится к черной металлургии. Смесь содержит, мас.%: шлакообразующий материал 50-65 и органическую добавку 35-50. В качестве шлакообразующего материала используют микрокремнезем, а в качестве органической добавки используют смесь, содержащую, мас.%: шелуху зерновых культур 40-60 и лузгу подсолнечника 40-60. Формирующийся в ковше шлак обладает повышенной ассимиляцией неметаллических включений. Обеспечивается снижение тепловых потерь при разливке стали, уменьшение брака, связанного с перепадами температур и затвердеванием стали в ковше, и уменьшение загрязненности стали неметаллическими включениями. 1 пр.

Теплоизолирующая шлакообразующая смесь // 2566229

Изобретение относится к черной металлургии. Смесь содержит, мас.%: шлакообразующий материал 55-65 и органическую добавку 35-45. Шлакообразующий материал содержит, мас.%: микрокремнезем 37, пыль газоочистки производства алюминия 21 и пыль известкового производства 42. В качестве органической добавки используют смесь, содержащую, мас.%: шелуху зерновых культур 40-50 и лузгу подсолнечника 50-60. Формирующийся в ковше шлак обладает повышенной ассимиляцией неметаллических включений. Обеспечивается снижение тепловых потерь при разливке стали, уменьшение брака, связанного с перепадами температур и затвердеванием стали в ковше, и уменьшение загрязненности стали неметаллическими включениями. 1 пр.

Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали // 2572669

Изобретение относится к черной металлургии. Шлакообразующая смесь содержит, мас.%: аморфный графит 10-20, известь 20-30, микрокремнезем 30-40 и пылевидные отходы производства алюминия 20-30. Смесь обеспечивает снижение брака по поверхностным дефектам, уменьшение неметаллических включений и содержания кислорода в разливаемой стали.

Шлакообразующая смесь для защиты стали в промежуточном ковше // 2574903

Изобретение относится к металлургии. Шлакообразующая смесь содержит, мас.%: портландцемент 40-50, материал на основе оксида кремния 30-38, соду кальцинированную техническую 10-18, рисовую лузгу 4-10. Изобретение позволяет повысить ассимиляцию из стали глиноземистых включений, снизить эрозию футеровки промежуточного ковша и стопоров и снизить тепловые потери. 2 табл.

Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали // 2582417

Изобретение относится к металлургии. Шлакообразующая смесь содержит, мас. %: углеродсодержащий компонент 8-13, фторсодержащий компонент 13-22, глыба силикатная 9-17, материал на основе оксида кремния 7-16, карбонат бария 0,5-3,0, цемент остальное. Наличие в шлакообразующей смеси карбоната бария позволяет идентифицировать включения шлакообразующей смеси в стальной заготовке и прокате без ухудшения ее других потребительских свойств. Доля дефектных прокатанных листов с неметаллическими включениями снижается на 19,6%. 3 табл.

Шлакообразующая смесь для защиты металла в промежуточном и сталеразливочном ковшах // 2600605

Изобретение относится к области металлургии. Шлакообразующая смесь включает следующие ингредиенты, мас.%: портландцемент 20-40, материал на основе окислов кремния 30-50, сиенитовый концентрат 7-18, углеродсодержащий материал 3-7, фторсодержащий материал 1-5, серпентинит 5-15. Обеспечивается повышение ассимиляции неметаллических включений из стали, снижение науглероживания стали и износа футеровки ковша при разливке. За счет отсутствия летучих соединений фтора в воздухе рабочей зоны улучшаются санитарно-гигиенические условия труда персонала. 2 табл.

Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали с высоким содержанием алюминия // 2613804

Изобретение относится к непрерывной разливке. Шлакообразующая смесь содержит (мас.%): углерод (5-8), фтор (6-9), окислы кальция (30-40), алюминия (10-18), кремния (5-9), натрия (9-12), лития (3-5), бора (6-10), марганца (1-2) и неизбежные примеси (остальное). Обеспечивается химическая инертность расплавленной шлакообразующей смеси к жидкой стали с содержанием алюминия до 2 мас.% при температуре плавления шлака на 350-400°C ниже температуры ликвидуса стали и вязкости шлака 0,06-0,25 Па⋅с. 3 табл., 1 пр.