СМАЗОЧНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ПРОЦЕССОВ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ
LUBRICANT FOR CONTINUOUS CASTING PROCESSES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение касается смазочного состава, который может быть использован при разливке стали, в частности, в процессах непрерывного литья.
Предпосылки изобретения
Известны два основных вида процессов непрерывной разливки стали, т.е. «разливка в закрытые формы» и «разливка в открытые формы». При разливке в закрытые формы использование специальной трубы, изготовленной из керамического материала, известной как «погруженное впускное сопло» (SEN), для передачи жидкой стали из промежуточного разливочного устройства в литейную форму, позволяет использовать самые современные системы смазки, состоящие из непрерывных литейных порошков. И наоборот, при разливке в открытые формы, стоимость которой благодаря применению погруженного впускного сопла, безусловно, снижается, используют смазочные масла минерального, растительного или синтетического происхождения. Однако такой вид смазывающего вещества не всегда обеспечивает эффективную смазку. В результате образуется слишком большое количество окалины, трещин, перекашивание и возникают трудности с расслоением.
2
2
3
2
Литейные порошки, которые, как указано, используются при разливке в закрытые формы, обычно состоят из смеси различных минералов. Согласно принятым технологиям производства такие порошки доступны в различных видах, например распыленные гранулированные порошки, экструзионные порошки и порошки, полученные спеканием. Что касается химического состава, литейные порошки состоят из сложной смеси углерода, различных оксидов минерального или синтетического происхождения (включая SiO, AlO, NaO, CaO) и других материалов.
Существуют четыре основные функции, выполняемые смазочными порошками, вводимыми в поверхность расплавленной стали, и они могут быть суммированы следующим образом: i) теплоизоляция жидкой стали в литейной форме для СС (непрерывное литье) для предотвращения ее затвердевания; ii) защита поверхности стали от окисления; iii) смазка и регулирование теплообмена между стенкой изложницы и наружной оболочкой затвердевшей стали; iv) абсорбирование возможных неметаллических включений из стали. После засыпания в изложницу порошки теряют часть углерода в результате окисления и нагреваются в контакте с жидкой сталью, формируя спеченный слой и расплавленный слой. Последний распределяется по всей свободной поверхности стали и благодаря качанию литейной формы проникает в пространство между ней и самой верхней оболочкой затвердевшей стали. Таким образом, жидкий слой действует как смазка. Проникшая жидкость, в свою очередь, частично затвердевает в контакте с изложницей, стенку которой обычно охлаждают водой, формируя слой твердого шлака. Задачей такого слоя является обеспечение адекватного уровня теплообмена между затвердевшей стальной оболочкой и изложницей.
Литейные порошки позволяют получать сталь лучшего качества, но их недостаток заключается в плохой обрабатываемости, что затрудняет их применение при разливке в открытые формы. В частности, использование литейного порошка является затруднительным из-за необходимости использования специальных систем подачи, включающих электромеханические, электронные и автоматические детали.
Раскрытие изобретения
Поэтому задачей настоящего изобретения является разработка смазочного состава для литейной формы, который может быть использован как в открытых, так и закрытых процессах непрерывной разливки, характеризуемых хорошей обрабатываемостью при его использовании в процессе, продолжительным сроком хранения, что позволяет обеспечить стандарт высокого качества получаемой таким образом стали.
Поставленная задача может быть достигнута благодаря использованию смазочного состава для литейной формы, заявленного в прилагаемой формуле изобретения, определения в которой составляют неотъемлемую часть данной патентной заявки.
Подробное описание изобретения
Задачей настоящего изобретения является смазочный состав для процессов производства стали с непрерывной разливкой, включающий дисперсию смазочного порошка в жидкой среде. Смазочный порошок может представлять собой любой литейный порошок, обычно используемый в процессах непрерывного литья. В частности, смазочный порошок, подходящий для достижения целей настоящего изобретения, может быть сформулирован таким образом, чтобы максимизировать уровень фазового перехода с целью формирования первой жидкой фазы при температуре менее 600°С, предпочтительно примерно 580°С, и получить, в результате, расплавленный шлак, оказывающий хорошее смазывающее действие на систему.
2
2
3
2
В варианте воплощения такой смазочный порошок включает углерод в графите, измельченный кокс или ламповую сажу, SiO, AlO, NaO, CaO, фториды, оксиды переходных металлов и другие оксиды и имеет следующие характеристики:
2
- индекс основности в пересчете на СаО/SiO масс./масс. составляет 0,25÷1,8;
- содержание щелочи составляет 0,1÷15,0 масс.%;
- содержание щелочноземельного металла составляет 0,1÷45,0 масс.%;
- содержание глинозема составляет 0,1÷25,0 масс.%;
2
2
3
- содержание MnO, MnO и FeO составляет 0,1÷15,0 масс.%;
-
- содержание фторида, F, составляет 0,1÷14,0 масс.%;
2
2
3
2
3
- содержание других оксидов, таких как TiO, BO, LaO, составляет 0,1÷15,0 масс.%;
- средний размер частиц компонентов составляет 0,1÷15,0 мкм, измеренный в соответствии со стандартным способом ASTM D4464-10.
m
Размер твердых частиц является важной характеристикой, поскольку он определяет максимальный упаковочный множитель (Ф) и, следовательно, относительную вязкость дисперсии.
Жидкая среда предпочтительно представляет собой маслянистую среду. Могут быть использованы смазочные масла, обычно используемые в процессах такого типа. В варианте воплощения маслянистая среда включает в основном сложные глицериновые эфиры жирных кислот или поли-α-олефины.
Жидкая среда выполняет функцию носителя твердого компонента. Поэтому смазочный состав может быть загружен с использованием известных закачивающих устройств.
0
2
Жидкая среда реализует кинематическую вязкость, μ, составляющую от 25 до 100 мм/сек при 40°С (ASTMD445, гравиметрический способ с капиллярным вискозиметром), и имеет температуру застывания ≤-20°С, измеренную согласно стандартному способу ASTM D-97. Последняя особенность позволяет избегать формирования шлама при низких температурах.
m
p
m
p
p
p
Другой важной особенностью смазочного состава согласно настоящему изобретению является доля в объеме Ф отношения твердого компонента к жидкому компоненту, рассчитываемая согласно выражению Ф=С/ρ, в котором С представляет собой весовую концентрацию твердого компонента в жидком компоненте, а ρ представляет собой насыпную плотность твердого компонента. При использовании смеси твердых компонентов, как в данном случае, ρ представляет собой средневзвешенные величины ρ дискретных компонентов, описанных в соответствующей литературе.
d
r
0
0
Смазочный состав согласно настоящему изобретению имеет долю в объеме Ф твердого вещества, диспергированного в жидкой среде, составляющую от 0,10 до 0,65; плотность ρ, составляющую от 1,0 до 1,8 кг/л (измеренную согласно стандартному способу ASTM D1298), и относительную вязкость η=η/μ, составляющую от 1,25 до 2,50, при этом η представляет собой кинематическую вязкость дисперсии при 40°С (измеренную согласно стандартному способу ASTMD445), а μ представляет собой кинематическую вязкость жидкой среды при 40°С (измеренную согласно стандартному способу ASTMD445).
Смазочный состав согласно настоящему изобретению получают способом, включающим следующие рабочие стадии:
а) подготовка смазочного порошка, имеющего средний размер частиц, составляющий от 20 до 40 микрон, и предпочтительно имеющего температуру начала плавления менее 600°С, предпочтительно примерно 580°С;
0
2
b) подготовка жидкой среды, реализующей кинематическую вязкость, μ, составляющую от 25 до 100 мм/сек при 40°С (измеренную согласно стандартному способу ASTMD445);
с) диспергирование упомянутого смазочного порошка в упомянутой жидкой среде.
Термин «температура начала плавления» в контексте данного описания означает самую низкую температуру, при которой твердые вещества начинают плавиться, т.е. температуру, при которой формируется первая капля жидкости. Такое определение применимо к смеси веществ, обычно плавящихся в широком диапазоне температур.
В варианте воплощения стадию а) придания смазочному порошку желаемого размера частиц осуществляют, измельчая гранулят с помощью молотковых мельниц, шаровых мельниц или струйных мельниц и/или просеивая гранулят через сита с соответствующим размером ячеек сетки.
В варианте воплощения стадию с), включающую диспергирование твердого вещества в жидкости, осуществляют, загружая твердое вещество в жидкость и используя диспергатор, имеющий импеллер с числом Рейнольдса ≤10. Например, может быть использован диск с шестью лопастями, такой как в турбине Раштона (Rushton); пильный импеллер, такой как в импеллере Cowles, якорные импеллеры, спиральные ленточные импеллеры или импеллеры типа Ekato PARAVISC (Ekato, Handbook).
В варианте воплощения, во время введения смазочного порошка в жидкую среду согласно стадии с), скорость импеллера постепенно или дискретно повышают с 80-120 об/мин до 250-450 об/мин, после чего скорость повышают до 650-950 об/мин в течение периода времени, составляющего от 45 минут до 80 минут.
Более конкретно, жидкую среду загружают в диспергатор, а затем постоянно перемешивают с низкой скоростью, например, около 100 об/мин, после чего порциями загружают смазочный порошок. Каждый раз при введении твердого вещества вязкость повышается, поэтому скорость импеллера также повышается, обычно до 300-400 об/мин. После последнего введения скорость импеллера доводят до 700-900 об/мин в течение примерно 50 минут. Удостоверившись, что плотность и вязкость смеси не выходят за указанные выше пределы, смесь перемешивают со скоростью 700-900 об/мин в течение еще 10 минут и перепроверяют величины таких характеристик, которые должны быть постоянными в рамках точности измерений.
Стадия с) может включать стадию предварительного смешивания твердого вещества и жидкости в соответствующих, указанных выше пропорциях. Такое предварительное смешивание может быть, например, осуществлено в мешалке с лемешными лопастями.
Способ согласно настоящему изобретению позволяет получать текучую среду, реализующую неньютоновский характер, получаемый в результате регулирования предела ее текучести посредством тиксотропной величины, обеспечиваемой диспергированием твердого компонента в жидкую среду. В результате, скорость оседания снижается желательным образом.
В другом варианте воплощения способ согласно настоящему изобретению осуществляют за одну стадию, вводя смесь смазочного порошка в жидкую среду в шаровой мельнице или в коллоидной мельнице и одновременно обеспечивая как измельчение твердого вещества, так и его диспергирование в жидкой среде. Однако в данном варианте воплощения регулирование размера зерен твердого вещества не является оптимальным.
Подразумевается, что смазочный состав согласно настоящему изобретению может быть адаптирован к различным технологическим требованиям и к различным получаемым сортам стали, оставаясь в рамках пределов указанных выше параметров. Например, можно адаптировать кинематическую вязкость смазочного вещества к конкретным требованиям по его загрузке в непрерывную литейную машину, принимая во внимание нагрузочные потери линии подачи, или можно адаптировать часть диспергированного твердого вещества таким образом, чтобы для закачивания такого же объема можно было загружать в непрерывную литейную машину соответствующее количество диспергированного порошка. Более того, состав последнего может быть, в свою очередь, адаптирован к требованиям процесса, которым обычно должны отвечать порошки для непрерывного литья, и, в частности, индекс основности может быть адаптирован в зависимости от получения сортов стали, чувствительных к прилипанию или растрескиванию. Например, при отливке конструкционной стали в виде квадратных заготовок сечением 145÷160 мм со скоростью 2,5÷3,5 м/мин смазывающее вещество может иметь следующие характеристики:
- содержание твердой фракции составляет 55÷60 масс.%;
2
- жидкая основа, состоящая из сложного глицеринового эфира олеиновой кислоты, реализует кинематическую вязкость, составляющую от 60 до 75 мм/сек при 40°С;
- относительная вязкость смазывающего вещества составляет от 3,7 до 4,2;
2
- индекс основности в пересчете на СаО/SiO масс./масс. составляет 0,81±0,05;
- содержание щелочи составляет 5,0÷8,0 масс.%;
- содержание извести составляет 35,0÷39,0 масс.%;
- содержание кремнезема составляет 44,0÷48,0 масс.%;
- содержание глинозема составляет менее 2,0 масс.%;
-
- содержание фторида, F, составляет 5,0÷7,0 масс.%;
- средний размер частиц компонентов составляет 0,1÷40 мкм.
Смазочный состав согласно настоящему изобретению может быть использован в количествах, составляющих от 100 до 500 г/тонну стального литья.
Использование смазочного состава согласно настоящему изобретению позволило получить существенные преимущества в процессах непрерывного литья при разливке как в отрытые, так и закрытые формы, такие как отсутствие перекашивания и последующее отсутствие трещин у краев, повышение выхода благодаря существенному снижению уровня образования окалины (уменьшение массы окалины на 30-70%) и снижение уровня формирования трещин в целом.
Другим важным преимуществом является возможность повышения скорости литья после соответствующего регулирования потоков первичной и вторичной охлаждающей воды.
Использование смазочного состава согласно настоящему изобретению также позволяет использовать в качестве источника стали скрап плохого качества, позволяющий отливать сталь, содержащую до 30 м.д. серы.
В заключение, смазочный состав согласно настоящему изобретению имеет преимущество, типичное для масел, т.е. легкость при хранении, легкость при обработке, он не вызывает образования взвешенной пыли во время использования, реализует более низкую восприимчивость к влаге, имеет более длительный срок службы, не теряя при этом стандартов качества, обычно достигаемых при использовании литейных порошков. Другое преимущество заключается в улучшенной совместимости с окружающей средой по сравнению с известными смазочными составами.
Безусловно, для специалиста в данной области техники очевидны дополнительные модификации и варианты смазочных составов согласно настоящему изобретению для удовлетворения непредвиденных и специфических требований, которые, в любом случае, входят в объем защиты настоящего изобретения, определяемый следующей формулой изобретения.