ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА В ПРОМЕЖУТОЧНОМ КОВШЕ И КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ СТАЛИ
SLAG-FORMING MIXTURE FOR METAL SURFACE PROTECTION IN TUNDISH LADLE AND MOLD WHILE STEEL CONTINUOUS CASTING

Предполагаемое изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для защиты поверхности металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе при непрерывной разливке стали.
Известна шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали, включающая 7-12% углеродсодержащего материала, 18-22% фторсодержащего материала, 12-18% силикатной глыбы, 8-14% материала на основе окислов кремния и цемент - остальное (патент РФ №2165822, 7 B22D 11/00, 27.04.2001).
Недостатком такой смеси является относительно невысокая ассимилирующая способность ее шлакового расплава в кристаллизаторе МНЛЗ по отношению к всплывающим из металла оксидам алюминия в условиях увеличенной скорости разливки и значительного (до 12-15%) их прихода.
Так, при увеличении скорости разливки на 10-15% и увеличении содержания в шлаках кристаллизатора оксидов алюминия с исходных 3-5% до 15-20% существенно ухудшается работа смеси со шлаком - смесь со шлаком комкуется, по периметру кристаллизатора образуется грубый рант, вязкость шлака резко повышается. Увеличивается также толщина шлакового гарниссажа между стенками кристаллизатора и кристаллизующейся коркой слитка, что часто происходит при разливке сталей с высоким содержанием в них алюминия (например, динамная сталь). Это приводит к образованию дефектов на поверхности слитка (различных трещин и шлаковых включений) и часто к остановкам процесса разливки стали.
Известна также шлакообразующая смесь, содержащая 15-25% графита, 15-25% нефелина, 20-35% глыбы силикатной, 2-10% муки торфяной и остальное отвальный шлак ферросплавного производства - патент RU. 2148470 C1, B22D 11/111. 10.05.2000. Смесь многокомпонентна (5 ингредиентов). Содержание в нефелине оксидов алюминия достигает 30%. За счет использования 15-25% нефелина в смесь вводится дополнительно 5-7% оксидов алюминия, что ухудшает ее физико-химические свойства, а именно - снижается ее емкость по отношению к всплывающим из металла оксидам алюминия.
При непрерывной разливке алюминийсодержащих сталей приход оксидов алюминия в шлаковый расплав смеси достигает 10-15% абс. Суммарное содержание оксидов алюминия в шлаке составляет 15-22%. При этом понижается ассимилирующая способность шлакового расплава смеси по отношению к оксидам алюминия. Это приводит к ухудшению работы смеси со шлаком в кристаллизаторе. Температура плавления и вязкость расплава резко возрастают, смесь со шлаком комкуется, по периметру кристаллизатора образуется грубый рант. В конечном счете это приводит к образованию дефектов на поверхности слитка и ухудшению его макроструктуры. Возможно также прекращение процесса непрерывной разливки стали.
Данная смесь используется только при низких скоростях разливки (0,1-0,3 м/мин.)
Низкая скорость шлакообразования и высокие температура плавления и вязкость не позволяют использовать ее в кристаллизаторе при высоких скоростях разливки (0,6-1,0 м/мин).
Ближайшим аналогом заявляемой смеси является смесь, содержащая 2-10% углеродсодержащего материала, 10-20% фторсодержащего материала, 10-25% материала на основе окислов кремния и цемент - остальное. В качестве материала на основе окислов кремния используются формовочные пески, кварцевые концентраты (патент RU 2174893 C1, B22D 11/111, 20.10.2001).
Недостатком данной смеси являются низкие ее физико-химические свойства шлакового расплава (температура плавления и вязкость), из-за которых по периметру кристаллизатора образуются грубые ранты и шлакометаллические коржи. Это приводит к появлению на поверхности непрерывнолитых слитков грубых поверхностных дефектов и даже к прекращению процесса разливки стали.
Поэтому данная смесь по своим физико-химическим свойствам годится для использования только в промковше МНЛЗ.
Технический эффект при использовании заявленного состава шлакообразующей смеси заключается в улучшении ее физико-химических свойств (снижении температуры плавления с 1160-1200°С до 1130-1150°С и вязкости ее шлакового расплава до 0,3 Па.с) и повышении ее ассимилирующей способности (емкости) по отношению к всплывающим из металла оксидов алюминия. Это позволяет использовать новую смесь не только в промковше, но и в кристаллизаторе МНЛЗ. То есть достигается расширение ее функциональных (технологических) возможностей по отношению к известной смеси.
Указанный технический эффект достигается тем, что шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали, включающая углеродсодержащий материал, фторсодержащий материал и цемент, дополнительно содержит глыбу силикатную при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Углеродсодержащий материал
4-8
Фторсодержащий материал
10-20
Глыба силикатная
25-35
Цемент
Остальное
В качестве углеродсодержащего вещества используется графит скрытокристаллический (аморфный) марок ГЛС-2 и 3 (ГОСТ 5420-74).
Фторсодержащий материал используется в виде плавиковошпатового флюоритового концентрата (ГОСТ 29219-91), глыба силикатная - по ГОСТ 13079-81, цемент (портландцемент или шлакопортландцемент) по ГОСТ 10178-85.
Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого состава шлакообразующей смеси с признаками известных технических решений. На основании этого анализа можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям «изобретательский уровень» и «новизна».
При содержании в смеси углеродсодержащего материала менее 4% ухудшаются условия утепления зеркала металла, а при его содержании более 8% возникает опасность существенного науглероживания металла, что нежелательно, например, для низкоуглеродистых сталей.
При содержании в смеси фторсодержащего материала менее 10% и глыбы силикатной менее 25% резко повышаются температура плавления и вязкость шлаковых расплавов смесей, ассимилирующая их способность снижается. На поверхности отлитых слитков появляются крупные шлаковые включения. При содержании фторсодержащего материала более 20% и глыбы силикатной более 35% температура плавления и вязкость шлакового расплава смеси понижаются настолько, что следы качания кристаллизатора на поверхности отлитых слитков становятся очень глубокими, такими, что по этим следам появляются поперечные трещины.
Пределы содержаний фторсодержащего материала, силикатной глыбы и цемента подобраны с учетом получения требуемых физико-химических свойств смесей, основности шлакового расплава в пределах 0,7-1,3 и образующихся шлаков с высокой ассимилирующей способностью и удовлетворительных смазывающих свойств при отсутствии поверхностных дефектов на слитках или их минимальном количестве и незначительных по величине.
Шлакообразующая смесь оптимального состава для кристаллизатора и промежуточного ковша содержит 6% графита аморфного, 15% плавикошпатового концентрата, 30% глыбы силикатной и 49% цемента. Для удешевления смеси при использовании ее в промковше возможно применение коксовой пыли УСТК вместо аморфного графита в аналогичных количествах.
Конкретные примеры с граничными №1 и 2 и средним №3 (смеси оптимального состава) значениями содержаний ингредиентов новой смеси и средним №4 значением содержания ингредиентов известной смеси (патент РФ №2174893 - прототип) представлены в таблице.
Компонентный состав заявляемой (№1-3) и известной (№4) смесей.
Номер смеси
Содержание ингредиентов, мас.%
Графит аморфный
Концентрат плавиково-шпатовый
Глыба силикатная
Материал на основе окислов кремния (кварцевый песок)
Цемент
1
4
10
25
--
61
2
8
20
35
--
37
3
6
15
30
--
49
4
6
15
--
18
61
Новые смеси №1-3 испытали при разливке низкоуглеродистых и углеродистых сталей. Скорость разливки для разных сталей составляла 0,50-0,90 м/мин.
Пример 1. При использовании смеси №1 в кристаллизаторе образовывался рант толщиной не более 1,5 мм. «Подвисаний» (прилипаний) корки слитка не было. Трещин и шлаковых включений на поверхности слитков не обнаружено. На поверхности шлакового расплава в промковше отмечены отдельные аморфного типа шлаковые сгустки.
Пример №2. При использовании смеси №2 в кристаллизаторе рант не образовывался, но происходило незначительное протекание шлака на поддон, которое не повлияло на распыление воды форсунками. Дефектов (трещин и шлаковых включений) на поверхности слитков не обнаружено. Шлак в промковше был жидким.
Пример 3. При использовании смеси №3 в кристаллизаторе ни образования ранта, ни комкования смеси со шлаком, ни протекания шлака на поддон не происходило. Шлак в промковше был жидкоподвижным. Поверхность слитков была без дефектов.
Пример 4. При использовании смеси №4 шлак в промковше был жидкоподвижным, а в кристаллизаторе по его периметру образовывался грубый рант, и на зеркале слитка - твердые шлакометаллические коржи, что воспрепятствовало дальнейшей разливке стали с использованием данной смеси.
Для промышленных испытаний использовали оптимальный состав заявляемой смеси №3.
Промышленные испытания смеси №3 проводили при разливке трансформаторной, динамной и сталей 08Ю ОСВ и ВОСВ. Размер кристаллизаторов составлял 250×750…1350 мм. Скорость разливки составляла для трансформаторной стали 0,50-0,60 м/мин, а для остальных сталей 0,80-0,90 м/мин. Со смесью №3 было отлито около 120 тыс.тонн стали.
Качество поверхности слитков при использовании новой смеси повысилось: неметаллических включений с глубиной залегания более 2 мм не обнаружено. Положительные результаты достигнуты за счет улучшенных физико-химических свойств новой шлакообразующей смеси. Так, температура плавления новой смеси №3 составила 1140°С, а температура плавления известной смеси №4 составила 1180-1190°С. Вязкость их шлаковых расплавов при температуре 1300°С составила соответственно 0,3 и 1,2 Па.с. Поэтому полученные результаты позволяют рекомендовать новую смесь для внедрения в производство. Технико-экономический эффект от использования шлакообразующей смеси нового состава заключается в возможности увеличения скорости разливки стали на 10-15% (то есть в возможности увеличения производства отлитой стали), отсутствии подвисания корки слитков и ее прорывов (аварий) и повышении качества поверхности непрерывнолитых слитков.