ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОДАЧИ В КРИСТАЛЛИЗАТОР УСТАНОВКИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ
SLAG-FORMING MIX TO BE FED INTO CRYSTALLISER OF CONTINUOUS STEEL CASTING UNIT

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.
2
Основной составляющей защитной шлакообразующей смеси является портландцемент по ГОСТ 10178-85, в состав которого входят окислы кальция и кремния в виде клинкера 3CaO·SiO. 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.
2
2
Плавиковошпатный концентрат по ГОСТ 7618-83 служит основным источником флюса CaF. Он отличается постоянным содержанием CaF (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.
2
3
При этом сиенитовый концентрат находится в обратной взаимосвязи с карбонатом натрия (безводной содой NaCO) 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.
2
3
Карбонат натрия безводный (сода NaCO) 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.