МОДИФИКАТОР МАГНЕЗИАЛЬНОГО СОСТАВА ДЛЯ КОНВЕРТЕРНОГО ШЛАКА И СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ КОНВЕРТЕРНОГО ШЛАКА
MAGNESIUM-CONTAINING MODIFYING AGENT FOR CONVERTER SLAG AND MODIFICATION METHOD OF CONVERTER SLAG

Изобретение относится к области металлургии, в частности к модификаторам конечного конвертерного шлака для защиты от разрушения периклазоуглеродистой футеровки кислородного конвертера, а также увеличения срока ее службы.
Известен модификатор металлургического шлака (патент RU 2141535 С1), который состоит из доломита и железосодержащего материала, получаемый их совместным помолом и обжигом во вращающейся печи при температуре 1360÷1450°С. Недостатками известного модификатора являются: низкое содержание MgO, что обусловливает низкую эффективность его применения и высокий расход для повышения содержания MgO в конечном шлаке; высокая гигроскопическая способность, обусловленная высоким содержанием СаО, что приводит к накоплению модификатором гигроскопичной влаги при хранении и транспортировке и образованию водорода при температуре применения модификатора, опасного в условиях металлургического агрегата, отрицательно влияющего на свойства выплавляемого металла; низкая скорость усваивания обожженного модификатора конечным шлаком; высокие энергозатраты на производство, связанные с обжигом модификатора при температуре 1360÷1450°С.
Известен модификатор металлургического шлака (патент RU 2260626 С1), состоящий из оксида магния и оксида железа в количестве (мас.%) 65,0÷97,0 и 2,0÷15,0, соответственно, получаемый путем спекания во вращающейся печи тонкоизмельченных сырого магнезита и сидерита. Недостатками известного модификатора являются: низкая скорость усваивания спеченного модификатора конечным шлаком; высокие энергозатраты на производство модификатора, связанные со спеканием; высокое содержание оксидов железа, что приводит к снижению стойкости гарнисажного слоя из модифицированного им конечного шлака.
2
3
2
3
2
2
3
Известен модификатор металлургического шлака (патент RU 2205232 С1), содержащий оксид магния, оксид алюминия, оксид железа, оксид кремния и кальция в следующем соотношении (мас.%): MgO 32,0÷33,5; АlO 0,5÷0,95; FеО 2,0÷5,0; SiO 2,5÷3,0; CaO - остальное, получаемый совместным обжигом во вращающейся печи, при температуре 1570÷1670°С, доломита и железосодержащего материала, при соотношении доломита к FеО, равном 8:1. В качестве железосодержащего материала используется прокатная окалина или железная руда. Недостатками известного модификатора являются: низкое содержание MgO, что обусловливает низкую эффективность его применения для повышения содержания MgO в конечном шлаке; высокая гигроскопическая способность, обусловленная высоким содержанием CaO, что приводит к накоплению модификатором гигроскопичной влаги при хранении и транспортировке и образованию водорода при температуре применения модификатора, опасного в условиях металлургического агрегата, растворимого в выплавляемом металле и отрицательно влияющего на его свойства; низкая скорость усваивания обожженного модификатора конечным шлаком; высокие энергозатраты на производство, связанные с обжигом модификатора при температуре 1570÷1670°С.
2
3
2
Известен способ выплавки стали в конвертере (RU 2327743 С2) с присадкой в конвертер модификатора на оставленный шлак, после выпуска металла, для нанесения гарнисажного слоя, состоящего из оксида магния 40,0÷95,0 мас.%, оксида алюминия 0,1÷30,0 мас.%, оксида кальция 0,5÷45,0 мас.%, оксида кремния 1,0÷20,0 мас.%, оксида железа - остальное, получаемого спеканием во вращающейся или шахтной печи (при 900÷1500°С) высокомагнезиальных материалов (сырого магнезита, брусита) с алюмосодержащими материалами (глиноземистые материалы, алюминистые шлаки и др.) с добавлением железосодержащих материалов (сидерит, шлак и др.). Недостатком известного флюса является высокое содержание АlО (до 30,0 мас.%) и SiO (до 20,0 мас.%), что приводит к снижению температуры плавления модифицированного шлака, образованию более перегретого шлакового расплава с повышенной агрессивностью к огнеупорной футеровке; применение известного флюса на конечный шлак, оставленный после выпуска металла, для нанесения гарнисажного покрытия приводит к сокращению ресурса гарнисажного слоя, увеличению числа операций нанесения гарнисажного слоя, увеличению расхода модификатора и сокращению эффективного времени использования конвертера, снижению эффективности нейтрализации начального шлака следующей плавки; высокие энергозатраты на производство, связанные со спеканием при температуре 900÷1500°С известного модификатора.
2
Наиболее близким к заявляемому является модификатор металлургического шлака и способ его использования (патент RU 2244017 С2). Модификатор содержит оксиды магния, кальция, кремния и железа в следующих соотношениях (мас.%): СаО 0,5÷10,0; SiO 0,5÷5,0; оксид железа 0,5÷6,0; MgO - остальное. Причем MgO находится в карбонатной и гидратной формах при их соотношении в пределах 0,5÷2. Модификатор может содержать углерод в пределах 5÷10 мас.% (прототип).
2
3
3
2
Получение известного модификатора осуществляется путем совместного сухого помола природного магнезита и кальцинированного магнезита, при их массовом соотношении в пределах (30÷70)÷(70÷30), до удельной поверхности 0,6÷12,0 м/г, окомкования молотой смеси в грануляторе с добавлением воды (при влажности 15÷25%), после чего окомкованый материал выдерживают в течение 15÷40 мин. до образования гранул размером 5÷40 мм, или формируют брикеты объемом до 70 см. Возможно введение в шихту коксика. Набор прочности гранул происходит за счет кристаллизации связующего гидроксида магния. Источником MgO известного модификатора является MgO, который образуется при внесении на конвертерный шлак модификатора, при декарбонизации и дегидратации входящих в его состав компонентов (MgCO, Mg(OH)), удельная поверхность образующегося материала достигает 30 м /г.
Недостатки наиболее близкого к заявляемому модификатора (прототипа):
- наличие в составе модификатора гидроксида магния, который приводит к образованию водорода при температуре применения модификатора, опасного в условиях металлургического агрегата, растворимого в выплавляемом металле и отрицательно влияющего на его свойства;
- высокая гигроскопическая способность необожженных гидрофильных гранул из тонкомолотого природного магнезита и каустического магнезита приводит к поглощению ими влаги из воздуха при хранении и транспортировке, что приводит к образованию водорода при температуре применения модификатора, опасного в условиях металлургического агрегата, растворимого в выплавляемом металле и отрицательно влияющего на его свойства;
- потери в виде пылеуноса, при применении модификатора из-за низкой прочности и устойчивости к истиранию гранулированного на воде модификатора, что приводит к разрушению гранул модификатора во время хранения и транспортировки, разрушаемость при хранении в течение 30 суток достигает 61,0 мас.%;
- образование неравномерного по толщине гарнисажного слоя из-за его скатывания и сохранение частично непокрытой гарнисажем поверхности футеровки, в результате чего требуется большее число операций нанесения гарнисажного слоя, увеличивается расход модификатора и сокращается эффективное время использования конвертера.
Задачей предлагаемого технического решения является разработка состава модификатора, который обеспечивает повышение ресурса гарнисажного слоя, снижение числа операций нанесения гарнисажного слоя и расхода модификатора, повышение эффективного времени работы конвертера; предотвращения образования в конвертере водорода для исключения взрывов и выбросов металла, снижение потерь модификатора с пылеуносом, повышение его гидрофобности, прочности и устойчивости к истиранию гранул при транспортировке и хранении модификатора, а также обеспечивающего эффективную нейтрализацию начального шлака конвертерной плавки и повышение ресурса конвертерной футеровки.
3
2
3
2
3
Поставленная задача достигается тем, что модификатор магнезиального состава для конвертерного шлака, содержащий смесь карбоната магния (MgCO) и кальцинированного магнезита с кальцинированной формой оксида магния (MgO), оксид кальция (СаО), оксид железа (FеО), оксид кремния (SiO), углерод (С) и связку, при этом использован кальцинированный магнезит с кальцинированной формой оксида магния (MgO) фракции 0,1÷1,5 мм и карбонат магния (MgCO) фракции 0,05÷0,1 мм, в качестве связки использована смесь гидрофобизатора с безводным связующим при следующем соотношении компонентов, мас.%:
MgCO<sub>3</sub>
41,0÷78,5
MgO
15,5÷34,0
СаО
1,5÷5,0
SiO<sub>2</sub>
1,0÷4,5
Fе<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
0,5÷4,5
С
0,5÷4,0
Смесь гидрофобизатора с
безводным связующим
2,5÷7,0,
3
при этом кальцинированный магнезит с кальцинированной формой оксида магния (MgO) и карбонат магния (MgCO) в смеси взяты в соотношении, мас.%: (16÷45)÷(55÷84) соответственно, а гидрофобизатор с безводным связующим - в соотношении, мас.%: (40÷60)÷(60÷40) соответственно.
Поставленная задача достигается также тем, что в способе модифицирования конвертерного шлака осуществляют внесение модификатора на конечный конвертерный шлак, находящийся при температуре 1450÷1600°С, в количестве из расчета на одну тонну шлака, определяемом по формуле:
<img file="00000001.tif" he="16" wi="83" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
MgO
CaO
SiO2
MgO
шлака
3
3
где Х - исходное содержание оксида магния в конечном конвертерном шлаке (мас.%), Х - содержание оксида кальция в конечном конвертерном шлаке (мас.%), X- содержание оксида кремния в конечном конвертерном шлаке (мас.%), ρ - плотность оксида магния (т/м), ρ - плотность конечного конвертерного шлака (т/м), А и В - эмпирические коэффициенты, зависящие от температуры конечного конвертерного шлака, которые изменяются в диапазоне А=16,63÷41,66; В=10,45÷27,25 в интервале температур 1450÷1600°С, мас.%. 0,52 - эмпирический коэффициент, обладающий размерностью мас.%.
Заявляемый модификатор и способ его использования позволяют повысить ресурс гарнисажного слоя, снизить число операций нанесения гарнисажного слоя и расход модификатора, повысить эффективность времени работы конвертера; предотвратить образование в конвертере водорода для исключения взрывов и выбросов металла, достичь снижения потерь модификатора с пылеуносом, повышения его гидрофобности, прочности и устойчивости к истиранию гранул при транспортировке и хранении модификатора, а также обеспечить эффективную нейтрализацию начального шлака конвертерной плавки и повышение ресурса конвертерной футеровки.
Предусматривается возможность введения модификатора непосредственно по ходу конвертерной плавки, в том числе на начальный шлак для нейтрализации шлака и повышения в нем концентрации MgO, в количествах, не снижающих рафинирующей способности шлака в процессе плавки.
В качестве гидрофобизатора использовали минеральные и нефтяные масла (ГОСТ 20799-88. Масла индустриальные. Технические условия), в качестве безводного связующего - фенольное связующее (ГОСТ 4806-79), сланцевую фенольную смолу, формальдегидную смолу (ТУ 2257-005-05761778-2002).
Сырье: ТУ 1515-021-00190495-2002. Магнезит сырой дробленый (Технические условия), ГОСТ 1216-87. Порошки магнезитовые каустические (Технические условия), ГОСТ 10360-85. Порошки периклазовые спеченные для изготовления изделий (Технические условия), ГОСТ 24862-81. Порошки периклазовые и периклазоизвестковые для сталеплавильного производства (Технические условия), ГОСТ 3213-91. Кокс пековый электродный (Технические условия), ГОСТ 3340-88. Кокс литейный каменноугольный (Технические условия), ГОСТ 22898-78. Коксы нефтяные малосернистые (Технические условия), ГОСТ 5279-74. Графит кристаллический литейный (Технические условия), ГОСТ 5420-74. Графит скрытокристаллический (Технические условия).
3
Получение модификатора включает дробление и помол природного магнезита MgCO до фракции 0,05÷0,1 мм, смешение с кальцинированным магнезитом MgO фракции 0,1÷1,5 мм в заявляемом соотношении, введение смеси гидрофобизатора и безводного связующего, углерода в виде кокса или графита, с последующим гранулированием и/или брикетированием.
Источником MgO является кальцинированная форма MgO фракции 0,1÷1,5 мм и природный магнезит фракции 0,05÷0,10 мм, в массовом соотношении 0,2÷0,8, которое обеспечивает образование полидисперсной шлаковой суспензии с повышенным содержанием MgO при постоянной вязкости.
Применение гидрофобизатора препятствует доступу влаги к поверхности фракций природного и кальцинированного магнезита, взаимодействие безводного связующего с минеральной составляющей модификатора приводит к образованию гидрофобных фенолятов кальция и магния, что обеспечивает гидрофобность гранул модификатора. Увеличение прочности и устойчивости к истиранию гранул модификатора происходит за счет полимеризации безводного связующего при термообработке.
Введение углерода оптимизирует вязкость шлаковой суспензии за счет снижения концентрации окисленных форм железа.
2
2
3
3
Снижение содержания в модификаторе карбоната магния менее 41,0 мас.% приводит к уменьшению концентрации MgO в модифицированном шлаке и снижению эффективности применения модификатора. Увеличение содержания в модификаторе карбоната магния более 78,5 мас.% приводит к значительному увеличению затрат тепла на декарбонизацию и усваивание шлаком модификатора. Снижение соотношения кальцинированной формы MgO фракции 0,1÷1,5 мм к карбонату магния фракции 0,05÷0,1 мм ниже 15,5:78,5 или увеличение соотношения кальцинированной формы MgO фракции 0,1÷1,5 мм к карбонату магния фракции 0,05÷0,1 мм выше 41,0:34,0 приводит к значительному возрастанию вязкости шлаковой суспензии, образующейся при применении модификатора. Увеличение содержания углерода в модификаторе выше 4,0 мас.% приводит к значительному охлаждающему эффекту шлаковой суспензии и увеличению ее вязкости, что затруднит нанесение из нее гарнисажного слоя. Снижение содержания углерода в модификаторе ниже 0,5 мас.% приводит к образованию шлаковой суспензии с низкой вязкостью и образованию тонкого гарнисажного слоя. Содержание в составе модификатора смеси гидрофобизатора с безводным связующим менее 2,5 мас.% не обеспечивает достижения удовлетворительных параметров прочности, устойчивости к истиранию гидратации и разрушаемости при хранении модификатора, содержание в составе модификатора суспензии гидрофобизатора с безводным связующим свыше 7,0 мас.% избыточно и не приводит к повышению прочности, устойчивости к истиранию гидратации и разрушаемости при хранении модификатора. Повышение содержания примесей: СаО более 5,0 мас.%, SiO более 4,5 мас.%, FеО более 4,5 маc. % в составе модификатора приводит к снижению концентрации MgO и MgCO и снижению эффективности применения модификатора для повышения концентрации MgO в конечном шлаке.
Заявляемое техническое решение обеспечивает: снижение числа операций нанесения гарнисажного слоя и расхода модификатора, повышение эффективного времени работы конвертера за счет повышения ресурса гарнисажного слоя, образованного из шлаковой суспензии с повышенным содержанием MgO с оптимизируемой вязкостью и нанесения из нее непрерывного равномерного гарнисажного слоя с повышенным содержанием MgO; нейтрализацию первичного конвертерного шлака и повышение ресурса футеровки за счет нанесения гарнисажного слоя с повышенным содержанием MgO; предотвращение образования водорода в металлургическом агрегате при применении модификатора, из-за исключения гидратных форм MgO из состава модификатора, а также за счет исключения накопления гигроскопической влаги при транспортировке и хранении модификатора; снижение потерь в виде пылеуноса при применении модификатора, за счет повышенной прочности и устойчивости к истиранию гранул модификатора.
4
-4
+2
+2
+2
+3
+3
+3
+4
+5
Согласно полимерной модели силикатных расплавов, силикатные шлаки являются растворами, которые содержат полимерные силикатные анионы разных размеров и сложности, в зависимости от природы катионов и концентраций основных оксидов [Падерин С.Н., Филиппов В.В. Теория и расчеты металлургических систем и процессов. - М.: МИССИС, 2002. - 334 с.]. Полимерные силикатные анионы состоят из SiO , где атомы кремния соединены связующими атомами кислорода, увеличение концентрации катионов металлов (например Са, Mg, Fе) приводит к прогрессирующему разрушению кислородных связей полимерных анионов и образованию ионов кислорода, не обладающих соединительной функцией (NBO) [Kenneth С. The Influence of Structure on the Physico-chemical Properties of Slags // ISIJ International. Vol. 33 № 1, 1993. pp. 148-155.]. Силикатный шлаковый расплав одновременно содержит различные полимерные анионные объединения, существующие в форме цепей, пластин и колец, введение разрушающих решетку катионов металлов не изменяет природу полимерных анионных объединений, но влияет на их количественное содержание, в сторону более коротких и менее массивных анионов [Kenneth С. The Influence of Structure on the Physico-chemical Properties of Slags // ISIJ International. Vol. 33 № 1, 1993. pp. 148-155]. Катионы с меньшим радиусом и большей валентностью способствуют образованию более деполимеризованного расплава, трех- и четырех- и пятивалентные катионы, такие как Аl, Fe, B, Тi, Р, способствуют полимеризации расплава [Kenneth С. The Influence of Structure on the Physico-chemical Properties of Slags // ISIJ International. Vol. 33 № 1, 1993. pp. 148-155].
Для оценки степени деполимеризации расплава используется отношение мольных долей ионов кислорода, не обладающих соединительной функцией к атомам кислорода, участвующим в образовании полимерных анионов - (NBO/T). Экспериментально установлено, что вязкость шлакового расплава снижается с ростом его деполимеризации, и наоборот, резко возрастает при приближении (NBO/T) к 0, параметр (NBO/T) определяется химическим составом шлакового расплава и рассчитывается по формуле [Kenneth С. The Influence of Structure on the Physico-chemical Properties of Slags // ISIJ International. Vol. 33 № 1, 1993. pp. 148-155]:
<img file="00000003.tif" he="5" wi="43" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000004.tif" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000005.tif" he="18" wi="86" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000006.tif" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000007.tif" he="11" wi="67" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000008.tif" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000009.tif" he="6" wi="65" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000010.tif" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
2
2
3
2
2
5
2
3
2
2
2
3
2
2
2
3
2
2
2
3
2
x(i) - мольная доля i-го компонента. Таким образом, увеличение концентрации оксидов SiO, АlО, TiO, PO, FеО и т.д. ведет к возрастанию вязкости шлакового расплава, а увеличение концентрации оксидов CaO, MgO, FeO, NaO, КО и т.д. (имеющих более ионный характер) ведет к снижению его вязкости. Кислые шлаки становятся текучими (вязкость порядка 1 Па·с) только при температурах, значительно превышающих температуры их плавления, например, самый легкоплавкий шлак в тройной системе CaO-АlО-SiO: SiO 62,0 мас.%, АlО 14,8 мас.%, CaO 23,2 маc % (тройная эвтектика CaO·SiO - SiO - CaO·AlO·SiO) плавится при 1155°С, а вязкость порядка 1 Па·с приобретает при 1600°С [Романенко А.Г. Металлургические шлаки. - М.: Металлургия, 1977. - 190 с.]. Повышение основности шлака, то есть увеличение концентрации в нем CaO и MgO вызывает снижение его вязкости, но лишь до определенного предела, богатые CaO и MgO высокоосновные шлаки малоподвижны [Романенко А.Г. Металлургические шлаки. - М.: Металлургия, 1977. - 190 с.], так как при превышении концентрации основных оксидов над пределом растворимости вязкость шлака повышается вследствие диспергирования в нем нерастворенных высокоогнеупорных фаз и образования суспензии. Вязкость суспензии выше вязкости ее жидкой дисперсионной среды и растет с увеличением объемного наполнения ее твердой фазой.
Дисперсные системы (тв. - ж.) (суспензии) можно разделить [Рейнер М. Реология, пер. с англ. Малинина Н.И., под ред. Григолюка Э.И. - М.: Наука, 1965. - 224 с.] на:
- золи, которые представляют собой дисперсию твердого вещества в жидкой среде при малом объемном наполнении, ведут себя как жидкости;
- гели, представляющие собой дисперсию твердого вещества в жидкой дисперсионной среде, отличающуюся наличием непрерывной структурной сетки диспергированных частиц.
- студни, твердая фаза непрерывна по всему объему (перколирована), такая структура по свойствам близка к твердым телам.
При повышении объемной концентрации твердой фазы происходит переход из золя в гель, и далее, при ее перколяции, в студень.
Относительная вязкость золей определяется по формуле Энштейна [Рейнер М. Реология, пер. с англ. Малинина Н.И., под ред. Григолюка Э.И. - М.: Наука, 1965. - 224 с., Урьев Н.Б., Потанин А.А. Текучесть суспензий и порошков. - М.: Химия, 1992. - 247 с.]:
<img file="00000011.tif" he="12" wi="49" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000012.tif" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
*
m
где η - вязкость золя, η - вязкость дисперсионной среды, Cν - объемное наполнение дисперсной фазой. Эта формула справедлива при объемном наполнении менее 3%. Общее выражение для расчета вязкости гелей имеет полиномиальный вид [1]:
<img file="00000013.tif" he="12" wi="94" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000014.tif" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
1
При низких значениях объемного наполнения суспензии (Cν) третьим, четвертым и т.д. членами полинома можно пренебречь, в результате чего получим формулу Эйнштейна (1), где α=2,5. При повышении объемного наполнения вязкость геля непрерывно растет, стремясь к бесконечности при перколяции твердой фазы (переходе из геля в студень). Минимальное объемное наполнение твердой фазой, достаточное для ее перколяции, составляет  для кубической плотнейшей упаковки и 0,74 для гексагональной. Соответственно граничными условиями для решения задачи (7) являются следующие выражения:
<img file="00000016.tif" he="10" wi="52" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000017.tif" he="4" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000018.tif" he="5" wi="104" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000019.tif" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
Одним из решений задачи (7), с учетом граничных условий (8) и (9), является формула Муни:
<img file="00000020.tif" he="12" wi="58" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000021.tif" he="4" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
которая дает хорошее совпадение с опытными измерениями вязкости суспензий для широкого диапазона размеров дисперсных частиц твердой фазы, при эмпирическом определении коэффициента К [Рейнер М. Реология, пер. с англ. Малинина Н.И., под ред. Григолюка Э.И. - М.: Наука, 1965. - 224 с.]. К=1,35÷1,91.
В случае полидисперсной суспензии, где дисперсная твердая фаза представлена двумя фракциями с разницей в размерах не менее чем на порядок, суспензия мелкой фракции в дисперсионной среде может быть представлена как дисперсионная среда для крупной фракции [Рейнер М. Реология, пер. с англ. Малинина Н.И., под ред. Григолюка Э.И. - М.: Наука, 1965. - 224 с.]. Расчетная зависимость относительной вязкости полидисперсной суспензии от объемного наполнения, при различном объемном соотношении крупной и мелкой фракций  приведена на Фиг.1.
2.
Введение фактора полидисперсности, при равном объемном наполнении, ведет к снижению вязкости суспензии, причем минимальные ее значения достигаются при , находящимся в пределах 0,7-1,5, смотри Фиг.
Соответственно введение в суспензию дисперсного наполнителя в виде 2-х фракций позволит достигать большей концентрации твердой фазы, по сравнению с монодисперсным наполнением, при постоянной вязкости.
Существенное отличие предложенного технического решения заключается в образовании объемного соотношения кальцинированной формы MgO крупной фракции к мелкой фракции MgO, получаемой разложением карбоната магния, в пределах 0,4÷1,8, обеспечивающи м снижение вязкости и повышенное содержание MgO в модифицированной шлаковой суспензии; снижение гидратации модификатора при хранении и транспортировке, исключение образования водорода при применении модификатора, увеличение прочности и устойчивости к истиранию модификатора за счет применения смеси гидрофобизатора и безводного связующего.
Новизна заявляемого технического решения состоит в том, что предложен модификатор конвертерного шлака, содержащий кальцинированную форму MgO в виде крупных зерен и карбонат магния в виде мелких зерен, смесь гидрофобизатора с безводным связующим, в заявляемом соотношении, вводимый на тонну конечного шлака, в количестве, определяемом по формуле (1).
Таким образом, предлагаемое техническое решение является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.
Пример осуществления изобретения:
по п.1
Природный магнезит фракции 0,05÷0,1 мм смешивают в смесителе с кальцинированным магнезитом фракции 0,1÷1,5 мм, со смесью гидрофобизатора и безводного связующего (минеральное или нефтяное масло и фенольное связующее в массовом соотношении 1:1), с коксом, в соотношении, указанном в таблице 1.
Состав модификаторов приведен в таблице 2.
Свойства модификаторов представлены в таблице 3.
по п.2
Количество модификатора, вносимое на 1 т конечного конвертерного шлака приведено в таблице 4.
Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает: снижение числа операций нанесения гарнисажного слоя и расхода модификатора, повышение эффективного времени работы конвертера за счет повышения ресурса гарнисажного слоя, образованного из шлаковой суспензии с повышенным содержанием MgO с оптимизируемой вязкостью и нанесения из нее непрерывного равномерного гарнисажного слоя с повышенным содержанием MgO; предотвращение образования водорода в металлургическом агрегате при применении модификатора, из-за исключения гидратной формы MgO из состава модификатора, а также за счет исключения накопления гигроскопической влаги при транспортировке и хранении модификатора; снижение потерь в виде пылеуноса при применении модификатора, за счет повышения прочности и устойчивости к истиранию гранул модификатора.
Таблица 1
Составы модификаторов для конвертерного шлака, мас.%
№
Природный
Кальцинированный
кокс
смесь
магнезит
магнезит
гидрофобизатора
и безводного связующего
1
48,6
40,4<sup>1</sup>
4,0
7,0<sup>4</sup>
2
52,3
37,7<sup>1</sup>
4,0
6,0<sup>4</sup>
3
58,1
31,9<sup>1</sup>
4,0
6,0<sup>4</sup>
4
61,4
30,1<sup>2</sup>
3,5
5,0<sup>5</sup>
5
68,3
24,2<sup>2</sup>
2,5
5,0<sup>5</sup>
6
74,8
19,2<sup>3</sup>
2,0
4,0<sup>5</sup>
7
81,0
16,0<sup>3</sup>
0,5
2,5<sup>4</sup>
прототип
42,0
48,0
10,0
-
<sup>1</sup> - каустический магнезитовый порошок по ГОСТ 1216-87
<sup>2</sup> - периклазовый порошок для сталеплавильного производства по ГОСТ 24862-81
<sup>3</sup> - периклазовый спеченный порошок по ГОСТ 10360-85
<sup>4</sup> - смесь минерального масла и СФП
<sup>5</sup> - смесь нефтяного масла и СФП
Таблица 2
Составы модификаторов для конвертерного шлака, мас.%
№
MgCO<sub>3</sub>
MgO
CaO
SiO<sub>2</sub>
Fе<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
С
смесь гидрофобизатора и безводного связующего
1
41,0
34,0
5,0
4,5
4,5
4,0
7,0
2
45,0
32,5
4,5
4,0
4,0
4,0
6,0
3
50,0
27,5
4,5
4,0
4,0
4,0
6,0
4
55,0
27,0
2,5
3,5
3,5
3,5
5,0
5
62,0
22,0
2,5
3,5
2,5
2,5
5,0
6
70,0
18,0
2,0
2,5
1,5
2,0
4,0
7
78,5
15,5
1,5
1,0
0,5
0,5
2,5
прототип
-
80,0÷99,5
0,5÷10,0
0,5÷5,0
0,5÷6,0
5,0÷10,0
-
Таблица 3
Сравнительные свойства заявляемого модификатора и прототипа
составы
гидратация(набормассы при хранении на воздухе),мас.%, не более
наличие Mg(OH)<sub>2</sub> в составе
содержание пылевидной фракции после 30 суток хранения, мас.%
средняя относительная вязкость конечного шлака, модифицированного для нанесения гарнисажа (η)
среднее содержание MgO в гарнисажном слое, мас.%*
1
1,80
÷
<1,0
3,0
26,3
2
1,75
÷
<1,0
2,8
24,8
3
1,74
÷
<1,0
2,7
23,5
4
1,70
÷
<1,0
2,6
22,4
5
1,67
÷
<1,0
2,5
21,5
6
1,58
÷
<1,0
2,7
20,8
7
1,50
÷
<1,0
3,0
20,3
прототип
не менее 15
+
до 61,0
5,0
не более
15,0
* - повышенное содержание MgO повышает устойчивость гарнисажного слоя, обуславливает эффективную нейтрализацию начального конвертерного шлака.
Таблица 4
Количество модификатора (т), вносимое на 1 т конечного конвертерного шлака по формуле 1*
исходное содержание MgO в конечном шлаке, мас.%
основность конечного шлака
количество модификатора (т), на 1 т конечного шлака
содержание MgO в модифицированном шлаке
14,0
2,5
0,190
26,4
14,0
2,6
0,160
24,4
14,0
2,7
0,130
22,5
14,0
2,8
0,100
20,5
14,0
2,9
0,070
18,5
14,0
3,0
0,040
16,5
14,0
3,1
0,009
14,5
10,0
2.5
0,260
26,4
10,0
2,6
0,230
24,4
10,0
2,7
0,200
22,5
10,0
2,8
0,170
20,5
10,0
2,9
0,136
18,5
10,0
3,0
0,104
16,5
10,0
3,1
0,073
14,5
10,0
3,2
0,040
12,6
10,0
3,3
0,009
10,6
* - А=30,68; В=19,80; температура 1550°С