ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩАЯ СМЕСЬ
HEAT INSULATING MIXTURE

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к утеплению поверхности жидкой стали в ковше во время транспортировки и разливки.
Известна теплоизолирующая смесь для разливки стали (авт. свид. СССР №582054, МПК В22D 27/00, B22D 7/10, опубл. в БИ №44, 1977 г.). Смесь содержит углеродсодержащее вещество, в качестве которого используются древесные опилки, а также перлит вспученный. Опилки - отход деревообработки, перлит - силикатная составляющая - вулканическое стекло. Его вспучивание происходит при нагревании за счет удаления из его состава химически связанной воды. Вспученный перлит является теплоизолирующим материалом и в смеси с опилками за счет их горения обеспечивают теплоизоляцию поверхности стали.
Однако эта теплоизолирующая смесь имеет следующий недостаток:
- после полного сгорания опилок, что происходит в течение нескольких минут, теплоизолирующие свойства смеси резко снижаются, оставшийся в смеси вспученный перлит благодаря контакту с расплавленной сталью расплавляется и теряет свои теплоизолирующие свойства.
По этой причине такая смесь не может быть использована для теплоизоляции поверхности жидкой стали в ковше при транспортировке и разливке, где необходимо поддерживать высокую температуру расплавленного металла в течение длительного времени.
Известна также теплоизолирующая смесь для теплоизоляции металла при разливке (авт. свид. СССР №833367, МПК B22D 7/10, опубл. в БИ №20, 1981 г.). Смесь также содержит углеродсодержащую добавку и вспученный перлит. В качестве углеродсодержащей добавки смесь содержит графит аморфный и термоантрацит, причем размер зерна термоантрацита составляет 0,2-0,4 части величины зерна вспученного перлита, что обеспечивает равномерное распределение в смеси термоантрацита.
Благодаря использованию в смеси в качестве углеродсодержащей добавки графита и термоантрацита их горение происходит медленнее по сравнению, например, с опилками, а выделяющиеся при горении газы предохраняют перлит от расплавления и поддерживают его во вспученном состоянии на протяжении всего периода горения.
Таким образом, теплоизолирующие свойства смеси поддерживаются в течение всего периода горения смеси. Причем продолжительность этого периода недостаточна для времени от наполнения ковша до его транспортировки и разливки.
Это является одним из недостатков теплоизолирующей смеси.
Другим недостатком смеси является дефицитность графита аморфного и термоантрацита.
Известна также теплоизолирующая смесь, являющаяся ближайшим аналогом заявляемого изобретения (патент РФ №2289493, МПК B22D 7/00, опубл. 20.12.2005, Бюл. №35). Смесь включает полевой шпат (амазонит), кокс молотый и алюминиевый порошок.
Однако и эта смесь имеет следующие недостатки:
- алюминиевый порошок значительно удорожает смесь и делает ее практически нерентабельной;
- в промышленном производстве при приготовлении смесей алюминиевый порошок требует особых условий хранения, транспортировки и использования ввиду его повышенной взрывоопасности.
Приведенная теплоизолирующая смесь после полного сгорания алюминиевого порошка, что происходит в течение нескольких минут, резко снижает свои теплоизолирующие свойства и не выполняет полностью роль теплоизоляции на период транспортировки и разливки стали.
По этой причине такая теплоизолирующая смесь недостаточно эффективна и при этом имеет высокую стоимость.
Технической задачей изобретения является снижение стоимости теплоизолирующей смеси при сохранении требуемых теплоизолирующих свойств на весь период транспортировки и разливки, улучшение условий труда и техники безопасности при изготовлении смеси и подачи ее в ковш.
Поставленная задача решается тем, что теплоизолирующая смесь включает углеродистую, силикатную и алюминиевую составляющие. В качестве алюминиевой составляющей она содержит отсевы алюминиевой стружки при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Полевой шпат (амазонит)
61-69
Кокс молотый
20-25
Отсевы алюминиевой стружки
10-15.
При этом отношение содержания отсевов алюминиевой стружки к коксу молотому составляет 0,40-0,75.
Размер частиц отсевов алюминиевой стружки, используемой в процессе приготовления теплоизолирующей смеси, составляет 3-1 мм, т.е. не превышает 3 мм и поэтому обеспечивает хорошую сыпучесть смеси при заполнении ею поверхности расплава в ковше.
Как показывает практика, при содержании в смеси отсевов алюминиевой стружки менее 10% ее разогрев за счет экзотермической реакции незначителен, при этом тепла от горения кокса в течение всего периода транспортировки и разливки также не достаточно для предотвращения охлаждения жидкого металла.
При содержании же в смеси отсевов алюминиевой стружки более 15% возможен перегрев смеси и снижение ее теплоизолирующей способности. Кроме того, при таких расходах алюминиевой стружки возможен интенсивный разгар огнеупорной футеровки сталеразливочного ковша в зоне контакта с теплоизолирующей смесью.
Поэтому оптимальным содержанием алюминиевой стружки является содержание 10-15%.
При протекании экзотермической реакции, помимо горючего этой реакции, каковым являются отсевы алюминиевой стружки, необходим и окислитель - оксиды железа. Окислителем при экзотермической реакции в ее начале является полевой шпат (амазонит), содержащий оксиды железа, и зола кокса, содержащая оксиды железа, а также неметаллические включения в стали, содержащие оксиды железа.
При отношении содержания отсевов алюминиевой стружки к коксу молотому менее 0,40, оксидов железа в золе кокса молотого не достаточно для протекания экзотермической реакции, что приводит к снижению теплоизолирующих свойств смеси.
При отношении содержания отсевов алюминиевой стружки к коксу молотому более 0,75 экзотермическая реакция протекает интенсивно в начальный период и замедляется к концу периода транспортировки и разливки, что приводит также к снижению теплоизолирующих свойств смеси.
Таким образом, оптимальным отношением содержания отсевов алюминиевой стружки к коксу молотому является 0,40-0,75.
Пример конкретного выполнения
В сталеплавильном цехе ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" провели опыты по использованию теплоизолирующих смесей в сталеразливочных ковшах номинальной емкостью 175 тонн при выплавке стали марок Ст3сп, S275JR и других марок. Всего было разлито 126 плавок - плавки №452132÷452258.
В опытах использовали теплоизолирующую смесь в соответствии с прототипом и заявляемую смесь.
В составе заявленной смеси использовали следующие материалы:
- полевой шпат (амазонит) Вишневогорского месторождения по ТУ 5726-96;
- кокс сухой молотый по СТП 101-68-98;
- отсевы алюминиевой стружки по ТУ 1781-001-78530992.
В опытах использовали следующие составы смесей:
№ состава
Содержание компонентов, мас.%
Отношение отсевов алюминиевой стружки к коксу молотому
Полевой шпат (амазонит)
Кокс молотый
Отсевы алюминиевой стружки
1
61
25
14
0,56
2
65
20
15
0,75
3
69
21
10
0,48
4
65
22
13
0,59
Получены следующие результаты: перепад температуры металла при транспортировке и разливке в машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) составил при использовании теплоизолирующей смеси по прототипу 12,3°С, заявляемой теплоизолирующей смеси (составы 1, 2, 3, 4) - 11,7°С, что ниже на 4,9%. Себестоимость 1 тонны заявляемой теплоизолирующей смеси снизилась на 15% по сравнению с прототипом. Полностью исключается взрывоопасность смеси по сравнению с прототипом.