ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТАЛИ В ПРОМЕЖУТОЧНОМ КОВШЕ
SLAG-FORMING MIXTURE TO PROTECT STEEL IN INTERMEDIATE LADLE

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к составам шлакообразующих смесей, используемым для теплоизоляции и рафинирования металла в промежуточном ковше в процессе непрерывной разливки стали.
Известна теплоизолирующая смесь для защиты и теплоизоляции металла в промежуточном и сталеразливочном ковшах [1], содержащая:
- рисовую лузгу - 4-20 мас.%;
- углеродсодержащий материал - 1-20 мас.%;
- золу ТЭС углей Подмосковного месторождения - 7-10 мас.%.
2
3
2
2
2
Дополнительно содержащая кварц молотый в количестве 5-15 мас.% и имеющая следующий химический состав, мас.%: AlО≥20, CaO≤10, NaO+KO≤1, FeO≤6, SiO - остальное. Данный патент выбран в качестве аналога.
Недостатками указанной смеси являются ее недостаточные рафинирующие свойства, а также высокое содержание рисовой лузги, которая при подаче смеси на зеркало металла в промежуточном ковше интенсивно выгорает, что может привести к повреждению резиновых шлангов гидропривода шиберного затвора и, как следствие, серьезной аварии.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является шлакообразующая смесь для теплоизоляции и рафинирования металла в промежуточном ковше [2], содержащая:
Углеродсодержащий материал - 2-10%;
Фторсодержащий материал - 10-20%;
Материал на основе окислов кремния - 10-25%;
Цемент - остальное.
Недостатками указанной смеси являются недостаточные рафинирующие свойства, повышенная агрессивность к футеровке, выделение повышенного количества фтора в атмосферу при ее использовании, а также науглероживание металла.
Технический результат при использовании предлагаемого изобретения заключается в следующем:
- снижение загрязненности стали неметаллическими включениями за счет повышения ассимилирующей способности смеси;
- снижение износа рабочего слоя футеровки промежуточного ковша;
- уменьшение падения температуры стали в промежуточном ковше за счет повышения теплоизолирующей способности смеси;
- отсутствие науглероживания металла при непрерывной разливке особонизкоуглеродистых сталей;
- отсутствие вредных для здоровья персонала летучих соединений фтора в воздухе рабочей зоны.
Для достижения этого предлагается шлакообразующая смесь для теплоизоляции и рафинирования металла в промежуточном ковше, содержащая портландцемент, материал на основе окислов кремния и рисовую лузгу отличается тем, что в качестве легкоплавкой добавки используют соду техническую кальцинированную, а в качестве материала на основе окислов кремния применяют кварц пылевидный или формовочный песок при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Портландцемент
40-50
Материал на основе окислов кремния
30-38
Рисовая лузга
4-10
Сода техническая кальцинированная
10-18
Причем обеспечивается следующий химический состав, мас.%:
CaO
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MgO
Na<sub>2</sub>O
CO<sub>2</sub>
27,0-32,0
43,0-48,0
≤5,0
≤4,0
7,0-11,0
5,0-8,0
Портландцемент марок 400 или 500 по ГОСТ 10178-85 вводится в состав смеси как основа, обладающая стабильным химическим составом. Кроме того, цемент является предварительно спеченным материалом, обладающим химической однородностью, что обеспечивает, во-первых, возможность с помощью добавок выходить на любой требуемый химический состав, и, во-вторых, его наличие в смеси способствует ее более быстрому проплавлению. Нижний предел содержания портландцемента обусловлен снижением его описанного выше положительного влияния на свойства смеси. Верхний предел содержания портландцемента обусловлен чрезмерным повышением основности готовой смеси, что повышает температуру ее плавления.
Сода техническая кальцинированная по ГОСТ 5100-85 вводится в смесь для обеспечения необходимого содержания оксида натрия, который снижает температуру плавления смеси, уменьшает вязкость и поверхностное натяжение шлакового расплава. Это позволяет расширить пределы содержания в шлаке оксида алюминия, не приводящего к его загущению и тем самым повышает ассимилирующую способность шлака. Содержание соды ниже нижнего предела не позволяет добиться необходимых параметров вязкости и запаса по поглощению оксида алюминия. Содержание соды выше верхнего предела приводит к чрезмерному разжижению шлакового расплава и его агрессивности по отношению к стопорам и футеровке.
2
2
3
Формовочный песок ГОСТ 2138-91 или кварц молотый пылевидный ГОСТ 9077-82 вносит в шлак оксид кремния. Он требуется для выведения основности смеси в ту исходную область тройной диаграммы CaO-SiO-AlO, движение из которой в сторону прироста оксида алюминия не приводит к резкому росту температуры плавления и вязкости шлака. Это позволяет при незначительном изменении основных свойств расплава ассимилировать из стали до 25% оксида алюминия от веса шлака. Нижний предел содержания оксида кремния обусловлен тем, что при меньшем содержании химический состав смеси смещается в сторону однокальциевого силиката с температурой плавления 1548°C, что также приводит и к повышению вязкости шлакового расплава. Верхний предел содержания оксида кремния ограничен его эвтектическим соотношением с оксидом кальция, за которым начинается область тридимита с температурами плавления выше 1500°C, что также выводит значения температуры плавления и вязкости за пределы оптимальных.
Рисовая лузга вводится для снижения насыпного веса сыпучего слоя и разрыхления спеченного слоя смеси на зеркале металла, что приводит к общему снижению ее теплопроводности. Нижний предел содержания рисовой лузги определяется ее разрыхляющими свойствами, т.к. при его дальнейшем снижении теряются теплоизолирующие свойства смеси. Верхний предел содержания рисовой лузги обусловлен тем, что при его превышении наблюдается интенсивное и продолжительное горение смеси на зеркале металла, что небезопасно как для персонала, так и для оборудования на разливочной площадке. Кроме того, превышение верхнего предела содержания рисовой лузги может привести к науглероживанию металла при разливке сталей с особо низким углеродом.
В таблице 1 приведены некоторые составы утепляюще-рафинирующей смеси, а в таблице 2 - их температуры полного расплавления, емкость по отношению к оксиду алюминия и среднее значение падения температуры металла в промежуточном ковше за время разливки одной плавки.
Таблица 1
Компонент\состав
Содержание компонентов, мас.% в смеси
1
2
3
4
5
Портландцемент
35
40
45
50
55
Материал на основе окислов кремния
42
38
34
30
26
Рисовая лузга
3
10
7
4
11
Сода техническая кальцинированная
20
12
14
16
8
Таблица 2
Состав
1
2
3
4
5
Температура полного расплавления, °C
1322
1318
1324
1350
1434
Прирост Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, абс.%
24
20
25
21
16
Ср. падение температуры, °C/плавка
10,6
4,6
5,1
7,0
4,3
Из данных таблицы 2 видно, что составы 1-4 обладают приемлемыми значениями исходной температуры полного расплавления, которые обеспечивают образование достаточного количества жидкой фазы шлака, отвечающей за эффективность процесса ассимиляции неметаллических включений. Состав 5 имеет высокую исходную температуру полного расплавления, что затрудняет переход неметаллических включений из стали в шлак; прирост содержания оксида алюминия в шлаке на основе этой смеси составляет всего 16 мас.%.
Состав 1 обеспечивает хорошую ассимиляцию шлаком неметаллических включений, но ввиду низкого содержания рисовой лузги плохо защищает зеркало металла от потерь тепла: среднее падение температуры стали превышает 10°C за плавку.
Смеси 2-4 обеспечивают хорошую теплоизоляцию зеркала метала в промежуточном ковше и высокий прирост оксида алюминия в шлаке. Оптимальными характеристиками, как видно из данных, представленных в таблице 2, обладает состав 3.
Библиография
1. Патент RU 2308350 C2, B22D 11/111, 20.10.2007.
2. Патент RU 2174893 C2, B22D 11/111, 20.10.2001.