СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЙ ФЛЮС
STEEL-SMELTING FLUX

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам флюсов для сталеплавильного производства.
2
Известен флюс, содержащий 26-35% оксида магния, 36-68% оксида кальция, 5-15% оксидов железа, 0,5-7,0 оксида кремния, 0,3-7,0% оксида алюминия [1]. Изготовление флюса производят во вращающихся печах при высокотемпературном обжиге сырого доломита или магнезита совместно с железосодержащими добавками (конвертерный шлам, железная руда и т.п.). Недостатком этого флюса является потеря прочности флюса при его перевозках и длительном хранении, особенно в присутствии влажной атмосферы. Как видно из вышеприведенного состава флюса, содержащееся в нем количество оксидов железа полностью расходуется на связывание оксидов кальция и в то же время значительное количество оксидов кальция, порядка 25-30% остается несвязанным в другие соединения. Присутствующие во флюсе несвязанные оксиды кальция в условиях высокой влажности атмосферы, а также атмосферных осадков (дождь, снег) реагируют с образованием Са(ОН), которые за счет объемных структурных изменений в куске флюса приводят к разрушению его, с образованием пылевидных фракций, непригодных к дальнейшему использованию флюса в сталеплавильном производстве.
прк
2
2
3
2
Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату известен флюс, содержащий 45-70% оксида магния; 1,0-9,0% оксидов железа; 0,5-3,0% оксида кремния; 0,2-0,6% оксида алюминия; 4-16% углерода и 20-55% потери при прокаливании (Δm), основу которых составляют соединения HO и CO. Флюсы изготавливаются в виде гранул, получаемых методом окатывания сырого магнезита MgCO и брусита Mg(OH) в тарельчатом грануляторе [2], с дальнейшим просушиванием гранул в воздушной атмосфере.
2
Недостатком этих флюсов является низкая прочность и пористость получаемых гранул из-за наличия в них влаги (HO), которая, испаряясь при просушке, образует значительное количество пор. Наличие во флюсе значительного количества гидроокислов обусловливает в нем высокую концентрацию водорода. В связи с этим использование этих гранул флюса ограничивает их использование в сталеплавильном производстве, так как выделение водорода при дегидратации брусита при высоких температурах сталеплавильного процесса увеличивает концентрацию водорода в отходящих газах выше критических взрывоопасных концентраций в газоотводящем тракте.
Задачей изобретения является создание состава сталеплавильного флюса, обладающего повышенной прочностью с низкой пористостью и высокой скоростью растворения в шлаковых расплавах при температурах сталеплавильных процессов.
Поставленная задача решается тем, что известный флюс, содержащий оксиды магния, кремния, железа, алюминия и потери при прокаливании дополнительно содержит оксид кальция с соотношением содержаний оксида магния к оксиду кремния, равным 0,4-1,8, и соотношением содержаний суммы оксидов кальция и железа к содержанию оксида кремния, равным 0,1-1,0, при следующем содержании компонентов, масс. %:
оксид кальция
0,1-2,0
оксид кремния
25,0-50,0
оксид железа
5,0-20,0
оксид алюминия
0,5-10,0
потери при прокаливании
0,5-20,0
оксид магния
остальное
Сталеплавильный флюс содержит минералогические фазы оливина и серпентина.
2
4
3
2
5
4
2
При высоких температурах сталеплавильного процесса во флюсе происходят структурные изменения оливина (Mg,Fe)[SiO] и серпентина (Mg,Fe)SiO(OH) с образованием тугоплавких фаз форстерита 2MgO⋅SiO (с температурой плавления 1890°C). Структурные преобразования оливина и серпентина происходят при температуре 650-700°C, при условии соотношения , с образованием во флюсе 60-80% форстерита, позволяющий повысить прочность с пониженной пористостью флюса.
2
2
2
Для повышения скорости растворения в шлаковом расплаве заявляемого флюса, содержащего тугоплавкие соединения, он содержит оксиды кальция и железа, суммарное соотношение которых к оксиду кремния составляет 0,1-1,0. В этом случае во флюсе образуются легкоплавкие соединения фаялита 2FeO⋅SiO (температура плавления 1205°C), монтичелита CaO⋅MgO⋅SiO (температура плавления 1487°C) и мервинита 3СаО⋅MgO⋅SiO (температура плавления 1570°C). Образование во флюсе легкоплавких фаз способствует ускорению процесса структурных преобразований оливина и серпентина с обволакиванием жидким расплавом образующихся зерен форстерита, что приводит к ускорению растворения флюса в шлаковом расплаве.
Влияние количеств, содержащихся во флюсе оксидов магния, кремния, кальция и железа на свойства флюса (прочность, пористость, скорость растворения в шлаке) определяется их соотношением, указанным в решении поставленной задачи.
Поставленная задача не решается, если соотношение оксида магния к оксиду кремния  составит величину менее 0,4, что приведет к увеличению тугоплавкости флюса с уменьшением его растворения в шлаковом расплаве. Если соотношение  составит величину более 1,8, то из-за малого количества образовавшегося форстерита флюс будет обладать низкой прочностью с высокой пористостью.
Если соотношение суммы оксидов кальция и железа к оксиду кремния  будет менее 0,1, то снизится скорость растворения флюса из-за малого количества легкоплавких фаз во флюсе. При соотношении  более 1,0, во флюсе будет образовываться избыток легкоплавких фаз, приводящих с снижению прочности флюса.
2
3
2
3
2
3
Присутствие во флюсе оксидов алюминия преследует две цели. Первая - образование при нагреве флюса минералогической фазы браунмиллерита 4СаО⋅AlO⋅FeO, являющийся катализатором образования легкоплавких фаз фаялита, монтичелита и мервинита. Вторая - усиление тугоплавкой фазы форстерита корундом AlO (температура плавления 2050°C), при высоком содержании оксидов алюминия во флюсе.
Если содержание оксидов алюминия составит величину менее 0,5%, то снизится скорость растворения флюса в шлаке за счет низкой скорости образования легкоплавкой фазы. Если содержание во флюсе оксидов алюминия более 10%, то повысится температура плавления флюса, и тем самым снизится скорость растворения флюса в шлаковом расплаве.
Содержание в заявляемом флюсе потерь при прокаливании, вследствие наличия во флюсе серпентина, которые состоят из гидроокиси водорода, является незначительным и не оказывает существенного влияния на свойства флюса. Если содержание потерь при прокаливании во флюсе будет менее 0,5%, то увеличивается коэффициент шелушения поверхности флюса за счет снижения адгезии между частицами флюса. Если содержание потерь при прокаливании во флюсе будет выше 20%, то увеличивается пористость кусков флюса.
Новизна заявленного сталеплавильного флюса обусловлена отсутствием в патентах и литературе составов флюсов, содержащих оксиды магния и кремния при соотношении содержаний между ними 0,4-1,8, и соотношением содержаний суммы оксидов кальция и железа к содержанию оксида кремния, равным 0,1-1,0.
Структурные изменения, содержащиеся во флюсе минералогических фаз оливина и серпентина при высоких температурах с образованием тугоплавкой фазы форстерита, влияющей на физические свойства флюса, определяет неочевидность заявляемого флюса.
2
2
С целью определения свойств заявляемого флюса в сравнении со свойствами известного флюса методом брикетирования с использованием различных материалов были изготовлены флюсы, отвечающие по составам известному (прототип) и заявленному. В качестве шихты для изготовления известного флюса использовали смесь сырого магнезита и брусита, для изготовления флюса заявляемого состава использовали смесь обожженного магнезита и хризотил (3CaO⋅2SiO⋅2HO). С целью удаления гидроокиси водорода из обоих видов флюсов производили их нагрев в печи до температуры 1100°C. До и после нагрева определяли физические свойства флюсов (прочность, пористость, коэффициент шелушения, температуру плавления, которая определяет скорость растворения флюса в шлаковом расплаве).
Полученные данные по физическим свойствам флюсов известного состава и заявляемого представлены в таблице.
Из представленной таблицы видно, что при заявляемом составе флюса, при котором соотношение  равно 1,3-1,33 и соотношение  равно 0,37-0,4, свойства флюса улучшаются. Предел прочности повысился в среднем на 2,3 МПа, открытая пористость в среднем уменьшилась на 10,8%, температура плавления флюса снизилась в среднем на 40°C и коэффициент шелушения поверхности брикета в среднем уменьшился на 0,4.
Источники информации
1. Патент РФ №2145357, заявл. 27.01.1999.
2. Демидов К.П., Шатилов О.Ф., Ламухин A.M. и др. Повышение стойкости футеровки конвертеров при введении высокомагнезиальных материалов в плавку // Новые огнеупоры. - 2003. - №1. - С. 10-14.