Шлакообразующая смесь для скоростной разливки стали
1. ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ СКОРОСТНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ, включающая силикатную глыбу, шлак доменных печей и глиноземсодержащий материал, отличающаяся тем, что, с целью ускорения процесса Jвдaкoo6paзoвaния и снижения количества поверхностных дефектов, она содержит указанные компоненты при следующем соотношении ингредиентов, мае.%: Силикатная глыба 20-30 . Шлак доменных печей 25-35 Глиноземсодержащий материал . Остальное 2. Смесь по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в ка естве S глиноземсодержащего материала она (Л содержит боксит или ставролитовый концентрат, или шамот.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) OflHGAHHE ИЗОБРКТКНиЯ
Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21} 3422618/22-02 (22) 15.04.81 (46) 23 03 84. Бюл. Р 11 (72)В.И.Баптизманский, Е.И Исаев, А.П.Чуванов, В.A.Êîðæàâèí, Ю.И.Гладилин, С.Н.Петров и A.À.Áåëÿêîâ (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени металлурги-. ческий институт (53) 669.18:621.746.589(088.8} (56) 1. Авторское свидетельство СССР
9 432970, кл. В 22 D 27/06, 1972, 2. Авторское свидетельство СССР
9 544507, . 22 D 27/06, 1975.
3. Авторское свидетельство СССР Р 428853, кл. В 22 D 27/06, 1972.
3(511 В 2 2 Р 7 / 1 0," С 2 1 С 5 / 5 4 (54 } (57 } 1. ШЛАКООБРАЗУКХЦАЯ СМЕСЬ
ДЛЯ СКОРОСТНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ, включающая силикатную глыбу, шлак доменных печей и глиноземсодержащий материал, отличающаяся тем, что, с целью ускорения процесса шпакообразования и снижения количества поверхностных дефектов, она содержит указанные компоненты при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Силикатная глыба 20-30
Шлак доменных печей 25-35
Глиноземсодержащий материал Остальное
2. Смесь по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в качестве е глиноземсодержащего материала она содержит боксит или ставролитовый концентрат, или шамот.
1080916
Изобретение относится к сталеплавильному производству, в частности к шлакообраэующим смесям, используемым для разливки стали.
Существуют различные пути повышения качества металла при разливке 5 стали сверху, особое место среди. них занимает разливка под шлаками.
В этом случае обычно используют экспотермические смеси, которые вводят непосредственно в изложницу. 10
Известны экзотермические смеси, применяемые для разливки стали сверху, содержащие окислители, горючие и инертные шлакообразующие компоненты (наполнители)Г1 3.
Однако эти смеси, используемые для разливки стали через слой шлака в изложницах, и применяемые режимы разливки в большинстве случаев не обеспечивают достаточной скорости формирования жидкой шлаковой фазы в начальной стадии наполнения изложниц, что приводит к ухудшению качества поверхности слитка и дополнительному загрязнению металла неметаллическими включениями. При увеличении скорости наполнения интенсифицируется теплообмен между металлом и смесью, цлавление шлаковой смеси ускоряется. Однако получение высокого качества металла при скоростной разливке стали невоэможНо при применении известных экзотермиче ких шлакообразующих смесей.
Известна экзотермическая шлаобраэующая смесь (.2 ) для разливки 35 металла под слоем жидкого шлака, включающая горячий ингредиент иэ группы активных легкоокисляющихся металлов, твердый окислитель из группы легковосстанавливающихся 40 кислородсодержащих соединений и шлакообразующий ингредиент, в качестве которого смесь. содержит датолит и легкоплавкую глину при следующем соотношении ингредиентов, мас. 4s
Горючий ингредиент из группы активных легкоокисляющихся металлов 15,0-25,0 тверд и окислитель 50 из группы легковосстанавливающихся кислородсодержащих соединений 15,0-25,0
Датолит 10,0-60,0
Легкоплавкая глина Остальное 55
Сочетание в смеси таких ингредиентов, как горючие компоненты и легкоплавкие компоненты делает смесь пригодной только для разливки стали с небольшими скоростями 60
0,01-0,02 м/с (30;40 кг/с).
Большое количество (15,0
25;0 мас.Ъ ) горючих компонентов при разливке стапи со скоростями (0,02-0,027 м/с (45-65 xr/с) при9-12 водит к бурному протеканию экзотермической реакции шлакообразования, что сопровождается всплесками металла, которые способствуют образо ванию таких дефектов поверхности слитков, как шлакометаллические плены. В результате качество получаемого металла снижается.
Сочетание в смеси большого количества горючих компонентов, окислителей и таких легкоплавких шлакообразующих составляющих, как датолит (t 950-1000 С) и глина (t<„ 1000-150 C) приводит к тому, что при скоростной разливке стали (0,02-0,027 м/с, 45-65 кг/с) образуется легкоплавкий шлак, который при интенсивном перемешивании значительно перегревается, что приводит к резкому снижению его вязкости. В результате шлак не образует гарнисаж достаточной толщины, т.е. он плохо смачивает стенки изложницы, что приводит к резкому перепаду температур между коркой слитка и стенкой изложницы, а это в свою очередь приводит к образованию трещин на поверхности слитка (горячие трещины ). По мере остывания слитка происходит его усадка, а при недостаточной толщине шлакового гарнисажа наблюдается подвисание слитка и вследствие этого — образование трещин подвисания (холодные трещины).
В результате резко снижается качество получаемого металла.
Использование горючих компонентов и окислителей, содержащихся в смеси, приводит к удорожанию ее.
Изготовление порошкообразной смеси сопровождается пылевыделением и при определенных условиях изготовления (удар, искра) взрывоопасно.
Поэтому для изготовления смеси требуется специальное помещение.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущНости и достигаемому эффекту является экэотермическая шлакообразующая смесь, включающая.шлак доменных печей, а также алюминий, марганцевую руду, силикатную глыбу, известь и материал, содержащий окислы алюминия, в качестве которого использован боксит, при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:
Алюминий 4-8
Марганцевая руда
Силикатная глыба 6-12
Шлак доменных печей 10-40
Боксит 5-10
Известь 35-40
Приведенная смесь содержит меньшее количество горючих компонентов (4-8 мас.Ъ ) и окислителей (9
1080916
12 мас.Ъ ), вследствие этого смесь пригодна для разливки стали со скоростью 0,02-0,07 м/с (45-65 кг/с}.
Качество получаемого при такой раз- ливке, металла выше вследствие того, что экзотермическая реакция шла- 5 кообразования протекает менее бурно, вязкость получаемого шлака более приближается к оптимальной и толщина шлакового гарнисажа увеличивается (3 1. 10
Однако известная смесь непригодна для разливки сталей с более высокими скоростями, например со скоростью 0,028-0,038 м/с (66-100 кг/c), так как все же содержит определенное количество горючих компонентов и окислителей в сочетании с легкоплавкими компонентами. Применение такой смеси при более скоростной разливке (0,028-0,038 м/с, 66-100 кг/с} приводит к бурному протеканию экзотермической реакции шлакообразования, что сопровождается всплесками металла, которые способствуют образованию шлакометаллических плен на поверхности слитка, в результате чего качество получаемого металла резко снижается; к образованию легкоплавкого шлака низкой вязкости, а вследствие этого — к образованию шлакового гарнисажа недостаточной толщины, что приводит к появлению горячих трещин и трещин подвисания на слитке. В результате такого процесса разливки получается металл низкого качества. Содер-. жание горючих компонентов и окисли- . 35 телей приводит к удорожанию смеси и затрудняет ее приготовление.
Известный состав зкзотермической шлакообразующей смеси многокомпонентен и это ухудшает процесс шлакооб- 40 разования.
Цельк изобретения является ускорение процесса шлакообразования и снижение количества поверхностных дефектов. 45
Для достижения указанной цели шлакообразующая смесь для скоростной разливки стали, включающая силикатную глыбу, шлак доменных печей и глиноземсодержащий материал, содержит указанные компоненты при следующем соотношении ингредиентов, мас.Ъ:
Силикатная глыба 20-30
Шлак доменных печей 25-35
Глиноземсодержащий материал Остальное
При этом смесь в качестве глиноземсодержащего материала содержит боксит или ставролитовый концентрат, или шамот. . 60
Силикатная глыба (ГОСТ 13079-67 ) представляет собой отходы стекольноr0 производства со следующим соста вом, мас.В: 810 71,30; Na О 17i70i
В качестве материала, содержащего окислы алюминия (в пределах 2550Ъ ), шлакообразующая смесь может содержать, например, боксит, шамот, ставролитовый концентрат и т,д.
Боксит (ГОСТ 6912-74 представляет собой природный материал, используемый для получения алюминия со следующим составом ингредиентов, мас.Ъ: SiÎ 19,35; Fe О 19,40, Al О 41,70.
Ставролитовый концентрат — отходы процесса обогащения в производстве цветных металлов со следующим содержанием ингредиентов, мас.Ъ:
SiOg 31112; Fey О g 7 26; Alp О
49,56; ОаО 1,83; MSO 2,94; Ti 0,94, ЕпО 0,73.
Шамот (ТУ-14-8-56-72) — огнеупорный материал со следующим содержанием ингредиентов, мас.Ъ: SiO@ 60,0у
Fe O 3 3,8; Al gOg 30,9 СаО<> 4,3.
В предлагаемой смеси (в отличие от известной )материал, содержащий окислы алюминия, является единственным поставщиком окислов алюминия, что позволяет стабилизировать состав шлака, т.е. формировать шлак с заданными свойствами.
Снижение содержания материалов, содержащего окислы алюминия, приводит к уменьшению вязкости шлака, т.е. к ухудшению новерхности слитка.
Повышение доли данного материала в смеси способствует формированию шлака с высокой величиной поверхностного натяжения, т,е. с низкой величиной межфазной энергии на границе шлак-металл, и, соответственно, увеличению загрязненности металла шлаковыми включениями, так как в составе данных материалов содержатся окислы железа, снижающие величину межфазной энергии и вызывающие окисление металла и угар элементов в нем, имеющих большое сродство к кислороду.
Силикатная глыба является основным поставщиком не только окислов ,щелочных металлов, но и окислов кремния, тем самым одним из ооновных регуляторов основности образующегося шлака. Снижение содержания силикатной глыбы в предлагаемой смеси приводит к повышению температуры плавления образующегося шлака, понижению межфазной энергии в системе металл-шлак за счет уменьшения в шлаке окислов щелочных металлов, а также к повышению вязкости шлака, т.е. к резкому снижению качества металла. Увеличение в составе смеси силикатной глыбы не оказывает заметного влияния на величину межфазной энергии на границе металлшлак, так как наиболее существенное влияние на этот параметр оказывает содержание в шлаке окислов щелочных
1080916
10 металлов до 5В. Вместе с тем увеличение доли окислов кремния приводит к изменению основности шлака и увеличению его вязкости.
В предлагаемой смеси главным поставщиком окислов кальция в состав 5 образующегося шлака является шлак доменных печей. Таким образом, он выполняет функцию одного из главных регуляторов основности образующегося шлака. Сниьение содержания шлака доменных печей в смеси приводит к снижению основности, а следовательно, и вязкости образующегося шлака. Повышение доли шлака доменных печей в смеси приводит к ухудше- 5 нию свойств образующегося шлака, способствует повышению в нем содержания серы, которая может переходить в металл.
Подбор рационального соотношения в предлагаемой смеси указанных материалов с новым функциональным назначением каждого иэ них способствует улучшению процесса шлакообразования разливки металла с более высокой скоростью, чем в случае применения известной смеси.
Предлагаемая смесь не содержит горючих компонентов и окислителей, oHa,íå экзотермична, содержит композицию из двух относительно легкоплавких компонентов (силикатная глыба и шлак доменных печей )и более тугоплавкого компонента — материала, содержащего окислы алюминия.
При высокоскоростной разливке З5 (0,028-0,038 м/с; 66-100 кг/c) композиция иэ двух относительно легкоплавких фракций образует за короткий промежуток времени жидкую шлаковую фазу с низкой температурой плавления,40 что способствует при интенсивном перемешивании растворению материала, содержащего окислы алюминия (например, боксита или меиота, или ставролитового концентрата ) в этой фазе, 45 и получению конечного шлака оптимальной вязкости для данных условий разливки. Получаемый шлак способствует образованию гарнисажа удовлетворительной толщины (1-.1,5 мм ), что 50 приводит к снижению вероятности появления горячих трещин и трещин подвисания на поверхности слитка и,,соответственно,, способствует улучше нию качества поверхности слитка.
Поскольку в смеси нет горючих компонентов и окислителей, при высокой скорости разливки исключаются возможность протекания экзотерми ческих реакций и вероятность образования шлакоматаллических плен 60 на поверхности слитка, — качество металла повышается.
Предлагаемый состав позволяет улучшить шлакообразование за счет, снижения числа компонентов в смеси. 5
Наилучшие условия шлакообразования наблюдаются при применении предлагаемой смеси при следующих соотношениях компонентов, мас.В:
Силикатная глыба 20-30
Шлак доменных печей 25-35
Материал, содержащий окислы алюминия 40-50
Прн скоростной разливке стали с применением смеси указанного состава можно получить металл высокого качества, Введение укаэанных компонентов в количестве меньшем, чем предлагаемый нижний предел, приводит к тому, что значительно снижается вязкость получаемого шлака, шлак становится легкоплавким и образует гарнисаж недостаточной толщины, что в свою очередь способствует появлению горячих трещин и трещин подвисания на поверхности слитка, т.е. снижается качество получаемого металла.
Введение же в состав смеси указанных компонентов в количестве большем, чем предлагаемый верхний предел, приводит к получению тугоплавкого шлака высокой вязкости, за счет чего ухудшается процесс шлакообразования, жидкая фаза в шкале незначительна, ухудшается качество шлакового гарнисажа, а отсюда возникает возможность появления горячих трещин и трещин подвисания на поверхности слитка, возникает вероятность загрязнения металла шлаковыми включениями, т.е. резко снижается качество металла.
Для изготовления смеси применяются доменный гранулированный . шлак коксовой плавки (ГОСТ 3476-60) с содержанием серы не более 2%, силикатная глыба (ГОСТ 13079-67)„ боксит (ГОСТ-6912-74) или шамот (ТУ-14-8-56-72), или ставролитовый концентрат.
При приготовлении смеси компоненты должны быть просушены, измельчены до фракции не более 0,001 м, а затем тщательно перемешаны. После-. довательность смешивания компонентов .между собой не регламентируется.
Предлагаемая смесь может применяться в виде гранул и в виде порошка, расход смеси составляет
0,005-0,008 кг/кг стали. С пред" лагаемым составом смеси можно разливать стали массового производства с содержанием углерода 0,1—
0,70%.
Пример. Шлак доменных печей, силикатную глыбу и ставролитовый концентрат (или боксит, или шамот ) просушивают и измельчают до фракции 0,001-0,00088 мм. Высушенные и измельченные компоненты в соот ношении, мас.%:
1080916
Компонентный состав смесей, мас.Ъ изические характеристики образующихся шлаков
Смес
Поверхностное натяжение, мДж/м
Домен ный щлак
Боксит Шамот тавро итный онентра
Вязкость
Н хс/м температура плавления, ОС илий тная. глыба
35
1350
1,0
510
25
1215
0,2
448
3 20
35
1280
0,3
460
40
1250
0,3
429
15
1300
0,8
540
30
1350
0,9
525
30
1180
0,09
418
8 20
0,1
1220
450
40
435
1250
0,15
55
10 20
1150
0,04
538
11 15
583
1365
1,5
12 20
1290
0,3
474
40
0,2
13 25
1240
456
14 20
15 30
1220
0,1
467
1050
0,02
436.
Ф
Исследование вязкости и поверхностного натяжения шлаковых расплавов проводио ли при температуре расплавов 1500 С.
Силикатная глыба
Шлак доменных печей
Ставролитовый концентрат (или боксит, или шамот) 45 тщательно перемешивают. Разливку стали марки 45 тп на слитки массой
4,35х10зкГ и 8 1ь кГ с применением приготовленной смеси ведут со .скоростью 80 кг/с через стакан отверстием 0,05 м из ковшей емкостью
250х10экГ.
В результате улучшается прсцесс шлакообраэования и получают металл высокого качества.
Исследование качества поверхности слйтков осуществляют визуальным путем, исследование макроструктуры и содержания неметаллических включений в металлах — путем отбора проб головной, средней и донной частей раската слитка. Содержание неметалли-. ческих включений исследуют также по сечению отобранных образцов в направлении от поверхности к центру образца. В таблице показаны исследуемые сбставы шлакообраэующих смесей, концентрация компонентов и физические характеристики образующихся шлаков.
1080916
Составитель.И.Гончарук
Техред С.МигуноваКорректор И.Муска
Редактор A.Øèøêèíà, Заказ 1423/8 Тираж 775 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4
Исследование приведенных составов шлакообразующих смесей показало, что поверхность слитков, отлитых с применением смесей 1 и 5; 6 и 10;
11 и 15, поражена пленами. Металл при этом содержит включения, источником которых является шлаковая смесь. При разливке стали с применением смесей 1-4; 7-9 и 12-14 плены иа поверхности слитков не наблюдаются, .загрязненность металла не повышается, выход годного металла увеличивается более,чем на 2%.
Таким образом, исследования показали, что качество макроструктуры металла и содержание неметалличес-15
ыих включений исследованных марок стали соответствует регламентированным, для определенных марок стали,ГОСТам.
Применение шлакообразующей смеси предложенного состава при скоростной разливке стали по сравнению с известным позволяет улучшить процесс шлакообразования и получить металл высокого качества..
Предлагаемая смесь по сравнению с известной малокомпонентна, экономична — в ее состав входят недорогостоящие компоненты и изготовление ее не представляет трудностей, смесь в изготовлении нетоксична и вэрывобезопасна.
В качестве базового объекта принята экзотврмическая шпакообразующая смесь, содержащая, мас.%: алюминиевый порошок 17 марганцевая руда 20, плавиковый шпат 15; силикатная глыба 26 шлак доменных печей 22.
По сравнению с базовым объектом использование изобретения позволяет улучшить Процесс шлакообразования, повысить качество получаемого металла, удешевить смесь, упростить процесс ее изготовления и обезопасить его.
При использовании предложенного состава ожидаемый экономический эффект составит 118,8 руб. на 1 т смеси.
