Теплоизолирующая смесь для сифонной разливки стали

 

ТЕПЛОИЗОЛИРУЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ СИФОННОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ, включающая графит и вспученный перлит, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества дэнной части слитков путем устранения комкуемости смеси и запутывания смеси в металле и снижения пылевьщеления, она дополнительно содержит лигнин при следующем соотношении ингредиентов , мае.%: Графит 20-45 Лигнин5-30 Вспученный перлитОстальное W СП 00 4 СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ;

Остальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3585256/22-02 (22) 26. 04.83 (46) 30.09.84. Бюл. В 36 (72) Р.П. Коновалов, Я.А; Шнееров, А.С. боровицкий, В.Д. Птичник, Е.И. Евстафьев, Н.И. Беда, В.И. Деревянко и Г.Ф. Кулагин (71) Институт черной металлургии и Днепропетровский металлургический завод им. Петровского (53) 669. 18:621.746.589(088.8) (56) 1. Огрызкин Е.М., Богатенков В.Ф. Разливка спокойной стали под шлаковыми смесями. М., "Черметинформация", 1973, с. 62;

2. Авторское свидетельство СССР

В 448064, кл. В 22 D 7/00, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 3273147, кл.. В 22 D 7/10, 1981.

4. Авторское свидетельство СССР

9 742032, кл. В 22 D 7/10, 1977.

5. Авторское свидетельство СССР

У 348288, кл. В 22 D 7/10, В 22 D 27/06, 1970.

ВСЮ В 22 D 27/00 В 22 D 7/!0 (54) (57) ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩАЯ СМЕСЬ

ДЛЯ СИФОННОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ, включающая графит и вспученный перлит, отличающаяся тем, что, с целью говышения качества дэнной части слитков путем устранения комкуемости смеси и запутв)вания смеси в металле и снижения пылевьщеления, она дополнительно содержит лигнин при следующем соотношении ингредиентов, мас.X:

Графит 20-45

Лигнин 5-30

Вспученный перлит

1115849 2

Изобретение относится к металлургии черных металлов, в частности к сталеплавильному производству, и совершенствует составы теплоизолирующих смесей для разливки стали си- 5 фоном.

Известны теплоизолирующие смеси, применяемые при сифонной разливке спокойной стали, обеспечивающие улучшение качества поверхности слитков и увеличение выхода годного металла при их прокатке. При этом наибольшее распространение получили двухкомпонентные теплоиэолирующие смеси на основе каменноугольной золы ТЭЦ или вспученного перлита и углеродсодержащего материала, чаще всего графита.

Известна теплоизолирующая зольнографитовая смесь, содержащая 75- 20

887. каменноугольной золы ТЭЦ или ГРЭС и 12-25Х аморфного графита (1 ).

Известны также смеси на основе золы, в которых наряду с углеродсодержащим материалом содержится

2-5Х силикатной глыбы (2g.

Однако известные смеси не обеспечивают необходимого качества получаемых слитков. 30

Известна также теплоизолирующая смесь, включающая золу, сажу-и гидролизный лигнин (3). (Однако данная смесь не обеспечивает получения качественных отливок, поскольку она, являясь более тяжелой; влияет на подстуживание первых порций металла, поступающих в изложницу, и разложения лигнина 40 не происходит.

Известна теплоизолирующая смесь для получения брикетов, включающая золу, древесные опилки, жидкое стекло, лигчин и огнеупорный наполни- 45 тель (4 3.

Однако данная смесь не может быть использована для сифонной разливки металла, поскольку лигнин в ней, повышая теплофизические свойства, не имеет возможности разлагаться с выдслением большого количества летучих соединений, поскольку также от. отсутствует мгновенный контакт смеси с поступающим жидким металлом.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является теплоиэолирующая смесь для сифонной разливки стали, включающая графит и вспученный перлит (5 ).

Недостатком данной смеси является ее склонность к комкуемости, что в начальный период отливки слитка при контакте смеси с поступающей в изложницу снизу фонтанирующей струей жидкого металла приводит к запутыванию смеси в металле и в условиях ускоренного его затвердевания в донной (наиболее узкой и массивной) части изложницы — к образованию дефектов макроструктуры в нижней части слитков. Кроме того, при разливке стали под этой смесью ухудшаются санитарно-гигиенические условия для работающих в разливочном пролете вследствие повышенного пыпевыделения из излож-. ниц.

Целью изобретения является повышение качества донной части слитков путем устранения комкуемости смеси .и запутывания ее в металле, а также снижение пылевыделения.

Поставленная цель достигается тем, что теплоиэолирующая смесь для сифонной разливки стали, включающая графит и вспученный перлит, дополнительно содержит лигнин при следующем соотношении. ингредиентов, мас.Ж: .Графит 20-45

Лигнин 5-30

Вспученный перлит Остальное

Введенный в состав предлагаемой тедлоизолирующей смеси лигнин явля.ется природным полимером, содержащимся в древесине и других растительных материалах. Лигнин представляет собой аморфное вещество желто-коричневого цвета, он нерастворим в воде и органических растворителях.

В промышленности лигнин получают как отход при производстве целлюлозы и гидролизе растительньм.материалов. Так, в образцах лигнина, полученного при гидролизе стержней кукурузных початков (оснований початков,, остающихся после обмолота зерна), содержится,- Ж: С 41-47, зола

23-25, летучие составляющие 48-49, влага 4,5-5. В свою очередь зола лигнина содержит, Xi. SiO> 75-76, AI203 4,0-5,0, Fe203 3,2-3,3, Са0 1,6-1,7, NgO 2,4-2,5, $ 2,8-2,9, Р О 0,3-0,4 . Объемная насыпная

849 4 донной части слитка разложение лнгнина с выделением летучих не происходит, смесь на основе эолы комкуется, захватывается и фиксируется в объемах кристаллизующегося подстуженного металла. Процесс разложения входящего в состав смеси на основе золы лигнина, способствующий разрыхлению смеси, получает небольшое развитие только в период отливки верхней половины слитка, когда смесь на основе золы успевает достаточно прогреться во

;всем своем объеме.

Повьппенное выделение пыли из изложниц при разливке стали под теплоизолирующими смесями на основе. вспученного перлита обусловлено, в основном, выносом в атмосферу очень легких частиц вспученного перлита. При вводе в такую смесь лигнина его более тяжелые частицы, хорошо смешивающиеся и удерживающиеся на сильно развитой поверхности частиц вспученного перлита, препятствуют их захвату потоками поднимающегося вдоль стенок изложницы нагретого воздуха. Кроме того, гидролизный лигнин всегда содержит в себе некоторое количество влаги (от 4-5Х в воздушносухом лигнине до 20Х и более в лигнине, хранящемся в отвалах под открытым небом), благодаря чему происходит и определенное увлажнение и утяжеление частичек вспученного перлита. Такое сочетание свойств лигнина, входящего в состав смесей на основе вспученного перлита, обеспечивает заметное снижение уровня пылевьщеления из изложниц при разливке стали с этими смесями.

В слитках, полученных с использованием известной смеси на основе каменноугольной золы, уменьшение вьшевьщеления при вводе в их состав лигнина не наблюдается, так как здесь самыми легкими являются частицы лигнина и они могут "осаживать" более тяжелые ча"тицы золы. К тому же лигнин плохо смешивается с части-. цами каменноугольной эолы, имеющими плохо развитую гладкую (оплавленную) поверхность.

Такое действие лигнина, введенного в состав теплоизолирующей смеси, на основе вспученного перлита, является новым дополнительным положительным эффектом, недостигаемым при использовании лигнина в составе теплоизолирующей смеси на основе каменноугольной золы. Обусловлено это значительными различиями в свойствах самих смесей. Смеси на осно- 40 ве каменноугольной золы являются

11 11 тяжелыми, что связано с высокой объемной насыпной массой золы, в десятки раз превышающей объемную насыпную массу вспученного перлита. 45

Кроме того, из-за значительно худ ших теплоизолирующих свойств смесей на основе каменноугольной золы их удельный расход (примерно 2 кг/т стали) вдвое превышает удельный рас- 50 ход смесей на основе вспученного перлита (примерно 1 кг/r стали). Поэтому при контакте первых порций поступающего в изложницу металла с большой массой плотной и "тяжелой" 55 смеси на основе золы происходит заметное подстуживание металла. В этих условиях в момент отливки

3 1115 масса.лигнина составляет 0,5 г/см-".

Лигнин является хорошим горючим материалом, его теплотворная способность составляет 30004000 ккал/кг.

Лнгнин хорошо перемешивается с вспученным перлитом, частицы лигнина, как и частицы графита, прочно удерживаются на поверхности зерен вспученного перлита. 10

Ввод лигнина в состав теплоиэолирующей смеси, состоящей из вспученного перлита и углеродсодержащего материала, устраняет ее комкуе,.мость, так как при температурах разливки стали лигнин разлагается с вьщелением довольно значительного количества летучих соединений (до 50X его массы). Протекание этого процесса способствует разрыхле нию смеси и устраняет ее запутывание в объемах быстро затвердевающего металла, что в свою очередь снижает количество дефектов макроструктуры нижней части слитков, которые классифицируются, обычно как "шлаковые включения", "неметаллические включения", или "шпако-металлическая корка".

В качестве углеродсодержащего материала в предлагаемой смеси предпочтительнее использовать аморфный графит, который наилучшим образом

1115849

5S стабилизирует теплоизолирующие своиства вспученного перлита. В качестве заменителя аморфного графита можно использовать кристаллический графит, тонкомолотый кокс, пыль антрацитовых углей и другие материалы.

Соотношение компонентов смеси оп. ределяется ее назначением (массой слитка), а также характеристикой используемого в составе смеси вспученного перлита.

Так, при отливке слитков небольшой массы (до 2-3 т), кристаллизующихся в течение сравнительно короткого промежутка времени, в составе смеси должно быть минимальным (2022%) содержание графита или другого углеродсодержащего материала, обеспечивающего стабилизацию теплоизолирующих свойств вспученного перлита. В то же время для разрыхления такой смеси с увеличенным количеством вспученного перлита и уменьшения выноса его частиц (их "осаждения"), необходимо ввести лигнин на верхнем предепе (28-30X).

При отливке крупных слитков (массой до 15-20 т), кристаллизующихся в течение длительного периода времени (нескольких часов), теплоизолирующая смесь в течение этого продол жительного периода находится в условиях температур, близких к температуре кристаллизации стали. Для эффективной "работы" смеси в таких тяжелых условиях, т.е. для сохранения ее высоких теплоизолирующих свойств, в течение длительного периода кристаллизации крупных слитков, в ее составе должно быть максимальное содержание графита или другого углеродсодержащего материала (на уровне 43-45X). Учитывая уменьшенное содержание вспученного перлита в такой смеси, содержание в ней лигнина должно быть минимальным (на уровне 5-7Ж).

Между этими крайними случаями, в зависимости от массы слитков, выбираются промежуточные составы смеси.

В зависимости от характеристики используемого в составе теплоизолирующей смеси вспученного перлита в ее состав вносятся следующие коррективы.

При использовании для подготовки теплоизоляционной смеси вспучен5

1О

30 ного перлита с обт емной насыпчой массой 0,05-0,08 г/см (например перлит Лрагацкого месторождения) содержание графита в смеси должно быть на 2-3Х выше, а содержание ли1 нина на 2-3Х ниже, чем в предназначенной для отливки слитков такой же массы смеси на основе более тяже лого вспученного перлита (например перлит Закарпатского месторождения с объемной насыпной массой 0,150,20 г/смз), Выбор крайних значений содержания графита и лигнина в изобретенной смеси обусловлен следующим.

При содержании графита менее 20Х теплоизоляционные свойства смеси резко ухудшаются вследствие ее расплавления. При содержании графита более 45Х сильно развивается неконтролируемый процесс неуглерожи- ванин металла. При содержании лигнина менее 5X его действие с точки зрения устранения комкуемости смеси проявляется слабо вследствие очень незначительного выделения летучих соединений при таком малом количестве лигнина в смеси. И, наоборот, при содержании лигнина в смеси более ЗОБ наблюдается уже черезмерно интенсивное выделение летучих соединений, приводящее к увельчению количества поверхностных дефектов на. слитках и к ухудшению условий труда разливщиков.

Предлагаемая смесь готовится путем механического смешивания исходных компонентов. Расфасованная на порции, соответствующие ее расходу на слиток, смесь в бумажных или полиэтиленовых пакетах присаживается на дно изложницы или подвешивается на расстоянии 150-200 мм от дна изложницы до начала разливки стали. Расход смеси находится в пре- . .делах 1,2-2,0 кг/т отали и определяется, в основном, массой и конфигурацией слитков (уширенные кверху или книзу слитки).

Пример. 1. При отливке сортовых слитков массой 2,5 т в уширенные кверху изложницы с прибыльными надставками используется теп" лоизолирующая смесь следующего состава, мас.Х: графит 20, лигнин

30, перлит вспученный 50. Смесь в количестве 3,4 кг (удельный расход

1,2 кг/т стали) в бумажном мешке

1 15849

Таблица 1

Содержание ингредиентов, мас.Х, в смесях

11 1 I 1

Ингредиенты

1 2 Э 4 5 6 (прототип) 17 20 30 45 47

33 30 10 5 3

50 50 60 50 50

Графит

Лигнин

Вспученный перлит

50 подвешивается в изложнице до начала разливки стали.

Пример 2. При отливке сортовых слитков массой 7,0 т в уширенные кверху изложницы с при6blTIbHblMH надставками используется теплоизолирующая смесь следующего состава, мас.7: графит 30, лигнин .10, перлит вспученный с объемной насыпной массой 0,07 г/смз 60. Смесь в количестве 9 кг (удельный расход

1,3 кг/т стали) в бумажном мешке помещается на дно изложницы до начала разливки стали.

Пример 3. При отливке сортовых слитков массой 8,0 т в уширенные книзу изложницы с теплоизоляционными вкладышами используется теплоизолирующая смесь следующего состава, мас.Е: угольная пыль 27, лигнин 13, перлит вспученный с объемной насыпной массой 0,16 г/см 60.

Смесь в количестве 13 кг (удельный расход 1,6 кг/т стали) в бумажном мешке помещается на .дно изложницы до начала разливки стали.

h р и м е р 4. При отливке листовых слитков массой 17 т в уширен, ные кверху изложницы с прибыльными надставками используется теплоизо.лирующая смесь следующего состава, иас.X: графит 45, лигнин 5, вспученный перлит 50. Смесь в количестве

34 кг (удельный расход 2,0 кг/т стали) в полиэтиленовых мешках подвешивается в изложницы до.начала разливки стали.

Изобретение иллюстрируется составами и свойствами смесей, которые приведены в табл. 1 и 2 соответственно.

Данные по запыленности воздуха рабочей зоны на разливочной площадке мартеновского цеха. завода им. Петровского приведены в табл. 3.

Лучшими теплоизоляционными смесями являются смеси 2-4, которые обеспечивают наименьшую пораженность заготовок поверхностными дефектами, в том числе и заготовок, получен1О ных из донных частей слитков, а также минимальную протяженность усадочных пороков. Расход этих смесей меньше на 10-15Х чем смеси 6.

Исследование запыленности над изложницей показывает, что выделение пыпи во время разливки для оптимального состава смеси (состав

3) в 3 раза меньше, чем для зольно-графитовой смеси и в 1,5 раза

20 меньше, чем для смеси 6.

Предлагаемая теплоизолирующая смесь является эффективным материалом для изоляции стали при сифонной разливке, позволяющим улучшить качество слитков и увеличить за счет этого выход из них годного металлопроката на 1-1,5Х.

Экономическая эффективность при" менения предлагаемой теплоизолирующей смеси в условиях Днепропетровс30 кого металлургического завода им. Петровского при замене ею применяемой в шлакообразующей смеси составляет 0,27-.0,45 р/т стали, в том числе 0,20-0,35 р/т за счет увеличения выхода годного проката иэ слитков и 0,07-0,10 р/тза счет уменьшения стоимости смеси.

При возможном объеме внедрения предлагаемой смеси при разливке

40 1,2 млн, т. спокойной стали годовой экономический эффект. составля-, ет 320-540 тыс. руб.

1 115849

Таблица 2

Показатели

Количество исследованных раскатов слитков шт "

Пораженность заготовок поверхностными дефектами, % от общего числа заготовок

Пораженность поверхностными дефектами заготовок, полученных из донной части слитка, отношение длины дефектов к общей длине заготовок, %

11 12 15 17

38 22

Разбег значений начала годного металла длин раската от верха

Среднее значение начала годного металла, %. длины раската от верха

Таблица 3

Количество определений

8,0

4,6

1,5

Фон

7,4

21.,2

16,2

18,3

6,9

12,5 19,2

8,2

14,4

28,3

8,1

22,1

27,7

13,1

19,3

23,4

29,6

13,2

Составитель И; Гончарук.

Техред И,Надь . Корректор В. Гирняк .

Редактор Н. Горвач

Заказ 6823/10 Тираж 774

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 NocKBa Ж-35 Раушская наб. д. 4/5

Подписное

2 2.

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород; ул. Проектная, 4

Условия разливки спокойной стали сифоном под теплоизолирующей смесью

Смеси

1 2 3 4 5 6

10 15 20 20 10 15

12,2 5,4 1,8 3,4 7,2 6,9

10,6- 10,8- 10,5- 11,5- 11,0- 10,.012,0 12,0 12,5 12,0 13,0 13,0 .

11 4 11 4 11 5 11 8 12 0 11 7

Содержание пипи в воздухе, мг/м

1 нимальное максимальное среднее