Глиноземистый материал для выплавки сталерафинировочного шлака

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к материалам, применяющимся для выплавки сталерафинировочных шлаков. Цель изобретения - увеличение срока хранения глиноземистого материала за счет повышения устойчивости к саморассыпанию и снижение расхода электроэнергии при выплавке сталерафинировочного шлака. Глиноземистый материал для выплавки сталерафинировочного шлака содержит, мас.%: оксид кальция 30-45

оксид алюминия 40-61

оксид кремния 0,95-8

оксид магния 0,5-7

оксиды редкоземельных элементов 1-8 и оксид циркония 0,05-1,4. Использование глиноземистого материала позволяет получить сталерафинировочный шлак с меньшим расходом (на 500 кВт<SP POS="POST">.</SP>ч/т) электроэнергии. Сталь, обработанная шлаком, имеет пониженную загрязненность неметаллическими включениями и меньшую карбидную неоднородность. При этом получается более высокий выход годного проката (на 0,3%). Сам глиноземистый материал обладает повышенной устойчивостью к саморассыпанию. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!У (!1) А1 (Sl)5 С 21 С 54 (рг, 1ik. - .;;

- " - (йод

Бй(...; -) ..

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4429937/23-02 (22) 24.05.88 (46) 07.03.90. Бюл. Г 9 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им.И.П.Бардина (72) В.М.Бреус, В.В.Трегубенко, A.T.Овчарук, В.М.Мировщиков, В.И.Гудов, В,М.Левин, N.В.Беляшов и А.К.Крупичев (53) 669 ° 046 ° 581.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство. СССР и". 417485, кл. С 21 С 5/54, 1972.

Авторское свидетельство СССР

1(777069, кл. С 21 С 5/54, 1977. (54) ГЛИНОЗЕМИСТЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ВЫ;ПЛАВКИ СТАЛЕРАФИНИРОВОЧНОГО ШЛАКА (57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к материалам, применяющимся для выплавки сталерафинировочных шлаков. Цель изобретения - увеличение срока хранения

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к материа, лам, применяющимся для выплавки сталерафинировочных шлаков.

Целью изобретения является увеличение срока хранения глиноземистого материала за счет повышения устойчивости к саморассыпанию и снижение расхода электроэнергии при выплавке сталерафинировочного шлака.

Предлагаемый глиноземистый матери- ал для выплавки сталерафинйровочного шлака содержит оксид кальция, оксид алюминия, .оксид кремния, оксид магния, оксиды редкоземельных элеменглиноземистого материала за счет повышения устойчивости к саморяссыпанию и снижение расхода электроэнергии при выплавке сталерафинировочного шлака. Глиноземистый материал для выплавки сталерафинировочного шлака содержит, мас.4: оксид кальция

30-45; оксид алюминия 40-61; оксид кремния 0 95-8; оксид магния 0 5-7; оксиды резкоземельных элементов 1-8; оксид циркония 0,05-1,4. Использование. глиноземистого материала позволяет получить сталерафинировочный шлак с меньшим расходом (на 500 кВт ч/т) электроэнергии. Сталь, обработанная шлаком, имеет пониженную загрязненность неметаллическими включаниями и меньшую карбидную неоднородность.

При этом получается более высокий выход годного проката (на 0,34). Сам глиноземистый материал обладает повыI шенной устойчивостью к саморассыпанию. 1 табл. тов (РЗЭ) и оксид циркония при сле \ дующем соотношении компонентов,мас. :

Оксид кальция 30-45

Оксид алюминия 40-61

Оксид кремния 0,95-8

Оксид магния 0,5-7

Оксиды РЗЭ 1-8

Оксид циркония О, 05-1,4

Предлагаемый глиноземистый материал используют в качестве компонента шихты при выплавке известково-глиноземистого сталерафинировочного шлака, имеющего соотношение между оксидами кальция,и алюминия 1,2-1,35, при

1548216 котором шлак имеет наиболее низкую температуру плавления (1ч00-1ч50 С).

Оксиды кальция и алюминия являются основными компонентами сталерафини5 ровочного шлака и их введение в оплавленном виде наиболее целесообразно, поскольку обеспечивает значительное снижение энергетических затрат при выплавке шлака, Содержание в .гли- 10 ноземистом материале оксида кальция в пределах 30-45 мас.3 и оксида алюминия в пределах 40-61 мас,ь обеспечивает устойчивое проведение процесса выплавки синтетического сталерафинировочного шлака с .использованием двухкомпонентной шихты - глиноземистого материала и извести - и позволяет корректировать состав шлака в имеющих практическое значение пределах изменением их дозировки, обеспечивая относительно низкие ".íåðãåòè÷åñêèå затраты, Увеличение в глиноземистом материале содержания оксида кальция бо- 25 лее ч5 мас.Ъ приводит к получению синтетического сталерафинировочного шлака с повышенным содержанием СаО и необходимости дополнительно -о введе ния в шлак глинозема., Уменьшение оксида кальция в глиноземистом материале менее 30 мас.Ф приводит к увеличению энергетических затрат при выплавке сталерафинировочного шлака в связи с необходимым увеличением в шихте доли извести. По этой причине энергетические затраты при выплавке синтетического шлака возрастают также и в случае увеличения в глиноземистом материале оксида алюминия более

61 мас.i Снижение в глиноземистом материале содержания оксида алюминия менее ч0 мас,4 приводит к необходимости корректировки состава выплавляемого шлака глиноземом, а кроме 45 того неблагоприятно при производстве глиноземистого материала, поскольку приводит к увеличению в нем содержания оксидов РЗЭ и кремния.

Оксид (диоксид) кремния выполняет

50 неоднозначные функции. В синтетичвском сталерафинировочном шлаке диоксид кремния снижает температуру плавления и уменьшает поверхностное натяжение шлака, что благоприятно влияет на рафинировочные свойства шлака, а кроме того связывает некоторое колицест. л ! во оксида кальция, уменьшая его активность, и ухудшает рафинировочные свойства..

В шлакоплавильной печи, имеющей угольную футеровку, оксид (диоксид) кремния, поступающий с шихтовыми материалами, частично восстанавливается, формируя на подине печи слой металла, изолирующий шлак от непосредственного контакта с угольной футеровкой, препятствуя образованию в шлаке карбида кальция, который снижает рафинирующие свойства шлака.

Оксид кремния снижает вязкость сталерафинировочного шлака и улучшает кинетические условия рафинирования, следовательно его присутствие в сталерафинировочном шлаке и глиноземистом материале полезно.

Кроме того, наличие в глиноземистом материале оксида кремния до 8 мас.Ф полезно с тоцки зрения технологии производства глиноземистого материала в качестве попутного шлака при выплавке лигатур РЗЭ - извлечение

РЗЭ из шлаковой фазы в металл проходит полнее в присутствии кремния, который добавляют в шихту в виде ферросилиция. В глиноэемистом материале содержание оксида кремния менее 0,95 мас,/ недостаточно для получения РЗЭ в глиноземистом материале менее 8 мас.i и достижения наилучших технологических свойств глиноземистого материала. Содержание оксида кремния более 8 мас.4 приводит к снижению содержания в глиноземистом материале оксидов РЗЭ, снижению устойчивости к фазовым превращениям и повышение газонасыщенности глиноземистого материала, т,е. к повышению склонности к "вскипанию" при кристаллизации и повышению способности к саморассыпанию закристаллизованного материала. Кроме того, увеличение в глиноземистом материале содержания оксида кремния более 8 мас.4 ухудшает рафинировоцные свойства синтетического шлака, Оксид магния из предлагаемого глиноземистого материала практически полностью переходит в сталерафинировочный шлак и снижает температуру его плавления на 50-150 С, увеличивая рафинирующий эффект синтетического шлака. Кроме того, оксид магния взаимодействует с азотом и его присутствие в сталерафин 1ровоцном шлаке благоприятно сказывается на деазота15118216 6 ции металла и улучшении свойства стали. Содержание оксида магния в глиноземистом материале менее 0,5 мас./ не приводит к заме ному улучшению свойств сталерафинировочного шлака, а при содержании оксида магния более

7 мас.4 глиноземистый материал становится гетерогенным возможно вследствие образования в нем повышенного количества тугоплавких соединений магнезиальной шпинали, что приводит к получению глиноземистого материала неоднородного состава, склонного к саморассыпанию в локальных участках с повышенным содержанием оксида магния.

В сочетании с 0,95-8 мас.Ф оксида кремния оксид магния в количестве

0 5-7 мас.1 способствует наибольшему снижению температуры плавления сталерафинировочного шлака (до 13001 50 С) и повышению за счет значио тельного перегрева его рафинирующих свойств.

Оксиды РЗЭ оказывают положительное влияние на свойства сталерафинировочного шлака, увеличивая -его десульфурирующую способность, снижая содержание кислорода и азота в рафинируемой стали, уменьшая загрязненность стали неметаллическими включениями, вследствие чего улучшаются ее технологические свойства, уменьшается количество дефектов на поверхности проката, увеличивается выход годного металла при переделе методом горячей прокатки.

РЗЭ из сталерафинировочного шлака частично восстанавливаются из оксидов в обрабатываемый металл и, обладая высоким сродством к кислороду, сере и углероду, участвуют в формировании микроструктуры стали, измельчают выделяющиеся карбидные фазы и снижают карбидную неоднородность, в особенности высокоуглеродистых .сталей (например, подшипниковых,инструментальных и т.п. ).

В предлагаемом глиноземистом материале, используемом для выплавки сталерафинировочного шлака, оксиды

РЗЭ являются компонентом, обеспечивающим необходимый уровень его технологических свойств - снижение газонасыщенности материала до уровня, достаточного для его кристаллизации без вскипания, предотвращение в закристаллизованном материале фазовых держание оксида циркония менее

0,05 мас.3 недостаточно для реали-. зации. его способности подавлять са4 морассыпание закристаллизованного материала, а при содержании более

1,4 мас.3 возможно значительное восстановление циркония в металл и образование крупных нитридов циркония, 50 снижающих усталостную прочность стали.

В глиноземистом материале допускается наличие случайных компонентов и примесей, не изменяющих ни свойств глиноземистого материала, ни свойств сталерафинировочного шлака, и обработанной стали: оксидов железа до 1Ô,,оксидов хрома до 0,54 и углерода до ,0,1Ф.

40 превращений с изменением объемов выделяющихся фаз и подавление способности закристаллизованного материала к саморассыпанию. В глиноземистом материале содержание оксидов РЗЭ менее 1 мас. недостаточно для эффективного раскисления жидкого оксидного расплава и уменьшения его склонности к "вскипанию" при кристаллизации, формирования сталерафинировочного шлака, обладающего повышенной рафинирующей способностью. В глиноземистом материале увеличение содержания оксидов РЗЭ более 8 мас.Ф приводит к повышенной его гетерогенности вследствие образования тугоплавких устойчивых соединений оксидов РЗЭ и алюминия и увеличения количества несвязанного оксида кальция, повышению способности материала к фазовым превращениям и саморассыпанию.

Оксид циркония проявляет сильные поверхностно-активные свойства, повышая однородность шлакового расплава и изменяя условия его кристаллизации.

В частности, в шлаке уменьшается количество магнезиальной шпинали, расплав становится более гомогенным, снижается склонность расплава к расслаиванию и образованию локальных выделений оксида магния, поврежденных объемным превращением при хранении, инициируя саморассыпание шлака.

Оксид циркония имеет высокое сродство к азоту и вместе с оксидом магния при рафинировании стали связывает присутствующий в ней азот и способствует частичному рафинированию металла от азота.

В шлаке предлагаемого состава со1548216

Пример, Для получения пред лагаемого глиноземистого материала (составы 1-3) н двухэпектродную дуговую печь мощностью 100 кВт загружают смесь оксидов РЗЭ, ферросилиция, 5 извести и железной руды и пооводят силикотермицеский процесс. Затем в расплавленную ванну загружают смесь оксидов РЗЭ и циркония, гидроксида кальция и алюминиевого порошка и осуществляют алюминотермический процесс.

После завершения процесса шлак корректируют присадками алюминиевого порошка, извести и магнезитового порошка. Металл и шлак сливают н футерованную емкость, Закристаллизовавшийся металл и глиноземистый шлак разделяют, охлаждают, а затем дробят на куски размером 10-20 мм и используют в качестве глиноземистого материала для выплавки сталерафинировочного шлака.

Глиноземистый материал известного состава 4 получают аналогичным обра- 25 зом, однако оксиды циркония HB добавляют, а состава 5 - посредством спланления технического оксида ;-ли\ нозема с известью н печи с магнезиальной футеровкой на подушке из расплавленного армко-железа.

Глиноземистый материал с заграничными значениями компонентов (составы

6-8) готовят аналогично предлагаемому (составы 1-3)„

Контроль материала на рассыпаемость проводят через 10 и 30 сут хранения.

Состав полученных материалов и их свойства приведены в таблице, 40

При кристаллизации материала составов 1-4, 6 и 8 ведут себя спокойно: газовыделений„ вскипаний и вспучиваний не наблюдают, однако материал составов 5 и 7 при кристаллизации выде- 5 ляет значительное количество газов, вспучивается и фонтанирует через разлом в образовавшейся на его поверхности затвердевшей корке,, Глиноземистый материал составов

1"4, а также куски материала составов 5-8 используют для приготовления сталерафинировоцного синтетического шла ка.

Испытания глиноземистого материала проведены при следующих условиях.

В 500-килограммово" дуговой сталеплавильной печи выппанляют шарикоподшипниковую сталь ШХ15„ После доведения плавки до заданного химсостава и температуры 1670-1680 С скачивают печной шлак и на поверхность металла загружают глиноземистый материал и известь и расплавляют, После достижения первоначальной температуры металла фиксируют расхсд электроэнергии и из печи выпускают в сталеразливочный ковш сначала шлак, а затем металл, Сталь разливают на 16-килограммовые спитки, которые затем прокатывают на заготовку 30 " 30 мм.

Технико-экономические показатели выплавки сталерафинироночного шлака и производства стали с обработкой полученным шлаком приведены в таблице.

Как видно из приведенных в таблице данных, предлагаемый глиноземистый материал имеет существенные преимущества по сравнению с известным: он более безопасен и более технологичен при производстве, что обеспечивает более низкую его себестоимость. Кроме того, он устойчив к саморассыпанию н закристаллизонанном состоянии в широком диапазоне сос.тавов и может храниться в течение длительного времени, а также он более технологичен при выплавке сталерафинировочного шлака - способствует снижению расхода электроэнергии, обеспечивает улуцшение качества и выхода годного проката стали, рафинированной синтетическим шлаком. Отклонение состава глиноземистого материала от предлагаемого (составы 6-8) приводит к ухудшению технологических свойств при его производстве, при выплавке сталерафинировочного шлака и при рафинировании стали, Таким образом, по сравнению с известным глиноземистым материалом, используемым н промышленности для выплавки синтетического сталерафинировочного шлака, предлагаемый материал характеризуется меньшей склонностью к вскипанию при кристаллизации (менее опасен при производстве) и повышенной устойчивостью к саморассыпанию (что позволяет его использовать для загрузки в шлакоплавильную печь). При выплавке сталерафинировочного шлака обеспечивается меньшая энергоемкость процесса (на 500 кВт ч/т), Сталь, обработанная шлаком, получе ным с использованием предлагаемого материала, имеет улучшенные качественные харак9 15482 теристики: пониженную загрязненность, неметаллическими включениями и мень шую карбидную неоднородность, а также более высокий выход годного прока! та (на 0,3 ь) . ,формула изобретения

Глиноземистый материал для выплав-. ки сталерафинировочного шлака, содержащий оксид кальция, оксид алюминия,. оксид кремния, оксид магния, оксиды редкоземельных элементов, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения срока хранения глиноземис1 того материала за счет повышения ус30-45

40-61

0,95«8

0,5-7

Оксид кальция

Оксид алюминия

Оксид кремния

Оксид магния

Оксиды редкоземельных элементов

Оксид циркония

1-8

0,05-1,4

«й»

««

Показатели

Данные глиноземистого материала состава

5 6 (базовый) 4 (известный) 45 . 45

40 40

4,8 2

4 6

4,8 7

1,4

17 46

78 39

3 0,86

2 . 7,2

6,9

0,04

29 34,6

62 46,9

6,2 8,1

0,4 1,7

0,9 8,2

1,5 0,5

61

0,95

1

0,05

37

46

0,5

0,5

Нет

Нет Нет Нет Нет Да

Да Нет

Нет Нет Нет Нет 20 60 70 50

Нет Нет Нет 20 60 100 100 100

0,698 0,860 1,004 1,008 0,582 1,028 0,697 0,840

0,362 0,210 0,066 0,072 0,508 0,042 0,373 0,230

2700 2660 2680 2800 3520 3320 3360 3350

Состав глиноземистого материала, мас.ь: оксид кальция оксид алюминия оксид кремния оксид магния оксиды Р33 оксид циркония

Вскипание при кристаллизации

Количество порошка в глиноземистом материале при хранении, 3, через сут:

Удельный расход материалов на выплавку сталерафинировочного шлака (счет на

1 г), т: глиноземистый материал известь

Расход электроэнергии на выплавку сталерафинировочного шлака, кВтч/т

Содержание в сталерафинировочном

„шлаке, Ф:

16 10 тойчивости к саморассыпанию и снижения расхода электроэнергии при выплавке сталерафинировочного шлака, он дополнительно содержит оксид циркония при следующем cooTHQUIBHHH KoM» понентов, мас.Ф:

1548216,Продолжение таблицы

Показатели

3 4 (известный) 5 (базовый) 50,1 49,7 49,0 52,5

39,1 38,5 38,3 40,8

3,5 2,3 1,9 3,1

0,4 3,6 5,2 г,5

62 43 45, 0,4 1,4

03 02 1,1 1,1

52,2

40 9

0,6

4,8

0,67

0,03

0,8

48,5 53,7

37,4 41,6

0,76 2,1

6,5 0,2

6,7 0,6

0,04 1,0

0,1 0,8

49,6

38,5

3,2

1,3

6,5

0,4

0,5

2,08 2,00 2,08

1,5 1,41 . 1,41

1,67 1,75 1,58

2 17 2 67 2 58 2 58 2 33

1,5 1,92 2,00 1,83 1,83

1 83 2,08 2,25 2,17 2,00

1,05 1,17 1,26

0,63 0,58 0,71 0,92 1,34

Составитель K.Ñîðîêèí

Редактор И.Дербак Техред Л.Олийнык Корректор С Черни.Заказ 113 Тираж 505 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 8-35, Раушская Ha6., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 191 оксид кальция оксид алюминия оксид кремния оксид магния оксиды РЗЭ оксид циркония прочие

Отношение оксида кальция к оксиду алюминия

Загрязненность заготовки стали ШХ15 неметаллическими включениями, средний балл: оксиды сульфиды глобули

Карбидная полосчатость, максимальный балл

:Количество проката с поверхностными дефектами, Данные глиноземистого материала состава

1,27 1,28 1,29 1,28 1 29 1 30 1,29 1,29

1 ° 5 1е,5 1,5 1р,5 2,5 2,5 2,0 2,5