Экзотермический материал для утепления головной части слитка спокойной стали

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к составам экзотермических смесей, используемых для утепления головной части слитков спокойной стали при разливке ее в изложницы. Сущность изобретения: в качестве экзотермического материала для утепления головной части стального слитка применяют отсевы алюминиевой стружки. Химический состав, мас. % : алюминий металлический 36,42; железо 11,25; кремний 1408; кальций 1,45; магний 0,69; марганец 0,34, окислы алюминия, железа, кремния, магния остальное. Применение экзотермического материала для утепления головной части слитка спокойного металла приводит к улучшению экологии и экономии металла в количестве 25-35 кг/т, и улучшению макроструктуры слитка. 2 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к составам экзотермических смесей, используемых для утепления головной части слитков спокойной стали при разливке ее в изложницы.

Известна смесь для утепления головной части слитка, содержащая, мас. % : Ферросилиций 50-85,0 Натриевая селитра 4-25,0 Древесные опилки, торф 1-18,1 Кальцинированная сода 4-18,9 Эта экзотермическая смесь имеет существенные недостатки: - невысокая тепловая эффективность применения из-за слеживания при хранении и, как следствие этого, высокая теплоаккумулирующая способность в процессе нагрева до температура воспламенения; - недостаточно равномерное распределение при засыпке смесей на зеркало металла; - в составе смеси отсутствует твердый окислитель, в результате чего повышается температура начала экзотермической реакции горения смеси. Это приводит к высокой скорости горения смеси и сильному разогреву ее в начале утепления. В результате этого значительная часть тепла бесполезно теряется в окружающую среду за счет теплопередачи теплоизлучением, вследствие чего снижается эффективность тепловой работы смеси, что приводит к увеличению усадочных дефектов и увеличенной головной обрези.

- продукты сгорания смеси имеют невысокие теплоизолирующие свойства, что также уменьшает эффективность ее использования; - натриевая селитра и кальцинированная сода дефицитны и, кроме того, повышают предельно-допустимые концентрации (ПДК) содержания щелочей в рабочей зоне разливщиков в процессе горения смеси в 1,5-2,0 раза.

Наиболее близкой по совокупности признаков является экзотермическая смесь для прибыльной части стального слитка, содержащая, мас. % :
Алюминийсодержащий мате-
риал 29-40
Твердый окислитель 10-14
Пыль установок сухого
тушения кокса (УСТК) 22-30
Фторид металла 2-5
Огнеупорный наполнитель 11-37.

Эта экзотермическая смесь обладает определенными положительными теплофизическими характеристиками, направленными на улучшение макроструктуры головной части слитка, но имеет существенные недостатки:
- смесь состоит из пяти компонентов, требующих дополнительной подготовки и тщательной дозировки при изготовлении смеси, что удорожает ее стоимость.

При использовании в составе смеси алюминиевого порошка возможно образование взрывоопасных смесей (аэровзвеси), а наличие фторидов металлов ухудшает экологическую обстановку за счет выделения летучих соединения фтора. Пыль УСТК, имея в своем составе более 90% частиц, размером не более 0,63 мм, создает дополнительный очаг запыленности при ее использовании в составе смеси. Этот негативный эффект повышается еще и тем, что эта пыль является легколетучим веществом. Неравномерность состава смеси в процессе ее изготовления не обеспечивает стабильной величины головной обрези слитка после утепления этой смесью за счет колебания ее теплофизических характеристик в значительных пределах. Эта стабильность приводит к повышению расхода металла на обжимных станах и ухудшению условий фабрикации металла.

Целью изобретения является улучшение экологической обстановки при использовании заявляемого экзотермического материала, упрощение и удешевление технологии утепления, снижение головной обрези и улучшение макроструктуры слитка.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве экзотермического материала для утепления головной части стального слитка применяют отсевы алюминиевой стружки. Отсевы алюминиевой стружки имеют следующие характеристики:
- химический состав, % (в качестве примера):
Алюминий металлический 36,42
Железо металлическое 11,25
Кремний металлическое 14,08
Кальций металлический 1,45
Магний металлический 0,69
Марганец 0,34
Окислы алюминия, же-
леза, кремния, магния Остальное
Фракционный состав приведен в табл. 1.

Основная масса отсевов (66,2% ) имеет фракции не более 1,0 мм. Объемная насыпная масса отсевов стружки колеблется в узких пределах 0,9-0,95 г/см³.

Частицы отсева стружки покрыты тонким слоем окислов алюминия, обладают хорошей растекаемостью по зеркалу металла за счет ее благоприятного фракционного состава, что улучшает теплоизоляцию головной части слитка и приводит к снижению расхода отсевов до 0,8-1,2 кг/т стали против 2,0-3,0 кг/т при использовании смеси по прототипу.

При введении отсевов алюминиевой стружки на зеркало жидкого металла происходят следующие положительные процессы: отсевы нагреваются до температуры, при которой начинается реакция горения алюминия за счет кислорода атмосферы. Как уже говорилось, частички алюминия, имеющие разные размеры, покрыты окислами алюминия.

Эти два фактора способствуют рассредоточению горения во времени за счет защиты металлического алюминия пленками окислов. Различные размеры частичек изменяют соотношение объема и приходящейся на единицу объема поверхности окислов алюминия, что также способствует рассредоточению процесса горения, который длится 30-50 мин. В это время идет активная кристаллизация слитка. В результате горения отсевов алюминиевой стружки образуется тугоплавкий пористый огарок, имеющий объем в 2-2,5 раза больше, чем отсевы стружки и накрывающий все зеркало металла прибыльной части слитка.

По фактическим данным пористость огарка составляет не менее 60% . По всему объему огарок обладает высоким тепловым сопротивлением, увеличивается количество тепла, передаваемого головной части слитка, находящийся в это время в жидком состоянии, за счет экзотермических реакций. Основной тепловой поток направлен к прибыльной (головной) части слитка, что замедляет ее кристаллизацию. В процессе кристаллизации происходит подпитка жидким металлом, находящимся в прибыли, осевой зоны слитка, расположенной ниже прибыли. Это способствует уменьшению объема усадочной раковины, являющейся источником образования расслоя в процессе прокатки. В результате использования заявляемого экзотермического материала головная обрезь в сравнении с пpототипом сокращается на 1,6-1,7% (абс. ) (с 8,2-8,6% - у прототипа до 6,5-7,0% - у заявляемого материала).

При использовании экзотермической смеси количество пыли на разливочном балконе менее 4 мг/м³ (1,5-2,5 мг/м³). Содержание алюминия в воздухе рабочей зоны при разливке составляет 0,858 мг/м³ при ПДК - 2 мг/м³, т. е. в экологическом отношении имеет значительно лучшие характеристики, головная обрезь колеблется в узких пределах и составляет всего 6,5-7,0% , отсутствует брак по усадке. Положительным свойством экзотермического материала является то, что отсутствует необходимость по предварительной подготовке и смешению компонентов при использовании экзотермических смесей и экологически заявляемый материал безвреден.

Сущность данного изобретения заключается в том, что в качестве экзотермической засыпки для утепления головной части слитка спокойной стали применяют отсевы алюминиевой стружки в количестве 0,8-1,2 кг/т стали, что обеспечивает значительное улучшение экологической обстановки в рабочей зоне, обеспечивает также максимальное улучшение макроструктуры слитка, выражающееся в низкой и стабильной обрези и отсутствии вторичной усадочной раковины.

В табл. 2 приведены оптимальные значения расхода экзотермического материала (варианты I-III), варианты IV и V - вне оптимальных пределов, а также прототип и известный материал, и соответствующие им уровень запыленности при разливке металла, головная обрезь и брак по усадке в обжимном цехе. Как видно из табл. 2, использование экзотермического материала в пределах 0,8-1,2 кг/т разливаемой спокойной стали обеспечивает максимальный расход металла в обжимном цехе в сравнении с прототипом и известном утеплителем. При разливке стали выделяется значительно меньше пыли, не превышающей значений ПДК, а у прототипа в известной смеси оно во много раз больше.

Головная обрезь снижается до 6,5-7,0% против 8,2% у прототипа и 13% - у известного утеплителя (асбестита). Отсутствует брак по усадке, а у прототипа и известного материала он составляет соответственно 0,2 и 0,24% .

П р и м е р 1. После накопления 16 т листового слитка стали марки 10 сп на зеркало металла через 10 с после закрытия шибера присаживают 16 кг (0,9 кг/т) отсевов алюминиевой стружки в расфасованном виде. Во время разливки производят замер уровня запыленности на разливочном балконе, который составляет 2,5 мг/м³ (ПДК 4 мг/м³) и замер содержания аэрозолей алюминия в воздухе, значение которого составило 0,85 мг/м³ (ПДК 2 мг/м³). Производят прокатку на слябинге на слябы сечением 1170Т х 210 мм. Головная обрезь составляет 7,0% . Брака по расслою не было. На этой же плавке 3 слитка утепляли асбестом. Количество выделяющейся пыли при разливке составило 34,4 мг/м³, что значительно больше ПДК. Головная обрезь на слябинге составила 13,5% и получено 0,15% брака по усадке.

П р и м е р 2. После наполнения 16 т слитка стали марки 10 сп на зеркало металла присаживают 21,5 кг (1,2 кг/т) отсевов алюминиевой стружки после закрытия шибера через 15 с в расфасованном виде. Производят замер запыленности во время разливки. Содержание пыли составляет 3,2 мг/м³, а аэрозолей алюминия в воздухе - 0,95 мг/м³. Производят прокатку на слябы того же сечения.

Головная обрезь составила 6,6% , брака по расслою не было. Приведенные примеры показывают высокую эффективность при использовании заявленного экзотермического материала.

Таким образом, применение по изобретению экзотермического материала для утепления головной части слитка спокойного металла приводит к улучшению экологии и экономии металла в количестве 25-35 кг/т.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1119773, кл. В 22 D 27/06, 1983.

Авторское свидетельство СССР N 1351703, кл. В 22 D 27/10, 1986.

Формула изобретения

Применение отсевов алюминиевой стружки в качестве экзотермического материала для утепления головной части слитка спокойной стали.

РИСУНКИ

Рисунок 1