Способ получения шлакообразующей смеси

 

Изобретение относится к металлургии, конкретно к способам получения шлакообразующих смесей (ШОС) для изоляции зеркала жидкой стали в кристаллизаторе МНЛЗ. Способ получения шлакообразующей смеси, преимущественно для разливки стали на МНЛЗ, включает перемешивание лигнина с минеральным наполнителем, содержащим материал на основе SiO₂ в соотношении 1:0,25 - 2,0 на сухое вещество, и последующий обжиг при 400-1200°С и коэффициенте избытка воздуха α = 0,5 - 0,9. Для повышения качества непрерывнолитого слитка за счет улучшения защитно-смазывающих свойств смеси в минеральный наполнитель ШОС дополнительно вводят шлам производства криолита при следующем соотношении компонентов, мас. % : шлам производства криолита 40-80; материал на основе SiO₂ 20-60 . Шлам производства криолита используется и в качестве CaO - и F-содержащего компонента ШОС. При промышленном применении ШОС снижаются поверхностные дефекторы слябов, протяженность продольных трещин на непрерывнолитом слитке снизилась по сравнению со смесью прототипа в среднем в 3,1 раза. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретно к способам получения шлакообразующих смесей (ШОС) для изоляции зеркала жидкой стали в кристаллизаторе МНЛЗ.

Известны способы получения шлакообразующих смесей для кристаллизаторов МНЛЗ, включающие механическое перемешивание материалов на основе СаО (известь, известняк, цемент), на основе SiO₂ и Na₂О + К₂О (полевой шпат, слюда, перлит и др.), на основе фтора (плавиковый шпат, флюоритовый концентрат и др.), углеродсодержащий материал (графит, древесные опилки и др.) [1], включающий, мас.%: материал на основе СаСО₃ + Са(ОН)₂ 30-45 вспученный перлит 0,1-13 материал на основе СaF₂+Na₂СО 2-15 кремнезем аморфный с фтором 30-45 унос графита 0,1-15 Указанной смеси присущи недостатки всех механических смесей: низкое качество непрерывнолитого слитка при их применении вследствие расслаивания ШОС на исходные компоненты разного удельного веса и комкование частиц смеси вследствие поглощения влаги из воздуха.

Известен также способ приготовления ШОС, включающий плавление шлакообразующей основы минеральных компонентов системы CaO - SiO₂ - Al₂О₃ с добавками флюсов из ряда фторидов и соединений щелочных металлов и последующее перемешивание дробленой плавленой основы с газовой сажей и активным углем в количестве 1-4% от всей массы ШОС (заявка Японии 63-57141 от 10.11.88, кл. В 22 D 11/10, Япония). Эта ШОС на плавленой основе имеет более стабильные свойства, так как меньше поглощает влагу и минеральные компоненты оплавлены между собой, однако такой недостаток, как низкое качество непрерывнолитого слитка при ее применении, остается, так как при транспортировке происходит отделение от общей массы углеродистого компонента, ШОС чувствительна к изменению состава по основным компонентам, поскольку ее служебные свойства - вязкость и температура плавления расплава сильно зависят от состава.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению получения ШОС является способ получения теплоизолирующей смеси, включающий обжиг лигнина с огнеупорным наполнителем в соотношении 1:0,25 - 2,0 при коэффициенте избытка воздуха α =0,5-0,9 и температуре 400-1200^оС, причем в качестве огнеупорного наполнителя используется материал на основе SiО₂ - зола ТЭЦ или вспученный перлит (а.с. СССР N 1279743, кл. В 22 D 7/00, 1986).

Недостатком этого способа является недостаточное количество непрерывнолитой заготовки при применении ШОС, полученной данным способом, вследствие неоптимальных защитно-смазывающих свойств смеси.

Цель изобретения - повышение качества поверхности непрерывнолитого слитка за счет улучшения жидкоподвижности расплава шлакообразующей смеси.

В составе минерального наполнителя ШОС дополнительно используется шлам производства криолита при следующем соотношении компонентов, мас.%: шлам производства криолита 40-80 материал на основе SiO₂, выбраны 20-60 из группы, содержащей вспученный перлит, полевой шпат, слюда, керамзит, зола ТЭЦ.

Шлам производства криолита используется в качестве СаО и F-содержащего компонента ШОС и содержит, мас. % : фторсодержащие соединения 10-25 Na₂О+К₂О 2-5 SiО₂ 5-15 Са(ОН)₂ + СаСО₃ Остальное Шламы производства криолита образуются на различных стадиях многоступенчатого процесса получения криолита, например, на Полевом криолитовом заводе (ПКЗ) Свердловской обл. По компонентному составу они представляют собой совокупность преимущественно промежуточных продуктов и частично конечных и исходных материалов, удаляемых из производственного процесса в качестве отходов в виде шламов мокрой очистки. По внешнему виду в местах накопления эти шламы представляют собой водяную пульпу с содержанием влаги до 45% , во время выдержки на открытом воздухе влажность понижается до 25-35%, шламы приобретают тестообразную консистенцию.

Совокупность в основном промежуточных продуктов процесса получения криолита определяет не только химический и компонентный составы шламов, но и их своеобразные химические и физические свойства. Это проявляется в том, что добавки к шламу материалов на основе SiО₂: вспученный перлит, полевой шпат, керамзит, сланцы, слюда, зола ТЭЦ и др. незначительно влияют на такие важные свойства ШОС, как температуры размягчения, плавления, растекания и вязкость расплавов из этих ШОС. Вероятно объяснение этого заключается в том, что в области высокого содержания F в шламах (в среднем 15%) и наличия большого количества активных СаО - содержащих компонентов, а также низкого содержания Al₂О₃ (в шламах ПК3 Al₂О₃ отсутствует), при высоких температурах легко образуются соединения системы СаО-SiO₂-Al₂O₃ -Na₂O+K₂O, F, которые при широком варьировании содержаний СаО и SiО₂ имеют близкие физические свойства.

Указанные материалы на основе SiО₂ имеют близкий химический состав: 50-70% SiО₂ 10-20% Al₂O₃ и соответственно близкие физические свойства, поэтому в составе ШОС эти материалы взаимозаменяемы, они могут применяться как отдельно, например, только вспученный перлит, если он обеспечивает достаточное обезвоживание шлама и оптимальную основность, так и в сочетании друг с другом, например, вспученный перлит и полевой шпат, слюда и керамзит и т.д.

Для промышленных исследований были приготовлены путем обжига с лигнином минерального наполнителя, содержащего материал на основе SiО₂. ШОСы на основе шламов производства криолита ПКЗ, химический состав которых приведен в табл.1.

В качестве одного из материалов на основе SiО₂ использован вспученный перлит, выполняющий в данном случае двойное назначение: он не только позволяет получить оптимальный химсостав ШОС на основе шламов ПКЗ, но и выполняет роль минерального водопоглотителя при подготовке шламов из отвалов ПКЗ к использованию. Для получения ШОС предлагаемым способом необязательно иметь сухие исходные компоненты, достаточно, чтобы они имели порошкообразный вид и дозировались без затруднений. Влажные шламы ПКЗ очень трудно сушить из-за их мелкого фракционного состава и соответственно сильного пылевыделения в процессе сушки, а также необходимости утилизации сточных вод. Применение вспученного перлита позволяет без изменения общего количества влаги в смеси шлама с перлитом сделать эту смесь порошкообразной и соответственно транспортабельной. Этим объясняется необходимость предварительного перемешивания шламов производства криолита с материалом на основе SiО₂ до смешивания с лигнином. В процессе обжига с лигнином частицы ШОС спекают в частицы 0,1-10 мм и таким образом удается избежать тех сложностей, которые связаны с мелким фракционным составом шламов.

Опытным путем определено минимальное количество вспученного перлита для обезвоживания шламов до транспортабельного состояния - 20% к смеси минеральных компонентов на сухие массы, ниже этого количества приготовить транспортабельную смесь не удается даже при минимальной влажности шламов.

Максимальное количество SiО₂-содержащих материалов составляет 60%, так как при большем содержании резко увеличивается вязкость расплавов ШОС, увеличивается их температура плавления сверх оптимальных величин (табл.2).

Совместно со вспученным перлитом целесообразно применять и другие материалы на основе: полевой шпат, слюда, зола ТЭЦ и т.д., так как добавка вспученного перлита сверх необходимого для обезвоживания шламов приводит к пылевыделению избыточного количества перлита при транспортировке и в местах пересыпок минеральной основы ШОС.

Оптимальная добавка материала на основе SiО₂ 40%, так как при этом обеспечиваются оптимальные служебные свойства ШОС.

Из данных табл.2 следует, что при широком варьировании состава минеральной основы ШОС свойства, определяющие качество ШОС - вязкость и температура плавления практически одинаковы, что определяет высокую стабильность металлургических результатов при применении ШОС на основе шламов ПКЗ.

При содержании шламов в смеси минеральных компонентов ШОС более 80% происходит дальнейшее понижение вязкости и температуры плавления, однако вследствие большого расхода таких ШОС и образования слоя защитного шлака на слитке большой толщины качество поверхности слитков при этом ухудшается, появляются шлаковые включения.

Промышленные испытания ШОС на основе шламов ПКЗ проводились в ККЦ-1 Новолипецкого металлургического комбината. Приготовления смесей проводилось на опытной базе ДМетИ.

Результаты испытаний приведены в табл.3.

Из данных табл.3 следует две особенности применения ШОС на основе шламов производства криолита: во-первых, при широком варьировании состава минерального наполнителя ШОС, в пределах оптимальных значений, металлургические результаты близки между собой; во-вторых, эти результаты существенно лучше, чем у смеси прототипа, приготовленной таким же способом, но с другим минеральным наполнителем. Оба эти результата имеют одно объяснение: стабильность физических свойств расплава ШОС при значительном колебании количества шламов производства криолита в составе ШОС.

При присадке ШОС на зеркало металла в кристаллизаторе, а в ряде случаев и при ее транспортировке происходит расслоение компонентов ШОС по удельному весу, легкие компоненты содержат больше углерода и быстрее попадают к стенкам кристаллизатора. В этих случаях важно, чтобы локальные участки ШОС имели близкие физические свойства (вязкость и температуру плавления), что позволяет избежать неравномерности толщины шлаковой пленки по поверхности затвердевающего слитка в кристаллизаторе МНЛЗ и соответственно избежать неравномерности теплоотвода от слитка к кристаллизатору и связанного с этим появления трещин.

П р и м е р 1. Для получения ШОС приготавливается смесь шлама производства криолита из отстойников ПКЗ влажностью 25% со вспученным перлитом, добавляемым до получения порошкообразного состояния шлама. Соотношение компонентов составляет 80% шлама и 20% вспученного перлита. Полученная смесь перемешивается с лигнином в соотношении 0,25:1 на сухие массы и обжигается при 400^оС и коэффициенте избытка воздуха α =0,9.

Шлам производства криолита содержит мас.%: F 10; SiO₂ 15; Na₂O+K₂O 2; Са(ОН)+СаСО₃ 83. В указанных условиях получается ШОС состава, мас.%: C 16,2; CaO 37,4; SiO₂ 17,6; R₂O 3,5; F 8,4. При температуре 1300^оС вязкость расплава данной ШОС составляет 0,52 Па˙С, интервал плавления 1085-1183^оС.

Применение полученной ШОС при отливке слябов 1440х240 на МНЛЗ со скоростью 0,5 м/мин показало, что поверхность сляба не содержит дефекта, шлаковые включения, пораженность продольными трещинами составляет 70 мм/пм, что в 2 раза ниже, чем при применении ШОС, изготовленной способом-прототипом.

П р и м е р 2. ШОС для кристаллизаторов МНЛЗ изготавливается с применением следующих минеральных компонентов, шлам производства криолита влажностью 45% , содержащий, мас. % : F 25; SiO₂ 5; R₂O 5 и CaCО₃+Са(ОН)2 65, вспученный перлит в сочетании с полевым шпатом (20 и 40% соответственно). Соотношение шлама и материала на основе SiО₂ на сухие массы составляет 40/60.

Полученная смесь перемешивается с лигнином в соотношении 2:1 на сухие массы и обжигается при 1200^оС и коэффициенте избытка воздуха α =0,5.

Полученная после обжига ШОС содержит, мас.%: C 10,7; CaO 21,5; SiO₂ 45,8; R₂O 5,3; F 4,9. Данная ШОС имеет интервал плавления 1128-1210^оС и вязкость при температуре 1300^оС 0,58 Па˙C. При промышленном опробовании ШОС указанного состава произошло улучшение качества поверхности сляба 1440х240 по сравнению с применением ШОС-прототипа за счет уменьшения в 2,3 раза пораженности продольными трещинами (65 и 150 мм/пм сляба соответственно).

П р и м е р 3. Для получения ШОС оптимального состава используют шлам производства криолита влажностью 35%, содержащий, мас.%: F 15; SiO₂ 10 и R₂O 3,5; вспученный перлит в сочетании с керамзитом (15-23% соответственно). Соотношение шлама и материалов на основе SiО₂ 60/40 на сухие массы. Полученная смесь добавляется к лигнину в соотношении 1:1 на сухие массы и обжигается при 800^оС и коэффициенте избытка воздуха α =0,7.

Полученная после обжига смесь (ШОС) имеет оптимальный состав, мас.%: C 13,9; CaO 31,5; SiO₂ 30,6; R₂O 4,1; F 7,5 и соответственно оптимальные физические свойства: интервал плавления 1060-1158^оС и вязкость 0,44 Па˙С при температуре 1300^оС.

При промышленном применении ШОС протяженность продольных трещин на непрерывнолитом слитке снизилась по сравнению со смесью-прототипом в среднем с 150 мм/пм до 45 мм/пм или в 3,1 раза.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШЛАКООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСИ преимущественно для разливки стали на МНЛЗ, включающий перемешивание лигнина с минеральным наполнителем, содержащим материал на основе оксида кремния, в соотношении 1 : 0,25 - 2,0 в пересчете на сухое вещество и последующий обжиг при 400 - 1200^oС и коэффициенте избытка воздуха α = 0,5 - 0,9 , отличающийся тем, что, с целью повышения качества поверхности непрерывнолитого слитка за счет улучшения жидкоподвижности расплава щлакообразующих смесей, в минеральный наполнитель дополнительно вводят шлам производства криолита при следующем соотношении компонентов, мас.%: Шлам производства криолита 40 - 80 Материал на основе оксида кремния, выбранный из группы, содержащей полевой шпат, вспученный перлит, слюду, керамзит, золу ТЭЦ 20 - 60 2.Способ по п.1, отличающийся тем, что шлам производства криолита имеет следующий состав, мас.%: Фторсодержащие вещества 20 - 50 Оксид кремния 5 - 15 Оксиды щелочных металлов 1 - 3
Кальцийсодержащие вещества Остальное