Флюс для непрерывной разливки стали в форме сферических гранул и способ ее получения

 

Использование: изобретение позволяет получить полые шлакообразующие гранулы для непрерывной разливки стали, мало меняющие свои служебные свойства после длительного хранения. Сущность: флюс содержит компоненты, мас.%: оксиды кремния 28-38; оксиды алюминия 6-14; углерод 4-8; оксиды щелочных металлов 6-15; фториды щелочно-земельных металлов 8-20; кремнефториды щелочно-земельных металлов 0,11-1,2; карбонаты щелочно-земельных металлов 0,3-2,2. Для получения гранул готовят водную суспензию основных и вспомогательных реагентов, затем из этой суспензии получают гранулы, термическая обработка которых производится нагретым до 1600-2400ºC водородсодержащим газом, подаваемым перпендикулярно оси потока летящих капель в зону формирования полости в гранулах. Это позволит сохранить реакционную способность и механическую прочность гранул при длительном хранении. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно для теплоизоляции зеркала жидкого металла в процессе непрерывной разливки стали.

Цель изобретения сохранение реакционной способности и механической прочности гранул при длительном хранении.

Поставленная цель достигается тем, что флюс для непрерывной разливки стали, имеющий форму сферических гранул и включающий окислы кальция, кремния, алюминия, щелочных металлов, фториды щелочных (щелочно-земельных) металлов, а также углерод, который при содержании абсорбционной влаги в количестве 0,0005-0,015 г/см³ дополнительно содержит карбонаты и кремнефториды кальция и магния, а флюсующие компоненты взяты в следующем соотношении, мас% окислы кремния 28-38 окислы алюминия 6-14 углерод 4-8 карбонаты кальция и магния 0,3-2,2 Окислы щелочных металлов 6-15 фториды щелочных или щелочно-земельных металлов 8-20 кремнефториды щелочно-земельных металлов 0,11-1,2 окислы кальция остальное.

Для получения флюса в виде сферических гранул приготавливают водную суспензию основного материала и вспомогательных реагентов, последующее гранулирование и термическую обработку полученных гранул. При термической обработке гранул их обрабатывают нагретым до 1600-2400^oС водородсодержащим газом, подавая его на горизонте формирования в каплях газовой полости перпендикулярно оси потока капель.

В составе флюса соотношение компонентов определяет и стабилизирует содержание в нем влаги.

При этом входящие в материале в указанном количестве окислы кремния, кальция и щелочных металлов не только формируют в материале силикатную составляющую, в значительной мере определяющую температуру плавления флюса и его жидкоподвижность. Они, кроме того, способствуют остекловыванию каркаса гранулы, преимущественно внутреннего его слоя, граничающего с малой сферой, что способствует упрочнению полученной гранулы. При этом увеличение окислов кремния в материале выше верхнего заявляемого предела (38%) приводит к появлению в структуре гранул микротрещин, резко снижающих прочность материала. Появление микротрещин наблюдается и при повышении в материале содержания окислов алюминия выше верхнего заявляемого предела (14%). В то же время и снижение концентрации диоксида кремния в материале менее 28% (как впрочем и уменьшение содержания алюминия менее 6%) также нецелесообразно, т.к. стеклофаза в этом случае содержит большее количество окислов кальция и щелочных металлов, уменьшающих ее механическую прочность, и микротрещины распространяются на весь шлаковый слой целой гранулы и приводят к ее разрушению.

Содержащийся в грануле углерод в количестве 3-8 способствует сохранению формы гранулы, в т. ч. и при температурах, когда шлаковая основа гранулы расплавилась и гранула из полой превратилась в сплошную. В значительной мере это вызывано тем, что углерод в заявляемой композиции выталкивается в поверхностный слой сплошной гранулы, препятствуя ее разрушению. При этом преждевременное появление шлаковой "пары" тормозится в том случае, когда концентрация углерода в материале составляет не менее 3% При меньшем содержании углерода в поверхностном слое шлаковой оболочки при ее плавлении наблюдается преждевременное разрушение полых гранул и их слияние, что отрицательно сказывается на показателях разливки стали. В то же время и при повышении содержания углерода в материале выше 8% прочность сплошных гранул, полученных после плавления шлаковой основы, уже не увеличивается, а возрастающее количество углеродсодержащей смеси ухудшает качество поверхности разливаемого металла, приводит к науглероживанию стали. Ограничение содержания фторидов щелочных и щелочно-земельных металлов, выполняющих как и в известном флюсе роль плавня и компонента, стабилизирующего распределение углерода по сечению гранулы, также диктуется необходимостью сохранения ее формы при плавлении шлаковой основы, что достигается в недостаточной степени при содержании фторидов в материале менее 8 и более 30% Строгое ограничение концентрации абсорбционной влаги в заявляемом материале (0,0005-0,015 г/см³) способствует формированию стабильной минералогической структуры материала, при которой минеральные составляющие не выделяются обособленно, а прирастают друг в друга. Это не только способствует механическому упрочнению гранулы, но и в значительной мере определяет ее способность сохранять свое строение и служебные свойства после длительного хранения. При этом снижение концентрации абсорбционной влаги в материале ниже нижнего заявляемого предела практически не меняет заявляемого свойства, но труднодостижимо. В то же время и повышение содержания абсорбционной влаги более 0,015 г/см³ резко снижает способность гранул длительно сохранять свои служебные свойства, т.к. при этом минеральные составляющие уже обособляются и по их границам происходит со временем накопление напряжений, приводящих, в конечном итоге, к разрушению гранулы.

Заявляемый уровень абсорбционной влаги обеспечивается путем дополнительного введения в сравнительно небольшом количестве (0,3-2,2%) карбонатов кальция и магния, которые, взаимодействуя с окислами кремния и алюминия в присутствии влаги, способствуют уменьшению ее равновесной концентрации, способствуя снижению интенсивности влагопоглощения влаги материалом с течением времени.

С другой стороны, синтезирующиеся в материале предлагаемым способом его получения кремнефториды кальция и магния не только способствуют уменьшению концентрации влаги в материале, но и в значительной степени стабилизируют ее концентрацию, способствуя получению весьма устойчивой минералогической структуры со взаимным прорастанием минеральных составляющих друг в друга, существенно уменьшающих возможность их взаимодействия вследствие значительного снижения активности составляющих его компонентов.

При этом концентрация влагоопределяющих компонентов (карбонатов и кремнефторидов кальция и магния) определенным образом коррелируют с содержанием влаги в материале. Содержание последней почти прямо пропорционально уменьшается по мере повышения этих компонентов в материале. Однако при содержании карбонатов белее 2,2% а кремнефторидов более 1,2% концентрация влаги в материале уже практически не уменьшается далее и находится на уровне 0,0005 г/см³. Однако и снижение содержания этих индикаторов концентрации влаги в материале менее 0,3 и 0,11% соответственно уже заметно уменьшает реакционную способность материала после длительного хранения, что снижает качество материала как товарного продукта и технологического реагента.

Композиция полых гранул получают таким образом, что при операции термической обработки летящий поток капель обрабатывают нагретым до 1600-2400^oС водородсодержащим газом, подавая его на горизонте формирования в каплях газовой полости перпендикулярно оси потока капель.

Режим термической обработки гранул тоже приводит к получению полости в обжигаемых гранулах, однако он существенно упрощает известную операцию термической обработки и приводит к получению практически готового продукта для разливки стали. В то же время подача высоконагретого газа на поток капель на горизонте формирования в них полости и направленного перпендикулярно оси потока летящих капель способствует значительной турбулизации потока капель, что в свою очередь не только облегчает формирование полости в грануле, но и повышает теплоотдачу от нагретого газа к грануле. Эти обстоятельства увеличивают долю полых гранул меньшего диаметра в получаемом материале по сравнению с известным решением. В то же время увеличение интенсивности теплообмена между потоком капель и нагретым газом, а также меньший диаметр получаемых капель в совокупности способствуют снижению в последних концентрации абсорбционной влаги. Этому же способствует и наличие в газо- и теплоносителе водорода. Для него коэффициент (и, следовательно, скорость) диффузии на порядок превышает значения коэффициентов диффузии других ионов в тех же средах. Учитывая, в связи с этим, что влага в шлаке преимущественно представлена гидроксилом ОН^-, можно предполагать, что в атмосфере, содержащей водород, процесс дегидратации шлаковых капель будет протекать полнее. Этому способствует также и то обстоятельство, что предлагаемый флюс по содержанию в нем основных окислов приближается к шлакам, обладающим максимальной водородпроницаемостью.

Пример 1.

Из 50%-ного водного раствора шлакообразующих компонентов (35% известняка и извести, 20% нефелина, 25% кварца, 15% плавикового шпата и 5% графита) и добавленных к нему 10% водного раствора хлористого кальция в количестве 1% и 10% водного раствора карбоксилметилцеллюлозы и сульфитно-спиртовой барды в количестве 2% приготовили суспензию, которую гранулировали и подавали в реакционную камеру в виде капель. Перпендикулярно потоку летящих капель на уровне формирования в каплях газовой полости подавали сжигаемый, с недостатком водорода природный газ, в факеле которого при температуре 1780^oС обнаруживали 6,4% водорода. В турбулентном потоке происходило формирование гранул малого диаметра и их нагрев, дегидратация и минерализация структуры.

Полученный после охлаждения материал в виде полых сфероидов содержит, мас. окислы кремния 32,0; окислы кальция 34,7; окислы алюминия 10,1; фториды кальция 12,0; окислы щелочных металлов 7,3; углерод 5,8; карбонаты кальция и магния 0,8; кремнефториды кальция и магния 0,6.

Концентрация влаги в нем находилась внутри рекомендованного интервала и составляла 0,006 г/см³.

Полученный материал также выдержали 2 месяца в цеховых условиях, после чего вновь определили его насыпной вес, механическую прочность и растекаемость. Насыпной вес составил 0,62 г/см³, растекаемость 300 м, а потери при истирании в барабане 2,7% При разливке стали с использованием этого материала продольных и поперечных трещин не обнаружено, а количество сетчатых трещин составило 0,5%
Наряду с этим были исследованы материалы, полученные при других параметрах способах и составах исходной шихты. Полученные результаты приведены в табл. 1. Здесь же приведены и результаты испытаний способа, взятого за прототип.

Из сравнения данных, приведенных в табл.1, следует, что заявляемый способ позволяет получить материал, чего не достигается при известном способе производства гранулированного материала.

Достигаемый при этом экономический эффект складывается из экономии, получаемой у нас в стране от улучшения качества поверхности слитка, получаемого при разливке стали, уменьшения безвозвратных потерь металла, связанных с зачисткой, снижения себестоимости смесей, а также от появившейся возможности отказаться от ввоза этих смесей из-за рубежа.

Формула изобретения

1. Флюс для непрерывной разливки стали в форме сферических гранул, включающий оксиды кальция, кремния, алюминия и щелочных металлов, фториды щелочных или щелочноземельных металлов, углерод, отличающийся тем, что, с целью сохранения реакционной способности и механической прочности гранул при длительном хранении, он дополнительно содержит карбонаты и кремнефториды щелочноземельных металлов при следующем соотношении компонентов, мас.

Оксиды кремния 28-38
Оксиды алюминия 6-14
Углерод 4-8
Карбонаты щелочноземельных металлов 0,3-2,2
Оксиды щелочных металлов 6-15
Фториды щелочных или щелочноземельных металлов 8-20
Кремнефториды щелочноземельных металлов 0,11-1,2
Оксиды кальция Остальное
при этом содержание абсорбционной влаги в нем составляет 0,0005-015 г/см³.

2. Способ получения флюса для непрерывной разливки стали в форме сферических гранул, включающий приготовление водной суспензии из компонентов флюса, гранулирование путем капельного распыления в среде газового теплоносителя, подаваемого в направлении, перпендикулярном потоку капель, и термическую обработку полученных сферических гранул, отличающийся тем, что, с целью сохранения реакционной способности и механической прочности гранул при длительном хранении, в качестве теплоносителя используют нагретый до 1600-2400°С водородсодержащий газ.

РИСУНКИ

Рисунок 1