Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали

 

Изобретение относится к металлургии. Шлакообразующая смесь содержит, мас.%: углеродсодержащее вещество 7-12, фторсодержащее вещество 12-18, глыба силикатная 12-18, концентрат датолитовый 5-10, концентрат кварцевый, или кварцевый песок, или формовочный песок 5-15, портландцемент - остальное. Изобретение позволяет повысить качество поверхности слитка, уменьшить износ стенок кристаллизатора. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для защиты зеркала металла в кристаллизаторе и поверхности металла в промежуточном ковше МНЛЗ при непрерывной разливке стали.

Известна шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали, содержащая 8-12% аморфного графита, 5-15% силикатной глыбы, 20-30% плавикового шпата, 5-25% нефелинового концентрата, 1-61% доменного шлака и 61-1% шлакопортландцемента (авт.св. СССР N 1838030, кл. В 22 D 11/00, 1993). Смесь является сложной по составу и содержит значительное количество фтора (20-30% плавикового шпата).

Известна смесь с меньшим содержанием плавикового шпата (Технологическая инструкция ТИ 106-СТ. КК2-17-86 "Приготовление шлакообразующих смесей", г. Липецк, 1986, табл. 3.6, ШОС-9). Смесь содержит 10% графита аморфного, 17% плавикового шпата, 5% криолита, 23% слюды молотой, 10% датолитового концентрата и 35% шлакопортландцемента.

Однако из-за высокого суммарного содержания в смеси окислов бора, фтора и окислов щелочных металлов она рекомендована только для разливки низкоуглеродистого металла; при разливке сталей с углеродом более 0,13% на поверхности непрерывнолитого слитка из-за повышенного содержания В₂O₃ появляются трещины. Кроме того, смесь содержит вредный криолит.

Наиболее близкой по технической сущности к достигаемому результату является шлакообразующая смесь, включающая 2-15% углеродсодержащего вещества, 15-25% фтористого кальция, 5-20% глыбы силикатной, 10-40% нефелинового концентрата и остальное - портландцемент (авт.св. СССР N 503919, кл. С 21 С 5/54, 1976).

Недостатком такой смеси является пониженная ассимилируемая способность по отношению к всплывающим из металла алюминатам, что является следствием использования в своем составе нефелинового концентрата, содержащего оксиды алюминия.

Этот недостаток приводит к ухудшению работы смеси и шлака в кристаллизаторе и соответственно к понижению качества поверхности слитка.

Этот недостаток известной смеси особенно проявляется при разливке плавок низкоуглеродистой стали, характеризующихся повышенной переокисленностью. А для снятия переокисленности требуется повышенный расход алюминия, что приводит к загрязнению низкоуглеродистого металла оксидами алюминия - алюминатами, которые и всплывают при разливке в шлак кристаллизатора.

Технический эффект при использовании заявляемого состава шлакообразующей смеси заключается в увеличении ее ассимилирующей способности (емкости) по отношению к алюминатам, всплывающим из металла в процессе разливки, без ухудшения технологических свойств образующихся из смеси шлака. Это приводит к повышению качества поверхности слитка сталей, как содержащих углерод менее 0,07%, так и - более 0,07%. Кроме того, в затвердевшем шлаке отсутствует нефелиновая фаза, как известно, ускоряющая истирание, то есть износ медных стенок кристаллизатора. Указанный технический эффект достигается тем, что в шлакообразующую смесь, включающую углеродсодержащее вещество, фторсодержащее вещество, глыбу силикатную и портландцемент, дополнительно введены концентрат датолитовый и концентрат кварцевый или кварцевый песок или формовочный песок, а ингредиенты взяты в следующем соотношении, мас.%: Углеродсодержащее вещество - 7-12 Фторсодержащее вещество - 12-18 Глыба силикатная - 12-18 Концентрат датолитовый - 5-10 Концентрат кварцевый, или кварцевый песок, или формовочный песок - 5-15 Портландцемент - Остальное В качестве углеродсодержащего вещества в смеси для кристаллизатора используется графит скрытокристаллический (аморфный) марок ГЛС-2 и 3 по ГОСТ 5420-74, а в смеси для промковша используется и коксовая пыль установки сухого тушения кокса по ТУ 14-7-115-89.

Фторсодержащее вещество используется в виде плавиковошпатового концентрата по ГОСТ 29219-91 и 29220-91, глыба силикатная - по ГОСТ 13079-81, портландцемент или шлакопортландцемент по ГОСТ 10176-76.

Концентрат кварцевый применяется по ГОСТ 9077-82, кварцевые пески или формовочные пески - по ГОСТ 2138-91 с содержанием SiO₂ 95-98% (пески Кичигинского, Нижне-Увельского, Бускульского Южно-Уральских месторождений).

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого состава шлакообразующей смеси с признаками известных технических решений. На основании этого можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям "изобретательский уровень" и "новизна".

При содержании в смеси аморфного графита менее 7% ухудшается утепление зеркала металла в кристаллизаторе, а при его содержании более 12% происходит науглероживание металла, что не всегда желательно.

При содержании плавиковошпатового концентрата менее 12%, силикатной глыбы менее 12% и датолитового концентрата менее 5% резко повышаются температура плавления и вязкость шлакового расплава смеси. Шлак густеет и комкуется со смесью. При содержании плавиковошпатового концентрата более 18%, силикатной глыбы более 18% и датолитового концентрата более 10% температура плавления и вязкость ее шлакового расплава понижаются настолько, что шлак кристаллизатора протекает в поддон, а следы качания кристаллизатора на поверхности слитка становятся глубокими, что ведет к образованию поперечных трещин, особенно при разливке сталей с углеродом более 0,13%.

Пределы содержаний концентрата кварцевого или кварцевого песка или формовочного песка в количестве 5-15% подобраны с учетом расходов содержаний остальных ингредиентов таким образом, чтобы основность смеси составляла 0,8-1,2.

Смесь оптимального состава содержит 10% аморфного графита, 15% плавиковошпатового концентрата, 15% силикатной глыбы, 8% датолитового концентрата, 10% кварцевого концентрата или песка и 42% портландцемента.

Конкретные примеры с граничными N 1 и 2 и средним N 3 (смесь оптимального состава) значениями содержаний ингредиентов новой смеси и средними значениями N 4 и 5 ингредиентов известных смесей ШОС-9 и смеси по авт.св. N 503919 представлены в таблице.

В смеси N 1 использовали формовочный (кварцевый) песок Кичигинского месторождения с содержанием SiO₂ 96%, в смеси N 2 - песок Бускульского месторождения с содержанием SiO₂ 95%, в смеси N 3 - кварцевый концентрат (SiO₂ = 99%).

Все смеси 1-5 были изготовлены в виде гранул с размерами 0,1-1,0 мм. Длительность помола (до гранулирования) смеси N 4 из-за наличия слюды возросла в 1,8-2,1 раза, а смеси N 5 - на 28-32% из-за нефелинового концентрата по сравнению с длительностью помола смесей 1-3.

Содержание влаги во всех смесях не превышало 0,20%.

Смеси 1-3 испытали при разливке сталей марок 08Ю и ст3сп. Смеси вводили в промковш и кристаллизатор.

Смесь для кристаллизатора содержала аморфный графит, а для промковша - коксовую пыль установки сухого тушения кокса.

ПРИМЕР 1 При испытании смеси N 1 работа смеси в кристаллизаторе была удовлетворительной. Как на стали 08Ю, так и на стали 3сп по периметру кристаллизатора обнаружили тонкий рант толщиной не более 1,5 мм.

На поверхности непрерывнолитых слитков шлаковых включений и трещин не обнаружено.

ПРИМЕР 2 При испытании смеси N 2 ранта в кристаллизаторе не было. Незначительное протекание шлака на поддон кристаллизатора обнаружено после разливки стали 3сп.

Дефектов поверхности на слитках стали 08Ю, стали ст3сп не было.

ПРИМЕР 3
При испытании смеси N 3 замечаний по работе смеси в кристаллизаторе и по качеству поверхности слитков сталей марок 08Ю и ст3сп не было.

Для сравнительных испытаний в промышленном масштабе использовали смеси 3, 4 и 5 (см. таблицу).

Разливку металла проводили на 3-ручьевой МНЛЗ. По первому ручью использовали смесь N 3, по второму - N 4 и по третьему - N 5 (прототип). Размер кристаллизатора 250 х 750 мм. Было отлито 7 плавок стали 08Ю (по 850 т стали на один ручей) и 6 плавок стали 3сп (2220 т). Все слябы были подвергнуты огневой зачистке "змейкой" по поверхности малого радиуса и по торцам и проведены "лампасы" по краям поверхности малого радиуса.

При разливке стали 08Ю получены следующие результаты: при использовании смеси N 4 на 1-м погонном метре слитка обнаружено в среднем 0,3 штуки мелких шлаковых включений диаметром до 2 мм и 0,5 штук поперечных трещин глубиной 2-4 мм; при использовании смеси N 5 (прототип) на 1-м погонном метре слитка обнаружено в среднем 0,8 штук шлаковых включений диаметром 2-4 мм; при использовании смеси N 3 (оптимальный состав заявляемой смеси) - дефектов поверхности не обнаружили.

При разливке стали 3сп получены следующие результаты: при использовании смеси N 4 отлили только одну плавку, поскольку все слябы были поражены сетчатым и глубокими (до 3-5 мм) поперечными трещинами. Дальнейшее испытание смеси N 4 прекратили.

При использовании смеси N 5 на поверхности слитка обнаружено 0,1 штуки поперечных трещин на 1 погонный метр сляба.

При использовании смеси N 3 (оптимальный состав смеси) дефектов поверхности не обнаружили.

Результаты опытов объясняются следующим образом: в смесях N 1-3 (заявляемая смесь) исходное содержание Al₂O₃ составляет 4,5-5,0%, что в 1,5-2,5 раза меньше, чем соответственно смесях (18) и (19). И при значительных поступлениях оксидов алюминия в шлак (10-15%) работоспособность смеси N 3 сохраняется в отличие от известных смесей (4) и (5), то есть шлакообразующая смесь заявляемого состава обладает большей емкостью в отношении оксидов алюминия.

Положительные результаты промышленных испытаний дали основание для внедрения ее в производство. Составлено изменение к инструкции по изготовлению шлакообразующих смесей и использованию их при непрерывной разливке стали.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авт.св. N 332918, В 22 D 27/06, 1972.

2. Авт.св. N 503918, C 21 C 5/54, 1973.

3. Авт.св. N 534292, В 22 D 7/00, 1975.

4. Авт.св. N 833369, В 22 D 11/00, 1981.

5. Авт.св. N 1507522, В 22 D 7/10, 1989.

6. Авт.св. N 386081, C 03 C 7/02, 1971.

7. Авт.св. N 570645, C 21 C 5/54, 1975.

8. Авт.св. N 692682, C 21 C 5/54, 1979.

9. Авт.св. N 928715, В 22 D 11/00, 1980.

10. Авт.св. N 944760, В 22 D 11/00, 1982.

11. Авт.св. N 1042236, В 22 D 1/00, 1982.

12. Авт.св. N 1237711, C 21 C 5/54, 1984.

13. Авт.св. N 1838031, В 22 D 11/00, 1993.

14. Авт.св. N 572505, C 21 C 5/54, 1976.

15. Авт.св. N 645751, В 22 D 11/00, 1979.

16. Авт.св. N 1457272, В 22 D 11/00, 1987.

17. Авт.св. N 1838030, В 22 D 11/00, 1993.

18. Технологическая инструкция ТИ 106-CT.KK2-17-86. Приготовление шлакообразующих смесей. г. Липецк, 1986.

19. Авт.св. N 503919, C 21 C 5/54, 1976.

Формула изобретения

Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали, включающая углеродсодержащее вещество, фторсодержащее вещество, глыбу силикатную и портландцемент, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит концентрат датолитовый и концентрат кварцевый или кварцевый песок, или формовочный песок при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Углеродсодержащее вещество - 7 - 12
Фторсодержащее вещество - 12 - 18
Глыба силикатная - 12 - 18
Концентрат датолитовый - 5 - 10
Концентрат кварцевый или кварцевый песок, или формовочный песок - 5 - 15
Портландцемент - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1