Способ изготовления экзотермической смеси для внепечной обработки стали

Изобретение относится к области черной металлургии. Способ заключается в том, что горючие компоненты дробят и перемешивают совместно с флегматизатором, в качестве которого используется, например, порошок синтетического фторида кальция. Окислительные компоненты, в качестве которых используют окислы легирующих элементов, предварительно перемешивают с расплавом флегматизатора, охлаждают, дробят застывшую смесь в виде крупки и вводят в смесь горючего компонента и флегматизатора. Желательно окислы легирующих элементов вводить в расплав флегматизатора в объемном соотношении 1:1-1:5 соответственно. Технический результат - обеспечение взрыво- и пожаробезопасности на всех стадиях изготовления, транспортирования и хранения экзотермической смеси. Окислы легирующих элементов желательно вводить в расплав флегматизатора, температура плавления которого ниже температуры плавления стали. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам приготовления взрыво- и пожаробезопасных составов наполнителей порошковой проволоки для обработки стали в ковше или экзотермической смеси для обработки стали в изложницах.

Процессы приготовления составов, содержащих горючий компонент в виде металлического кальция, силикокальция, алюмокальциевого сплава и других восстановителей, а также окислители или окислы легирующих металлов сопряжены с высоким риском взрывов или возгораний.

Известен способ изготовления экзотермической смеси, включающий размол силикокальция совместно с силикатной глыбой или плавиковым шпатом, являющихся флегматизаторами процессов горения. [И.В.Бабайцев и др. “Безопасность производства и применения порошковых экзотермических материалов в металлургии”. М., Металлургия, 1979 г., стр. 63].

Способ решает задачу повышения взрыво- и пожаробезопасности при размоле силикокальция.

Известен способ изготовления экзотермического состава, при котором для снижения взрыво- и пожароопасности процесса размола силикокальция, в качестве флегматизатора применяют карбонат кальция, одновременно являющийся одним из компонентов окислителя. При осуществлении способа в окислитель добавляют нитрид натрия с целью снижения температуры воспламенения состава. [И.В.Бабайцев и др. “Использование карбоната кальция для снижения пожаровзрывоопасности экзотермических составов”. Ж. Металлург, №7, 1997, стр. 30].

Известный способ решает частную задачу снижения взрыво- и пожароопасности процесса дробления горючих компонентов и смешивания горючих компонентов с окислителями.

К недостаткам способа относится применение в смеси взрывоопасного нитрида натрия, а также возможность сепарации смеси, например, при транспортировании, что приводит к образованию взрыво- и пожароопасных составов.

Известный способ не пригоден для изготовления составов наполнителей порошковой проволоки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ приготовления взрыво- и пожаробезопасного состава экзотермической смеси, приведенный И.В.Бабайцевым, Г.А.Булгаковым, А.Ф.Шориным, Э.Б.Кудрявой в работе “Разработка взрывобезопасных составов гранулированных смесей на основе силикокальция”. Ж. “Металлург”, №4,1997, стр. 15. Способ включает измельчение силикокальция в среде флегматизатора, в качестве которого используется портландцемент. После измельчения горючая составляющая гранулируется с использованием портландцемента в качестве связующего, а также с применением стабилизаторов взаимодействия силикокальция с водой и частичном введении окислителей в смесь в виде раствора.

Преимущество приведенного способа приготовления заключается в снижении взрывоопасности процесса размола горючего компонента при введении в состав обрабатываемой смеси более 50% об. портландцемента, а также в снижении взрыво- и пожароопасности экзотермической смеси за счет гранулирования, при котором из состава смеси исключаются мелкие фракции горючего компонента и окислителя. Снижается вероятность возникновения реакции между горючим компонентом и окислителем.

К преимуществам способа относится доступность флегматизатора и его невысокая стоимость.

К недостаткам способа относится:

- выделение водорода при гранулировании и сушке,

- наличие серы в цементе, использование цемента в качестве шлакообразующего компонента в металлургии не известно,

- невозможность использования смеси в качестве наполнителя порошковой проволоки для обработки стали в ковше.

В прототипе окислители и дробленый горючий компонент совместно вводят в гранулы, связывая раствором цемента. Полученные гранулы сушат в сушилках. Способ по прототипу не может быть применен в промышленных масштабах, т.к. известна взрывоопасность процесса соединения металлического кальций с водой. Заявляемое изобретение решает задачу снижения взрыво- и пожароопасности процессов изготовления и применения экзотермических смесей, унификации способа их изготовления, повышения укрывности шлака, образующегося при применении смесей, а также снижения стоимости смесей, содержащих легирующие элементы.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа изготовления экзотермических смесей, включающего совместный размол и смешивание горючего компонента и флегматизатора с последующим введением в указанную смесь окислительного компонента, по заявляемому изобретению в качестве окислительного компонента используют окислы легирующих элементов, которые предварительно перемешивают с расплавом флегматизатора, охлаждают, дробят застывшую смесь, после чего в виде крупки вводят в смесь горючего компонента и флегматизатора.

Технический результат достигается и тем, что окислы легирующих элементов вводят в расплав флегматизатора в объемном соотношении 1:1-1:5 соответственно.

Кроме того, снижению себестоимости экзотермической смеси способствует то, что в качестве флегматизатора может быть использован синтетический фторид кальция в виде фторидного кека от нейтрализации фтор- и хлорсодержащих сбросных растворов производства фторцирконата калия.

В проанализированных авторами источниках научно-технической и патентной информации технические решения, обладающие всей совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, не выявлены.

В результате совместного перемешивания и дробления окислов легирующих элементов с флегматизатором образуется крупка, зафутерованная во флегматизатор, исключающий взаимодействие окислителя с окружающей средой, что повышает пожаробезопасность процесса.

Из практики также установлено, что для достижения технического результата окислы легирующих элементов вводят в расплав нейтрального флегматизатора, температура плавления которого ниже температуры плавления стали.

Для еще большего повышения пожаробезопасности способа мелкая пожароопасная фракция горючих компонентов перед окончательным смешиванием всех компонентов может быть отделена в процессе классификации в установке дробления.

Пределы объемных соотношений окислов легирующих элементов к расплаву флегматизатора 1:1-1:5 ограничены тем, что на практике при соотношении более 1 снижается экономичность процесса легирования стали, а при соотношении менее 0,2 снижается эффективность введения легирующих элементов.

Использование в качестве флегматизатора синтетического фторида кальция обусловлено его принадлежностью к чистым металлургическим материалам с низкой температурой плавления и высокой жидкотекучестью.

В предложенном способе обеспечивается безопасность на всех операциях изготовления, а смесь флегматизированного горючего компонента с зафутерованным окислителем менее опасна, чем отдельно взятый флегматизированный горючий компонент. Компоненты экзотермической смеси, изготовленной по данному способу, вступают в реакцию после расплавления флегматизатора теплом обрабатываемой стали.

Заявляемое техническое решение снижает взрыво- и пожароопасность процессов изготовления и применения экзотермических смесей, унифицирует способ приготовления экзотермических смесей для внепечной обработки стали, позволяет вводить легирующие элементы в состав смеси в виде их окислов, что позволяет снижать стоимость, например, наполнителей порошковой проволоки. Использование отходов производства в виде кеков одновременно с повышением экономичности снижает загрязнение окружающей среды. Использование в смеси синтетического фторида повышает укрывность образующегося шлака при применении смесей.

В общем виде способ реализуется следующим образом.

Горючий компонент дробится в мельницах при совместной подаче в загрузочный бункер порошка фторида кальция в количестве до 50% об. Смесь раздробленного горючего компонента и фторида кальция классифицируется, выделяется фракция 0,5-2 мм. В расплав фторида кальция засыпается порошок окисла легирующего металла. Расплав перемешивается и сливается в металлический поддон. Застывший и охлажденный плав дробится и классифицируется. Выделяется фракция 0,2-2 мм, которая используется для приготовления смеси наполнителя порошковой проволоки или экзотермической смеси для обработки стали в изложницах.

Пример №1 осуществления способа.

В бункер мельницы ДН-5 засыпали в равных объемах кальциевую стружку и синтетический фторид кальция с крупностью фракций 50-100 мкм. Включали мельницу и производили дробление. Дробленую смесь классифицировали по границам от +0,5 - до -2,0 мм.

Параллельно синтетический фторид кальция расплавляли в индукционной печи ИСТ-0,16 при температуре, на 200°С превышающей температуру плавления фторида. В расплав засыпали окислитель пятиокись ниобия в соотношении:

При этом Nb является легирующим элементом, используемым для внепечной обработки стали. После тщательного перемешивания смесь разливали в стальные поддоны. Охлажденный и закристаллизовавшийся плав подвергали дроблению и классификации по границам от +0,5 - до -2,0 мм.

После этого крупку флегматизированного кальция и крупку плавленого флегматизатора с введенной пятиокисью ниобия засыпали в смеситель подготовки наполнителя порошковой проволоки в равных пропорциях.

Восстановительная реакция данной экзотермической смеси возможна только после расплавления ее компонентов в объеме ванны жидкой стали, т.к. и кальций и пятиокись ниобия зафутерованы фторидом кальция.

Пример №2 осуществления способа.

В бункер мельницы ДН-5 засыпали в равных объемах кальциевую стружку и фторидные кеки производства фторцирконата калия с крупностью фракций 50-100 мкм.

Кеки имели следующий химический состав, % вес.

СаО - 2,5-7,5;

SiO₂ - 1,0-2,5;

CaF - остальное.

Включали мельницу и производили дробление. Дробленую смесь классифицировали по границам от +0,5 - до -2,0 мм. Кроме того, параллельно переплав кеков осуществляли в индукционной печи ИСТ - 0,16. Расплав кека перегревали на 200-250°С выше температуры его плавления и выливали в поддоны, в которые предварительно засыпали пятиокись ванадия. Выдерживалось соотношение Расплав тщательно перемешивали и охлаждали.

Полученный плав дробился и классифицировался по границам от + 0,5 - до -2 мм. В подготовленной крупке аналитическими методами определяли содержание ванадия. Крупку, содержащую пятиокись ванадия, и крупку флегматизированного кальция в пропорции 1:3 смешивали в смесителе и получали наполнитель порошковой проволоки.

Предприятие ОАО ЧМЗ располагает необходимыми материалами и оборудованием для изготовления наполнителей порошковой проволоки по предлагаемому способу, а также собственно порошковой проволоки для внепечной обработки стали.

1. Способ изготовления экзотермической смеси для внепечной обработки стали, включающий совместный размол и смешивание горючего компонента и флегматизатора с последующим введением в указанную смесь окислительного компонента, отличающийся тем, что в качестве окислительного компонента используют окислы легирующих элементов, которые предварительно перемешивают с расплавом флегматизатора, охлаждают, дробят застывшую смесь в виде крупки, после чего их вводят в смесь горючего компонента и флегматизатора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что окислы легирующих элементов вводят в расплав флегматизатора в объемом соотношении 1:1÷1:5 соответственно.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что окислы легирующих элементов вводят в расплав флегматизатора, температура плавления которого ниже температуры плавления стали.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве флегматизатора используют синтетический фторид кальция в виде фторидного кека от нейтрализации фтор - хлорсодержащих сбросных растворов производства фторцирконата калия.