Высокомагнезиальный флюс

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к флюсам для сталеплавильного производства. Флюс для производства стали на основе магнезиально содержащих пород содержит оксиды магния, кальция и целевую добавку в следующем соотношении, мас.%: оксиды магния - 90,0-92,0, оксиды кальция - 2,00-5,00, остальное - целевая добавка. В качестве исходного сырья для его производства используют гидратную форму магнезиально содержащих пород. Флюс может дополнительно содержать углерод, в этом случае соотношение ингредиентов следующее, мас.%: оксиды магния - 80,0-82,0, оксиды кальция - 2,00-5,00, углерод - 8,00-12,0, остальное - целевая добавка. Изобретение позволит интенсифицировать процесс шлакообразования и обеспечить более качественную защиту футеровки конвертера. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к флюсам для сталеплавильного производства.

Сегодня при производстве стали применяют флюсы на основе магнезиально-силикатных (Mg₂SiO₄) или магнезиально-карбонатных пород (MgCO₂) из природных материалов: магнезита, форстерита, доломита и т.п.

Известен магнезиальный флюс (см. Патент RU №2205232), включающий смесь шлакообразующих компонентов в виде оксидов магния, алюминия, железа, кремния и кальция, а в качестве компонентов шлакообразующей смеси используют ожелезненный доломит с содержанием оксидов магния, алюминия, железа, кремния и кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%: MgO 32,0-33,5; Al₂О₃ 0,5-0,95; Fe₂O₃ 2,0-5,0; SiO₂ 2,5-3,0; CaO - остальное.

Наиболее близкой к заявленному изобретению композицией того же назначения, принятой за прототип для обоих вариантов изобретения, по совокупности существенных признаков является состав известного известково-магнезиального флюса (см. Патент RU №2145357) с низкой температурой плавления и высокой реакционной способностью его растворения в сталеплавильных шлаковых расплавах, содержащего, мас.%: 26,0-35,0 оксидов магния, 0,3-7,0 оксидов алюминия, 5,0-15,0 оксидов железа, 0,5-7,0 оксидов кремния и остальное - оксиды кальция.

Общая применяемая технологическая схема для производства данных флюсов:

тонкий помол шихты мокрым или сухим способом;

смешивание с другими компонентами с добавлением спекающих добавок типа окалины, железосодержащих шлаков и циклонной пыли и т.д. (при этом содержание МдО колеблется от 35 до 50%);

спекание данной шихты во вращающихся печах при достаточно высокой температуре (t=1570-1670°С), при этом в печи шихта гранулируется и спекается с образованием прочной и низкопористой поверхностной пленки, необходимой для придания гранулам флюса достаточной механической прочности для транспортировки и низкой поверхностной пористости во избежание насыщения физической влагой при хранении и транспортировке.

К причинам, препятствующим достижению указанных ниже технических результатов, относятся:

1) невозможность достижения высокого содержания окиси магния при производстве флюса вследствие низкого его содержания в используемом природном сырье;

2) высокий термический нагрев при производстве флюса;

3) низкая химическая активность флюса при попадании на шлак конвертера - ввиду высокой температуры термообработки флюса при его производстве, большой плотности и низкой пористости (температура нагрева флюса в конверторе должна быть больше температуры плавления спекающих добавок (т.е. t=1550-1650°С));

4) повышенный расход флюса для получения необходимого эффекта в конверторе. (сегодня на ОАО «ЗСМК» г. Новокузнецк расход флюса составляет 15-30 кг/т стали, на других предприятиях - до 80 кг/т.);

5) продолжительное время усвоения флюса в шлаке, т.е. длительное время производства стали в конверторе.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в улучшении шлакового режима кислородно-конвертерной плавки и увеличении срока службы конвертера путем использования нового высокомагнезиального флюса.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного изобретения, заключается в интенсификации процесса шлакообразования и более качественной защите футеровки конвертера.

Указанный технический результат достигается за счет того, что известный флюс для производства стали на основе магензиально содержащих пород содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:

I - вариант

Оксиды магния - 90,0-92,0

Оксиды кальция - 2,00-5,00

Остальное - целевая добавка,

II - вариант

Оксиды магния - 80,0-82,0

Оксиды кальция - 2,00-5,00

Углерод - 8,00-12,0

Остальное - целевая добавка

а в качестве исходного сырья для его производства используется гидратная форма магнезиально содержащих пород.

Таким образом, заявляемый высокомагнезиальный флюс содержит оксиды магния в эффектином количестве 80,0-92,0, мас.%.

Целевая добавка - это смесь компонентов (незначительное процентное содержание от общей массы флюса- до 10 мас.%), которые являются нейтральными носителями из круга традиционно применяющихся в композициях данного назначения, которая может быть представлена оксидами кремния, железа и алюминия, а также другими ингредиентами, являющимися, в частности, связующими материалами в процессе брикетообразования (брикетирования) флюса.

Интенсификация процесса шлакообразования достигается за счет сокращения скорости усвоения флюса в конвертере до 1-2 мин вследствие увеличения скорости выделения окиси магния в результате молекулярного гидроудара - интенсивной дегидратации флюса с образованием окиси магния.

Значительное количество оксидов кальция и магния способствует образованию легкоплавких шпинелей, обладающих низкими температурами плавления.

Имея в виду, что футеровка современных сталеплавильных агрегатов состоит из магнезиальных огнеупоров, с целью снижения их расхода сталеплавильные шлаки должны содержать необходимое количество оксидов магния, находящееся в равновесии с оксидами магния в огнеупорах. Количество оксидов магния во флюсе определяется полученным содержанием оксидов магния в шлаке после подачи флюса в сталеплавильный агрегат.

В заявленном изобретении используемый в качестве сырья природный материал содержит большое количество окиси магния (80-92 мас.% на прокаленное вещество), достаточное количество которого образуется при попадании флюса на горячий шлак. Окись магния, обладая высокой химической активностью, интенсивно реагирует со шлаками, существенно снижая их химическую активность по отношению к магнезиальной футеровке конвертора, с дальнейшим загущением его и нанесением на футеровку в виде гарнисажа. При такой защите футеровки срок службы конвертера увеличивается с 1500-2000 плавок (в прототипе) до 6000 -10000 плавок.

Для загущения шлака при нанесении гарнисажа на футеровку и частичной компенсации теплопотерь при выделении гидратной воды вводится флюс (по второму варианту изобретения) дополнительно содержащий углерод при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Оксиды магния - 80,0-82,0

Оксиды кальция - 2,00-5,00

Углерод-8,00-12,0

Остальное - целевая добавка

Дополнительный технический результат, заключающийся в снижение энерго- и трудозатрат при производстве флюса, достигается за счет того, что:

- флюс для выплавки стали в конвертере получают на основе гидратной формы магнезиально содержащих пород, т.е. используется сырье, технология переработки которого исключает трудоемкий и энергоемкий процесс термообработки флюса;

- процесс шлакообразования происходит при достаточно низкой температуре нагрева флюса.

Экономия достигается и за счет значительного сокращения расхода флюса (с 15-80 кг/т стали в прототипе до 5-10 кг/т при осуществлении заявленного изобретения) вследствие использования природного материала с высоким содержанием оксида магния.

Заявленный высокомагнезиального флюс для выплавки стали в конвертере получают на основе гидратной формы магнезиально содержащих пород. Природный материал - брусит (Mg(ОН)₂).

Флюс производится из брусита полусухим способом прессования на прессах или брикетировочных машинах. При этом пористость брикета флюса из него - близкая к нулю при достаточной механической прочности, что позволяет произвести транспортировку и хранение данных флюсов.

Характеристики брусита приведены в табл.1.

Таблица 1
	Массовая доля окислов, %
MgO	CaO	SiO2	Fe2O3
Сырой	62,0-68,0	0,9-2,0	0,5-1,0	0,12-0,2
На прокаленное вещество	90,0-97,5	1,4-5,0	0,8-3,5	0,2-0,3

В табл.2 приводятся физико-химические показатели высокомагнезиальных флюсов ВФМ-1 (по первому варианту изобретения) и ВМФ-2 (второй вариант изобретения):

Таблица 2
Наименование	ВМФ-1	ВМФ-2
Химический состав: %
MgO	90,0-92,0	80,0-82,0
CaO	2,00-5,00	2,00-5,00
С	-	8,00-12,0
Целевая добавка	3,00-8,00	1-10
Предел прочности при сжатии - не менее: н/мм2	15	15
Время усвоения в шлаке, мин	1-2	1-2

Пример использования флюса в конвертерной плавке и нанесение гарнисажа. При попадании флюса на горячий шлак конвертера (t=1500-1600°С) происходит по мере нагревания флюса молекулярный гидроудар. Данный эффект начинается при достаточно низкой температуре нагрева флюса (400-500°С). Происходит интенсивная дегидратация флюса с образованием окиси магния (высвобождение химически связанной воды). Резко увеличивается пористость и образуется множество трещин и микротрещин (так как во флюсе до 30% гидратной воды, пористость достигается 50-55%).

Процесс происходит достаточно быстро. Окись магния, обладая высокой химической активностью, интенсивно реагирует со шлаками по вновь образующимся трещинам и микротрещинам, существенно снижая химическую активность шлаков по отношению к магнезиальной футеровке конвертера, с дальнейшим загущением его и нанесением на футеровку в виде гарнисажа. Время растворения флюса в шлаке составляет 1-2 минуты.

Для улучшения шлакообразования и снижения химической активности шлака на первом этапе вводится флюс с максимальным содержанием магния (ВМФ-1) MgO>90%.

Для загущения шлака при нанесении гарнисажа в конвертере и частичной компенсации теплопотерь при выделении гидратной воды вводится флюс марки ВМФ-2 с содержанием углерода до 10%. В результате быстро достигается насыщение шлаков магнием, в дальнейшем - его загущение и за счет этого - нанесение гарнисажа на футеровку конвертера; сокращается время производства стали в конвертере; увеличивается срок службы конвертеров - до 6000-10000 плавок; исключается трудоемкий и энергоемкий процесс термообработки флюса; существенно снижаются общие трудозатраты при производстве флюсов. Форма флюса - брикет 40×60×40 или любая другая форма данного объема (шары, гранулы, т.д.).

Данные флюсы предполагается применять на всех металлургических заводах, производящих сталь в конвертерах, оснащенных магнезиально содержащей футировкой.

1. Флюс для производства стали на основе магнезиально содержащих пород, содержащий оксиды магния, кальция и целевую добавку, отличающийся тем, что он содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:

Оксиды магния	90,0-92,0
Оксиды кальция	2,00-5,00
Целевая добавка	Остальное

а в качестве исходного сырья для его производства используют гидратную форму магнезиально содержащих пород.

2. Флюс для производства стали на основе магнезиально содержащих пород, содержащий оксиды магния, кальция и целевую добавку, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Оксиды магния	80,0-82,0
Оксиды кальция	2,00-5,00
Углерод	8,00-12,0
Целевая добавка	Остальное

а в качестве исходного сырья для его производства используют гидратную форму магнезиально содержащих пород.