Теплоизолирующая смесь для защиты и теплоизоляции металла в промежуточном и сталеразливочном ковшах при непрерывной разливке стали
Изобретение относится к металлургии, в частности к непрервыной разливке стали, а именно к составам шлакообразующих смесей. Теплоизолирующая смесь содержит, мас.%: углеродсодержащий материал 1-20, рисовую лузгу 4-20, золу ТЭС углей Подмосковного месторождения 60-95. Изобретение позволяет улучшить качество заготовки за счет теплоизолирующей способности смеси путем поддержания ее во время разливки в порошкообразном состоянии и повышения коррозионной стойкости стали. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к непрерывной разливке стали, конкретно к составам шлакообразующих смесей, предназначенных для защиты и теплоизоляции стали в промежуточном и сталеразливочном ковшах.
Известно теплоизоляционное покрытие зеркала металла при его разливке сифоном в изложницу [1], в котором для повышения качества и выхода годного используют продукт переработки золы углей, содержащих 35-60% углерода низкой реакционной способности и 40-65% оплавленных сфероидизированных частиц алюмосиликатов.
Высокое содержание углерода 35-60% приводит к науглероживанию металла выше верхнего содержания углерода в стали и выпуску беззаказной продукции.
Известна теплоизолирующая смесь для обмазки прибыльных надставок изложниц [2], включающая огнеупорный наполнитель, глину огнеупорную и сульфатный щелок, с целью улучшения качества поверхности слитка имеет следующее содержание ингредиентов, мас.%:
| огнеупорный наполнитель | 60-67 |
| глина огнеупорная | 11-18 |
| сульфатный щелок | 19-25 |
В качестве огнеупорного наполнителя ТИС для обмазки прибыльных надставок изложниц содержит золу-унос ТЭС - пылевидный продукт сгорания углей.
Основными составляющими золы-уноса ТЭС являются SiO2 - 58-59% и Al2О3 - 20-21%; углерод - 1,2-3,9%.
За счет использования золы-уноса ТЭС слиток не подвисает на прибыльной надставке, что исключает образование поверхностных трещин. Однако использование золы не устраняет запороченность поверхности слитка неметаллическими включениями.
Известна теплоизолирующая смесь [3], содержащая углеродсодержащий материал, рисовую лузгу в качестве органической добавки и кремнеземсодержащий материал, в который введены окислы кальция с содержанием не более 50% оксида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| углеродсодержащий материал | 4-25 |
| лузга рисовая | 4-90 |
| Кремнеземсодержащий материал | остальное |
Кремнеземсодержащий материал имеет следующий химический состав, мас.%: CaO 30-60; SiO2 20-50; Al2О3 3,0-7,0; MnO 0-5,5; MgO 3,0-7,0; Na2O+K2O 0,1-2,0; С 4,0-20,0; FeO 0,001-5,0; TiO2 0,1-2,0 при основности 0,6-3,0.
Шлак, образующийся при использовании этой смеси, легкоплавкий (tплавления - 1350-1400°С) с высокой ассимилирующей способностью по отношению к алюмосиликатным включениям.
Однако при разливке большой серии плавок (более 4) наблюдается образование твердой корки шлака, которая «прихватывает» стопор промежуточного ковша, что затрудняет регулирование связи положения стопора и уровня металла в кристаллизаторе, что приводит к сверхдопустимым колебаниям уровня металла в кристаллизаторе и запороченности заготовки неметаллическими включениями. На отдельных плавках зачистка составляет 100% заготовок.
Шлаковый расплав плохо ассимилирует коррозионно-активные неметаллические включения (КАНВ) типа СаО·Al2О3 при разливке марок стали, обрабатываемых кальцийсодержащими материалами. КАНВ вызывают интенсивную коррозию и снижают стойкость, например, газопроводных труб.
Целью предлагаемого изобретения является обеспечение технологичности непрерывной разливки и улучшение качества заготовки за счет теплоизолирующей способности смеси (шлака) путем поддержания его во время разливки в порошкообразном состоянии и повышения коррозионной стойкости стали.
Поставленная цель достигается тем, что теплоизолирующая смесь для непрерывной разливки стали, применяемая для теплоизоляции металла в промежуточном и сталеразливочном ковшах, включающая углеродсодержащий материал, рисовую лузгу и золу, содержит золу ТЭС, полученную от сжигания углей Подмосковного месторождения при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| углеродсодержащий материал | 1-20 |
| рисовая лузга | 4-20 |
| зола ТЭС углей | |
| Подмосковного месторождения | 60-95 |
при этом дополнительно содержит кварц молотый в количестве 5-15%, оксидный состав смеси поддерживают в пределах, мас.%: Al2О3 - равно или более 20 мас.%; CaO равно или менее 10,0 мас.%; Na2О+К2О равно или менее 1,0 мас.%; FeO равно или менее 6,0 мас.%; остальное SiO2.
Отличительной особенностью данной теплоизолирующей смеси является то, что при температурах разливки стали в промежуточном ковше (1520-1550°С) смесь не проплавляется, а находится в порошкообразном состоянии, так как температура плавления составляет 1600-1700°С.
В качестве наполнителя используется зола ТЭС улей Подмосковного месторождения, характеризующаяся низким содержанием СаО.
Зола ТЭС углей Подмосковного месторождения имеет химический состав, мас.%: Al2О3 - 20-40; SiO2 - 45-60; СаО - 3,0-10,0; Na2O+K2O - 0,5-1,0, FeO - 2,0-6,0.
Температура плавления золы ТЭС углей Подмосковного месторождения - в зависимости от состава 1600-1700°С, что обуславливает поддержание смеси (шлака) в порошкообразном состоянии в промежуточном ковше при температурах разливки стали. Пределы содержания отдельных оксидов в золе ТЭС углей Подмосковного месторождения определяются их природой.
Золы углей других месторождений имеют в своем составе содержание Al2O3, равное или менее 20%, что снижает температуру плавления их и шлак при разливке находится в жидком состоянии.
Использование золы ТЭС углей Подмосковного месторождения с указанным содержанием SiO2, СаО, Al2O3 и Na2О+К2О обеспечивает рафинирование металла от коррозионноактивных неметаллических включений.
Углеродсодержащий материал в процессе сгорания углерода регулирует скорость проплавления смеси, обеспечивает выделение тепла и создание восстановительной атмосферы над расплавом, что обеспечивает теплоизоляцию расплава и защиту металла от вторичного окисления.
В качестве углеродсодержащего материала может использоваться графит, кокс, электродный бой, пыль с установок сухого тушения кокса, угли с высокой зольностью, теплообработанная пыль коксовой мелочи.
Использование рисовой лузги в качестве органической добавки увеличивает толщину слоя теплоизолирующей смеси в исходном состоянии, при сгорании выделяется тепло, что снижает потери тепла жидкого металла. Теплоизолирующая смесь применяется при разливке стали широкого сортамента марок, содержащих углерод от 0,005 до 1,0%.
Наибольшая эффективность достигается при разливке марок стали, обработанных кальцийсодержащими материалами.
При использовании теплоизолирующей смеси с содержанием углеродсодержащего материала в пределах 1-20% обеспечивается хорошая теплоизоляция расплава, смесь находится в порошкообразном состоянии без заметного проплавления и науглероживания стали, причем масса его в смеси снижается пропорционально содержанию углерода в стали и величине диапазона содержания углерода.
При содержании углеродсодержащего материала более 20% наблюдается науглероживание металла выше верхнего предела углерода в стали и отливке беззаказной продукции.
При содержании углеродсодержащего материала менее 1% смесь не разрыхляется, не происходит процесс выделения СО и СО2, ухудшается теплоизоляционная способность смеси.
При использовании теплоизолирующей смеси с содержанием 4-20% рисовой лузги обеспечивается требуемая теплоизоляция металла в промежуточном ковше за счет поддержания смеси в порошкообразном состоянии и обеспечения стабильной температуры металла при разливке как единичной плавки, так и серии плавок.
При применении теплоизолирующей смеси с рисовой лузгой менее 4% не обеспечивается требуемая структура шлака с необходимой низкой теплопроводностью.
При содержании рисовой лузги более 20% резко увеличивается расход теплоизолирующей смеси из-за большой доли сгораемых компонентов, что экономически не оправдано.
Добавка кварца молотого в количестве 5-15% обеспечивает хорошую теплоизоляцию металла, технологичность работы стопора и управление уровнем металла в кристаллизаторе, поддерживая смесь в порошкообразном состоянии. Добавление молотого кварца необходимо, когда содержание СаО в золе ТЭС углей Подмосковного месторождения ближе к верхнему пределу - 10,0 и более процентов.
Добавка кварца молотого снижает долю оксида кальция и увеличивает долю оксида кремния и тем самым повышает температуру плавления смеси выше 1600°С.
Добавка кварца менее 5% не обеспечивает поддержание смеси в порошкообразном состоянии.
Повышение содержания кварца более 15% не оказывает существенного влияния на поддержание смеси в порошкообразном состоянии и, следовательно, не влияет на ее теплоизолирующие свойства.
При обеспечении условий содержания оксидов в шлаке Al2O3 более или равно 20%; СаО менее или равно 10%; Na2O+K2O менее или равно 1% теплоизолирующая смесь не проплавляется и обеспечивает хорошую теплоизоляцию и технологичную работу стопоров промежуточного ковша.
При необеспечении указанных пределов хотя бы одного оксида приводит к проплавлению смеси и образованию жесткой корки, что нарушает работу стопоров промежуточного ковша.
Применение данной теплоизолирующей смеси позволяет:
- держать стабильную температуру металла в промежуточном ковше в серии до 14 плавок;
- обеспечивать рабочее состояние привода стопоров промежуточного ковша и стабильный уровень металла в кристаллизаторе;
- снизить содержание коррозионно-активных включений;
- обеспечить горячий всад заготовок без зачистки поверхности до 95%;
- повысить качество готового проката.
Ниже приведены примеры применения предлагаемой теплоизолирующей смеси при непрерывной разливке стали (см. таблицу).
Сталь марки 20ХНР выплавляется в электросталеплавильной печи емкостью 130 тонн. Во время слива в сталеразливочный ковш присаживают FeCr, Ni, кокс, известь и плавиковый шпат. В конце выпуска отсекают окисленный печной шлак. На агрегате комплексной обработки стали металл нагревают с одновременной продувкой аргоном через пробку в днище сталеразливочного ковша, обрабатывают силикокальциевой проволокой из расчета 0,6 кг кальция на тонну, отбирают пробу металла, измеряют температуру, после чего корректируют содержание Si, Al и Mn и доводят температуру до заданной 1565°С.
Сталь разливают на установке непрерывной разливки на заготовки сечением 300×360. В промежуточный ковш присаживают теплоизолирующую смесь следующего состава, мас.%:
| углерододсодержащий материал | 8 |
| рисовая лузга | 7 |
| зола ТЭС углей Подмосковного | |
| месторождения | 85 |
из расчета 0,5 кг на тонну.
Для приготовления теплоизолирующей смеси используются зола ТЭС углей Подмосковного месторождения следующего химического состава, мас.%: Al2O3 - 30; SiO2 - 55; CaO - 5,5.
По ходу разливки каждой плавки трижды (в начале, середине и в конце) замерили температуру металла в промежуточном ковше, значения которой равны: 1533, 1530, 1530°С, что свидетельствует о хорошей теплоизоляции металла в процессе разливки. При этом при разливке 8 плавок в серии смесь находилась в порошкообразном состоянии, что обеспечивало нормальное управление положения стопора и уровня металла, чистота поверхности соответствует 1 баллу; анализ состава неметаллических включений в стали показал, что доля коррозионноактивных неметаллических включений в стали отсутствует.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1311843 А1, B22D 7/10. Опубл. 23.05.87. Бюлл. №19.
2. Авторское свидетельство СССР №850276, B22D 7/10. Опубл. 30.07.81. Бюлл. №28.
3. Патент Российской Федерации №2175279 С2, B22D 11/111. Опубл. 27.10.2001.
1.Теплоизолирующая смесь для защиты и теплоизоляции металла в промежуточном и сталеразливочном ковшах при непрерывной разливке стали, содержащая углеродсодержащий материал и рисовую лузгу, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит золу ТЭС углей Подмосковного месторождения при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| углеродсодержащий материал | 1-20 |
| рисовая лузга | 4-20 |
| зола ТЭС | |
| углей Подмосковного месторождения | 60-95 |
2. Теплоизолирующая смесь по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кварц молотый в количестве 5-15 мас.%.
3. Теплоизолирующая смесь по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что оксидный состав смеси поддерживают в пределах, мас.%: Al2O3 больше или равно 20; СаО меньше или равно 10%; Na2O+K2O меньше или равно 1; FeO меньше или равно 6,0; SiO2 остальное.
