Теплоизолирующая смесь для жидкого расплава

Изобретение относится к области металлургии. Теплоизолирующая смесь включает органическую и минеральную составляющие. В качестве минеральной составляющей смесь содержит известь СаО, боксит и кремнезем. В качестве органической составляющей используют смесь лузги зерновых культур (за исключением рисовой лузги) подсолнечника, древесных опилок или мелкой стружки, прошедшую гидротермическую обработку в присутствии СаО. При этом компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: органическая клетчатка - 60-70, известь СаО - 20-25, боксит - 1,5-2,5, кремнезем - 10-11. Обеспечивается повышение теплоизолирующих свойств смеси и снижение ее себестоимости.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для утепления поверхности жидких расплавов: головной части слитков, в промковшах при разливке стали на системах непрерывного литья и ковшах, используемых для проведения технологических процессов при производстве стали (транспортировка, хранение чугуна и стали и др.).

Использование для производства сталей и сплавов высокотемпературных процессов, достигаемых в специальных агрегатах, не позволяет сохранять теплоэнергию систем, что затрудняет получение заданного качества продукта. Применяемые дополнительные агрегаты, повышающие температуру расплавов, позволяют продолжить физико-химические реакции в заданном диапазоне. Они дают возможность осуществления процесса, но ведут к дополнительным затратам. К тому же наличие в технологической схеме дополнительных тепловых агрегатов приводит к усложнению производства и воздействию на окружающее пространство выделяющейся тепловой энергии.

Вот почему сегодня все большее предпочтение отдается теплоизолирующим смесям, действие которых направлено на снижение теплового потока от высокотемпературных систем.

Известна теплоизолирующая перлитографитовая смесь (ПГС), изготовляемая ЗАО Нижнетагильским заводом теплоизоляционных изделий по ТУ 5768-006-65200833-02. Для изготовления смеси применяется следующее сырье: песок перлитовый вспученный, рядовой по ГОСТ 10832-91 марки М-75, М-100, М-150; графит скрытокристаллический ГЛС-3 по ГОСТ 5420-74, графит кристаллический ГЛ по ГОСТ 5279-74, графит элементный ГЭ-4 по ГОСТ 7478-75. Химический состав смеси (%): SiO₂ - 39-46; Al₂О₃ - 7-10; Fe₂O₃ - 0,6-2; MgO - 0,3; CaO - 0,6; С - 37-43. Перлитографитовая смесь, обладающая высокими теплоизоляционными свойствами, предназначена для создания защитного слоя на поверхности металла при разливке стали (углеродистой, конструкционной, трубной, инструментальной, легированной и др.), что приводит к снижению тепловых потерь в процессе разливки металла в изложницы, а также способствует улучшению качества поверхности и макроструктуры слитка и значительно снижает развитие процессов усадочного происхождения (описание перлитографитовой смеси приведено на сайте «Описание продукции - Нижнетагильский завод теплоизоляционных изделий». http.//www.ntzti.ru/product_detail.html).

Недостатком смеси является взаимодействие с расплавом и неконтролируемое изменение его физико-химических свойств. Являясь минеральным сырьем, состоящим из окислов кремния, алюминия (55-60%) и свободного углерода (40-45%), указанная теплоизолирующая перлитографитовая смесь при технологических процессах производства стали активно взаимодействует с жидким расплавом. Двуокись кремния усваивается высокоосновными шлаками, снижая их основность, с дальнейшим переходом металлического кремния в жидкую глубокораскисленную низкокремнистую сталь. Свободный углерод, попадая к поверхности металла, растворяется в нем, меняя химический состав и свойства стали.

Известна теплоизолирующая смесь для разливки стали в изложницы. Смесь содержит вспученный перлит и углеродосодержащий материал, в качестве которого используют остаток гидролизной переработки древесины. Соотношение ингредиентов в смеси составляет, %: вспученный перлит - 30-75, остаток гидролизной переработки древесины - 25-70 (патент RU 2081720, С1, 20.06.1997).

Недостатком смеси является взаимодействие с расплавом и изменение его химического состава.

Известна теплоизолирующая смесь для непрерывной разливки стали. Смесь содержит следующие компоненты, %: углеродсодержащий материал - 4-25; рисовая лузга - 4-90; кремнеземсодержащий материал (КСМ) - остальное. В состав (КСМ) входят, %; СаО - 30,0-60,0; SiO₂ - 20,0-50,0; Al₂О₃ - 3,0-7,0; MnO - 0,5-5,0; MgO - 3,0-7,0; (Na₂O+K₂O) - 0,1-2,0; С - 4,0-20,0; FeO - 0,1-5,0; F - 0,001-5,0; TiO₂ - 0,1-2,0 при основности CaO/SiO₂=0,6-3,0 (патент RU 2175279, С2, 27.10.2001).

Недостатком данной смеси является ее взаимодействие с расплавом и изменение его химического состава, а также ограниченность в выборе органической составляющей (рисовой лузги), импортируемой из стран юго-восточной Азии, что обуславливает высокую стоимость теплоизолирующей смеси.

Объектом настоящего изобретения является создание высокоэффективной смеси для утепления поверхностей жидких расплавов на основе взаимозаменяемых природных органических составляющих, представленных широким спектром сопутствующих продуктов переработки сельскохозяйственного производства, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, с использованием местных ресурсов, не оказывающей нежелательного воздействия на химический состав расплава, длительно сохраняющей стабильный насыпной вес и имеющей сравнительно низкую стоимость.

Предлагаемая теплоизолирующая смесь для сохранения тепловой энергии жидкого расплава, включающая органическую и минеральную составляющие, содержит органическую составляющую, прошедшую гидротермическую обработку в присутствии извести СаО с обеспечением проникновения последней в поры поверхностного слоя клетчатки, и оксиды природных металлов при следующем соотношении компонентов (в массовых процентах):

1. Органическая клетчатка, представляющая собой смесь лузги зерновых культур (кроме риса), подсолнечника, древесных опилок или мелкой стружки - 60-70%.

2. Известь СаО - 20-25%.

3. Боксит - 1,5-2,5%.

4. Кремнезем - 10-11%.

При этом известь, израсходованная на обработку клетчатки, отдельно не выделяется, а входит в суммарную известь, потребную для изготовления смеси от первичных компонентов до ее изготовления.

Функциональное назначение входящих в теплоизолирующую смесь ингредиентов следующее:

- органическая клетчатка, имеющая малый насыпной вес 120-160 кг/м³ и высокие теплоизолирующие свойства, используется в качестве каркаса при создании рыхлой структуры смеси;

- известь, обладающая высокой способностью к гидратации, проникает в поры клетчатки и используется для снижения скорости горения ее органических составляющих, а также повышает насыпной вес смеси и обеспечивает влажность смеси, а при взаимодействии смеси с расплавом известь повышает основность образуемых шлаков, таким образом замедляя процесс горения органической составляющей, известь позволяет продолжительное время сохранить рыхлую структуру смеси с высокими теплоизолирующими свойствами;

- кремнезем повышает насыпной вес смеси, замедляет скорость процесса горения, а после попадания смеси на горячий расплав снижает основность и температуру плавления образующегося шлака;

- боксит используется для повышения насыпного веса смеси, замедления скорости процесса горения смеси, а после попадания смеси на поверхность жидкого расплава - снижения температуры плавления образующегося шлака без изменения его основности. Для получения предлагаемой смеси используется способ минерализации органической составляющей, основанный на особенностях поведения органической клетчатки при повышении температуры в присутствии влаги и извести. Затем к обработанной известью минеральной составляющей механически примешиваются минеральные компоненты в заданных количествах.

Состав смеси может варьироваться в зависимости от величины тепловых потоков теплоизолируемых поверхностей, влияния минеральной составляющей на физико-химические свойства покровного шлака в металлургических агрегатах и обеспечения длительности сохранения технологических параметров смеси.

Например, состав смеси может быть следующим (в массовых процентах):

1. Органическая клетчатка, представляющая собой смесь лузги зерновых культур (кроме риса), подсолнечника, древесных опилок или мелкой стружки - 62,5%.

2. Известь СаО - 25,0%.

3. Боксит - 1,5%.

4. Кремнезем - 11%.

Отличительной особенностью предложенной смеси является то, что проникшая в поры органической клетчатки известь замедляет процесс ее горения при попадании смеси в зону контакта с жидким расплавом, в связи с чем пропитанная известью органическая клетчатка продолжительное время сохраняет рыхлую структуру смеси, обладающую высокими теплоизолирующими свойствами.

Применение предлагаемой смеси, включающей органическую и минеральную составляющие, позволит достичь необходимого утепляющего эффекта поверхности расплавов без нежелательного воздействия на них, производить утепляющие смеси с использованием местных сырьевых ресурсов, частично решить проблему утилизации применяемых в составе смеси органических и минеральных компонентов.

Теплоизолирующая смесь для жидкого расплава, включающая органическую и минеральную составляющие, отличающаяся тем, что в качестве минеральной составляющей она содержит известь СаО, боксит и кремнезем, а в качестве органической составляющей - органическую клетчатку в виде смеси лузги зерновых культур, за исключением рисовой лузги, подсолнечника, древесных опилок или мелкой стружки, прошедшую гидротермическую обработку в присутствии извести СаО при следующем соотношении компонентов, мас.%:

органическая клетчатка	60-70
известь СаО	20-25
боксит	1,5-2,5
кремнезем	10-11