Изобретение относится к металлургии стали и может быть использовано при разливке углеродистых и легированных сталей под слоем получаемого из экзотермических шлакообразующих гранул синтетического шлака, причем методы разливки могут быть разнообразными, в частности сифоном, сверху, в вакууме и на установках непрерывного литья заготовок.

Известна экэотермическая шлакообраэующая смесь для разливки стали, содержащая алюминий, марганцевую руду, плавиковый шпат, силикатную глыбу и доменный шлак (1).

Ввиду несколько повышенного содержания алюминия в указанной смеси (17%), использование ее (при условии приготовления в гранулированном виде) в ряде случаев, особенно при разливке стали в изложницы сверху, приводит к взрывообразному горению гра- нул и разбрызгиванию металла, что вызывает образование плен на поверхности слитка.

Кроме того, повышенное содержание плавикового шпата (20%) в смеси приводит к активнбму выделению в процессе ее горения вредных для здоровья фтористых соединений, а повышенное содержание силикатной глыбы (23в) обусловливает образование шлаков с повышенным содержанием окиси натрия в результате чего увеличивается прилипание шлака к стенкам изложниц и затрудняется очистка последних при подготовке к последующей. разливке.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является экзотермическая шлакообразующая смесь в виде гранул для разливки сталей, обладающая следующим составом, вес.Вх

Алюминий 5-8

Силикокальций 12-18

Марганцевая руда

20 Плавиковый шпат 0,5-12

Силикатная глыба

Шлакообраэующнй .ингредиент с содержанием датолита, а именно датолитовый концентрат

30 Жидкое стекло

876287

В. состав жидкого стекла входит вода, которая, таким образом, входит также и. в состав известной смеси.

Указанная смесь обладает такими особенностями, что наличие в ее составе силикокальция повышает ее возгораемость, взрывоопасность при по,моле, транспортировке, смешении и хранении исходных материалов и готовых гранул, кроме того, силикокальций взаимодействует с влагой связующего (жидкого стекла), что приводит к саморазогреву и самоспеканию смеси в процессе ее приготовления и грануляции, а это в свою очередь снижает производительность гранулирующих агрегатов и уменьшает выход годных гранул требуемого размера, повышенное содержание датолитового концентрата по нижнему пределу (15%) не позволяет использовать гранулы при разливке сталей, к которым предьявляются требования регламентируемой прокаливаемости, например, сталей для атомной энергетики, в связи с микролегиррванием их бором (источником последнего является датолитовый концентрат),.грименение в составе смеси жидкого стекла усложняет процесс приготовления гранул, сравнительно высокая себестоимость смеси (140 руб/т) снижает рентабельность ее применения, особенно при разливке рядовых углеродистых сталей.

Цель изобретения вЂ” уменьшение взрывоопасности в процессе использования зкзотермической шлакообразующей смеси в виде гранул, .улучшение параметров технологического процесса гранулообразования и снижение себестоимости смеси.

Прставленная цель достигается тем, что экзотермическая шлакообразующая смесь в виде гранул для разливки углеродистых и легированных сталей, включающая алюминий, марганцевую руду, плавиковый шпат, силикатную глыбу, воду и шлакообразующий ингредиент с содержанием датолита, содержит указанные ингредиенты в следующих соотношениях вес.% :

Алюминий 10-15

Марганцевая руда 15-25

Плавиковый шпат 1-15

Силикатная глыба 5-15

Шлакообразующий ингредиент с со-, держанием датолита 18-70

Вода 3-5

В качестве шлакс образующего ингредиента с содержанием датолита смесь содержит 3-30 вес.% датолитового концентрата и 15-40 вес.% доменного шлака.

Приведенное выше содержание ингредиентов в смеси обусловлено получением требуемых физико-.химических свойств шлака, обеспечейием высоких технологических свойств гранул, в частности, повышенной скорости шлакообразования, минимального газовыделения и невзрывоопасности; возможностью осуществления процесса . окомкования порошкообразных материалов и получения гранул с высокой

5 прочностью в сыром и сухом состояниях, сортаментом разливаемых сталей, массой слитков и способом их отливки.

Смеси с содержанием алюминия, близким к нижнему пределу (10%), используются для изготовления гранул, предназначенных для отливки крупных слитков и при разливке металла сверху, а с содержанием алюминия, близким к верхнему пределу (15%), при непрерывной разливке и при отливке сифоном мелких слитков и слитков высоколегированной стали. При содержании алюминия ниже нижнего предела

20 не обеспечивается расправления гранул без отбора тепла от металла, что отрицательно сказывается на качестве слитка, а при содержании его выше верхнего предела отмечается взрывообразное горение гранул н разбрызгивание металла, что ухудшает качество слитка и приводит к повышению себестоимости смеси.

При содержании марганцевой руды

30 ниже нижнего предела не обеспечивается быстрое и полное окисление горючего компонента (алюминия), что снижает скорость шлакообразования и отрицательного сказывается на качестве слитка, а при содержании ее выше верхнего предела повышается окислительная способность шлака, что.недопустимо ввиду возможного окисления легирующих добавок (титана, ванадия и др.).

Смеси с содержанием датолитового концентрата, близким к нижнему пределу, используют при разливке сталей с регламентируемой прокаливаемостью

45 (например, сталей для атомной энергетики), а,с содержанием его, близким к верхнему пределу вЂ” для разливки бррсодержащих и высоколегированных сталей, в которых добавка бора способствует повышению горячей пластичности металла. При этом исключается необходимость применения дорогостоящих ферробора и ферроборала. При содержании датолитового концентрата ниже нижнего предела положительный эффект микролегирования сталей бором практически не обнаруживается, а при содержании его выше верхнего предела возрастает опасность (особенно при разливке сверху) восстановления бора

60 до содержания его в стали свыше

0,0025%, что приводит.к ухудшению механических свойств металла-из-,за выделения по границам зерен легкоплавкой бористой эвтектики, а кроме

65 того удорожает стоимость гранул.

876287

Наличие в гранулированной смеси доменного шлака обеспечивает быстрое и регулируемое формирование жидкого шлака с повышенной основностью, обладающего необходимыми физико-хими- ческими свойствами, в первую очеред@ невысокой адгезией к стали,и к материалу изложницы, что повышает чистоту металла слитка по неметаллическим вклЮчениям и облегчает очистку изложниц при подготовке к следующей разливке. Кроме того, использование доменного шлака, имеющего в 3-5 раз меньшую стоимость в сравнении с другими шлакообразующими, снижает себестоимость гранул и повышает рентабельность их применения даже при раз- 15 ливке простых углеродистых сталей.

Смеси с содержанием доменного шлака, близким к нижнему пределу, используют при непрерывной разливке стали, а также при разливке сифон- Щ ным способом мелких (до 3-4 т) слитков и слитков из высоколегированных сталей, а с его содержанием, близким к верхнему пределу вЂ” при разливке сверху и при сифонной разливке. средних и крупных слитков иэ углеродистых, низко- и среднелегированных сталей.

При содержании доменного шлака ниже нижнего предела ухудшаются некоторые свойства жидкого шлака (адгезия к стали и к материалу изложницы, кислородопроницаемость) и повышается се-. бестоимость гранул, а при содержании его выше верхнего предела снижается ,скорость шлакообраэования, повышается вязкость и температура плавления образующегося шлака, что приводит к ухудшению качества поверхности и макроструктуры слитка и к увеличению удельного расхода гранулированной смеси. 40

Содержания плавикового шпата, близкие к нижнему пределу, используются в смесях с высоким содержанием датолита, а также при использовании гранул для разливки сверху крупных 4$ слитков. Смеси для гранул с содержанием плавикового шпата, близким к верхнему пределу, используются при непрерывной разливке, разливке вы-. соколегированных сталей, отливке р сифоном мелких слитков, а также при малых содержаниях датолита в гранулах. Снижение содержания плавикового шпата ниже нижнего предела приводит к ухудшению технологических свойств образующегося шлака, а повышение его содержания выше верхнего предела нецелесообразно, так степень его положительного влияния на свойства шлака увеличивается незначительно., в то же время существенно воз- 60 растает выделение вредных для организма токсичных фтористых соединений и стоимость гранул.

Силикатная глыба вводится в состав смеси как шлакообразующий компонент 65 для регулирования свойств шлака, одновременно она выполняет и роль связующего, последнее свойство она при,обретает в процессе грануляции, когда смесь увлажняют водой, при,этом глыба размягчается и частично растворяется в воде, приобретая клеющие свойства и обеспечивая образование гранул с требуемой прочностью, в сыром состоянии и после сушки. Содержание глыбы близкое к нижнему пределу, используется при изготовлении гранул диаметром до 10 мм, а близкое к верхнему пределу вЂ” при изготовлении гранул диаметром свыше 10 мм. При содержании силикатной глыбы ниже нижнего предела она практически не влияет на свойства шлака, а также не обеспечивает требуемой сырой .и сухой прочности гранул, а при содержании ее выше верхнего предела происходит значительное увеличение адгезии (прилипания) шлака к стенкам изложниц, что затрудняет их очистку при подготовке к последующей заливке и ухудшает качество поверхности слитка.

Необходимая для грануляции влажность смеси 3-5% обеспечивается путем подачи на смесь воды. При влажности менее ЗЪ не обеспечивается необходимая прочность гранул на сжатие, а при влажности более 5% увеличивается время сушки и продолжительность технологического цикла производства гранул.

Фракционный состав гранул, полученных иэ предлагаемой смеси, составляет 5-15 мм (в зависимости от массы слитка и способа разливки).

Процесс изготовления экэотермических шлакообразующих гранул состоит из операций подготовки материалов к грануляции,.получения гранул и их упрочняющей тепловой обработки.

Исходные кусковые материалы (марганцевая руда, плавиковый шпат, доменный шлак и силикатная глыба) дробят ся сначала до фракции около 10 мм, а затем измельчаются в.мельницах до фракции менее 0,5 мм. Измельченные материалы смешиваются с исходными измельченными компонентами (алюминием и датолитовым концентратом) в соответствующей пропорции в смесителе, а в процессе смешивания в смесь добавляют воду до влажности 5%. Готовая смесь доэируется на вращающуюся тарель гранулятора, где и производится окомкование (гранулирование) смеси. При получении основной массы (80-90%) гранул заданного размера (8-12 .мм) и требуемого уплотнения их до прочности гранул в сыром состоянии

0,8-1,1 кг/гран., процесс окомкования заканчивается и сырые гранулы поступают на сушку. Упрочняющая термическая обработка (сушка) сырых гранул производится на конвейерной обжиговой машине в фильтрационном ре .

876287 няют теплоизолируюшие засыпки (люнкериты, перлит и др.).

В табл.1 приведены составы гранулированиых смесей 1-5 (предлагаемых) и б (известной).

T а б л и ц а 1

Ингредиенты Содержание ингредиентов, в смесях, вес.В

Алюминий 10 12 13 15 15 б

Силикокальций

Марганцевая руда 15 20 22 25 25 20

Датолитовый концентрат 20 3 22 10 30 30

Плавиковый шпат

Доменный шлак

40 30 20 20 15

Силикатная глыба

Жидкое стекло

4 5 3 4 3

Вода

Примеры применения смесей 1-6, а также некоторые физико-химические свойства образующихся на их основе шлаков приведены в табл.2.

Таблица 2

Примеры применения и свойства

Показатели свойств для смесей

5 б (известная) 2 3 4

ШХ 15

Сталь 3

Сверху,сифон, непрер. разливка

Способ разливки

Непрер. разливка

Сверху Сифон

Сифон Сифон

6 5

6,5 от 2,8 до 18

2,8

Вес слитка, т

Размер гранул, мм

10 15

5-6 7 от 5до15 жиме (просасывание горячих газов чео реэ слой гранул) при 250-300 С. В процессе сушки силикатная глыба активно растворяется в содержащейся в гранулах воде с образованием жидкого стекла непосредственно в грануле, что при последунхдем нагреве обеспечивает получение высокой прочности грфнул. Влажность готовых гранул после

20-мин сушки в слое толщиной 250 мм составляет 0,3%, что соответствует предъявляемым требованиям. Прочность сухих гранул составляет 38-45 кг/гран.

Производительность гранулятора с диаметром тарели 5 м составляет 1012 т/ч. Выход годных гранул составляет 95-98Ъ. Готовые гранулы иэ сушиль- 15 ной печи поступают в бункер-накопитель, а затем расфасовываются в бумажные мешки в требуемом количестве.

Гранулы вводятся в изложницы до начала разливки, они,могут также по- 2О даваться в изложницу и в кристаллизатор МНЛЗ равномерно по ходу разливки. Расход гранул 2-5 кг/т стали (верхний предел относится к отливке сверху крупных слитков). 25

Шлакообраз„ющие гранулы, изготовленные из предлагаемой смеси, служат для получения жидкого шлака непосредственно в изложнице, в процессе разливки стали. Шлак предохраняет зеркало металла от окисления и охлаждения и ассимилирует всплывающие неметаллические включения на протяжении всего времени отливки слитка, что обеспечивает улучшение качества литого и деформируемого металла. Применение зкзотермических шлакообраэующих материалов хотя и улучшает качество макроструктуры слитка и строение усадочной раковины, однако не имеет специальной. целью утепле- 40 ние прибыльной части слитка на протяжении всего времени его затвердевания, эти функции во всех случаях разливки металла с применением шлакообразующих смесей и гранул выпол- 45

Марка разливае- Сталь 20 25ХГМ мой стали

1 2 3 4 5 б

1 15 10 15 7 10

10 15 10 11 5 5

12Х18Н10Т Ст.3, Ст.20, 25ХГМ,ШХ-15 и др.

876287

Продолжение табл.2

Показатели свойств для смесей

1 2 3

Примеры применения в свойства

Расход гранул, кг/т стали

5 3 от 2до5

Скорость грануляции, кг/час

80 90

Выход годных гранул иэ смеси,Ъ

95 98

Прочность гранул кг/гран.: в сыром состоянии

0,95 1 1

0,9 1,0

0,8

0,45 в сухом состоянии

Температура возгорания смеси,е С

900 870

845

820

830

700

Поверхностное натяжение шлака, эрг/см

235 220

210

200

190

180

Вязкость шлака при

1500 С пз

0,8 0,7

0,5

0,4

0,3

Температура плавления шлака, С

1080 1075

1030 1020

1000

980

Содержание бора в металле слитка,Ъ

Следы

0,0020

0,0024

Приведенные в табл.2 показатели свойств шлаков., образующихся иэ предлагаемой гранулированной смеси, пол-, ностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к шлакам при разливке углеродистых и легированных сталей.

Кроме того, шлаки, полученные из предлагаемых гранулированных смесей имеют адгеэию (прилипание) к чугуну изложниц в 1,3-1,5 раза меньше, чем шлаки иэ известных гранул, что позво- dO ляет снизить трудоемкость очистки изложницы при подготовке к очередной разливке.

При использовании гранул, приведенных в табл.1 составов, было полу- 65

4 5 6 (известная) чено высокое качество поверхности и макроструктуры слитка при минимальном выделении пыли и воздушную цеховую среду.

Удельная теплотворная способность (теплопроизводительность).:предлагаемой смеси в зависимости от состава (содержания алюминия) находится в пределах 450-620 ккал/кг смеси, что обеспечивает спокойное невэрывообраэное сгорание гранул и образование шлака без отбора тепла от металла.

Линейная скорость горения предлагаемой смеси составляет 2,5-3 м/с, а скорость плавления 3-4 г/мм с.

876287

15-25

5-15

Формула изобретения

Составитель С.Тепляков

Редактор А.Власенко Техред A.Áàáèíåö Корректор Г. Назарова

Заказ 9448/11 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал IIIIG "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Благодаря насыщению бором металла слитка не более 0,0020%, гранулированные предлагаемые смеси имеют расширенную область применения, в частности для разливки сталей с регламентируемой прокалкваемостью.

Смеси имеют на 120-200 С более высокую температуру возгорания, что свидетельствует о их меньшей пожарои взрывоопасности, а также обеспечивают улучшение параметров технологи- О ческого процесса гранулообразования (повышаются скорость гранулЫобразо. вания, выход годных гранул и прочность гранул), что позволяет повысить производительность гранулирующих агрегатов на 10-15Ъ, а также снизить себестоимость гранул на 20-25%.

1. Экэотермическая шлакообразующая смесь в виде гранул для разливки углеродистых и легированных сталей, включающая алюминий, марганцевую руду, плавиковый шпат, силикатную глыбу, воду и шлакообраэующий ингредиент с содержанием датолита, о твЂ” л и ч а ю щ а я с я тем, что, с

t целью уменьшения взрывоопасности, улучшения параметров технологического процесса гранулообразования и снижения себестоимости, она содержит указанные ингредиенты в следующих соотношениях, вес.Ъ:

Алюминий 10-15

Марганцевая руда

Плавиковый шпат 1-15

Силикатная глыба

Шлакообразующий ингредиент с содержанием датолита 18-70

Вода 3-5

2. Смесь по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, в качестве шлакообразующего ингредиента с содержанием датолита она содержит 3-30 вес.Ъ датолитового концентрата и 15-40 вес.% доменного шлака.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сб. Проблемы стального слитка.

М., "Металлургия", 1974, 9 5, с.454456.

2. Авторское свидетельство СССР

9 553042, кл. В 22 0 27/04, 1975.