RU2843650C1 - Смесь шлакообразующая для защиты металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке стали - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области металлургии. Смесь шлакообразующая для защиты металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке стали содержит, мас. %: 22-27 мрамора, 3,5-5,5 графита, 7-11 плавикового шпата, 1-3 бентонита, 1-4 боксита, 4-8 кварцита, 3,5-6,5 соды, 12-17 шпата полевого и до 100 волластонита. Введение волластонита, обладающего армирующими свойствами, увеличивает прочность гранул смеси. Сода и плавиковый шпат снижают температуру плавления и вязкость шлака, что способствует исключению образования гарнисажа на стенках кристаллизатора. Введение мрамора повышает ассимилирующую способность шлака и способствует стабильности разливки без вспенивания шлака. Шпат полевой растворяет оксиды на поверхности металла и покрывает поверхность, предотвращая окисление. Бентонит обладает химической стойкостью и смазывающими свойствами. Обеспечивается исключение образования гарнисажа на стенках кристаллизатора при одновременном снижении вязкости шлака. 1 табл., 3 пр.

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к защите поверхности металла в кристаллизаторе.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали, содержащая углеродсодержащий материал, фторсодержащий материал, материал на основе оксидов кремния, карбонаты кальция и натрия и силикатный материал в виде волластонита и нефелинового концентрата. Ингредиенты взяты в следующем соотношении, масс. %: углеродсодержащий материал 4-6, фторсодержащий материал 9-11, материал на основе оксидов кремния 6-9, карбонат натрия 1-3, карбонат кальция 21-25, силикатный материал в виде волластонита и нефелинового концентрата остальное (патент РФ № 2699484, B22D 11/111, опубл. 05.09.2019, бюл. № 25).

Недостаток аналога заключается в том, что во время работы на стенках кристаллизатора образуется гарнисаж, препятствующий нормальному протеканию процесса.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в исключении образования гарнисажа на стенках кристаллизатора при одновременном снижении вязкости.

Указанный технический результат достигается смесью шлакообразующей для защиты металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке стали, содержащей волластонит, мрамор, графит, плавиковый шпат, бентонит, боксит, кварцит, соду, шпат полевой при следующем соотношении компонентов, масс. %:

мрамор	22-27
графит	3,5-5,5
плавиковый шпат	7-11
бентонит	1-3
боксит	1-4
кварцит	4-8
сода	3,5-6,5
шпат полевой	12-17
волластонит	до 100

Волластонит обладает армирующими свойствами за счёт игольчатой структуры и существенно увеличивает прочность гранул смеси.

Мрамор (ТУ 5716-001-99242323) является источником оксида кальция, который повышает ассимилирующую способность шлака и связывает растворенные алюминаты в жидком расплаве стали, при этом обеспечивается стабильное проведение процесса разливки без вспенивания шлака и перемешивания его с ШОС.

Графит (ГОСТ 527229-2007) добавляют для регулирования скорости расплавления ШОС. Располагаясь между твердыми частицами и каплями расплава, свободный углерод создает своего рода инертный барьер. Углерод не смачивается расплавленным шлаком, поэтому жидкие шлаковые глобулы не могут агломерироваться до тех пор, пока углеродная частица не окислится. Помимо этого, углерод при сгорании образует восстановительную атмосферу (СО).

Плавиковый шпат (ГОСТ 29219-2023) CaF₂ оказывает сильное влияние на вязкость и температуру плавления шлака, уменьшая их.

Сода (ГОСТ 5110-85 – высший сорт, ГОСТ 10689-75 – 1, 2, 3 сорт) снижает температуру плавления, а одновременно с плавиковым шпатом снижает и вязкость, что способствует исключению образования гарнисажа на стенках кристаллизатора. В шлаке способна образовывать прочные соединения с Al₂O₃ и SiO₂.

Бентонит (ГОСТ 28177-89) обладает свойством разбухать при гидратации. При свободном разбухании в присутствии воды образуется плотный гель, препятствующий дальнейшему проникновению влаги. Также обладает химической стойкостью и смазывающими свойствами.

Боксит является источником оксида алюминия (Аl₂О₃).

Характерным отличительным признаком боксита является то, что с водой он, в противоположность глинам, не даёт пластичной массы. Снижает температуру плавления смеси.

Кварцит (ТУ 571726-001-94779610-2014) – источник SiO₂ как высококачественный флюс.

Шпат полевой (ТУ 952814-2016) вводится как флюс для облегчения отделения металла от пустой породы. Растворяет оксиды, уже присутствующие на поверхности металла, и действует как кислородный барьер, покрывая горячую поверхность, предотвращая окисление.

Сортамент разливаемой стали – все марки стали, включая трубные, при массовой доле водорода не более 6,5млн^-1 (ppm).

В процессе непрерывной разливки стали смесь выполняет следующие основные функции:

- изолирует жидкий металл от воздуха, предотвращая его окисление;

- ассимилирует неметаллические включения, всплывающие в жидком металле;

- теплоизолирует зеркало металла в кристаллизаторе и предохраняет его от чрезмерного охлаждения;

- улучшает условия теплопередачи от непрерывно литой заготовки к водоохлаждаемым стенкам кристаллизатора;

- выполняет роль смазки между движущейся оболочкой слитка и кристаллизатором.

Смесь имеет следующий химический состав, масс. %:

С общ 7,0-9,0

F 4,5-6,5

Al₂O₃ 4,0-7,0

MgO ≤2

Na₂O+K₂O 2,5-5,5

Fe общ ≤2

CaO 31,0-36,0

SiO₂ 32,5-37,5

Приготовление смеси шлакообразующей для защиты металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке стали Thermoisolit KR/S-0-BS производится в два этапа: приготовление суспензии в мельницах мокрого помола (ММП) и высушивание суспензии и получение гранул в башенном распылительном сушиле (БРС).

Перед приготовлением суспензии в ММП через мерные емкости, согласно шихтовке, заливают воду в необходимом количестве. Подготовленные шихтовые материалы мрамор 22-27 масс. %, графит 3,5-5,5 масс. %, плавиковый шпат 7-11 масс. %, бентонит 1-3 масс. %, боксит 1-4 масс. %, кварцит 4-8 масс. %, соду 3,5-6,5 масс. %, шпат полевой12-17 масс. % и волластонит до 100 % загружают в ММП, где происходит измельчение материалов с одновременным смешиванием. В качестве мелющих тел используют керамические цилиндрические тела. После совместного помола и перемешивания всех материалов готовую суспензию из ММП сливают самотеком в приемные мешалки, в которых она постоянно перемешивается для предотвращения выпадения осадка и расслоения. Далее отбирается проба суспензии из приемных мешалок для определения плотности, которая должна находиться в пределах 1,70-1,90 г/см³ и химического состава(высушенная проба суспензии отправляется в ЛАК ККЦ). После получения удовлетворительных результатов суспензия из приемной мешалки с помощью шликерного насоса перекачивается в расходную мешалку для создания запаса перед насосом высокого давления и БРС.

Получение гранул ГШОС производят в БРС. Суспензия подается в БРС плунжерным насосом под давлением через устройство в виде кольца, имеющего форсунки. Распыление суспензии и образование гранул осуществляется в противотоке к подаваемому в БРС теплу горелками инжекционного типа. Башенное распылительное сушило отапливается смесью природного газа с воздухом.

Температура в рабочем пространстве распылительного сушила составляет 360-480 °С. Высушенная гранулированная смесь должна иметь влажность не более 0,5 %. Из БРС смесь поступает в охладитель, где охлаждается, и с помощью ленточного элеватора подаётся в бункер-накопитель и фасуется в клапанные мешки весом около 10 кг, либо в МКР типа Биг-Бэг с вкладышем не более 1,0 тонны.

Для оценки качества гранулированной ШОС отбирается проба массой около 0,3-0,5 кг из контейнера и отправляется в лабораторию физико-механических испытаний участка УШОС для определения влажности и гранулометрического состава, и в ЛАК (ЦЛК) ККЦ ПАО «ММК» для определения химического состава согласно схеме аналитического контроля, утвержденной начальником НТЦ ПАО «ММК». При необходимости проба смеси передается в ФГБОУ ВО МГТУ им. Г.И. Носова для определения температуры плавления.

Физические свойства смеси представлены в таблице 1.

Таблица 1. Физические свойства

Параметр	KR/S-0-BS
Форма	гранулы
Насыпная плотность, г/см3±откл	0,80±0,15
Температура плавления, °С±откл	1150±30
Вязкость, Па⋅с при 1300°С±откл	0,48±0,08
Гранулометрический состав, %:
Остаток на сите 1,0 мм	≤5
Остаток на сите 0,2 мм	≥65
Остаток на сите 0,063 мм	≤25
Проход через сито 0,063 мм	≤5

Пример 1

В ММП через мерные емкости, согласно шихтовке, залили воду в необходимом количестве. Подготовленные шихтовые материалы волластонит 18 масс. %, мрамор 27 масс. %, графит 5,5 масс. %, плавиковый шпат 11 масс. %, бентонит 3 масс. %, боксит 4 масс. %, кварцит 8 масс. %, соду 6,5 масс. %, шпат полевой 17 масс. % загрузили в ММП, где измельчили материалы с одновременным смешиванием. В качестве мелющих тел использовали керамические цилиндрические тела. После совместного помола и перемешивания всех материалов в готовую суспензию из ММП слили самотеком в приемные мешалки, в которых она постоянно перемешивалась для предотвращения выпадения осадка и расслоения. Далее отобрали пробу суспензии из приемных мешалок для определения плотности. Плотность составила 1,81 г/см³.

Химический состав смеси:

С общ 8,5

F 6,3

Al₂O₃ 6,7

MgO 1,4

Na₂O+K₂O 5,3

Fe общ 1,8

CaO 35,3

SiO₂ 34,7

После получения удовлетворительных результатов суспензию из приемной мешалки с помощью шликерного насоса перекачали в расходную мешалку для создания запаса перед насосом высокого давления и БРС.

Получение гранул ГШОС производили в БРС. Суспензию подали в БРС плунжерным насосом под давлением через устройство в виде кольца, имеющего форсунки. Распыление суспензии и образование гранул осуществляли в противотоке к подаваемому в БРС теплу горелками инжекционного типа. Температура в рабочем пространстве распылительного сушила составляла 360 °С. Высушенная гранулированная смесь имела влажность 0,5 %. Из БРС смесь поступила в охладитель, где охладилась и с помощью ленточного элеватора ее подали в бункер-накопитель и расфасовали в клапанные мешки весом около 10 кг.

Пример 2

В ММП через мерные емкости, согласно шихтовке, залили воду в необходимом количестве. Подготовленные шихтовые материалы волластонит 46 масс. %, мрамор 22 масс. %, графит 3,5 масс. %, плавиковый шпат 7 масс. %, бентонит 1 масс. %, боксит 1 масс. %, кварцит 4 масс. %, соду 3,5 масс. %, шпат полевой 12 масс. % загрузили в ММП, где измельчили материалы с одновременным смешиванием. В качестве мелющих тел использовали керамические цилиндрические тела. После совместного помола и перемешивания всех материалов в готовую суспензию из ММП слили самотеком в приемные мешалки, в которых она постоянно перемешивалась для предотвращения выпадения осадка и расслоения. Далее отобрали пробу суспензии из приемных мешалок для определения плотности. Плотность составила 1,81 г/см³.

Химический состав смеси:

С общ 8,4

F 5,1

Al₂O₃ 6,1

MgO 1,7

Na₂O+K₂O 4,4

Fe общ 1,5

CaO 35,5

SiO₂ 37,3

После получения удовлетворительных результатов суспензию из приемной мешалки с помощью шликерного насоса перекачали в расходную мешалку для создания запаса перед насосом высокого давления и БРС.

Суспензию подали в БРС плунжерным насосом под давлением через устройство в виде кольца, имеющего форсунки. Распыление суспензии и образование гранул осуществляли в противотоке к подаваемому в БРС теплу горелками инжекционного типа. Температура в рабочем пространстве распылительного сушила составляла 360 °С. Высушенная гранулированная смесь имела влажность 0,4 %. Из БРС смесь поступила в охладитель, где охладилась и с помощью ленточного элеватора ее подали в бункер-накопитель и расфасовали в клапанные мешки весом около 10 кг.

Пример 3

В ММП через мерные емкости, согласно шихтовке, залили воду в необходимом количестве. Подготовленные шихтовые материалы волластонит 35 масс. %, мрамор 24 масс. %, графит 4 масс. %, плавиковый шпат 8,5 масс. %, бентонит 2 масс. %, боксит 2 масс. %, кварцит 5,5 масс. %, соду 5 масс. %, шпат полевой 14 масс. % загрузили в ММП, где измельчили материалы с одновременным смешиванием. В качестве мелющих тел использовали керамические цилиндрические тела. После совместного помола и перемешивания всех материалов в готовую суспензию из ММП слили самотеком в приемные мешалки, в которых она постоянно перемешивалась для предотвращения выпадения осадка и расслоения. Далее отобрали пробу суспензии из приемных мешалок для определения плотности. Она составила 1,81 г/см³.

Химический состав смеси:

С общ 8,2

F 5,8

Al₂O₃ 5,4

MgO 1,8

Na₂O+K₂O 4,2

Fe общ 1,7

CaO 35,7

SiO₂ 37,2

После получения удовлетворительных результатов суспензию из приемной мешалки с помощью шликерного насоса перекачали в расходную мешалку для создания запаса перед насосом высокого давления и БРС.

Получение гранул ГШОС производят в БРС. Суспензию подали в БРС плунжерным насосом под давлением через устройство в виде кольца, имеющего форсунки. Распыление суспензии и образование гранул осуществляли в противотоке к подаваемому в БРС теплу горелками инжекционного типа. Температура в рабочем пространстве распылительного сушила составляла 360 °С. Высушенная гранулированная смесь имела влажность 0,09 %. Из БРС смесь поступила в охладитель, где охладилась и с помощью ленточного элеватора ее подали в бункер-накопитель и расфасовали в клапанные мешки весом около 12 кг.

Заявляемая шлакообразующая смесь Thermoisolit KR/S-0-BS использовалась на ЭСПЦ ПАО «ММК» при разливке сортамента сталей с содержанием водорода менее 6,5 ppm.

Предлагаемая смесь обеспечивает стабильность процесса разливки стали, исключая образование гарнисажа на стенках кристаллизатора.

Claims (2)

1. Смесь шлакообразующая для защиты металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке стали, содержащая волластонит, мрамор, графит, плавиковый шпат, бентонит, боксит, кварцит, соду, шпат полевой при следующем соотношении компонентов, мас. %:
2. мрамор 22-27 графит 3,5-5,5 плавиковый шпат 7-11 бентонит 1-3 боксит 1-4 кварцит 4-8 сода 3,5-6,5 шпат полевой 12-17 волластонит до 100