синтетический шлак для защиты поверхности стали от окисления при нагреве биметаллических заготовок

Формула изобретения

СИНТЕТИЧЕСКИЙ ШЛАК ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛИ ОТ ОКИСЛЕНИЯ ПРИ НАГРЕВЕ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК, включающий карбонат натрия, буру, плавленный борный концентрат и оксид кремния, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты поверхности стали от окисления, скорости нагрева стали и ассимилирующей способности шлака, он дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбонат натрия 10 - 20

Бура 1 - 13

Плавленый борный концентрат 45 - 80

Углерод 2 - 5

Оксид кремния Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам синтетических шлаков, применяемых для защиты поверхности деталей или слитков от окисления при нагреве.

Известен синтетический шлак для защиты поверхности стали от окисления при нагреве, содержащий буру, борный ангидрид, фторцирконат калия, окись кремния, вспученный перлит и силикатную глыбу.

Недостатки известного шлака следующие: не обеспечивается защита поверхности металла при температуре более 1250^оС, высокая степень загрязнения окружающей среды оксидами бора.

Известен синтетический шлак для защиты поверхности стали от окисления, содержащий, мас.%: 39-45 буры, 2-6 фторцирконата калия, 2-10 оксида железа, 11-20 карбоната натрия, оксид кремния - остальное.

Недостатками этого шлака являются недостаточно высокие эффективность защиты поверхности и скорость нагрева защищаемой стали, а также ассимилирующая способность шлака. Это приводит к ухудшению качества защищаемой поверхности, затрудняет удаление с нее шлака и вследствие этого к отклонению от заданных по ГОСТу технологических параметров изделия, получаемых с использованием обработанных шлаком заготовок.

Известен состав синтетического шлака для защиты поверхности стали от окисления при нагреве, который содержит, мас.%: бура 6,0...13,0; оксид железа до 10; карбонат натрия 2,0...15,0; плавленый борный концентрат 25,0... 85,0; оксид кремния - остальное.

Такой состав синтетического шлака не может быть использован для отливок на УНРС при получении биметаллических заготовок с вводом в кристаллизатор твердых вставок, т.к. не обеспечивает облегчения отделения шлака с поверхности вставок за счет уменьшения угла смачивания шлаком поверхности вставок.

Цель изобретения - повышение эффективности защиты поверхности стали от окисления, скорости нагрева шлака и ассимилирующей способности шлака.

В составе шлака используется плавленый борный концентрат (плавленый борный концентрат - продукт термохимической переработки боратовых руд), имеющий состав, мас. % : В₂О₃ 8-35; СаО 40-60; MgO 10-20; SiO₂ 6-15; Al₂O₃ + Fe₂O₃ 5-8. Температура спекания 800^оС, температура растекания 1050^оС; вязкость при температуре 1450^оС 20 МПа, углерод (углерод вводят как в виде размолотого графита или сажи, так и в виде графитсодержащих веществ), при следующем соотношении компонентов, мас.%: бура 1-13, карбонат натрия 10-20, плавленый борный концентрат 45-80, углерод 2-5, оксид кремния - остальное. Наличие в смеси плавленого борного концентрата ускоряет процесс плавления шлаковой смеси и повышает защитные свойства шлака. Наличие в смеси углерода повышает скорость нагрева защищаемой поверхности и способствует отделению шлака с поверхности обрабатываемой заготовки.

Синтетический шлак получают путем сплавления компонентов. После проплавления его гранулируют, присаживают заданное количество углерода и расфасовывают по порциям; в таком виде шлак готов к использованию. Предлагаемые шлаки прошли опытную проверку в лабораторных и промышленных условиях. В лабораторных условиях шлаки подбирали с позиций обеспечения высокой эффективности защиты поверхности стали от окисления.

Для экспериментальной проверки заявляемого технического решения были подготовлены 8 смесей, которые приведены в табл.1.

Увеличение содержания карбоната натрия свыше 20 мас.% и снижение содержания углерода менее 2 мас.% не целесообразно, поскольку снижается высота подъема уровня шлака, определяющая скорость нагрева стали. Снижение содержания карбоната натрия менее 10 мас.% равно как и повышение содержания углерода свыше 5 мас.% повышает время полного расплавления шлака, что снижает эффективность защиты поверхности стали от окисления.

Содержание в шлаке плавленого борного концентрата менее 45 мас.% снижает защитные свойства шлака и приводит к повышению скорости окисления металла. Повышение содержания в шлаке плавленого борного концентрата более 80 мас. % не целесообразно, т. к. при этом не отличается снижение скорости окисления металла, определяющее эффективность защиты поверхности стали от окисления.

Увеличение содержания буры более 13 мас.% и снижение ее содержания менее 1 мас.% приводит к ухудшению качества поверхности металла и снижению ассимилирующей способности шлака.

Примеры использования.

Шлаки были испытаны в промышленных условиях при получении биметаллических заготовок. Заготовки получали методом непрерывной разливки на вертикальной МНЛЗ. В кристаллизатор сечением 210х740 мм вводили пакет, состоящий из двух листов нержавеющей стали 08Х18Н10Т сечением 10х540 мм с расположенной между ними разделительной смесью. В этот же кристаллизатор разливали сталь Ст3сп при температуре 1610-1620^оС. На зеркало металла в кристаллизаторе подавали предлагаемую (7) шлакообразующую смесь (расход смеси установили в предварительных опытах) в количестве 4-5 кг/т. По расплавлению смеси на зеркале металла образовалась шлаковая ванна, в которой осуществлялся безокислительный разогрев листов вводимого в кристаллизатор пакета. Разливку вели со скоростью 0,25 и 0,4 м/мин, что являлось одновременно и скоростью нагрева пакета в шлаке.

После вытягивания сляба из кристаллизатора его резали на куски по 1,5 м и от каждого куска отбирали поперечные темплеты для анализа макроструктуры и оценки сваривания металлов. Оценку повышения производительности нагрева и качества сваривания (ассимилирующей способности) осуществляли по количеству макродефектов в переходной зоне.

Слитки подвергали горячей прокатке и последующей отбраковке по расслою. Результаты подсчетов макродефектов и отбраковки приведены в табл.2.

Из табл. 1 и 2 видно, что использование шлака по предлагаемому решению позволяет повысить эффективность защиты поверхности стали от окисления при температуре 1450^оС (табл.1), увеличить производительность нагрева в 1,5 раза (табл.2) и повысить выход годных изделий.