теплоизолирующая смесь для защиты и теплоизоляции металла в промежуточном и сталеразливочном ковшах при непрерывной разливке стали

Формула изобретения

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.%: Al₂ O₃ больше или равно 20; СаО меньше или равно 10%; Na₂O+K₂ O меньше или равно 1; FeO меньше или равно 6,0; SiO ₂ остальное.

Описание изобретения к патенту

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; Al₂О ₃ 3,0-7,0; MnO 0-5,5; MgO 3,0-7,0; Na₂ O+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 (t_{плавления} - 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.%: Al₂О ₃ - 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; Na ₂O+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 Al₂O ₃, 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, Al₂O ₃ и Na₂О+К₂ О 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 СО ₂, 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%; Na₂ O+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.