шлакообразующая смесь для защиты поверхности металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе при непрерывной разливке стали

Формула изобретения

1. Шлакообразующая смесь для защиты поверхности металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе при непрерывной разливке стали, содержащая углеродсодержащий и фторсодержащий материалы, глыбу силикатную, материал на основе окислов кремния и цемент, отличающаяся тем, что ингредиенты смеси взяты в следующем соотношении, мас.%:

углеродсодержащий материал	6-10
фторсодержащий материал	17-23
глыба силикатная	24-30
материал на основе окислов кремния	2-6
цемент	остальное

2. Шлакообразующая смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве углеродсодержащего материала в смеси для кристаллизатора используют графит аморфный, а в смеси для промежуточного ковша используют графит аморфный и коксовую пыль установки сухого тушения кокса.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для защиты поверхности металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе при непрерывной разливке стали.

Известна шлакообразующая смесь, включающая 2-10% углеродсодержащего материала, 10-20% фторсодержащего материала, 10-25% материала на основе окислов кремния и остальное цемент (пат. РФ №2174893, 7B22D 11/111, 2001, бюл. 29).

Из-за относительно высоких температуры плавления и вязкости ее шлакового расплава (практически отсутствуют окислы щелочных металлов) данная смесь малопригодна для использования в кристаллизаторе МНЛЗ.

Известны шлакообразующие смеси, содержащие дополнительно окислы щелочных металлов в виде силикатной глыбы. В составе смеси по авт.св. №1668018 (B22D 11/00), кроме углерод- и фторсодержащих ингредиентов, содержатся 10-15% силикатной глыбы и 5-25% нефелинового концентрата. Нефелиновый концентрат вносит нежелательные окислы алюминия, что снижает ассимилирующую способность шлакового расплава по отношению к всплывающим из металла окислам алюминия. Содержание силикатной глыбы (оксидов щелочных металлов) при этом является недостаточным. В составе смеси по патенту РФ №2238820 (7В22D 11/108, 11/111, 2004, бюл. 30) находится 8-12% углеродсодержащего материала, 20-24% фторсодержащего материала, 19-23% силикатной глыбы, 17-23% датолитового концентрата, 3-9% материала на основе окислов кремния и цемент - остальное. В датолитовом концентрате содержатся окислы бора, которые при разливке углеродистой и среднеуглеродистой стали часто являются причиной образования трещин на поверхности непрерывнолитых слитков.

Ближайшим аналогом к заявляемой смеси является шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали, включающая 7-12% углеродсодержащего материала, 18-22% фторсодержащего материала, 12-18% силикатной глыбы, 8-14% материала на основе окислов кремния и цемент - остальное (патент РФ №2165822, 7В22D 11/00, 2001, бюл. 12).

Недостатком такой смеси является относительно невысокая ассимилирующая способность ее шлакового расплава в кристаллизаторе МНЛЗ по отношению к всплывающим из металла оксидам алюминия в условиях увеличенной скорости разливки и значительного (до 12-15%) их прихода.

Так, при увеличении скорости разливки с 0,8 м/мин на 10-20% и увеличения содержания в шлаках кристаллизатора оксидов алюминия с исходных 3-5% до 15-20% существенно ухудшается работа смеси со шлаком - смесь со шлаком комкуется, по периметру кристаллизатора образуется грубый рант, вязкость шлака резко увеличивается. Увеличивается также толщина шлакового гарнисажа между стенками кристаллизатора и кристаллизующейся коркой слитка. Это приводит к образованию дефектов на поверхности слитка (различных трещин и шлаковых включений) и часто к остановкам процесса разливки стали.

Технический эффект при использовании заявляемого состава шлакообразующей смеси заключается в повышении ее ассимилирующей способности (емкости) по отношению к всплывающим из металла оксидам алюминия при увеличении скорости разливки без ухудшения технологических свойств образующегося шлакового расплава. Это приводит к повышению качества поверхности непрерывнолитого слитка, устранению причины «подвисаний» корки слитка и остановок разливки стали.

Указанный технический эффект достигается тем, что ингредиенты шлакообразующей смеси, включающей углеродсодержащий материал, фторсодержащий материал, глыбу силикатную, материал на основе окислов кремния и цемент, взяты в следующем соотношении, мас.%:

углеродсодержащий материал	6-10
фторсодержащий материал	17-23
глыба силикатная	24-30
материал на основе окислов кремния	2-6
цемент	остальное

В качестве углеродсодержащего вещества в смеси для кристаллизатора используется графит скрытокристаллический (аморфный) марок ГЛС-2 и 3 (Гост. 5420-74), а в смеси для промковша используется и коксовая пыль установки сухого сушения кокса (ТУ 14-7-115-89).

Фторсодержащий материал используется в виде плавикошпатового флюоритового концентрата (гост. 29219-91), глыба силикатная - по ГОСТ 13079-81, цемент (портландцемент или шлакопортландцемент) по ГОСТ 10178-85.

Материал на основе окислов кремния применяется в виде концентрата кварцевого (гост. 9077-82), кварцевых или формовочных песков (гост. 2138-91).

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого состава шлакообразующей смеси с признаками известных технических решений. На основании этого анализа можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям «изобретательский уровень» и «новизна».

При содержании в смеси углеродсодержащего материала менее 6% ухудшаются условия утепления зеркала металла, а при его содержании более 10% возникает опасность существенного науглероживания металла, что нежелательно, например, для низкоуглеродистых сталей.

При содержании в смеси фторсодержащего материала менее 18% и глыбы силикатной менее 24% резко повышаются температура плавления и вязкость шлаковых расплавов смесей, ассимилирующая их способность снижается. На поверхности отлитых слитков появляются крупные шлаковые включения. При содержании фторсодержащего материала более 22% и глыбы силикатной более 30% температура плавления и вязкость шлакового расплава смеси понижаются настолько, что следы качания кристаллизатора на поверхности отлитых слитков становятся очень глубокими, такими, что по этим следам появляются поперечные трещины.

Пределы содержания материала на основе окислов кремния в количестве 2-6% и цемента в количестве 33-51% подобраны с учетом получения требуемых физико-химических свойств смесей и образующихся шлаков с высокой ассимилирующей способностью и удовлетворительных смазывающих свойств при отсутствии поверхностных дефектов на слитках или их минимальном количестве и незначительных по величине.

Шлакообразующая смесь оптимального состава для кристаллизатора и промежуточного ковша содержит 8% графита аморфного, 20% плавикошпатового концентрата, 27% глыбы силикатной, 4% концентрата кварцевого или песка формовочного и 41% цемента. Для удешевления смеси при использовании ее в промковше используется коксовая пыль УСТК в аналогичных количествах.

Конкретные примеры с граничными №1 и 2 и средними №3 и 4 (смеси оптимального состава) значениями содержаний ингредиентов новой смеси и средним №5 значением содержания ингредиентов известной смеси (пат. РФ №2165822 - прототип) представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Компонентный состав заявляемой (№1-4) и известной (№5) смесей.
Номер смеси	Содержание ингредиентов, мас.%
	Графит аморфный	Пыль УСТК	Концентрат плавикошпатовый	Глыба силикатная	Материал на основе окислов кремния	Цемент
1	6		17	24	2	51
2	10		23	30	6	31
3	8		20	27	4	41
4		8	20	27	4	41
5	10		20	15	11	44

Смеси №1-4 испытали при разливке сталей с содержанием углерода 0,05-0,78%. Скорость разливки составляла 0,90-0,95 м/мин.

Пример 1. При использовании смеси №1 в кристаллизаторе образовывался рант толщиной не более 1,5 мм. Подвисаний (прилипаний) корки слитка не было. Трещин и шлаковых включений на поверхности слитков не обнаружено. На поверхности шлакового расплава в промковше отмечены отдельные аморфного типа шлаковые сгустки.

Пример №2. При использовании смеси №2 в кристаллизаторе рант не образовывался, но происходило незначительное протекание шлака на поддон, которое не повлияло на распыление воды форсунками. Дефектов (трещин и шлаковых включений) на поверхности слитков не обнаружено. Шлак в промковше был жидким.

Пример 3. При использовании смеси №3 ни образования ранта, ни комкования смеси со шлаком, ни протекания шлака на поддон не происходило. Шлак в промковше был жидкоподвижным. Поверхность слитков была без дефектов.

Во всех опытах со смесями №1 и 3 в случаях использования пыли УСТК вместо аморфного графита поведение шлакового расплава на поверхности металла в промежуточном ковше практически не отличалось.

Для сравнительных промышленных испытаний использовали оптимальные составы заявляемых смесей №3 и 4 и оптимальный состав №5 известной смеси (по прототипу) (см. таблицу).

Сравнительные испытания смесей проводили при разливке низкоуглеродистых, углеродистых и низколегированных сталей. Размер кристаллизаторов составлял 250×750...1350 мм. Скорость разливки составляла 0,85-1,05 м/мин, со смесью №3 и 4 было отлито около 511 тыс. тонн, а со смесью №5 - 490 тыс. тонн стали.

Получены следующие результаты: количество подвисаний корки слитка в пересчете на 1000 плавок при использовании смеси №5 составило 2,14 шт., при использовании новых смесей №3 и 4 подвисания корки слитков отсутствовали.

Количество прорывов корки слитков (аварийная ситуация - остановка разливки стали) в пересчете на 1000 плавок при использовании смеси №5 составило 0,71 шт.; при использовании новых смесей №3 и 4 прорывы корки слитков отсутствовали, а в промежуточном ковше образований шлакометаллических корок (коржей) не наблюдалось.

Качество поверхности слитков при использовании новых смесей повысилось: на 1000 погонных метров поверхности слитков обнаружены 3 неметаллических включения с глубиной залегания до 2 мм, а при использовании известной смеси №5 обнаружено 12 неметаллических включений с глубиной залегания до 3 мм.

Положительные результаты производственных испытаний позволяют рекомендовать новую смесь для внедрения в производство.

Технико-экономический эффект от использования шлакообразующей смеси нового состава заключается в возможности увеличения скорости разливки стали до 20% (то есть в возможности увеличения производства отлитой стали), отсутствии подвисания корки слитков и ее прорывов (аварий) и повышении качества поверхности непрерывнолитых слитков.