теплоизолирующая шлакообразующая смесь для жидкого расплава

Формула изобретения

Теплоизолирующая шлакообразующая смесь для жидкого расплава, включающая органическую и минеральную составляющие, отличающаяся тем, что в качестве минеральной составляющей она содержит основные окислы CaO, MgO, боксит Al₂О ₃ и кислый окисел SiO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

основные окислы CaO, MgO	53,00-54,00
кислый окисел SiO 2	43,00-44,00
боксит Al2O3	2,00-4,00,

а в качестве органической составляющей - органическую клетчатку в виде смеси лузги зерновых культур, за исключением рисовой лузги, подсолнечника, древесных опилок или мелкой стружки, прошедшую гидротермическую обработку в присутствии CaO, при этом органическая и минеральная составляющая взяты в следующем соотношении, мас.%:

органическая составляющая	25,00-55,00
минеральная составляющая	45,00-75,00

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для утепления поверхности жидких расплавов: головной части слитков, в промковшах при разливке стали на системах непрерывного литья и ковшах при транспортировке чугуна, стали и других расплавов с применением для изоляции поверхности бинарных систем (жидкий шлак-теплоизолятор).

Использование бинарных систем при производстве стали и сплавов в условиях высокотемпературных процессов позволяет продолжить процесс рафинирования расплава вне специальных агрегатов во время его транспортировки и других технологических операций (пауз, перерывов) в применяемых для этого емкостях с одновременным сохранением тепловой энергии системы.

Известна теплоизолирующая смесь для непрерывной разливки стали. Смесь содержит следующие компоненты, %: углеродсодержащий материал - 4-25; рисовая лузга - 4-90; кремнеземсодержащий материал (КСМ) - остальное. В состав (КСМ) входят, %: СаО - 30,0-60,0; SiO ₂ - 20,0-50,0; Al₂О ₃ - 3,0-7,0; MnO - 0,5-5,0; MgO - 3,0-7,0; (Na ₂O+К₂O) - 0,1-2,0; C - 4,0-20,0; FeO - 0,1-5,0; F - 0,001-5,0; TiO₂ - 0,1-2,0 при основности CaO/SiO₂=0,6-3,0 (патент RU 2175279, С2, 27.10.2001).

Недостатком данной смеси является то, что применение ее не позволяет продлить процессы рафинирования расплавов при промежуточных технологических процессах (разливка, транспортировка, технологические паузы), когда требуется сохранить тепловую энергию системы достаточно продолжительное время.

Объектом настоящего изобретения является создание высокоэффективной смеси для утепления поверхностей жидких расплавов на основе взаимозаменяемых природных органических составляющих и минеральных добавок в виде окислов, образующих жидкие шлаки, оказывающие рафинирующее воздействие на металл на протяжении всего технологического цикла.

Предлагаемая теплоизолирующая шлакообразующая смесь для жидкого расплава, включающая органическую и минеральную составляющие, в качестве минеральной составляющей содержит основные окислы СаО, MgO, боксит Al₂О₃ и кислый окисел SiO₂, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

основные окислы СаО, MgO	53,00-54,00
кислый окисел SiO 2	43,00-44,00
боксит Al2О3	2,00-4,00,

а в качестве органической составляющей - органическую клетчатку в виде смеси лузги зерновых культур, за исключением рисовой лузги, подсолнечника, древесных опилок или мелкой стружки, прошедшую гидротермическую обработку в присутствии СаО, при этом органическая и минеральная составляющая взяты в следующем соотношении, мас.%:

органическая составляющая	25,00-55,00
минеральная составляющая	5,00-75,00

Функциональное назначение входящих в теплоизолирующую смесь ингредиентов следующее:

- органическая клетчатка, имеющая малый насыпной вес 120-160 кг/м³ и высокие теплоизолирующие свойства, используется в качестве каркаса при создании рыхлой структуры смеси;

- известь, обладающая высокой способностью к гидратации, проникает в поры клетчатки и используется для снижения скорости горения ее органических составляющих, а также повышает насыпной вес смеси, обеспечивает влажность смеси, а при взаимодействии смеси с расплавом известь повышает основность образуемых шлаков;

- кремнезем повышает насыпной вес смеси, замедляет скорость процесса горения, а после попадания смеси на горячий расплав снижает основность и температуру плавления образующегося шлака;

- боксит используется для повышения насыпного веса смеси, замедления скорости процесса горения смеси, а после попадания смеси на поверхность жидкого расплава, снижения температуры плавления образующегося шлака без изменения его основности.

Для получения предлагаемой смеси используется способ минерализации органической составляющей, основанный на особенностях поведения органической клетчатки при повышении температуры в присутствии влаги и извести. Затем к обработанной известью минеральной составляющей механически примешиваются минеральные компоненты в заданных количествах.

Состав смеси может варьироваться в зависимости от требуемого качества и химического состава металла, а также от того, на каком этапе технологии будет применяться предлагаемая смесь.

Пример 1.

Состав смеси для применения в промежуточном ковше при разливке стали на системах непрерывного литья может быть следующим:

1. Органическая клетчатка - 55,00 мас.%.

2. Основные окислы СаО, MgO - 23,90 мас.%.

3. Кислый окисел SiO₂ - 19,80 мас.%.

4. Боксит Al₂O₃ - 1,30 мас.%.

Данная смесь образует шлак следующего состава:

1. Основные окислы СаО, MgO - 46,30 мас.%.

2. Кислый окисел SiO ₂- 47,30 мас.%.

3. Боксит Al₂ О₃ - 6,40 мас.%.

Таким образом, если мы берем 100 кг теплоизолирующей смеси, которая содержит 55 кг органики и 45 кг минеральной составляющей, то при попадании на расплав, органическая составляющая сгорает с получением негорючего остатка следующего состава; 4,62 кг кислого окисла и 1,98 кг боксита, что поясняет относительное увеличение этих компонентов в полученном шлаке.

Функция образовавшегося рафинировочного шлака в промковше сводится к рафинированию металла от неметаллических включений и защите его поверхности от влияния атмосферы. В связи с этим минеральный остаток должен образовывать жидкоподвижный шлак при температурах стали в промковше, что обеспечивается нейтральными или кислыми шлаками, близкими по составу к нейтральным. Так, содержание основных окислов - 46,30 мас.%, кислых - 47,30 мас.%, при этом основность составляет 0,98. Кроме того, содержащийся боксит - 6,40 мас.% также является разжижающим элементом.

Пример 2.

Состав смеси для применения в ковшах, используемых для проведения технологических процессов при производстве стали, (транспортировка, хранение чугуна и стали и др.), может быть следующим:

1. Органическая клетчатка - 25%.

2. Основные окислы СаО, MgO - 40,50 мас.%.

3. Кремнезем SiO ₂ - 33,00 мас.%.

4. Боксит Al₂ О₃ - 1,50 мас.%.

Данная смесь образует шлак следующего состава:

1. Основные окислы СаО, MgO - 51,90 мас.%.

2. Кислый окисел SiO₂ - 45,10 мас.%.

3. Боксит Al₂O ₃ - 3,00 мас.%.

Таким образом, если мы берем 100 кг теплоизолирующей смеси, которая содержит 25 кг органики и 75 кг минеральной составляющей, то при попадании на расплав органическая составляющая сгорает с получением негорючего остатка следующего состава: 2,10 кг кислого окисла и 0,9 кг боксита, что поясняет относительное увеличение этих компонентов в полученном шлаке.

Функция образовавшегося рафинировочного шлака в сталь-ковшах сводится к рафинированию металла от вредных примесей (S,P), неметаллических включений и защиты от влияния атмосферы. В связи с этим минеральный остаток должен образовывать жидкоподвижный шлак при температурах металла в ковше, что обеспечивается шлаками с основностью 1,00 и выше. При содержании основных окислов - 51,90 мас.%, кислых - 45,10 мас.%, при этом основность составляет 1,15. Имеющийся боксит в количестве 3% является разжижающим компонентом.

Применение предлагаемой смеси, включающей органическую составляющую, прошедшую гидротермическую обработку в присутствии минеральной составляющей с обеспечением ее проникновения в структуру клетчатки, и минеральную составляющую, обеспечивающую получение жидкого рафинировочного шлака, позволит достичь совместно с утепляющим эффектом продолжения процессов рафинирования металла при проведении технологии его разливки, а также во время транспортировки или других технологических пауз. В результате применения предлагаемой теплоизолирующей смеси достигается получение требуемых свойств металла и удешевление процесса теплоизоляции расплава за счет использования местных ресурсов. Кроме того, частично решается проблема утилизации применяемых в составе смеси органических и минеральных компонентов.