шлакообразующая теплоизолирующая смесь для жидкого расплава

Формула изобретения

Шлакообразующая теплоизолирующая смесь для жидкого расплава, включающая органическую и минеральную составляющие, отличающаяся тем, что минеральная составляющая имеет следующий состав, мас.%:

основные окислы CaO, MgO	53,00-65,00
кислый окисел SiO2	не более 50,00
боксит Al2O3	не более 36,00
или
основные окислы CaO, MgO	53,00-65,00
кислый окисел SiO2	не более 50,00
или
основные окислы CaO, MgO	53,00-65,00
боксит Al2О3	не более 36,00

а в качестве органической составляющей смесь содержит 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	5-25
минеральная составляющая	75-95

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для ускоренного получения на поверхности жидких расплавов шлаков: рафинировочных - при применении в промковшах или образующих жидкую смазывающую пленку в зазоре между стенками кристаллизатора и металлом.

Использование шлакообразующих смесей, которые при контакте с жидким расплавом выделяют в результате пиролиза органической клетчатки восстановительные газы с одновременным достижением эффекта взвешенности минеральной составляющей, позволяет достичь максимальных значений скоростей образования жидкой шлаковой фазы при высоком утепляющем эффекте.

Известна шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали. Смесь содержит следующие компоненты, мас.%: аморфный графит 5,5-8,5, пылевидные отходы производства извести 29-35, пылевидные отходы производства ферросилиция 37-40, пылевидные отходы производства алюминия 20,5-24,5, сода кальцинированная до 1, криолит до 1. Смесь имеет следующий химический состав, мас.%: С - 13,0-18,0; СаО - 24,0-32,0; SiO ₂ - 31,0-37,5; Al₂О ₃ - 5,5-10,0; F 4,0; Na⁺ 0,7; K⁺ 0,7; FeO 2,0; MnO 2,0. Основность (CaO/SiO₂) смеси равна 0,6-0,9 (патент RU 2260494 C1, 20.09.2005).

Недостатком данной смеси является то, что она обладает достаточно высокой эндотермичностью с невысокими теплоизолирующими свойствами, что при повышенных линейных скоростях разливки может привести к затягиванию в зазор металл-кристаллизатор отдельных порций нерасплавившейся смеси.

Известна шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали, содержащая, мас.%: СаО - 10-35, SiO₂ - 10-40; Al₂О₃ до 12; MgO до 4; MnO до 4; В₂О ₃ до 6; Na₂O+K₂ O+Li₂O - 4-15; С_своб - 2-12; FeO до 3; F - 6-10. Часть СаО введена в виде добавки СаСО₃ - 1-10% (патент RU 2245756 C1, 10.02.2005).

Недостатком данной смеси является то, что она обладает достаточно высокой эндотермичностью с невысокими теплоизолирующими свойствами, что при повышенных линейных скоростях разливки может привести к затягиванию в зазор металл-кристаллизатор отдельных порций нерасплавившейся смеси, а также то, что наличие в составе шлака легко усваиваемого металлом кислорода в виде FeO и СО ₂ в СаСО₃ дает возможность изменения его содержания в готовой заготовке и изменяет химический состав поверхностного слоя литой заготовки.

Известна теплоизолирующая смесь для непрерывной разливки стали, содержащая углеродсодержащий материал, рисовую лузгу в качестве органической добавки и кремнеземсодержащий материал, в который введены оксиды кальция, с содержанием в нем не более 50% оксида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеродсодержащий материал - 4-25; лузга рисовая - 4-90; кремнеземсодержащий материал - остальное (RU 2175279 С2, B22D 11/111, 27.10.2001).

Недостатком данной смеси является то, что она обладает достаточно высокой эндотермичностью с невысокими теплоизолирующими свойствами, что при повышенных линейных скоростях разливки может привести к затягиванию в зазор металл - кристаллизатор отдельных порций нерасплавившейся смеси.

Объектом настоящего изобретения является создание высокоэффективной шлакообразующей смеси, дающей возможность ускоренного получения жидкого шлака, используемого для изоляции поверхности жидких расплавов и образования жидкой смазывающей пленки в зазоре металл - кристаллизатор на основе взаимозаменяемых природных органических составляющих и минеральных добавок в виде окислов.

Предлагаемая шлакообразующая теплоизолирующая смесь для жидкого расплава включает органическую и минеральную составляющие, при этом минеральная составляющая имеет следующий состав, мас.%:

основные окислы CaO, MgO	53,00-65,00
кислый окисел SiO 2	не более 50,00
боксит Al2O3	не более 36,00,

или

основные окислы CaO, MgO	53,00-65,00
кислый окисел SiO2	не более 50,00,

или

основные окислы CaO, MgO	53,00-65,00
боксит Al 2О3	не более 36,00,

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

органическая составляющая	5-25
минеральная составляющая	75-95.

При этом известь, израсходованная на обработку клетчатки, отдельно не выделяется, а входит в суммарную известь, потребную для изготовления смеси от первичных компонентов до ее изготовления.

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 и обеспечивает влажность смеси, а при взаимодействии смеси с расплавом известь повышает основность образуемых шлаков, таким образом замедляя процесс горения органической составляющей, известь позволяет продолжительное время сохранить рыхлую структуру смеси с высокими теплоизолирующими свойствами;

- 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 низкоуглеродистых, низкокремнистых сталей на системах непрерывного литья может быть следующим, мас.%:

органическая клетчатка 20

основные окислы CaO, MgO 52

боксит Al ₂О₃ 28.

Данная смесь образует шлак следующего состава:

основные окислы CaO, MgO 63

кислые окислы SiO₂ 2

боксит Al₂O ₃ 35.

То есть, если берем 100 кг ШОС, которая содержит 20 кг органики и 80 кг минеральной составляющей, то при попадании на расплав органическая составляющая сгорает с получением несгораемого остатка следующего состава: 1,68 кг кислого окисла и 0,72 кг боксита, что поясняет их увеличение в получаемом шлаке.

Функция образовавшегося рафинирующего шлака в промковше сводится к рафинированию металла от вредных примесей серы, фосфора (S, Р), неметаллических включений и защите его поверхности от влияния атмосферы при обеспечении стабильного содержания кремния в металле.

Пример 2.

Состав смеси для применения в промежуточном ковше при разливке сталей любого состава, кроме низкокремнистых, на системах непрерывного литья может быть следующим, мас.%:

органическая клетчатка 20,00

основные окислы CaO, MgO 52,00

кислые окислы SoO₂ 28,00.

Данная смесь образует шлак следующего состава, мас.%:

основные окислы CaO, MgO 63,00

кислые окислы SiO₂ 36,00

боксит Al₂О ₃ 1,00.

То есть, если берем 100 кг ШОС, которая содержит 20 кг органики и 80 кг минеральной составляющей, то при попадании на расплав органическая составляющая сгорает с получением несгораемого остатка следующего состава: 1,68 кг кислого окисла и 0,72 кг боксита, что поясняет их увеличение в получаемом шлаке.

Функция образовавшегося рафинирующего шлака в промковше сводится к рафинированию металла от неметаллических включений и защите его поверхности от влияния атмосферы.

Пример 3.

Состав смеси, применяемый в кристаллизаторах для образования шлака, заполняющего зазор между поверхностями металл - стенки кристаллизатора при разливке сталей на системах непрерывного литья, может быть следующим, мас.%:

органическая клетчатка 5,00;

основные окислы CaO, MgO 51,00

боксит Al₂О₃ 22,00

кислые окислы SiO ₂ 22,00.

Данная смесь образует шлак следующего состава, мас.%:

основные окислы CaO, MgO 53,30

кислые окислы SiO₂ 23,50;

боксит Al₂О₃ 23,20.

То есть, если берем 100 кг ШОС, которая содержит 5 кг органики и 95 кг минеральной составляющей, то при попадании на расплав органическая составляющая сгорает с получением несгораемого остатка следующего состава: 0,42 кг кислого окисла и 0,18 кг боксита, что поясняет их увеличение в получаемом шлаке.

Функция образовавшегося рафинирующего шлака сводится к рафинированию металла от неметаллических включений, изоляции металла от воздействия атмосферы и заполнению зазора между поверхностями металл - стенки кристаллизатора.

Применение предлагаемой смеси, включающей органическую составляющую, прошедшую гидротермическую обработку в присутствии извести СаО 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 его разливки, а также даст возможность использовать полученный рафинирующий шлак в качестве жидкой смазки при заполнении зазора между поверхностями металл - стенки кристаллизатора. В результате применения предлагаемой шлакообразующей смеси достигается получение требуемых качественных характеристик литой заготовки и удешевление процесса шлакообразования за счет использования местных ресурсов. Кроме того, частично решается проблема утилизации применяемых в составе смеси органических и минеральных компонентов.