способ теплоизоляции и защиты от окисления зеркала металла в промежуточном ковше мнлз

Формула изобретения

1. Способ теплоизоляции и защиты от окисления зеркала металла в промежуточном ковше машин непрерывного литья заготовок, включающий заполнение промежуточного ковша жидкой сталью, подачу теплоизолирующей смеси в промежуточный ковш, отличающийся тем, что перед подачей теплоизолирующей смеси на поверхность жидкой стали подают шлак, а теплоизолирующую смесь подают слоем 40-100 мм и поддерживают ее в твердом сыпучем состоянии на протяжении разливки, при этом теплоизолирующая смесь содержит, мас.%: вспученный перлит и/или вермикулит 30-50, углеродсодержащий компонент в виде боя периклазоуглеродистых изделий и/или пластинчатых графитовых отходов, образующихся в доменных и конвертерных цехах при выпуске, транспортировке и заливке жидкого чугуна, и/или природного графита 10-30, газифицирующийся в процессе применения органический биогенный компонент в виде лузги пшеницы и/или лузги подсолнечника и/или торфа и/или горючих сланцев 20-60.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шлаковую поверхность, твердую или жидкую, формируют с помощью керамзита или боя огнеупорных изделий.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии, преимущественно к объектам, осуществляющим транспортировку, выпуск и разливку жидкого металла, а именно к промежуточным ковшам МНЛЗ, и может быть использовано в сталеразливочных, чугуновозных и заливочных ковшах.

В настоящее время известны различные способы футеровки промежуточных ковшей с применением дополнительной защиты зеркала металла как с помощью футерованных крышек, так и смесей, которые обеспечивают необходимую стойкость по отношению к металлическим и оксидным расплавам. В меньшей степени данные футеровки обеспечивают уровень теплоизоляции, т.е. сохранение в промежуточном ковше физического тепла разливаемого металла (см. Огнеупоры для промышленных агрегатов и топок. Книга 2. Служба огнеупоров. - под ред. И.Д.Кащеева. - М. «Интермет Инжиниринг». - с.248.). Теплопотери через футеровку ковшей возрастают при использовании периклазоуглеродистых изделий, что приводит к необходимости перегрева металла в конвертере или электропечи, или мартеновской печи на 10-20°С. В то же время теплопотери особенно велики через открытую поверхность металла - зеркало, уровень которых достигает 30% от общих теплопотерь (см., например, Шуляков Г.И., Попов Н.Н., Лешенко А.В. и др. Опыт применения современных теплоизоляционных материалов в футеровке сталеразливочных ковшей ОАО НЛМК. // Новые огнеупоры. - 2005. - №12. - С.30-32).

Известные способы теплоизоляции открытого зеркала металла в ковшах не позволяют сочетать эффективную теплоизоляцию с предотвращением окисления металлического расплава кислородом воздуха и уменьшением коррозионного воздействия оксигалоидных компонентов самих теплоизоляционных смесей на рабочую футеровку агрегата.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ, заключающийся в заливке в центральную часть промежуточного ковша жидкой стали, заполнении промежуточного ковша жидкой сталью, ее обработке раскислителями, микролегировании, продувки инертным газом, подаче на мениск металла в промежуточном ковше, шлаковой смеси с содержанием углерода 3-10% и расходом 0.3-0.7 кг/т (см. описание изобретения к патенту РФ, заявка №93038359/02, кл.С1).

Однако существующий способ не позволяет получить высокий уровень теплоизоляции зеркала металла с одновременной защитой металлического расплава от вторичного окисления кислородом воздуха.

Вместе с тем, поскольку шлаковая смесь находится на поверхности жидкого металла в жидкой фазе, требуется ее повышенный расход.

Кроме того, используемая в прототипе шлаковая смесь является весьма агрессивной по отношению к рабочей футеровке промежуточного ковша.

Высокий уровень теплоизоляции может быть достигнут применением смеси с высокой температурой плавления и низкой спекаемостью компонентов. Наличие в смеси прототипа свыше 32-37% фтористого кальция и нефелинового концентрата резко снижает температуру плавления смеси. Фактически смесь находится на поверхности жидкого металла в жидкой фазе с температурой, близкой к температуре металлического расплава. При этом в значительной мере теряется ее теплоизолирующая способность.

Известно, что расплавы, содержащие плавиковый шпат, обладают низкой вязкостью и весьма агрессивны к материалу футеровки, в данном случае муллитокорундовым огнеупорам, либо магнезиальным торкрет-массам, образующими рабочий слой промежуточного ковша. Поэтому в прототипе рабочая футеровка промежуточного ковша подвергается активному износу.

Техническим результатом реализованного заявляемого способа является снижение теплопотерь с открытой поверхности жидкого металла в промежуточном ковше, без увеличения уровня окисления жидкой металлической ванны и ее науглероживания. При этом достигаются снижение удельного расхода смеси и износ рабочей футеровки промежуточного ковша.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем операции заливки в центральную часть промежуточного ковша жидкой стали, заполнение промежуточного ковша жидкой сталью, ее обработку раскислителями, микролегирование, продувку инертным газом, подачу на мениск металла в промежуточном ковше шлаковой смеси с содержанием углерода 3-10% и расходом 0.3-0.7 кг/т, операцию подачи теплоизолирующей и защитной смеси осуществляют послойно, поддерживая слой в твердом сыпучем состоянии.

Другое отличие состоит в том, что подачу теплоизолирующей и защитной смеси осуществляют либо непосредственно на открытую жидкую металлическую поверхность, либо на шлаковую как твердую, так и жидкую.

Кроме того, толщину слоя теплоизоляционной и защитной смеси поддерживают в пределах 40-100 мм.

Вместе с тем, теплоизолирующая и защитная смесь содержит теплоизолирующий компонент в виде вспученного перлита и/или вермикулита в количестве 30-50%, углеродсодержащий компонент в виде боя периклазоуглеродистых изделий и/или пластинчатых графитовых отходов, образующихся в доменных и конвертерных цехах при выпуске, транспортировке и заливке жидкого чугуна и/или природного графита в количестве 10-30%, и газифицирующийся в процессе применения органический биогенный компонент в виде лузги пшеницы и/или лузги подсолнечника, и/или торфа, и/или горючих сланцев в количестве 20-60%.

Сущность заявляемого способа состоит в формировании и поддержке в твердом сыпучем состоянии слоя теплоизолирующей и защитной смеси. В этом случае не происходит активного процесса спекания компонентов смеси и подплавления, следовательно, обеспечивается максимальная теплоизолирующая способность смеси, обусловленная наличием вспученного теплоизолирующего компонента. Данный эффект достигается наличием в составе смеси углеродсодержащего компонента. Располагаясь по границам зерен теплоизолирующего компонента, частицы углерода препятствуют спеканию зерен.

Наличие пористого сыпучего слоя обусловливает также наименьшую поверхность соприкосновения с жидкой фазой, тем самым достигается наименьшая степень науглероживания металлической ванны.

Нанесение теплоизолирующей и защитной смеси на уже наведенную на поверхность жидкого металла шлаковую фазу как твердую, так и жидкую еще более усиливает теплоизолирующий эффект и практически полностью исключает науглероживание и окисление.

Газифицирующийся в процессе применения органический биогенный компонент обеспечивает, с одной стороны, наиболее эффективное связывание кислорода воздуха образующимися в результате термического разложения летучими, в СО₂ и Н ₂O, с другой, выделяющиеся летучие вызывают разрыхляющий смесь эффект, также препятствующий спеканию.

И, наконец, содержащийся в органическом биогенном компоненте углерод почти полностью переходит в газовую фазу, не накапливаясь в слое смеси, тем самым не участвуя в процессе науглероживания.

Выход за нижнюю границу диапазона толщины слоя смеси приводит к уменьшению эффективности теплоизоляции и защиты от окисления, а лишь влечет возрастание удельного расхода смеси.

Выход за верхнюю границу диапазона толщины слоя смеси не приводит к заметному увеличению эффективности теплоизоляции и защиты от окисления, а лишь влечет возрастание удельного расхода смеси.

Использование в составе смеси вспученных минеральных материалов, являющихся наиболее эффективными природными теплоизоляторами, обеспечивает необходимый уровень теплоизоляционных свойств смеси при высокой температуре.

Использование углеродсодержащих отходов основного металлургического производства, а также дешевых сырьевых источников обеспечивает удешевление смеси, без снижения теплоизоляционных и защитных свойств.

Использование в качестве газифицирующегося в процессе применения органического биогенного компонента, отходов сельского хозяйства и дешевых сырьевых материалов сочетает низкую стоимость с наиболее высокой степенью газификации.

Пример 1.

Проводят разливку конструкционной стали 35ГС. Теплоизоляцию зеркала металла в промежуточном ковше осуществляют подачей на зеркало металла шлакообразующего материала и теплоизолирующей и защитной смеси состава (вес.%): теплоизолирующий компонент - 50%, углеродсодержащий компонент - 30%, газифицирующийся в процессе применения органический биогенный компонент - 20%. При этом формируют слой из данной смеси толщиной 40 мм. За период разливки одной плавки 130 тонн перепад температуры в промежуточном ковше не превышал 4-7°С. Науглероживание металла не превосходит нормативные требования. Износ торкрет-слоя промежуточного ковша 3 мм за одну плавку.

Пример 2.

Проводят разливку спокойной стали 5СП. Теплоизоляцию зеркала металла в промежуточном ковше осуществляют подачей теплоизолирующей и защитной смеси на твердый шлак, находящийся на поверхности жидкого металла, образованный керамзитом состава 40-60% SiO ₂, 8-10% Fe₂O₃ , 15-30% Al₂O₃, 1-5% MgO, 2-6% CaO, 3-10% (K₂O+Na ₂O), 1% TiO₂ или боем огнеупорных изделий, например шамотных, содержанием Al₂ O₃ 30-40%, SiO₂ 50-60%, Fe₂O₃ до 5%. Состав теплоизолирующей и защитной смеси следующий: теплоизолирующий компонент - 30%, углеродсодержащий компонент - 10%, газифицирующийся в процессе применения органический биогенный компонент - 60%. При этом формируют слой из данной смеси толщиной 100 мм. За период разливки одной плавки 130 тонн, перепад температуры в промежуточном ковше не превышал 3-5°С. Науглероживание металла не превосходит нормативные требования. Износ торкрет-слоя промежуточного ковша 2 мм за одну плавку.

Пример 3.

Проводят разливку конструкционной стали 35ГС. Теплоизоляцию зеркала металла в промежуточном ковше осуществляют подачей теплоизолирующей и защитной смеси на жидкий шлак, находящийся на поверхности жидкого металла, образованный шлакообразующим материалом, состоящий: СаО - 40%, С - 8%, CaF ₂ - 7%, CaO/SiO₂ - 1.5, Al ₂О₃ - 5%, MgO - 5%, Na ₂O+K₂O - 4%. Состав теплоизолирующей и защитной смеси следующий: теплоизолирующий компонент - 40%, углеродсодержащий компонент - 20%, газифицирующийся в процессе применения органический биогенный компонент - 40%. При этом, формируют слой из данной смеси толщиной 60 мм. За период разливки одной плавки 130 тонн, перепад температуры в промежуточном ковше не превышал 4-5°С. Науглероживание металла не превосходит нормативные требования. Износ торкрет-слоя промежуточного ковша 3-4 мм за одну плавку.

Уровень окисления жидкой металлической ванны оценивали по концентрации закиси железа FeO в пробах шлака.

Сравнительные характеристики сведены в таблицу.

Таблица
Заявляемая смесь					Прототип
№ Примера	Кол-во общего углерода в смеси, вес.%	Удельный расход, кг/тонну стали	Концентрация FeO в шлаке, %	Состояние слоя смеси	Кол-во общего углерода в смеси, вес.%	Удельный расход, кг/тонну стали	Окисление поверхности жидкого металла	Состояние слоя смеси
№1	17	0.2	2.5-5.5	Темная	3-10	0.3-.0.7	Имеет место	Желтое каление
№2	15	0.27	2.5-5.5	Темная	3-10	0.3-.0,7	Имеет место	Желтое каление
№3	17	0.26	2.5-5.5	Темная	3-10	0.3-.0.7	Имеет место	Желтое каление

Применение заявляемого способа теплоизоляции и защиты от окисления зеркала металла в промежуточном ковше МНЛЗ обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

- сочетание высоких теплоизоляционных свойств смеси с эффективной защитой зеркала металла от окисления кислородом воздуха;

- возможность формирования и поддержки слоя смеси как на открытой поверхности жидкого металла, так и на твердом или жидком шлаке, образованном на зеркале металла;

- исключение возможности отрицательного воздействия смеси на рабочую футеровку промежуточного ковша;

- дешевизна и значительное снижение удельного расхода смеси;

- применение смеси не приводит к науглероживанию готового металла, превышающему допустимые нормы.