шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали

Формула изобретения

Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали, полученная смешением аморфного графита, фторсодержащего вещества и материалов, содержащих окислы кремния, алюминия и щелочных металлов, отличающаяся тем, что она имеет основность (CaO/SiO₂) 0,5-1,1 и следующий химический состав, мас.%:

С	14,0-20,0
СаО	19,0-31,0
SiO2	28,0-38,0
Al2 O3	3,0-8,0
F	4,0-9,0
(Na ++К+)	4,0-8,0

при этом в качестве материалов, содержащих окислы кремния, алюминия и щелочных металлов, смесь содержит полевошпатовую смесь, соду кальцинированную, тонкомолотый кварцит и цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аморфный графит	19-26
Фторсодержащее вещество	13-17
Полевошпатовая смесь	15-20
Сода кальцинированная	3-8
Тонкомолотый кварцит	11-15
Цемент	Остальное.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к составам шлакообразующих смесей, используемых при непрерывной разливке стали.

Известна шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали [1], содержащая углеродсодержащее вещество, фторсодержащий материал, силикатную глыбу, кремнийсодержащий материал и цемент, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего материала она содержит материал на основе окислов кремния при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Углеродсодержащий материал	6-10
Фторсодержащий материал	17-23
Силикатная глыба	24-30
Материал на основе окислов кремния	2-6
Цемент	Остальное

Существенным недостатком данной смеси является высокое содержание плавикового шпата, приводящее к повышенному износу оборудования МНЛЗ в результате коррозии.

Известна шлакообразующая смесь [2], состоящая из экологически вредных и неиспользуемых пылевидных отходов из аспирационных установок производства алюминия, ферросилиция и извести. Эти материалы характеризуются следующими физико-химическими свойствами: пыль рукавных фильтров ОАО "Кузнецкие ферросплавы" (SiO₂ - 89,0%; CaO - 1,0%; Al₂O₃ - 0,5%; Fe₂O₃ - 2,0%; MgO - 1,5%); пыль рукавных фильтров известкового производства ОАО "ЗСМК" (SiO₂ - 3,0%; CaO - 88,0%; Al₂O₃ - 0,5%; Fe₂O₃ - 4,0%; MgO - 3,0%); пыль электрофильтров ОАО "Новокузнецкий алюминиевый завод" (SiO₂ - 1,0%; CaO - 1,0%; Al₂O₃ - 30,0%; Fe₂O₃ - 2,5%; MgO - 1,0%; (K ₂O+Na₂O) - 10%; F - 20,0%; С - 15,0%).

Химический состав смеси: 15,0-20,0% С; 26,0-32,0% CaO; 30,0-36,0% SiO₂; 6,5-8,0% Al₂O₃; 0,7-1,0 CaO/SiO₂; 4,0-4,5% F; 3,5-4,0% Na⁺; 0,7-1,0 К⁺.

Несмотря на невысокую стоимость, данная смесь не позволяет получать высокие качественные показатели в части отбраковки непрерывнолитых заготовок по поверхностным шлаковым включениям.

Известна также шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали [3] - прототип, включающая углеродсодержащее вещество, фторсодержащее вещество, концентрат датолитовый и цемент, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит силикатную глыбу, формовочный песок при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Графит аморфный	7-12
Фторсодержащее вещество	12-18
Концентрат датолитовый	5-10
Формовочный песок	5-15
Силикатная глыба	12-18
Цемент	Остальное

Существенным недостатком такой смеси является недостаточное суммарное содержание разжижающих ингредиентов (силикатной глыбы и датолитового концентрата), в результате низкая ассимилирующая способность шлакового расплава этой смеси и невозможность обеспечения необходимой легкоплавкости смеси, гарантирующей высокую степень смазывания поверхности кристаллизатор-заготовка.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются повышение качества стали за счет улучшения макроструктуры, снижение загрязненности стали неметаллическими включениями и уменьшение отбраковки непрерывнолитых заготовок по поверхностным дефектам за счет улучшения смазки кристаллизатора расплавленной ШОС.

Для этого предлагается шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали, включающая аморфный графит, фторсодержащее вещество, отличающаяся от ближайшего аналога [3] тем, что она имеет основность (CaO/SiO₂) 0,5-1,1 и следующий химический состав, мас.%:

С	14,0-20,0
СаО	19,0-31,0
SiO2	28,0-38,0
Al2 O3	3,0-8,0
F	4,0-9,0
(Na ++K+)	4,0-8,0

при этом в качестве материалов, содержащих окислы кремния, алюминия и щелочных металлов, содержит полевошпатовую смесь, соду кальцинированную, тонкомолотый кварцит и цементит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аморфный графит	19-26
Фторсодержащий материал	13-17
Полевошпатовая смесь	15-20
Сода кальцинированная	3-8
Тонкомолотый кварцит	11-15
Цемент	Остальное

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из следующих предпосылок.

Концентрация углерода выбрана исходя из целесообразности смазки в зоне кристаллизатор - непрерывнолитая заготовка. При снижении содержания углерода в смеси менее 14% повышается отбраковка стали по поверхностным дефектам, а при увеличении углерода более 20,0% возможно уменьшение скорости расплавления смеси и значительное науглероживание стали.

Кремнезем в ШОС должен быть ограничен из соображений вязкости расплава. Для лучшей смазки кристаллизатора смесь должна иметь низкую основность (отношение СаО/SiO₂=0,5-1,1). Для регулирования основности в ШОС вводится цемент и мука кварцита.

Содержание глинозема в смеси должно быть не более 8% для лучшей ассимилирующей способности глиноземистых неметаллических включений.

Содержание фтора должно быть не менее 4% для уменьшения вероятности окомкования смеси и хорошей адгезии неметаллических включений шлаком, сформированным из ШОС и не более 9,0% с целью исключения повышенного содержания фтористого водорода в рабочей зоне. Воздействие фторидов заключается, во-первых, в снижении температуры плавления, во-вторых, в дроблении полимерной структуры шлака, т.е. увеличении единиц течения, снижающих вязкость расплава.

Оксиды натрия и калия снижают температуру плавления ШОС, и их суммарное содержание должно быть не менее 4% и не более 8%. При суммарном содержании оксидов натрия и калия менее 4% не удается достичь необходимую температуру плавления смеси, при содержании более 8% смесь становится легкоплавкой, что приводит к ее повышенному расходу.

Введение полевошпатовой смеси в смесь позволяет повысить и стабилизировать суммарное содержание окислов натрия и калия, а введение соды кальцинированной обеспечивает достижение их суммарной необходимой концентрации, что снижает температуру плавления ШОС. Кроме того, кальцинированная сода способствует в результате разложения (Na₂CO₃ =Na₂O+CO₂) перемешиванию сформировавшегося из ШОС шлака со сталью в кристаллизаторе при разливке, вследствие чего снижается уровень неметаллических включений.

Различные варианты компонентного состава, а также влияние химического состава на температуру плавления ШОС представлено в таблице.

Заявляемая шлакообразующая смесь использовалась при разливке стали на радиальных четырехручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×340 мм, скорость разливки 0,55-0,75 м/мин.

Смесь готовилась простым смешением аморфного графита ГЛСЗ по ГОСТ Р 52729-2007 (не менее 78,0% С), цемента ШПЦ400 по ГОСТ 30515-97 (50-60% CaO, 20-30% SiO₂, 5-10% Al₂O₃), полевошпатовой смеси ПШС 0,20-17 по ГОСТ 13451-77 (SiO₂<70%, Al₂ O₃>16,0%, (Na₂O+K₂O)>11%), тонкомолотого кварцита по ГОСТ 9077-82 (CaO<0,08%, SiO ₂>98,0%, Al₂O₃<0,90%), концентрата плавикошпатового (в качестве фторсодержащего материала) ФФС95 по ГОСТ 4421-73 (CaF₂>95%, SiO₂<3,0%), соды кальцинированной технической по ГОСТ 5100-85 (Na₂ O>50,0%) на смесительной установке в течение 15 минут со скоростью 1000 об/мин.

Смесь присаживалась в медные водоохлаждаемые кристаллизаторы на радиальной МНЛЗ в количестве 0,4-0,9 кг/т жидкой стали. Температура разливки в промковше составила 1485-1560°С, а скорость вытягивания слитка из кристаллизатора - 0,55-0,75 м/мин. После разливки заготовки резались на машинах газовой резки на мерные длины, после чего заготовки охлаждались по режиму до температуры 200°С, осматривались, зачищались и отгружались для прокатки.

Использование заявляемой смеси по сравнению с базовой (прототип) позволяет:

1. Снизить загрязненность стали экзогенными неметаллическими включениями длиной более 1,0 мм на 95%.

2. Повысить качество поверхности непрерывнолитой заготовки, обеспечив снижение брака по поверхностным дефектам типа шлаковые включения с 0,7 до 0,35%.

Литература

1. Патент РФ № 2311258 С2.

2. Патент РФ № 4625629, С21С 5/54.

3. Патент РФ № 2164191, C1 B22D 11/00, С21С 5/54.

Влияние химического состава ШОС на температуру начала размягчения и плавления
Состав ШОС	Варианты ШОС
1	2	3	4	5	6
компонентный состав ШОС, %
аморфный графит	19,0	21,0	26,0	23,0	26,0	19,0
концентрат плавикошпатовый	17,0	16,0	17,0	15,0	13,0	13,0
полевошпатовая смесь	15,0	19,0	15,0	18,0	20,0	20,0
сода кальцинированная	3,0	5,0	8,0	6,0	8,0	3,0
тонкомолотый кварцит	11,0	13,0	11,0	13,0	15,0	15,0
цемент	35,0	26,0	23,0	25,0	18,0	30,0
химический состав ШОС
С	14,5	16,0	20,0	17,5	19,8	14,0
СаО	31,0	25,2	24,2	23,9	19,0	25,3
SiO 2	31,5	33,8	28,0	32,8	34,2	38,0
Al2O 3	5,4	5,5	3,0	5,2	5,1	8,0
F	9,0	7,4	7,9	7,0	4,0	6,0
(К++Na +)	4,0	5,0	6,4	5,5	8,0	4,2
Температура начала размягчения	1210	1190	1160	1145	1090	1200
Температура плавления	1240	1200	1170	1160	1130	1210
Отбраковка по поверхностным дефектам	0,27	-	-	-	0,35	0,19