шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали

Формула изобретения

Шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали, полученная смешением аморфного графита, концентрата плавикошпатового и материалов, содержащих окислы кремния, алюминия и щелочных металлов, отличающаяся тем, что она имеет основность (CaO/SiO ₂) 0,6-0,9 и следующий химический состав, мас.%:

С	13,0-19,0
CaO	22,0-28,0
SiO2	30,0-36,0
Al2 O3	5,0-8,5
F	4,0-7,0
(Na ++K+)	3,0-12,0

при этом в качестве материалов, содержащих окислы кремния, алюминия и щелочных металлов, смесь содержит пегматит тонкомолотый марки КПШТМ 0,2-2,0, соду кальцинированную, тонкомолотый кварцит и цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аморфный графит	17-23
Концентрат плавикошпатовый	9-15
Пегматит тонкомолотый
марки КПШТМ 0,2-2,0	17-39
Сода кальцинированная	1-12
Тонкомолотый кварцит	1-13
Цемент	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к составам шлакообразующих смесей, используемых при непрерывной разливке стали, в частности для производства железнодорожных рельсов.

Известна шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали [1], включающая аморфный графит, пылевидные отходы производства извести, ферросилиция, алюминия, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит соду кальцинированную и криолит при соотношении компонентов, 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%,

обеспечивающих основность (CaO/SiO₂) 0,6-0,9, и следующий химический состав шлакообразующей смеси, мас.%:

С	13,0-18,0
CaO	24,0-32,0
SiO2	31,0-37,5
Al2 O3	5,5-10,0
F	4,0
Na+	0,7
K+	0,7
FeO	2,0
MnO	2,0

Существенным недостатком такой смеси является недостаточное суммарное содержание разжижающих компонентов (криолита и кальцинированной соды), что не обеспечивает необходимую легкоплавкость смеси, гарантирующую высокую степень смазывания поверхности кристаллизатора-заготовки, а также не обеспечивает требуемые рафинирующие свойства смеси по неметаллическим включениям. Кроме того, смесь в своем составе содержит MnO и FeO, а данные компоненты повышают газопроницаемость шлакового слоя и увеличивают содержание кислорода в разливаемой стали.

Известна шлакообразующая смесь для защиты металла в кристаллизаторе [2], содержащая основу шлаковой смеси, графит, фторсодержащее вещество, которая дополнительно содержит пыль газоочисток производства извести и ферросилиция, в качестве основы шлаковой смеси - феррохромовый саморассыпающийся сепарированный шлак, а в качестве фторсодержащего вещества - пыль газоочисток производства алюминия при следующем соотношении компонентов, мас %:

Пыль газоочисток производства алюминия	20,0-23,0
Пыль газоочисток производства ферросилиция	28,0-32,0
Пыль газоочисток производства извести	20,0-24,0
Графит	3,0-8,0
Феррохромовый саморассыпающийся
сепарированный шлак	18,0-24,0.

Несмотря на высокие теплоизолирующие свойства смеси, низкой себестоимости за счет использования отходов промышленного производства, улучшения санитарно-гигиенических условий труда данная смесь не позволяет получать высокие качественные показатели в части отбраковки непрерывнолитых заготовок по поверхностным шлаковым включениям из-за содержащегося тугоплавкого компонента, в частности феррохромового шлака. Причем для обеспечения требуемого качества поверхности непрерывнолитых заготовок необходима зачистка поверхности последних после разливки, что в ряде случаев экономически нецелесообразно и невозможно.

Кроме того, выбранные соотношения компонентов в смеси хотя и обеспечивают ШОС высокие теплоизолирующие свойства, однако не обеспечивают требуемую в ряде случаев необходимую легкоплавкость смеси, гарантирующую высокую степень смазывания поверхности кристаллизатора-заготовки, а также не обеспечивают требуемые рафинирующие свойства смеси по неметаллическим включениям. Кроме того, смесь содержит шлак производства феррохрома, который содержит значительное количество MnO и FeO, а данные компоненты повышают газопроницаемость шлакового слоя и увеличивают содержание кислорода в разливаемой стали.

Известна также шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали [3] - прототип, включающая графит аморфный, фторсодержащее вещество, концентрат датолитовый и цемент, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит формовочный песок при следующем соотношении инградиентов, масс.%:

Графит аморфный - 7-12

Фторсодержащее вещество - 18-22

Концентрат датолитовый - 12-16

Формовочный песок - 10-20

Цемент - остальное.

Существенными недостатками такой смеси являются: высокое содержание фторсодержащего вещества (18-22%), приводящее к значительной коррозии элементов МНЛЗ и высоким содержаниям фтористого водорода в рабочей зоне; использование концентрата датолитового, не обеспечивающего необходимую легкоплавкость смеси и гарантирующую высокую степень смазывания поверхности кристаллизатора-заготовки.

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.

Для этого предлагается шлакообразующая смесь для непрерывной разливки рельсовой стали, отличающаяся от ближайшего аналога [1] тем, что она имеет основность (CaO/SiO ₂) 0,6-0,9 и следующий химический состав, мас.%:

С	13,0-19,0
СаО	22,0-28,0
SiO2	30,0-36,0
Al2 O3	5,0-8,5
F	4,0-7,0
(Na ++K+)	3,0-12,0

при этом в качестве материалов, содержащих окислы кремния, алюминия и щелочных металлов смесь содержит пегматит тонкомолотый марки КПШТМ 0,2-2,0, соду кальцинированную, тонкомолотый кварцит и цементит, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аморфный графит	17-22
Концентрат плавикошпатовый	9-15
Пегматит тонкомолотый
марки КПШТМ 0,2-2,0	17-39
Сода кальцинированная	1-12
Тонкомолотый кварцит	1-13
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 13% повышается отбраковка стали по поверхностным дефектам, а при увеличении углерода более 19,0% 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 CaO/SiO₂=0,6-0,9). Для регулирования основности в ШОС вводится цемент и пегматит тонкомолотый марки КПШТМ 0,2-2,0. При невозможности попадания в указанные пределы дополнительно вводится мука кварцита, корректирующая содержание кремнезема в ШОС.

Содержание глинозема в смеси должно быть не более 8,5% для лучшей ассимилирующей способности глиноземистых неметаллических включений, снижающих эксплуатационную стойкость железнодорожных рельсов.

Содержание фтора не менее 4% для уменьшения вероятности окомкования смеси и хорошей адгезии неметаллических включений шлаком, сформированным из ШОС и не более 7,0% 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 3% и не более 12%. При суммарном содержании оксидов натрия и калия менее 3% не удается достичь необходимую температуру плавления смеси, при содержании более 12% смесь становится легкоплавкой, что приводит к ее повышенному расходу.

Введение пегматита тонкомолотого марки КПШТМ 0,2-2,0 в смесь позволяет повысить и стабилизировать суммарное содержание окислов натрия и калия. Введение в состав ШОС соды кальцинированной позволяет регулировать содержание окислов натрия и соответственно температуру плавления ШОС. Кроме того, кальцинированная сода способствует в результате разложения (Na₂CO₃=Na ₂O+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 представлены в таблице 1.

Заявляемая шлакообразующая смесь использовалась при разливке рельсовой стали марки Э76Ф и НЭ76Ф на радиальных 4-х ручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300×340 мм, скорость разливки 0,5-0,55 м/мин.

Смесь готовилась смешением аморфного графита (76,0% С), цемента (54,6% CaO, 27,0% SiO₂, 7,6% Al₂O₃, 1,0% K₂O), пегматита тонкомолотого марки КПШТМ 0,2-2,0 (1,0% CaO, 67,5% SiO₂ , 15,5% Al₂O₃, 5,0% Na₂O, 5,0% K₂O), муки кварцита (0,08% CaO, 98,0% SiO₂ , 0,90% Al₂O₃), концентрата плавикошпатового (68,21% CaO, 3,0% SiO₂, 46,23% F), соды кальцинированной технической (58,47% Na₂O). Смешение производилось в смесительной установке в течение 15 мин со скоростью вращения барабана 1000 об/мин, после чего выпускалась в контейнер и отправлялась на МНЛЗ.

Таблица 1
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	17,0	23,0	18,0	18,0	18,6	17,1
концентрат плавикошпатовый	9,0	9,0	9,0	15,0	9,5	9,7
КПШТМ 0,2-2,0	24,0	18,0	17,0	39,0	25,1	25,8
сода кальцинированная	5,0	5,0	12,0	1,0	5,0	11,9
тонкомолотый кварцит	10,0	10,0	13,0	1,0	2,5	5,5
цемент	35,0	35,0	30,0	26,0	39,2	29,0
химический состав ШОС
C	13,0	19,0	13,6	13,7	14,1	13,0
CaO	25,5	25,4	22,7	24,9	28,0	22,0
SiO 2	36,0	31,7	32,6	34,8	30,0	30,0
Al2O 3	6,5	5,5	5,0	8,5	6,9	6,1
F	4,0	4,2	4,2	7,0	4,4	4,3
(K++Na +)	5,7	5,1	9,7	3,0	5,8	12,0
Температура начала размягчения	1130	1160	1120	1210	1130	1090
Температура плавления	1140	1180	1150	1240	1140	1130
Отбраковка по поверхностным дефектам, %	-	0,09	0,05	0,11	-	-

Смесь присаживалась в медные водоохлаждаемые кристаллизаторы в количестве 0,2-0,8 кг/т жидкой стали. После разливки заготовки резались на машинах газовой резки на мерные длины, после чего проводили охлаждение заготовок по режиму до температуры 200°С, их осмотр и отгрузку для прокатки на рельсы железнодорожные типа Р65.

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 0,4 до 0,11%.

3. Обеспечить повышение качества макроструктуры железнодорожных рельсов, при этом количество забракованных плавок по дефекту «светлая корочка» уменьшится в 2 раза.

Источники информации

1. Патент РФ № 2260494.

2. Патент РФ № 2025197 B22D 11/00, C21C 5/54.

3. Патент РФ № 2165823.