Экзотермическая шлакообразующая смесь для разливки стали
Патент 1102657
Авторы
Экзотермическая шлакообразующая смесь для разливки стали
Иллюстрации
Реферат
1.ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ РАЗЛИВКИ СТАЛИ, включающая твердый окислитель из группы легковосстанавливающихся окислов металла, плавиковый шпат, силикатную глыбу, доменный .шлак и алюмосодержащий материал, отличающаяся тем, что, с целью повьппения термичности смесии скорости шлакообразования и улучшения качества слитков, смесь в качестве алюмосодержащего материала содержит отход алюминиевого производства с содержанием алюминия 35-70 мас.% фракции до 3 мм при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Отход алюминиевого производства с содержанием алюминия 35-70 мас.% фрак20-40 ции до 3 мм Твердый окислитель (Л из группы легковосс станавливающихся 15-25 окислов металла 5-20 Плавиковый шпат 15-25 Силикатная глыба Остальное Доменный шлак 2. Смесь по п. 1, с т л и ч а качестве ю щ а я с я тем, что в отхода алюминиевого производства ю pi с содержанием алюминия 35-70 мас.% фракции до 3 мм она содержит отсевы алюминиевой стружки или литейных алюминиевых шлаков.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
69) (10
О2657 А
Ф
I и
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3495571/22-02 (22) 27.09.82 (46) 15.07.84. Бюл. Р 26 (72) Л.И.Крупман, В.Г.Антипин, Б.В.Гавронский, H.Ô.Áàõ÷ååâ, Г.Г.Чугунников, Э.М.Горбаковский, В.Ф.Коротких, С.M.Øâåéêèí, А.И.Агарышев и И.В.Куликов (7 1) Донецкий научно-исследовательский институт черной металлургии (53) 669.18:621.746.589(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
В 384616, кл. В 22 2 27/00, 1971, 2. Авторское свидетельство СССР
Ф 399307, кл. В 22 Э 27/00, 1971;
3. Авторское свидетельство. СССР
В 432970, кл. В 22 Q 27/06, 1972, 4. Патент ГДР В 49501, кл. 31 С 14/B 22 d, опублик. 1966.
5. Совершенствование разливки стали с целью повышения качества слитка. Обзорная информация, сер. 6,,.19?6, с. 10. (54)(57)1ЗКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ШЛАКООБРАЗУЮЦАЯ СМЕСЬ ДЛЯ РАЗЛИВКИ СТАЛИ, включающая твердый окислитель из группы легковосстанавливающихся окислов металла, плавиковый шлат, силикатную глыбу, доменный
3(д) В 22 Э 7/10, С 21 С 5/54, шлак и алюмосодержащий материал, отличающаяся тем, что, с целью повышения термичности смесии скорости шлакообразования и улучшения качества слитков, смесь в качестве алюмосодержащего материала содержит отход алюминиевого произ. водства с содержанием алюминия
35-70 мас.7 фракции до 3 мм при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Отход алюминиевого производства с содержанием алюминия
35-70 мас.7. фракции до 3 мм 20-40
Твердый окислитель из группы легковосстанавливающихся окислов металла 15-25
Плавиковый шпат 5-20
Силикатная глыба 15-25
Доменный шлак Остальное
2. Смесь по п. 1, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что в качестве отхода алюминиевого производства с содержанием алюминия 35-70 мас.Ж фракции до 3 мм она содержит отсевы алюминиевой стружки или литейных алюминиевых шлаков.
1102657
50
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при разливке стали сверху под слоем жидкого-синтетического шлака, получаемого из экзотермических шлакооб- 5 разующих смесей.
Известны экэотермические шлакообразующие смеси для получения жидкого шлака непосредственно в излож1О нице, содержащие в качестве горючего алюминиевый порошок (1-3 5, Недостатками данных смесеЯ,являются их высокая стоимость и отсутствие стабильных физико-химиче15 ских свойств шлака, особенно при использовании данных смесей для разливки металла сверху.
Известна шлакообразующая смесь для разливки стали, включающая алю20 . миниевую стружку, твердый окисли тель и плавиковый шпат 14 .
Однако указанная смесь применима лишь для разливки стали сифоном.
Наиболее близкой к изобретению 25 по технической сущности и достигаемому эффекту является экзотермическая шлакообраэующая смесь, содержащая алюминиевый порошок, марганцевый концентрат, плавиковый шпат, силикатную глыбу и доменный шлак(5
Эта смесь имеет также высокую стоимость и недостаточно стабильные физико-химические свойства, Отсутствие стабильных свойств объясняется наличием в смеси алюминиевого порошка, обладающего развитой реакционной поверхностью. При разливке металла сверху смесь испытывает в первый момент гидродинами- 40 ческий удар, в результате чего мелкодисперсный алюминиевый порошок частично выносится из изложницы восходящими потоками воздуха, и частично сгорает на воздухе, тем 45 самым нарушается стехиометрическое соотношение между горючим и окислителем. Это приводит к неполному реагированию окислов марганца, снижению термичности смеси и ухудшению шлакообразоваиия. Кроме того, непрореагировавшие окислы марганца переходят в металл и способствуют образованию в нем "волосовин", В случае компенсации потерь алю55 миниевого порошка избыточным его содержанием в смеси, не исключен переход алюминия в металл, что также в некоторых случаях ухудшает его качество — способствУет трещинообразованию. Указанные недостатки могут быть устранены путем использования горючего с менее развитой реакционной поверхностью.
Целью, изобретения является повышение термичности смеби и скорости шлакообраэования и улучшение качества слитков.
Поставленная цель достигается тем, что экзотермическая шлакообразующая смесь для разливки стали, включающая твердый окислитель из группы легковосстанавливающихся окислов металла, плавиковый шпат, силикатную глыбу, доменный шлак и алюмосодержащий материал, в качестве алюмосодержащего материала содержит отходы алюминиевого производства с содержанием алюминия 35-70 мас.Х фракции до 3 мм при следующем соотношении, ингредиентов, мас.Х:
Отходы алюминиевого производства с содержанием алюминия 35-70 мас.Х фракции до 3 мм 20-40
Твердый окислитель из группы легковосстанавливающихся окислов металла 15-25
Плавиковый шпат 5-20
Силикатная глыба 15-25
Доменный шлак Остальное
В качестве отходов алюминиевого производства с содержанием алюминия
35-70 мас.Х фракции до 3 мм смесь содержит отсевы алюминиевой стружки или литейных алюминиевых шлаков.
Содержание алюминия в алюминиевых отходах может колебаться от 35 до 70Х причем в литейном алюминиевом шлаке от 35 до 45Х, а в отсевах алюминиевой стружки 45-70Х, поэтому термичность смесей в зависимости от состава смеси и содержания алюминия в горючем компоненте будет колебаться в пределах 2,39-4,87 кДж/г смеси.
В качестве твердого окислителя
/ из указанной группы могут использоваться марганцевая руда или ее концентрат, окалина или железорудный концентрат. Для более полного взаимодействия восстановителя с окислителем последний должен иметь фракцию не более 1 мм.
Содержание в смеси отходов алюминиевого производства обусловлено
1102657 обеспечением необходимой термичности .для быстрого формирования (в течение 20 с. при расходе смеси 3 кг/т стали) и нагрева шлака до температуо ры примерно 1300 С.
Нижний и верхний пределы отходов алюминиевого производства обусловлены содержанием в них металлического алюминия, которое колеблется от
35 до 70 мас. . Уменьшение содержания отходов менее 20 мас.X приводит к снижению термической смеси, и как следствие, к недостаточной скорости формирования шлака, а увеличение бо- 15 лее 40 мас.Ж становится экономически нецелесообразным.
Содержание твердого окислителя задается на 2-5 мас.X (абс.) меньше стехиоиетрически необходимого из расчета частичного взаимодействия восстановителя с окислами натрия и кремния силикатной глыбы, а также с .. легковосстановимыми окислами алюминиевого производства.
Литейный алюминиевый шлак образуется иа заводах Вторцветйет в пла-... вйльных печах при производстве чушкового алюминия и содержит в среднем мас.X: алюминий металлический 40; глинозем 24; кремнезем 26; закись железа 5; хлориды 5. Такой состав литейного алюминиевого шлака позволяет использовать его.в качестве горючего компонента.
Наличие в нем окислов благоприят- З5 ио сказывается на физико-химических свойствах получаемого шлака. Особенность отсева алюминиевой стружки заключается в том, что мелкая фракция (менее 1,0 мм) состоит в основ:ном из негорючей части (кремнезема, глинозема и др.) и ее улет не может нарушить стехиометрическое соотношение между горючим и окислителем.
Плавиковый шпат выбирают в коли ф5 честве 5-20 мас.Ж из условия быстрого. протекания алюмотермического процесса и создания гомогенного шлака.
Уменьшение его содержания менее
5 мас.X затрудняет начало алюмотер-: 5О мического процесса и быстрое получение жидкоподвижного гомогенного шлака, а увеличение более 20 мас.7. пбвьппает адгезию шлака к изложнице и к стали, При этом возрастает трудоемкость очистки изложниц, происходит запутыванне шлака в металле, что приводит к повышенной его отбраковке по неметаллическим включениям.
Кроме того, повышенное содержание плавикового шпата приводит к тому, что во время разливки в атмосферу цеха выделяются вредные для организма человека летучие фтористые соединения.
Содержание силикатной глыбы в количестве 15-25 мас,X объясняется необходимостью получения жидкоподвижного гомогенного шлака.. Имея низкую о температуру плавления (1089 С), силикатная глыба обеспечивает раннее формирование жидкой фазы, что способствует быстрому растворению основных окислов (в частности, окиси кальция) и ускоряет образование шлака.
Уменьшение содержания силикатной глыбы менее 15 мас.7. приводит к по- вышению вязкости шлака, а увеличение более 25 мас.X при наличии плавикового шпата ; к увеличенной адгезиишлака к металлу, к повышенному угару легирующих элементов стали. Доменный шлак вводится в смесь в качестве .наполнителя.
Все материалы, кроме отходов алюминиевого производства, должны иметь фракцию 0 5-1, 0 мм. Экзотер- мическая смесь может приготавливаться с использованием существующего оборудования и не требует специальных взрывозащитных мер, так как в отличие от алюминиевого порошка отходы алюминиевого производства являются невзрывоонасным материалом.
Приготовленная смесь расфасовывается в бумажные кульки, которые укладываются на дно изложницы во время наборки состава. Расход смеси 2,5—
3 кг(т стали.
Составы смесей приведены в табл.1.
1102657
Таблица 1
Ингредиенты, мас.Х
Смесь, Р
Доменный
СиликатАлюминиевый
Отсевы литейных
Отсевы алюминиевой стружки
Марганцевый концентрат
Железо- Плавирудный ковый концен- шпат трат ная глыба алюминиевых шлаков шлак порошок
5 25
13 20
20 15
25
22
20
20
38
10 15
15 10
15 25
15 15
38
38, 23
17
20
15
25
15
20
10
20
15
15
12
25
15.20
20
40
В смесях 4-6, 13,14 в качестве горючего компонента используются отходы алюминиевого производства — литейный алюминиевый шлак с фракцией до 3 мм.
Смесь 7 приведена в качестве прототипа.
Отсевы алюминиевой стружки и литейные шлаки заданы из расчета в них металлического алюминия соответ50 ственно 52 и 40 мас.Х, что чоответствует 17 мас.X алюминиевого порошка в смеси-прототипе.
Содержание силикатной глыбы и плавикового шпата выбирается таким образом, чтобы при максимальном значении плавикового шпата задавалось минимальное количество силикатной глыбы и наоборот, а общая их концентрация не превышала 35 мас.X. В противном случае шлак становится очень жидкоподвижным, легко отгоняется струей металла к стенкам изложницы и не препятствует образованию брызг, а следовательно, и плен на слитке.
О более высоких технологических свойствах предлагаемых смесей по сравнению с прототипом. свидетельствуют отобранные после разливки металла шлаки.
В табл. 2 приведены составы шла- ков из смесей 1-7. С каждой смесью проводилось по 3 опыта. Как видно, шлаки предлагаемых смесей имеют более стабильный химический состав.
1102657
Таблица
Mg0
Мп0
Са0
Fe0
0,4
12,7
2,9
3,1
37,2
2,5 — 3,9 35,1 — 39,3 11,0 — 14,1 2,7 — 3,9
0,5 — 0,8
12,1
2,9
0,4
33,1
2,9
2,5 — 3,8 28,3 — 36,2
0,5 - 0.,8
2,6- 3,9
10,8 — 13 8
27,8
0,3
11,8
26,3 — 32,1
0,5 — 0,8
2,6-3, 9р1 - 12,3
0,2
35,7
10,4
2,7
2,5- 3,8
9,1 - 12,0
2,2 — 3,0 34,9 — 38,1,.0,2 — 0,3
10,4
31,8.2,7
0,2
3,3
9,0" 118
28,0 — 33,0
2,0- 2,8
0,2 — 0,3
2,5- 3,7
2,7
10,4
4,3
28,1
0,2
2, 1 — 3,0 26,2 — 31,0
2,0- 4,1
9,8 — 12,1
0,2 — 0,3
0,2
1,8
12,5
3,0
10,2 - 14,1
28,1 — 36,1
0,2
7,4 — 15,8
1,1 — 2,0
: Продолжение таблицы 2
Смесь, У
2,3
35,7
2,8 .- 4,4
32,1 - 36, 3
1,0 — 2,4 1 8 — 3,7
2,2
12,1
33,1
10,2 — 13,1 1,0 - 2,0
1,8 — 3,6
33,0 — 35,5
0,9
2,2
18,5
12,9 — 17,8 0,7 — 1,1
1,9- 3,8
31,8 — 34,9
3,0
1,2
46,3
39,5
2,0 — 3,2
0 7 - 1,4
4,1-5,8
36,0 — 41, 1
3,1
0,9
39,5
2,2 — 2,3
0,7 - 1,0
8,0 — 9, 36,0 — 40,1
2,9
0,6
12,7
39,5
1,8 — 3,7
13,1 - 15,6 0,7 - 1,1
38,2 — 42,0
12,7
34,2
3,0
0 — 1,5
11,9 - 13,9 0,8 — 1,5
20,8 — 31,7
П р и м е ч а н и е. Числитель - среднее значение; знаменатель. - минимально-максимальное значение.
Смесь, ф.
2,8
2,3 - 3,3
8102
32,9
На20
1102657
Продолжение табл. 3
2,39
0,45
2,94
0,51
3,75
0,75
3,15
0,62
3,78
0,70
4,53
0,89
3,98
0,77
Таблица 3
0,65
0,71
3,82
0,93
4,87
Таблица 4
Состав смеси, Й
Смесь
СилиАлюминиевыйй поПлавиковый
Железорудный концентрат
Отбраконка
Отходы алюмиМарганцевая руда
Доменный катная глыба по плене, 74 ниевошпат ошок шлак го производства
2,2
23 20
Известная
Предлагаемая
2 0 1, 58
20, 25
Так, если у шлаков из смеси 7 расхождение по А1 0З составило
10,9 мас.Ж (абс.), то у шлаков из предлагаемых смесей (смесь 4) максимальное расхождение равно
5,1 мас.7. (абс.).
Кроме того, в шлаках из смеси 7 более низкие концентрации А1„ а содержание А1<0> ниже теоретического. Это свидетельствует о том, что алюминиевый порошок частично уносится из изложницы восходящими потоками воздуха, тем самым нарушается баланс между окислителем и восстановителем, что, в конечном итоге, приводит к дестабилизации свойств шлака. (Сведения по термичности смеси, и скорости шлакообразования приведены в табл. 3.
Как следует из табл. 4, отбраковка по плене снизилось на
0,623.
Такая термичность смеси и скорость шлакообразования позволяют в первые 15-25 с разливки металла сверху обеспечить полное формирование жидкого шлака. Качество поверхности слитков, отлитых под смесями, содержащими
25 алюминиевые отходы, лучше, чем при разливке под известной смесью 7, за счет получения шлака с более стабильными физико-химическими свойствами, так как отсутствует улет мелкой фракции алюминиевого порошка из изложницы восходящими потоками воздуха в начале разливки.
Сведения по качеству получаемых слитков приведены в табл. 4.
Таким образом, использование отходов алюминиевого производства в ,шлакообразующих смесях для разливки
110265 7
Составитель И. Гоичарук
Редактор М. Бандура Техред И. Асталош Корректор И. Эрдейи
Заказ 4882/8 Тираж 775 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент"., г. Ужгород, ул. Проектная, 4 стали сверху приводит к стабилизации физико-химических свойств шлака, улучшению технологических свойств шлака и повышению качества металла.
Ожидаемый годовой экономический эффект от максимального объема использования изобретения составит около 250 тыс.руб.