Экзотермическая шлакообразующая смесь для разливки сталей и сплавов

Экзотермическая шлакообразующая смесь для разливки сталей и сплавов

Реферат

 

Использование: в черной металлургии. Сущность изобретения: в качестве горючего порошкообразного сплава используют алюминий с никелем и кремнием (АНК), в качестве наполнителя - цемент при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %: порошкообразный сплав АНК 18 - 22; марганцевая руда 27 - 32; силикатная глыба 9 - 14; фторсодержащий материал 20 - 28; цемент 12 - 18. Порошкообразный сплав содержит алюминий, никель и кремний в соотношении 1 : (0,04 - 0,16) : (0,25 - 0,62). 1 з.п.ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к шлакообразующим смесям для разливки стали и сплавов в слитки.

Экзотермические смеси, расфасованные в емкости, подаются перед разливкой стали в изложницы и применяются для улучшения качества поверхности и макроструктуры слитка, проката и повышения других свойств стали и стойкости изложниц.

Известна экзотермическая шлакообразующая смесь, содержащая мас.%: Алюминий 5-8 Силикокальций 2-18 Марганцевая руда 20-30 Датолитовый концентрат 15-50 Плавиковый шпат 0,5-12 Силикатная глыба 0,5-15 Жидкое стекло 12-18 Однако в состав смеси входит датолитовый концентрат, из которого при разливке стали происходит восстановление бора и модифицирование им стали, что резко повышает прокаливаемость стали и является нежелательным для многих сталей, особенно для сталей с нормированной прокаливаемостью. Кроме того, смесь взрывоопасна, так как в ней содержится алюминий и силикокальций, характеризуемые высокой взрывоопасностью НКПВ, г/м³: для порошка алюминия 42; для силикокальция 30-42.

Известна шлакообразующая смесь для разливки стали в изложницы, имеющая состав, мас.%: Алюминий 4-8 Техническая селитра 6-8 Марганцевая руда 5-10 Плавиковый шпат 20-24 Древесные опилки 20-35 Портландцемент 30-35 Недостатком смеси является (из-за селитры и алюминия) повышенная ее взрывоопасность, усложняющая приготовление смеси. Загорание смеси в изложнице имеет взрывной характер, что приводит к заплескам металла на стенки изложницы и ухудшает поверхность слитка.

В качестве прототипа можно принять наиболее близкую по составу, назначению и достигаемому эффекту к предлагаемой экзотермическую шлакообразующую смесь для разливки стали, содержащую, мас.%: Алюминиевый порошок 17 Марганцевая руда (или железнорудный концентрат) 20 Силикатная глыба 23 Плавиковый шпат 20 Доменный шлак (наполнитель) 20 Недостаток смеси - повышенная взрывоопасность, что требует сложного оборудования для приготовления смеси. Смесь обеспечивает удовлетворительное качество поверхности слитков углеродистой стали, однако при разливке легированных сталей и сплавов на поверхности слитков образуются дефекты в виде заворотов корки и плен, ухудшающие качество поверхности слитков и снижающие выход годного проката.

Цель изобретения - снижение взрывоопасности смеси, уменьшение дефектов поверхности и макроструктуры слитков и проката, увеличение выхода годного проката, снижение себестоимости смеси.

Для этого экзотермическая шлакообразующая смесь для разливки, содержащая горючий материал, марганцевую руду, силикатную глыбу, фторсодержащий материал, наполнитель, в качестве горючего материала содержит порошок сплава алюминия с никелем и кремнием (АНК), а в качестве наполнителя - цемент, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Порошок сплава алюминия с никелем и кремнием (АНК) 18-22 Марганцевая руда 27-32 Силикатная глыба 9-14 Фторсодержащий материал 20-28 Цемент 12-18 Cплав алюминия с никелем и кремнием содержит компоненты в соотношении 1:(0,04-0,16):(0,25-0,62) соответственно.

При анализе патентной и технической литературы не выявлены смеси для разливки стали с аналогичной совокупностью компонентов, чтобы достигался эффект одновременно снижения взрывоопасности смеси и улучшения качественных характеристик разливаемой под этой смесью стали, уменьшения дефектов слитка и проката и увеличения годного проката. Следовательно, предлагаемая смесь соответствует критерию новизна.

Компоненты, входящие в состав смеси, формируют ее свойства на стадиях изготовления смеси и ее использования, обеспечивают безопасное приготовление смеси, хорошую технологичность ее при разливке стали в слитки, уменьшение дефектов поверхности слитков и сортового проката, увеличение выхода годного проката.

Порошок АНК является горючей составляющей. Особенность использования его в качестве горючей составляющей обусловлена значительно более низкой взрывоопасностью по сравнению с алюминием и более высокой активностью при сгорании смеси в изложнице. Нижний концентрационный предел взрывоопасности (НКПВ) порошка сплава АНК составляет более 180 ч/м³ (алюминиевого порошка 42 г/см³), т.е. порошок сплава АНК является менее взрывоопасным материалом, чем алюминиевый порошок.

Температура самовоспламенения в слое порошка сплава АНК - более 1000^oC, в то время как алюминиевого порошка - около 800^oC. Эти свойства сплава АНК обеспечивают значительное снижение взрывоопасности смеси при ее приготовлении. Использование в качестве горючего компонента сплава АНК обеспечивает снижение взрывоопасности смеси за счет нейтрализации частиц алюминия и образования соединений. Никель и кремний снижают температуру плавления сплава, теплопроводность и прочность оксидной пленки на поверхности частиц и способствует ускорению загорания шлакообразующей смеси на поверхности расплавленного металла в изложнице. В отличие от алюминиевого порошка порошок сплава АНК обладает более высокой активностью после загорания, что обусловлено присутствием в сплаве никеля, который выполняет функции катализатора горения. Благодаря наличию катализатора реакция сгорания смеси протекает устойчиво и обеспечивает высокую температуру, скорость и полноту сгорания, быстрое формирование шлака, обладающего необходимыми для получения качественного слитка физико-химическими свойствами.

Значение соотношения алюминий: никель, равного 1:0,04, соответствует минимальному содержанию никеля, при котором проявляются его каталитические свойства в сплаве АНК и ускоряется сгорание смеси. Значение соотношения алюминий:никель - 1:0,16 соответствует наибольшему содержанию никеля в сплаве АНК, при котором реакция горения смеси еще имеет высокую скорость. Увеличение содержания никеля, т.е. уменьшение соотношения менее 1:0,16, приводит к снижению активности алюминия в сплаве и замедлению реакции горения.

Предел соотношения алюминий-кремний 1:0,25 соответствует нижнему значению содержания кремния, при котором на поверхности частиц сплава АНК снижается прочность оксидной пленки: предел соотношения алюминий:кремний 1:0,62 соответствует наибольшему значению содержания кремния в сплаве, при котором достигается ускорение сгорания смеси.

Марганцевая руда является поставщиком кислорода для реакции горения сплава АНК. Кроме того, марганцевая руда - источник оксидов марганца, поступающих в шлак и регулирующих его свойства. Содержание марганцевой руды в смеси менее 27% недостаточно для полного окисления горючего материала и часть его переходит в разливаемый металл, изменяя его химический состав в поверхностных слоях, т.е. способствует развитию химической неоднородности. При содержании марганцевой руды более 32% смесь становится более тугоплавкой, формирование шлака в изложнице протекает медленнее, качество поверхности слитков и проката ухудшается.

Силикатная глыба снижает температуру плавления образующегося шлака и регулируют физико-химические свойства шлакового расплава. В смеси предлагаемого состава содержание силикатной глыбы менее 9% недостаточно для быстрого расплавления и формирования шлака на поверхности металла в изложнице. Увеличение содержания силикатной глыбы более 14% нецелесообразно вследствие ухудшения технологических свойств шлакового расплава и увеличения дефектов на поверхности слитков.

Фторсодержащий материал регулирует температуру загорания смеси в изложнице и снижает вязкость и поверхностное натяжение образующегося шлака. Количество фторсодержащего материала менее 20% недостаточно для улучшения этих характеристик смеси и шлакового расплава, а при введении фторсодержащего материала более 28% увеличивается загрязненность стали неметаллическими включениями. В качестве фторсодержащего материала могут быть использованы плавиковый шпат и его концентраты - флюорит или флюоритовые окатыши.

Цемент является наполнителем и представляет собой силикат кальция, глинозем, др. составляющие. В отличие от доменного шлака он имеет меньшее количество примесей, в особенности серы и оксидов титана и магния, и не загрязняет сталь этими включениями. Преимуществом цемента является его высокая дисперсность. Содержание цемента менее 12% недостаточно для получения шлака с необходимыми физико-химическими свойствами (вязкостью, температурой плавления, поверхностным натяжением и основностью). При увеличении содержания цемента более 18% происходит увеличение температуры плавления шлака, процесс его формирования в изложнице затягивается, утолщается гарнисаж на стенках изложницы и возникает опасность загрязнения стали частичками неполностью расплавившейся смеси.

Смесь готовят путем смешения подготовленных, просушенных и дозированных компонентов. Готовую смесь дозируют и расфасовывают порциями (например, в пакеты из водостойкой бумаги). Перед разливкой пакеты загружают в изложницы. Расход смеси принимают 3,5-3,2 кг/т cтали. Смесь рекомендуется использовать при разливке углеродистых и легированных сталей разнообразного марочного состава и назначения, отливаемых сифонным способом.

Ниже приведены варианты смеси и способы ее использования.

П р и м е р ы 1-3. Для приготовления смесей 1-3 использовали следующие материалы: порошок сплава АНК фракций 0,05-2,0 мм, cодержащий алюминий, никель и кремний в соотношении 1:(0,04-0,16):(0,25-0,62); марганцевую руду высшей категории с содержанием марганца 45%; силикатную глыбу - водорастворимый силикат натрия с массовой долей двуокиси кремния 72%, окиси натрия 26,4% ; концентрат плавикового шпата с содержанием фтористого кальция 92% или флюоритовые окатыши с содержанием фтористого кальция 87%, строительный цемент в состоянии поставки в виде дисперсного порошка.

Негорючие компоненты смеси просушивали, измельчали, кроме цемента, в барабанных мельницах до получения фракции менее 1 мм и смешивали в дозировочных количествах. Затем к полученной смеси добавляли порошок сплава АНК и после дополнительного перемешивания расфасовали в бумажные мешки по 10-14 кг. Перед разливкой стали бумажные мешки со смесью загружали в изложницу.

Смесь использовали при сифонной разливке нержавеющей стали на слитки массой 4,5 т. Сталь выплавлялась в 100 т дуговой электропечи.

Слитки прокатывали на трубную заготовку диаметром 190 мм.

Составы смесей приведены в табл.1, поведение смеси в изложнице и качество металла - в табл.2.

Смесь 4 - прототип, смеси 5 и 6 по использованным компонентам соответствует предлагаемой, но отличаются от нее соотношением этих компонентов, их готовят и используют так же, как и смеси 1-3.

Как видно из приведенных в табл.2 данных, смеси 1-3 обеспечивают более высокие показатели качества металла по сравнению со смесью 4 - прототипом, так и со смесями 5 и 6, состоящими из тех же компонентов, но взятых в других количествах.

Физико-химические свойства смесей и образующихся из них шлаковых расплавов, использованных в лабораторных условиях, приведены в табл.3. Несмотря на довольно близкие физико-химические свойства всех шлаковых расплавов смеси 1-3 обладает более высокими технологическими свойствами, обеспечивающими лучшее качество металла и более высокий выход годного проката.

По сравнению со смесью-прототипом предлагаемая смесь обеспечивает получение более высокого технического эффекта при изготовлении смеси - снижение взрывоопасности - и при ее использовании - уменьшение количества дефектов металла и увеличение выхода годного проката на 11 кг/т.

Смесь проста в изготовлении и может быть внедрена на предприятиях, разливающих сталь на слитки, например на металлургическом заводе "Красный Октябрь". Дополнительные капитальные затраты для внедрения смеси не требуется.

Формула изобретения

1. ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ РАЗЛИВКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ, содержащая горючий материал, марганцевую руду, силикатную глыбу, фторсодержащий материал, наполнитель, отличающаяся тем, что, с целью снижения взрывоопасности смеси, уменьшения дефектов поверхности и макроструктуры слитков и проката и увеличения выхода годного, удешевления смеси, она содержит в качестве горючего материала порошкообразный сплав алюминия с никелем и кремнием, а в качестве наполнителя - цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: Порошкообразный сплав алюминия с никелем и кремнием - 18 - 22 Марганцевая руда - 27 - 32 Силикатная глыба - 9 - 14 Фторсодержащий материал - 20 - 28 Цемент - 12 - 18 2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что порошкообразный сплав алюминия с никелем и кремнием содержит компоненты в соотношении 1 : 0,04 - 0,16 : 0,25 - 0,62 соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2