Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШЛАКООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСИ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШЛАКООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСИ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШЛАКООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к металлургии, конкретно к способам получения шлакообразующих смесей (ШОС) для изоляции зеркала жидкой стали в кристаллизаторе МНЛЗ. Способ получения шлакообразующей смеси, преимущественно для разливки стали на МНЛЗ, включает перемешивание лигнина с минеральным наполнителем, содержащим материал на основе SiO2 в соотношении 1:0,25 - 2,0 на сухое вещество, и последующий обжиг при 400-1200°С и коэффициенте избытка воздуха α = 0,5 - 0,9. Для повышения качества непрерывнолитого слитка за счет улучшения защитно-смазывающих свойств смеси в минеральный наполнитель ШОС дополнительно вводят шлам производства криолита при следующем соотношении компонентов, мас. % : шлам производства криолита 40-80; материал на основе SiO2 20-60 . Шлам производства криолита используется и в качестве CaO - и F-содержащего компонента ШОС. При промышленном применении ШОС снижаются поверхностные дефекторы слябов, протяженность продольных трещин на непрерывнолитом слитке снизилась по сравнению со смесью прототипа в среднем в 3,1 раза. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2015175
Класс(ы) патента: C21C5/54, B22D7/00, B22D11/00
Номер заявки: 4917143/02
Дата подачи заявки: 05.03.1991
Дата публикации: 30.06.1994
Заявитель(и): Днепропетровский металлургический институт
Автор(ы): Виниченко Н.И.; Мешалкин А.П.; Киринчук В.М.; Королев М.Г.; Щелканов В.С.; Кукарцев В.М.; Пестов В.Н.
Патентообладатель(и): Виниченко Николай Иванович
Описание изобретения: Изобретение относится к металлургии, конкретно к способам получения шлакообразующих смесей (ШОС) для изоляции зеркала жидкой стали в кристаллизаторе МНЛЗ.
Известны способы получения шлакообразующих смесей для кристаллизаторов МНЛЗ, включающие механическое перемешивание материалов на основе СаО (известь, известняк, цемент), на основе SiO2 и Na2О + К2О (полевой шпат, слюда, перлит и др.), на основе фтора (плавиковый шпат, флюоритовый концентрат и др.), углеродсодержащий материал (графит, древесные опилки и др.) [1], включающий, мас.%: материал на основе СаСО3 + Са(ОН)2 30-45 вспученный перлит 0,1-13 материал на основе СaF2+Na2СО 2-15 кремнезем аморфный с фтором 30-45 унос графита 0,1-15
Указанной смеси присущи недостатки всех механических смесей: низкое качество непрерывнолитого слитка при их применении вследствие расслаивания ШОС на исходные компоненты разного удельного веса и комкование частиц смеси вследствие поглощения влаги из воздуха.
Известен также способ приготовления ШОС, включающий плавление шлакообразующей основы минеральных компонентов системы CaO - SiO2 - Al2О3 с добавками флюсов из ряда фторидов и соединений щелочных металлов и последующее перемешивание дробленой плавленой основы с газовой сажей и активным углем в количестве 1-4% от всей массы ШОС (заявка Японии 63-57141 от 10.11.88, кл. В 22 D 11/10, Япония). Эта ШОС на плавленой основе имеет более стабильные свойства, так как меньше поглощает влагу и минеральные компоненты оплавлены между собой, однако такой недостаток, как низкое качество непрерывнолитого слитка при ее применении, остается, так как при транспортировке происходит отделение от общей массы углеродистого компонента, ШОС чувствительна к изменению состава по основным компонентам, поскольку ее служебные свойства - вязкость и температура плавления расплава сильно зависят от состава.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению получения ШОС является способ получения теплоизолирующей смеси, включающий обжиг лигнина с огнеупорным наполнителем в соотношении 1:0,25 - 2,0 при коэффициенте избытка воздуха α =0,5-0,9 и температуре 400-1200оС, причем в качестве огнеупорного наполнителя используется материал на основе SiО2 - зола ТЭЦ или вспученный перлит (а.с. СССР N 1279743, кл. В 22 D 7/00, 1986).
Недостатком этого способа является недостаточное количество непрерывнолитой заготовки при применении ШОС, полученной данным способом, вследствие неоптимальных защитно-смазывающих свойств смеси.
Цель изобретения - повышение качества поверхности непрерывнолитого слитка за счет улучшения жидкоподвижности расплава шлакообразующей смеси.
В составе минерального наполнителя ШОС дополнительно используется шлам производства криолита при следующем соотношении компонентов, мас.%: шлам производства криолита 40-80 материал на основе SiO2, выбраны 20-60 из группы, содержащей вспученный перлит, полевой шпат, слюда, керамзит, зола ТЭЦ.
Шлам производства криолита используется в качестве СаО и F-содержащего компонента ШОС и содержит, мас. % : фторсодержащие соединения 10-25 Na2О+К2О 2-5 SiО2 5-15 Са(ОН)2 + СаСО3 Остальное
Шламы производства криолита образуются на различных стадиях многоступенчатого процесса получения криолита, например, на Полевом криолитовом заводе (ПКЗ) Свердловской обл. По компонентному составу они представляют собой совокупность преимущественно промежуточных продуктов и частично конечных и исходных материалов, удаляемых из производственного процесса в качестве отходов в виде шламов мокрой очистки. По внешнему виду в местах накопления эти шламы представляют собой водяную пульпу с содержанием влаги до 45% , во время выдержки на открытом воздухе влажность понижается до 25-35%, шламы приобретают тестообразную консистенцию.
Совокупность в основном промежуточных продуктов процесса получения криолита определяет не только химический и компонентный составы шламов, но и их своеобразные химические и физические свойства. Это проявляется в том, что добавки к шламу материалов на основе SiО2: вспученный перлит, полевой шпат, керамзит, сланцы, слюда, зола ТЭЦ и др. незначительно влияют на такие важные свойства ШОС, как температуры размягчения, плавления, растекания и вязкость расплавов из этих ШОС. Вероятно объяснение этого заключается в том, что в области высокого содержания F в шламах (в среднем 15%) и наличия большого количества активных СаО - содержащих компонентов, а также низкого содержания Al2О3 (в шламах ПК3 Al2О3 отсутствует), при высоких температурах легко образуются соединения системы СаО-SiO2-Al2O3 -Na2O+K2O, F, которые при широком варьировании содержаний СаО и SiО2 имеют близкие физические свойства.
Указанные материалы на основе SiО2 имеют близкий химический состав: 50-70% SiО2 10-20% Al2O3 и соответственно близкие физические свойства, поэтому в составе ШОС эти материалы взаимозаменяемы, они могут применяться как отдельно, например, только вспученный перлит, если он обеспечивает достаточное обезвоживание шлама и оптимальную основность, так и в сочетании друг с другом, например, вспученный перлит и полевой шпат, слюда и керамзит и т.д.
Для промышленных исследований были приготовлены путем обжига с лигнином минерального наполнителя, содержащего материал на основе SiО2. ШОСы на основе шламов производства криолита ПКЗ, химический состав которых приведен в табл.1.
В качестве одного из материалов на основе SiО2 использован вспученный перлит, выполняющий в данном случае двойное назначение: он не только позволяет получить оптимальный химсостав ШОС на основе шламов ПКЗ, но и выполняет роль минерального водопоглотителя при подготовке шламов из отвалов ПКЗ к использованию. Для получения ШОС предлагаемым способом необязательно иметь сухие исходные компоненты, достаточно, чтобы они имели порошкообразный вид и дозировались без затруднений. Влажные шламы ПКЗ очень трудно сушить из-за их мелкого фракционного состава и соответственно сильного пылевыделения в процессе сушки, а также необходимости утилизации сточных вод. Применение вспученного перлита позволяет без изменения общего количества влаги в смеси шлама с перлитом сделать эту смесь порошкообразной и соответственно транспортабельной. Этим объясняется необходимость предварительного перемешивания шламов производства криолита с материалом на основе SiО2 до смешивания с лигнином. В процессе обжига с лигнином частицы ШОС спекают в частицы 0,1-10 мм и таким образом удается избежать тех сложностей, которые связаны с мелким фракционным составом шламов.
Опытным путем определено минимальное количество вспученного перлита для обезвоживания шламов до транспортабельного состояния - 20% к смеси минеральных компонентов на сухие массы, ниже этого количества приготовить транспортабельную смесь не удается даже при минимальной влажности шламов.
Максимальное количество SiО2-содержащих материалов составляет 60%, так как при большем содержании резко увеличивается вязкость расплавов ШОС, увеличивается их температура плавления сверх оптимальных величин (табл.2).
Совместно со вспученным перлитом целесообразно применять и другие материалы на основе: полевой шпат, слюда, зола ТЭЦ и т.д., так как добавка вспученного перлита сверх необходимого для обезвоживания шламов приводит к пылевыделению избыточного количества перлита при транспортировке и в местах пересыпок минеральной основы ШОС.
Оптимальная добавка материала на основе SiО2 40%, так как при этом обеспечиваются оптимальные служебные свойства ШОС.
Из данных табл.2 следует, что при широком варьировании состава минеральной основы ШОС свойства, определяющие качество ШОС - вязкость и температура плавления практически одинаковы, что определяет высокую стабильность металлургических результатов при применении ШОС на основе шламов ПКЗ.
При содержании шламов в смеси минеральных компонентов ШОС более 80% происходит дальнейшее понижение вязкости и температуры плавления, однако вследствие большого расхода таких ШОС и образования слоя защитного шлака на слитке большой толщины качество поверхности слитков при этом ухудшается, появляются шлаковые включения.
Промышленные испытания ШОС на основе шламов ПКЗ проводились в ККЦ-1 Новолипецкого металлургического комбината. Приготовления смесей проводилось на опытной базе ДМетИ.
Результаты испытаний приведены в табл.3.
Из данных табл.3 следует две особенности применения ШОС на основе шламов производства криолита: во-первых, при широком варьировании состава минерального наполнителя ШОС, в пределах оптимальных значений, металлургические результаты близки между собой; во-вторых, эти результаты существенно лучше, чем у смеси прототипа, приготовленной таким же способом, но с другим минеральным наполнителем. Оба эти результата имеют одно объяснение: стабильность физических свойств расплава ШОС при значительном колебании количества шламов производства криолита в составе ШОС.
При присадке ШОС на зеркало металла в кристаллизаторе, а в ряде случаев и при ее транспортировке происходит расслоение компонентов ШОС по удельному весу, легкие компоненты содержат больше углерода и быстрее попадают к стенкам кристаллизатора. В этих случаях важно, чтобы локальные участки ШОС имели близкие физические свойства (вязкость и температуру плавления), что позволяет избежать неравномерности толщины шлаковой пленки по поверхности затвердевающего слитка в кристаллизаторе МНЛЗ и соответственно избежать неравномерности теплоотвода от слитка к кристаллизатору и связанного с этим появления трещин.
П р и м е р 1. Для получения ШОС приготавливается смесь шлама производства криолита из отстойников ПКЗ влажностью 25% со вспученным перлитом, добавляемым до получения порошкообразного состояния шлама. Соотношение компонентов составляет 80% шлама и 20% вспученного перлита. Полученная смесь перемешивается с лигнином в соотношении 0,25:1 на сухие массы и обжигается при 400оС и коэффициенте избытка воздуха α =0,9.
Шлам производства криолита содержит мас.%: F 10; SiO2 15; Na2O+K2O 2; Са(ОН)+СаСО3 83. В указанных условиях получается ШОС состава, мас.%: C 16,2; CaO 37,4; SiO2 17,6; R2O 3,5; F 8,4. При температуре 1300оС вязкость расплава данной ШОС составляет 0,52 Па˙С, интервал плавления 1085-1183оС.
Применение полученной ШОС при отливке слябов 1440х240 на МНЛЗ со скоростью 0,5 м/мин показало, что поверхность сляба не содержит дефекта, шлаковые включения, пораженность продольными трещинами составляет 70 мм/пм, что в 2 раза ниже, чем при применении ШОС, изготовленной способом-прототипом.
П р и м е р 2. ШОС для кристаллизаторов МНЛЗ изготавливается с применением следующих минеральных компонентов, шлам производства криолита влажностью 45% , содержащий, мас. % : F 25; SiO2 5; R2O 5 и CaCО3+Са(ОН)2 65, вспученный перлит в сочетании с полевым шпатом (20 и 40% соответственно). Соотношение шлама и материала на основе SiО2 на сухие массы составляет 40/60.
Полученная смесь перемешивается с лигнином в соотношении 2:1 на сухие массы и обжигается при 1200оС и коэффициенте избытка воздуха α =0,5.
Полученная после обжига ШОС содержит, мас.%: C 10,7; CaO 21,5; SiO2 45,8; R2O 5,3; F 4,9. Данная ШОС имеет интервал плавления 1128-1210оС и вязкость при температуре 1300оС 0,58 Па˙C. При промышленном опробовании ШОС указанного состава произошло улучшение качества поверхности сляба 1440х240 по сравнению с применением ШОС-прототипа за счет уменьшения в 2,3 раза пораженности продольными трещинами (65 и 150 мм/пм сляба соответственно).
П р и м е р 3. Для получения ШОС оптимального состава используют шлам производства криолита влажностью 35%, содержащий, мас.%: F 15; SiO2 10 и R2O 3,5; вспученный перлит в сочетании с керамзитом (15-23% соответственно). Соотношение шлама и материалов на основе SiО2 60/40 на сухие массы. Полученная смесь добавляется к лигнину в соотношении 1:1 на сухие массы и обжигается при 800оС и коэффициенте избытка воздуха α =0,7.
Полученная после обжига смесь (ШОС) имеет оптимальный состав, мас.%: C 13,9; CaO 31,5; SiO2 30,6; R2O 4,1; F 7,5 и соответственно оптимальные физические свойства: интервал плавления 1060-1158оС и вязкость 0,44 Па˙С при температуре 1300оС.
При промышленном применении ШОС протяженность продольных трещин на непрерывнолитом слитке снизилась по сравнению со смесью-прототипом в среднем с 150 мм/пм до 45 мм/пм или в 3,1 раза.
Формула изобретения: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШЛАКООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСИ преимущественно для разливки стали на МНЛЗ, включающий перемешивание лигнина с минеральным наполнителем, содержащим материал на основе оксида кремния, в соотношении 1 : 0,25 - 2,0 в пересчете на сухое вещество и последующий обжиг при 400 - 1200oС и коэффициенте избытка воздуха α = 0,5 - 0,9 , отличающийся тем, что, с целью повышения качества поверхности непрерывнолитого слитка за счет улучшения жидкоподвижности расплава щлакообразующих смесей, в минеральный наполнитель дополнительно вводят шлам производства криолита при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Шлам производства криолита 40 - 80
Материал на основе оксида кремния, выбранный из группы, содержащей полевой шпат, вспученный перлит, слюду, керамзит, золу ТЭЦ 20 - 60
2.Способ по п.1, отличающийся тем, что шлам производства криолита имеет следующий состав, мас.%:
Фторсодержащие вещества 20 - 50
Оксид кремния 5 - 15
Оксиды щелочных металлов 1 - 3
Кальцийсодержащие вещества Остальное