Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОЙ ШЛАКООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСИ

Предлагаемое изобретение относится к металлургии, а именно к способам изготовления гранулированных шлакообразующих смесей, используемых при непрерывной разливке стали.

Известен способ получения для непрерывной разливки стали флюса в форме сферических гранул (Патент РФ, №2062679, кл. 6 B 22 D 11/00, 1996, Бюл. №18), заключающийся в гранулировании водной суспензии из компонентов флюса путем капельного распыления и проведения термической обработки образующихся гранул при температуре 1600-2400°С.

Недостатками такого способа являются сложность создания температуры 1600-2400°С во всем пространстве сушильной камеры, а также высокий выход гранул пылевидной фракции - 15-20%.

Более близким техническим решением является способ получения гранулированной шлакообразующей смеси, заключающийся в гранулировании водной суспензии из материалов смеси с введением графита в подогретый до 30-50°С 15-25% раствор хлористого кальция и термической обработке образовавшихся гранул в атмосфере неполного сгорания топлива при температуре 540-680°С (Патент РФ №2024347, кл. 5 B 22 D 11/00, 1994, Бюл. №23).

Недостатками такого способа является сложность подготовки суспензии из-за дополнительной операции по введению в нее графита и необходимость приготовления подогретого до 30-50°С 15-25% раствора хлористого кальция, а также высокая температура термообработки гранул - 540-680°С, при которой резко снижается прочность гранул. Отсутствуют также рекомендации по соотношению расходов топлива и воздуха (кислорода), что приводит к снижению стабильности выхода годных гранул.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения гранулированной шлакообразующей смеси, включающий измельчение и перемешивание ингредиентов в водной суспензии, введение лигносульфоната (ЛСТ) и карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) в нее, гранулирование и термическую обработку гранул в сушильной камере при температуре 150-400°С (Патент РФ №2100131, кл. B 22 D 11/00, 1997, Бюл.№36).

Недостатком данного способа является недостаточно эффективная термообработка гранул в сушильной камере, вследствие чего истираемость полученных гранул несколько повышена и количество пылевидной фракции (0,063 мм и менее) после транспортировки и перегрузок увеличивается с 5-6% до 10-15%.

Отсутствует также технология температурной последовательности процесса термической обработки получаемых гранул в пределах 150-400°С.

В случае выхода термообработанной гранулы из сушила с максимальной температурой в 400°С в атмосферу с температурой 20-25°С от резкого перепада температур гранулы теряют в значительной степени стойкость к истиранию, количество пылевидной фракции увеличивается до 14%. В случае, если гранулы подвергаются термообработке только при температуре 150°С, то они содержат избыток влаги, что также снижает их прочность и стойкость к истиранию при транспортировке и пересылках.

Использование смесей с повышенным содержанием пылевидной фракции при непрерывной разливке стали из-за недостаточной текучести слоя засыпки на мениске стали в кристаллизаторе приводит к образованию неравномерного по периметру кристаллизатора по толщине слоя расплава, поступающего в зазор между кристаллизатором и слитком, и, как следствие, образованию разнотолщинной волнистой корочки, формирующейся в кристаллизаторе заготовки, и, следовательно, к возникновению трещин и уменьшению выхода годного металла.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении стойкости гранул к истиранию для получения поверхности непрерывнолитой заготовки высокого качества и увеличении выхода годного металла.

Положительный результат достигается тем, что в способе получения гранулированной шлакообразующей смеси, используемой при непрерывной разливке стали, включающем измельчение и перемешивание ингредиентов в водной суспензии, введение лигносульфоната (ЛСТ) и карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), гранулирование и термическую обработку полученных гранул в сушильной камере при температуре 150-400°С, в отличие от ближайшего аналога гранулирование осуществляют распылением суспензии в сушильную камеру в среду продуктов сгорания смеси природного газа и воздуха при соотношении 1:(1,1-1,5). Кроме того, температуру термообработки гранул вначале равномерно повышают от минимальной температуры 150°С до максимальной 400°С, после чего ее равномерно понижают от максимальной температуры 400°С до минимальной 150°С на выходе из сушильной камеры.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие отличительных признаков предлагаемого способа получения гранулированной шлакообразующей смеси с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

При соотношении природного газа и воздуха более 1:1,1 (т.е. при уменьшении количества воздуха (кислорода) в смеси) не достигается требуемая минимальная температура (150°С) термообработки, влажность гранул увеличивается до 0,8-1,0% и более, стойкость гранул к истиранию резко уменьшается, слой засыпки из таких гранул в кристаллизаторе комкуется, растекаемость их по зеркалу металла ухудшается, что приводит к неравномерной толщине слоя засыпки и, как следствие, к ухудшению качества поверхности непрерывнолитого слитка, образованию поверхностных трещин и шлаковых включений.

При соотношении природного газа и воздуха менее 1:1,5 (т.е. увеличении количества воздуха в смеси) в продуктах сгорания содержатся лишь оксиды углерода и водорода, факел обладает в значительной мере окислительными свойствами, содержащийся в гранулах углерод графита окисляется с образованием газообразных продуктов реакции окисления, корочка образовавшейся гранулы, пронизанная порами, становится непрочной, что приводит к разрушению гранул в процессе транспортировки и технологических пересыпок, количество пылевидной фракции резко увеличивается.

Оптимальным соотношением количества природного газа и воздуха в смеси является 1:1,3. при таком соотношении в объеме сушила образуется яркий светящийся факел продуктов сгорания, что свидетельствует о восстановительных свойствах факела, при этом углерод в гранулах не окисляется, газовых пор в корочке гранулы не образуется, гранула наиболее прочна. Содержание влаги в гранулах не превышает 0,2%.

При этом достигается минимальное содержание влаги в гранулах (до 0,17%) и минимальное количество пылевидной фракции (до 3,5%).

Равномерность повышения и понижения температур термообработки гранул достигается за счет соответствующего расположения газовых горелок сушила и соотношения расходов природного газа и воздуха.

При неравномерном повышении температуры термообработки от 150°С до 400°С и неравномерном снижении ее от 400°С до 150°С происходят дискретные перегревы гранул, приводящие к снижению их прочности и, следовательно, истиранию гранул. Количество пылевидной фракции увеличивается.

Пример конкретного выполнения способа

Подготовленные шихтовые материалы для смесей (цемент, песок, плавиково-шпатовый концентрат, аморфный графит и силикатную глыбу) загружали в мельницы мокрого помола, измельчали до достижения 90-96% всех частиц размеров 0,063 мм при отношении воды к массе сухих ингредиентов 0,8-1,2/1, перемешивали, а ЛСТ и КМЦ вводили в количестве 0,5-5,0% каждого от массы сухих ингредиентов при отношении друг к другу 0,5-1,5, гранулировали путем распыления готовой суспензии и подвергали термической обработке при температуре 150-400C° в распылительном сушиле башенного типа в среде продуктов сгорания смеси природного газа и воздуха.

Высушенные гранулы засыпали в металлические контейнеры и перевозили автотранспортом в отделение непрерывной разливки стали, где их пересыпали в расходные коробки.

Для оценки качества гранулированных шлакообразующих смесей из расходных коробок отбирали пробы смесей по 0,5 кг и определяли в них содержание пылевидной фракции (0,063 мм и менее).

В первом примере конкретного осуществления подготовленную суспензию распыляли под давлением через форсунки в сушильную камеру в атмосферу продуктов сгорания природного газа и воздуха в соотношении 1:1,1.

Во втором примере соотношение расходов природного газа и воздуха составляло 1:1,5.

В третьем примере соотношение расходов природного газа и воздуха составляло 1:1,3 (оптимальный вариант).

Результаты изготовления гранулированных смесей с разными режимами (пример 1-3) приведены в таблице.

Как следует из данных таблицы, качество полученных шлакообразующих смесей по новой технологии значительно выше, чем по известной, снижено количество пылевидных фракций до и после транспортировки и пересыпки, а также снижено содержание влаги.

Распыление водной суспензии производится из форсунок, размещенных в сушильной камере в зоне минимальных температур.

При проведении термообработки гранул вначале с равномерным повышением температур в сушильной камере от минимальной (150°С) до максимальной (400°С) и последующим равномерным снижением от максимальной (400°С) до минимальной (150°С) и с соотношением расходов природного газа, равным 1:1,3, содержание пылевидной фракции в готовой смеси до транспортировки составляло 2,8-3,1% после транспортировки и пересыпки составляло 3,0-3,3%, а содержание влаги не превышало 0,15%.

Как видно, регламентирование термообработки также способствует повышению качества смеси, снижению количества пылевидной фракции.

Для проведения испытаний в промышленных масштабах была изготовлена по оптимальному варианту (пример 3) с равномерным повышением температуры от 150°С до 400°С и последующим равномерным снижением температуры термообработки с 400°С до 150°С 371 тонна гранулированной смеси.

Использование при непрерывной разливке стали в кристаллизаторах этих смесей с пониженным содержанием пылевидной фракции привело к повышению качества поверхности непрерывнолитых слитков - отсортировка слябов по поверхностным дефектам «трещины» и «шлаковые включения» снизилась соответственно на 14,3 и 3,8%.