Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩАЯ СМЕСЬ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к утеплению поверхности жидкой стали и чугуна в ковше во время разливки или транспортировки.

Известна теплоизолирующая смесь для разливки стали (Авт. свид. СССР №582054, МПК В 22 D 27/00, B 22 D 7/10, опубл. в БИ №44, 1977 г.). Смесь содержит углеродсодержащее вещество, в качестве которого используются древесные опилки, а также перлит вспученный. Опилки - отход деревообработки, перлит - силикатная составляющая вулканического стекла. Его вспучивание происходит при нагревании за счет удаления из его состава химически связанной воды. Вспученный перлит является теплоизолирующим материалом и в смеси с опилками за счет их горения обеспечивает теплоизоляцию поверхности стали.

Однако эта теплоизолирующая смесь имеет следующий недостаток:

- после полного сгорания опилок, что происходит в течение нескольких минут, теплоизолирующие свойства смеси резко снижаются, оставшийся в смеси вспученный перлит благодаря контакту с расплавленной сталью расплавляется и теряет свои теплоизолирующие свойства.

По этой причине такая смесь не может быть использована для теплоизоляции поверхности жидкой стали или чугуна в ковше при разливке или транспортировке, где необходимо поддерживать высокую температуру расплавленного металла в течение длительного времени.

Известна также смесь для теплоизоляции металла при разливке стали (Авт. свид. СССР №833367, МПК B 22 D 7/10, опубл. в БИ №20, 1981 г.). Смесь также содержит углеродсодержащую добавку и вспученный перлит. В качестве углеродсодержащей добавки смесь содержит графит аморфный и термоантрацит. Причем размер зерна термоантрацита составляет 0,2-0,4 части от величины зерна вспученного перлита, что обеспечивает равномерное распределение в смеси термоантрацита.

Благодаря использованию в качестве углеродсодержащей добавки графита и термоантрацита их горение происходит медленнее по сравнению, например, с опилками, а выделяющиеся при горении газы предохраняют перлит от расплавления и поддерживают его во вспученном состоянии на протяжении всего периода горения.

Таким образом, теплоизолирующие свойства смеси поддерживаются в течение всего периода горения смеси. Причем продолжительность этого периода недостаточна для времени от наполнения ковша и до его разливки и транспортировки.

Это является одним из недостатков теплоизолирующей смеси.

Другим недостатком смеси является дефицитность графита аморфного и термоантрацита. Кроме того, при использовании смеси выделение летучих и продуктов горения загрязняет воздушную атмосферу, особенно за счет горения термоантрацита.

Технической задачей изобретения является обеспечение требуемых теплоизолирующих свойств смеси на период от начала разливки и до окончания транспортировки ковша при исключении выхода летучих и снижение выхода продуктов горения в атмосферу.

Поставленная задача решается тем, что теплоизолирующая смесь включает углеродистую и силикатную составляющие и алюминиевый порошок. В качестве силикатной составляющей используют разновидность полевого шпата - амазонит, а в качестве углеродистой составляющей - молотый кокс, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

При этом размер фракции смеси составляет не более 3 мм при следующем соотношении фракций, мас.%:

В состав теплоизолирующей смеси входят следующие компоненты: полевой шпат (амазонит), кокс молотый и алюминиевый порошок.

Их назначение в смеси заключается в следующем.

Полевой шпат является сырьем для производства силикатных расплавов, в частности различных видов стекла.

В состав полевого шпата входят: SiO₂, AlO₃, К₂O, Na₂O и Fe₂O₃.

Как показывает практика, для получения вязкости с возможностью образования пористой структуры необходимо содержание К₂O и Na₂O в пределах 8,5÷10,2%, что обеспечивается содержанием полевого шпата (амазонита) в пределах 65-70%.

При содержании в смеси полевого шпата-амазонита меньше 65% вязкость расплава высокая, что приводит к неравномерному растеканию смеси по всей поверхности, и что, препятствует образованию пористой структуры смеси, а значит, приводит к снижению ее теплоизолирующей способности.

При содержании же в смеси полевого шпата-амазонита более 70% вязкость расплава слишком низкая, что приведет к устранению пор, а следовательно, и к снижению теплоизолирующей способности.

Таким образом, оптимальными пределами содержания в смеси полевого шпата-амазонита являются пределы 65-70 мас.%.

Кокс является главным горючим материалом в доменном и сталеплавильном производствах, а также углеродсодержащим компонентом многих теплоизолирующих материалов в металлургии.

Преимуществом кокса по сравнению с другими углеродсодержащими добавками, например древесными опилками и каменным углем, является то, что в процессе его горения при использовании в теплоизолирующих смесях не выделяются летучие вещества, загрязняющие воздушную среду.

Его назначение в смеси - обеспечение теплоизолирующей способности до начала горения, а затем и предотвращение охлаждения металла в процессе горения.

При расходах кокса менее на 20% выделяемого тепла недостаточно для предотвращения охлаждения жидкого металла.

При расходах же его в смеси более 25% возможно расслоение смеси и потеря теплоизолирующей способности.

На основании изложенного оптимальные пределы содержания кокса в смеси составляют 20-25%.

Алюминиевый порошок является третьим компонентом теплоизолирующей смеси.

Алюминиевый порошок используется обычно в составе экзотермических шлакообразующих смесей, используемых в сталеплавильном производстве.

В состав теплоизолирующей смеси алюминиевый порошок вводится в качестве горючего экзотермических реакций. В качестве окислителя этой реакции служат оксиды железа, содержащиеся в полевом шпате (амазоните) и в золе кокса в результате его горения, а также оксиды железа, содержащиеся в неметаллических включениях расплава металла.

Содержание алюминиевого порошка в теплоизолирующей смеси принято в пределах 9-11 мас.%.

Как показывает практика, при содержании в смеси алюминиевого порошка менее 9% разогрев смеси за счет экзотермической реакции незначителен, и поэтому в процессе горения кокса и после его сгорания этого тепла будет недостаточно для предотвращения охлаждения жидкого металла.

При содержании же в смеси алюминиевого порошка в количестве более 11% возможен перегрев смеси, снижение теплоизолирующей способности. Кроме того, при таких расходах алюминиевого порошка возможен интенсивный разгар огнеупорной футеровки сталеразливочного ковша в зоне горловины (в зоне шлакового пояса). Поэтому оптимальным содержанием алюминиевого порошка в смеси является содержание 9-11%.

Для обеспечения сыпучести заявляемой смеси размер фракции ее должен находиться в пределах 0,1-3 мм.

При размере фракции компонентов смеси менее 0,1 мм возможно агрегатирование частиц в крупные гранулы при равновесной влажности смеси около 2%, что не обеспечивает равномерное рассыпание смеси.

При размере фракции смеси крупнее 3 мм возможно расслоение смеси, что приводит к ее неравномерному распределению по поверхности расплава металла.

Содержание в смеси фракции 3-2 мм менее 1% приводит к повышению ее плотности, слеживаемости и снижению ее сыпучести.

В смеси с содержанием фракции 3-2 мм более 5% пористость смеси повышается, однако наблюдается неравномерность распределения алюминиевого порошка, что приводит к замедлению протекания экзотермической реакции.

При содержании фракции 2-1 мм в смеси менее 88% также повышается ее пористость, приводящая к неравномерности распределения алюминиевого порошка, что также приводит к замедлению протекания экзотермической реакции.

Содержание фракции 2-1 мм в смеси более 95% приводит к повышению плотности смеси и плохому перемешиванию с другими компонентами и особенно с молотым коксом, что снижает теплоизолирующие свойства смеси.

При содержании в смеси фракции 1-0,1 мм менее 5% повышается пористость смеси, что приводит к ухудшению перемешивания смеси с коксом и алюминиевым порошком, что также снижает качество смеси.

Содержание в смеси фракции 1-0,1 мм более 6% приводит к повышению плотности смеси, что также снижает ее качество.

Пример конкретного выполнения

В сталеплавильном цехе ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" провели опыты по использованию теплоизолирующих смесей в сталеразливочных ковшах номинальной емкостью 175 тонн при выплавке стали марки Ст3сп. Провели 18 плавок - плавки №93777÷93794.

В опытах использовали теплоизолирующую смесь в соответствии с прототипом и заявляемую смесь.

В составе заявленной смеси использовали следующие материалы:

- кокс сухой молотый по СТП 101-68-98;

- полевой шпат (амазонит) Вишневогорского месторождения по ТУ 5726-96;

- алюминиевый порошок вторичный пассированный марки АПВ-П по ТУ 1790-99.

В опытах использовали следующие составы смесей:

Получены следующие результаты: перепад температуры при разливке в машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) составил при использовании теплоизолирующей смеси по прототипу 14,7°С, заявляемой теплоизолирующей смеси (составы 1, 2, 3) - 12°С, что ниже на 23%.