СМАЗОЧНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ПРОЦЕССОВ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение касается смазочного состава, который может быть использован при разливке стали, в частности, в процессах непрерывного литья.

Предпосылки изобретения

Известны два основных вида процессов непрерывной разливки стали, т.е. «разливка в закрытые формы» и «разливка в открытые формы». При разливке в закрытые формы использование специальной трубы, изготовленной из керамического материала, известной как «погруженное впускное сопло» (SEN), для передачи жидкой стали из промежуточного разливочного устройства в литейную форму, позволяет использовать самые современные системы смазки, состоящие из непрерывных литейных порошков. И наоборот, при разливке в открытые формы, стоимость которой благодаря применению погруженного впускного сопла, безусловно, снижается, используют смазочные масла минерального, растительного или синтетического происхождения. Однако такой вид смазывающего вещества не всегда обеспечивает эффективную смазку. В результате образуется слишком большое количество окалины, трещин, перекашивание и возникают трудности с расслоением.

Литейные порошки, которые, как указано, используются при разливке в закрытые формы, обычно состоят из смеси различных минералов. Согласно принятым технологиям производства такие порошки доступны в различных видах, например распыленные гранулированные порошки, экструзионные порошки и порошки, полученные спеканием. Что касается химического состава, литейные порошки состоят из сложной смеси углерода, различных оксидов минерального или синтетического происхождения (включая SiO₂, Al₂O₃, Na₂O, CaO) и других материалов.

Существуют четыре основные функции, выполняемые смазочными порошками, вводимыми в поверхность расплавленной стали, и они могут быть суммированы следующим образом: i) теплоизоляция жидкой стали в литейной форме для СС (непрерывное литье) для предотвращения ее затвердевания; ii) защита поверхности стали от окисления; iii) смазка и регулирование теплообмена между стенкой изложницы и наружной оболочкой затвердевшей стали; iv) абсорбирование возможных неметаллических включений из стали. После засыпания в изложницу порошки теряют часть углерода в результате окисления и нагреваются в контакте с жидкой сталью, формируя спеченный слой и расплавленный слой. Последний распределяется по всей свободной поверхности стали и благодаря качанию литейной формы проникает в пространство между ней и самой верхней оболочкой затвердевшей стали. Таким образом, жидкий слой действует как смазка. Проникшая жидкость, в свою очередь, частично затвердевает в контакте с изложницей, стенку которой обычно охлаждают водой, формируя слой твердого шлака. Задачей такого слоя является обеспечение адекватного уровня теплообмена между затвердевшей стальной оболочкой и изложницей.

Литейные порошки позволяют получать сталь лучшего качества, но их недостаток заключается в плохой обрабатываемости, что затрудняет их применение при разливке в открытые формы. В частности, использование литейного порошка является затруднительным из-за необходимости использования специальных систем подачи, включающих электромеханические, электронные и автоматические детали.

Раскрытие изобретения

Поэтому задачей настоящего изобретения является разработка смазочного состава для литейной формы, который может быть использован как в открытых, так и закрытых процессах непрерывной разливки, характеризуемых хорошей обрабатываемостью при его использовании в процессе, продолжительным сроком хранения, что позволяет обеспечить стандарт высокого качества получаемой таким образом стали.

Поставленная задача может быть достигнута благодаря использованию смазочного состава для литейной формы, заявленного в прилагаемой формуле изобретения, определения в которой составляют неотъемлемую часть данной патентной заявки.

Подробное описание изобретения

Задачей настоящего изобретения является смазочный состав для процессов производства стали с непрерывной разливкой, включающий дисперсию смазочного порошка в жидкой среде. Смазочный порошок может представлять собой любой литейный порошок, обычно используемый в процессах непрерывного литья. В частности, смазочный порошок, подходящий для достижения целей настоящего изобретения, может быть сформулирован таким образом, чтобы максимизировать уровень фазового перехода с целью формирования первой жидкой фазы при температуре менее 600°С, предпочтительно примерно 580°С, и получить, в результате, расплавленный шлак, оказывающий хорошее смазывающее действие на систему.

В варианте воплощения такой смазочный порошок включает углерод в графите, измельченный кокс или ламповую сажу, SiO₂, Al₂O₃, Na₂O, CaO, фториды, оксиды переходных металлов и другие оксиды и имеет следующие характеристики:

- индекс основности в пересчете на СаО/SiO₂ масс./масс. составляет 0,25÷1,8;

- содержание щелочи составляет 0,1÷15,0 масс.%;

- содержание щелочноземельного металла составляет 0,1÷45,0 масс.%;

- содержание глинозема составляет 0,1÷25,0 масс.%;

- содержание MnO, MnO₂ и Fe₂O₃ составляет 0,1÷15,0 масс.%;

- содержание фторида, F^-, составляет 0,1÷14,0 масс.%;

- содержание других оксидов, таких как TiO₂, B₂O₃, La₂O₃, составляет 0,1÷15,0 масс.%;

- средний размер частиц компонентов составляет 0,1÷15,0 мкм, измеренный в соответствии со стандартным способом ASTM D4464-10.

Размер твердых частиц является важной характеристикой, поскольку он определяет максимальный упаковочный множитель (Ф_m) и, следовательно, относительную вязкость дисперсии.

Жидкая среда предпочтительно представляет собой маслянистую среду. Могут быть использованы смазочные масла, обычно используемые в процессах такого типа. В варианте воплощения маслянистая среда включает в основном сложные глицериновые эфиры жирных кислот или поли-α-олефины.

Жидкая среда выполняет функцию носителя твердого компонента. Поэтому смазочный состав может быть загружен с использованием известных закачивающих устройств.

Жидкая среда реализует кинематическую вязкость, μ₀, составляющую от 25 до 100 мм²/сек при 40°С (ASTMD445, гравиметрический способ с капиллярным вискозиметром), и имеет температуру застывания ≤-20°С, измеренную согласно стандартному способу ASTM D-97. Последняя особенность позволяет избегать формирования шлама при низких температурах.

Другой важной особенностью смазочного состава согласно настоящему изобретению является доля в объеме Ф отношения твердого компонента к жидкому компоненту, рассчитываемая согласно выражению Ф=С_m/ρ_p, в котором С_m представляет собой весовую концентрацию твердого компонента в жидком компоненте, а ρ_p представляет собой насыпную плотность твердого компонента. При использовании смеси твердых компонентов, как в данном случае, ρ_p представляет собой средневзвешенные величины ρ_p дискретных компонентов, описанных в соответствующей литературе.

Смазочный состав согласно настоящему изобретению имеет долю в объеме Ф твердого вещества, диспергированного в жидкой среде, составляющую от 0,10 до 0,65; плотность ρ_d, составляющую от 1,0 до 1,8 кг/л (измеренную согласно стандартному способу ASTM D1298), и относительную вязкость η_r=η/μ₀, составляющую от 1,25 до 2,50, при этом η представляет собой кинематическую вязкость дисперсии при 40°С (измеренную согласно стандартному способу ASTMD445), а μ₀ представляет собой кинематическую вязкость жидкой среды при 40°С (измеренную согласно стандартному способу ASTMD445).

Смазочный состав согласно настоящему изобретению получают способом, включающим следующие рабочие стадии:

а) подготовка смазочного порошка, имеющего средний размер частиц, составляющий от 20 до 40 микрон, и предпочтительно имеющего температуру начала плавления менее 600°С, предпочтительно примерно 580°С;

b) подготовка жидкой среды, реализующей кинематическую вязкость, μ₀, составляющую от 25 до 100 мм²/сек при 40°С (измеренную согласно стандартному способу ASTMD445);

с) диспергирование упомянутого смазочного порошка в упомянутой жидкой среде.

Термин «температура начала плавления» в контексте данного описания означает самую низкую температуру, при которой твердые вещества начинают плавиться, т.е. температуру, при которой формируется первая капля жидкости. Такое определение применимо к смеси веществ, обычно плавящихся в широком диапазоне температур.

В варианте воплощения стадию а) придания смазочному порошку желаемого размера частиц осуществляют, измельчая гранулят с помощью молотковых мельниц, шаровых мельниц или струйных мельниц и/или просеивая гранулят через сита с соответствующим размером ячеек сетки.

В варианте воплощения стадию с), включающую диспергирование твердого вещества в жидкости, осуществляют, загружая твердое вещество в жидкость и используя диспергатор, имеющий импеллер с числом Рейнольдса ≤10. Например, может быть использован диск с шестью лопастями, такой как в турбине Раштона (Rushton); пильный импеллер, такой как в импеллере Cowles, якорные импеллеры, спиральные ленточные импеллеры или импеллеры типа Ekato PARAVISC (Ekato, Handbook).

В варианте воплощения, во время введения смазочного порошка в жидкую среду согласно стадии с), скорость импеллера постепенно или дискретно повышают с 80-120 об/мин до 250-450 об/мин, после чего скорость повышают до 650-950 об/мин в течение периода времени, составляющего от 45 минут до 80 минут.

Более конкретно, жидкую среду загружают в диспергатор, а затем постоянно перемешивают с низкой скоростью, например, около 100 об/мин, после чего порциями загружают смазочный порошок. Каждый раз при введении твердого вещества вязкость повышается, поэтому скорость импеллера также повышается, обычно до 300-400 об/мин. После последнего введения скорость импеллера доводят до 700-900 об/мин в течение примерно 50 минут. Удостоверившись, что плотность и вязкость смеси не выходят за указанные выше пределы, смесь перемешивают со скоростью 700-900 об/мин в течение еще 10 минут и перепроверяют величины таких характеристик, которые должны быть постоянными в рамках точности измерений.

Стадия с) может включать стадию предварительного смешивания твердого вещества и жидкости в соответствующих, указанных выше пропорциях. Такое предварительное смешивание может быть, например, осуществлено в мешалке с лемешными лопастями.

Способ согласно настоящему изобретению позволяет получать текучую среду, реализующую неньютоновский характер, получаемый в результате регулирования предела ее текучести посредством тиксотропной величины, обеспечиваемой диспергированием твердого компонента в жидкую среду. В результате, скорость оседания снижается желательным образом.

В другом варианте воплощения способ согласно настоящему изобретению осуществляют за одну стадию, вводя смесь смазочного порошка в жидкую среду в шаровой мельнице или в коллоидной мельнице и одновременно обеспечивая как измельчение твердого вещества, так и его диспергирование в жидкой среде. Однако в данном варианте воплощения регулирование размера зерен твердого вещества не является оптимальным.

Подразумевается, что смазочный состав согласно настоящему изобретению может быть адаптирован к различным технологическим требованиям и к различным получаемым сортам стали, оставаясь в рамках пределов указанных выше параметров. Например, можно адаптировать кинематическую вязкость смазочного вещества к конкретным требованиям по его загрузке в непрерывную литейную машину, принимая во внимание нагрузочные потери линии подачи, или можно адаптировать часть диспергированного твердого вещества таким образом, чтобы для закачивания такого же объема можно было загружать в непрерывную литейную машину соответствующее количество диспергированного порошка. Более того, состав последнего может быть, в свою очередь, адаптирован к требованиям процесса, которым обычно должны отвечать порошки для непрерывного литья, и, в частности, индекс основности может быть адаптирован в зависимости от получения сортов стали, чувствительных к прилипанию или растрескиванию. Например, при отливке конструкционной стали в виде квадратных заготовок сечением 145÷160 мм со скоростью 2,5÷3,5 м/мин смазывающее вещество может иметь следующие характеристики:

- содержание твердой фракции составляет 55÷60 масс.%;

- жидкая основа, состоящая из сложного глицеринового эфира олеиновой кислоты, реализует кинематическую вязкость, составляющую от 60 до 75 мм²/сек при 40°С;

- относительная вязкость смазывающего вещества составляет от 3,7 до 4,2;

- индекс основности в пересчете на СаО/SiO₂ масс./масс. составляет 0,81±0,05;

- содержание щелочи составляет 5,0÷8,0 масс.%;

- содержание извести составляет 35,0÷39,0 масс.%;

- содержание кремнезема составляет 44,0÷48,0 масс.%;

- содержание глинозема составляет менее 2,0 масс.%;

- содержание фторида, F^-, составляет 5,0÷7,0 масс.%;

- средний размер частиц компонентов составляет 0,1÷40 мкм.

Смазочный состав согласно настоящему изобретению может быть использован в количествах, составляющих от 100 до 500 г/тонну стального литья.

Использование смазочного состава согласно настоящему изобретению позволило получить существенные преимущества в процессах непрерывного литья при разливке как в отрытые, так и закрытые формы, такие как отсутствие перекашивания и последующее отсутствие трещин у краев, повышение выхода благодаря существенному снижению уровня образования окалины (уменьшение массы окалины на 30-70%) и снижение уровня формирования трещин в целом.

Другим важным преимуществом является возможность повышения скорости литья после соответствующего регулирования потоков первичной и вторичной охлаждающей воды.

Использование смазочного состава согласно настоящему изобретению также позволяет использовать в качестве источника стали скрап плохого качества, позволяющий отливать сталь, содержащую до 30 м.д. серы.

В заключение, смазочный состав согласно настоящему изобретению имеет преимущество, типичное для масел, т.е. легкость при хранении, легкость при обработке, он не вызывает образования взвешенной пыли во время использования, реализует более низкую восприимчивость к влаге, имеет более длительный срок службы, не теряя при этом стандартов качества, обычно достигаемых при использовании литейных порошков. Другое преимущество заключается в улучшенной совместимости с окружающей средой по сравнению с известными смазочными составами.

Безусловно, для специалиста в данной области техники очевидны дополнительные модификации и варианты смазочных составов согласно настоящему изобретению для удовлетворения непредвиденных и специфических требований, которые, в любом случае, входят в объем защиты настоящего изобретения, определяемый следующей формулой изобретения.