теплоизолирующая смесь
Классы МПК: | B22D7/00 Отливка слитков |
Автор(ы): | Тарасов Анатолий Федорович (RU), Курбацкий Михаил Никитович (RU), Сарычев Александр Валентинович (RU), Осипов Владимир Алексеевич (RU), Кунгурцев Владимир Николаевич (RU), Бахчеев Николай Федорович (RU), Хоменко Александр Андреевич (RU), Казаков Сергей Иванович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-06-20 публикация патента:
20.12.2006 |
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к утеплению поверхности жидкой стали и чугуна в ковше во время разливки или транспортировки. Смесь содержит, мас.%: полевой шпат-амазонит 65-70, кокс молотый 20-25, алюминиевый порошок 9-11. Размер фракции смеси составляет не более 3 мм, при следующем соотношении фракций, мас.%: фракция 3-2 мм 1-5, фракция 2-1 мм 88-95, фракция 1-0,1 мм 5-6. Технический результат: обеспечение требуемых теплоизолирующих свойств смеси на период от начала разливки и до окончания транспортировки ковша при исключении выхода летучих и снижения выхода продуктов горения в атмосферу. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Формула изобретения
1. Теплоизолирующая смесь, включающая углеродистую и силикатную составляющие, алюминиевый порошок, отличающаяся тем, что в качестве силикатной составляющей она содержит разновидность полевого шпата - амазонит, а в качестве углеродистой составляющей - молотый кокс при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Полевой шпат - амазонит | 65-70 |
Кокс молотый | 20-25 |
Алюминиевый порошок | 9-11 |
2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что размер фракции смеси составляет не более 3 мм при следующем соотношении фракций, мас.%:
3-2 мм | 1-5 |
2-1 мм | 88-95 |
1-0,1 мм | 5-6 |
Описание изобретения к патенту
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.%:
Полевой шпат (амазонит) | 65-70 |
Кокс молотый | 20-25 |
Алюминиевый порошок | 9-11 |
При этом размер фракции смеси составляет не более 3 мм при следующем соотношении фракций, мас.%:
Фракция 3-2 мм | 1-5 |
Фракция 2-1 мм | 88-95 |
Фракция 1-0,1 мм | 5-6 |
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 К2 O 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:
Таблица | |||
№ состава | Содержание компонентов, мас.% | ||
Полевой шпат | Кокс молотый | Алюминиевый порошок | |
1 | 65 | 25 | 10 |
2 | 67 | 22 | 11 |
3 | 70 | 20 | 10 |
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%.
Класс B22D7/00 Отливка слитков