способ получения гранулированной шлакообразующей смеси

Формула изобретения

Способ получения гранулированной шлакообразующей смеси для непрерывной разливки стали, включающий подготовку водной суспензии из ингредиентов смеси, гранулирование путем распыления суспензии в сушильной камере в среде продуктов сгорания смеси природного газа и воздуха при их соотношении 1:(1,1-1,5) и термическую обработку полученных гранул при температуре 150-400°С, отличающийся тем, что при подготовке водной суспензии в нее в качестве основного шлакообразующего ингредиента вводят доменный шлак, состоящий преимущественно из оксидов кальция и кремния, в количестве 55-75% от общей массы сухих ингредиентов и дополнительно вводят жидкое натриевое стекло в количестве 5-45% от общей объемной массы водной суспензии.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ получения используемой при непрерывной разливке стали гранулированной шлакообразующей смеси (ШОС), заключающийся в подготовке водной суспензии из ингредиентов смеси (подготовка водной суспензии заключается в измельчении ингредиентов в водной среде, введении в нее лигносульфоната (ЛСТ) и карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и перемешивании), гранулировании готовой суспензии путем ее капельного распыления в сушильной камере и термической обработке образовавшихся гранул в атмосфере неполного сгорания топлива при температуре 540-680°С (патент РФ №2024347, кл. 5 В22D 11/00, 1994, Бюл. №23).

Недостатками такого способа являются сложность подготовки суспензии из-за дополнительной операции по введению в нее графита и необходимость подогревания до 30-50°С 5-25% раствора хлористого кальция, а также высокая температура термообработки гранул - 540-680°С, при которой резко снижается прочность гранул.

Более близким техническим решением является способ получения для непрерывной разливки стали гранулированной шлакообразующей смеси, содержащей в качестве основного (по массе) шлакообразующего ингредиента преимущественно из оксидов кальция и кремния цемент, включающий подготовку водной суспензии из ингредиентов смеси (подготовка водной суспензии заключается в измельчении ингредиентов до содержания 90-95% частиц размером не более 0,063 мм, введении в суспензию технологических добавок ЛСТ и КМЦ и перемешивании суспензии), гранулирование подготовленной суспензии путем капельного распыления и термической обработки образовавшихся гранул в сушильной камере при температуре 150-400°С (патент РФ №2100131, кл. В22D 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 перегрузки смеси увеличивается с 5-6% до 10-15%.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения используемой при непрерывной разливке стали гранулированной шлакообразующей смеси, содержащей в качестве основного (по массе) шлакообразующего ингредиента преимущественно из оксидов кальция и кремния цемент, включающий подготовку водной суспензии из ингредиентов смеси, гранулирование в сушильной камере путем распыления суспензии в среду продуктов сгорания смеси природного газа и воздуха при соотношении 1:(1,1-1,5) и термическую обработку полученных гранул при температуре 150-400°С (патент РФ №2271894, кл. В22D 11/00, B01J 2/02, опубл. 20.03.06).

При использовании данного способа прочность гранул смеси повысилась - содержание пылевидной фракции после транспортировки и перегрузки смеси снизилось до 3,4-3,9% (в среднем 3,65%).

Однако после перегрузки и длительного хранения содержание влаги в смеси увеличивается до 0,8-1,0%, а количество пылевидной фракции увеличивается до 8-9%.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении качества гранулированной ШОС за счет увеличения прочности гранул смеси, снижении содержания в ней пылевидной фракции и уменьшении ее влажности.

Положительный результат достигается тем, что в способе получения гранулированной шлакообразующей смеси для непрерывной разливки стали, включающем подготовку водной суспензии из ингредиентов смеси, гранулирование путем распыления суспензии в сушильной камере в среде продуктов сгорания смеси природного газа и воздуха при их соотношении 1:(1,1-1,5) и термическую обработку полученных гранул при температуре 150-400°С, в отличие от ближайшего аналога при подготовке водной суспензии в нее в качестве основного шлакообразующего ингредиента вводят доменный шлак, состоящий преимущественно из оксидов кальция и кремния, в количестве 55-75% от общей массы сухих ингредиентов, и дополнительно вводят жидкое натриевое стекло в количестве 5-45% от общей объемной массы водной суспензии.

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

При введении в суспензию доменного шлака в количестве менее 55% и жидкого натриевого стекла в количестве более 45% повышения прочности гранул не происходит, а основность готовой гранулированной ШОС становится менее 0,7, что, как общеизвестно, снижает ее качество и практически исключает возможность использования такой смеси при непрерывной разливке стали в кристаллизаторе МНЛЗ. Доменный гранулированный шлак для подготовки суспензии эффективнее применять в предварительно молотом виде.

При введении в суспензию доменного шлака в количестве более 75% и жидкого стекла в количестве менее 5% качество гранулированной ШОС снижается за счет резкого снижения прочности гранул и увеличения в смеси количества пылевидной фракции. Влажность готовой гранулированной ШОС увеличивается.

Пределы содержаний доменного шлака и жидкого натриевого стекла в составе гранулированной ШОС позволяют получать смесь с основностью преимущественно в пределах 0,80-1,25.

Совместное использование доменного шлака и жидкого натриевого стекла в заявленных соотношениях при подготовке водной суспензии из всех ингредиентов ШОС не приводит к существенному изменению текучести или вязкости суспензии в течение периода ее подготовки, транспортировки по трубопроводам и распыления ее в сушильной камере.

Оптимальным соотношением расходов в суспензию является 65% доменного шлака от общей массы сухих ингредиентов, а жидкого стекла - 25% от общей ее объемной массы. Гранулы смеси обладают высокой прочностью, а содержание пылевидной фракции готовой смеси становится весьма низким. Очень низким является содержание влаги в готовой гранулированной ШОС и после длительного периода ее хранения.

Примеры конкретного выполнения способа

Подготовленную водную суспензию из ингредиентов смеси с доменным шлаком (СаО=36±5%, SiO₂ =30±5%, Al₂O₃ =12±3%) вместе цементом и с жидким натриевым стеклом (SiO ₂=23±5%, Na₂O=10±4%) гранулировали путем распыления ее в сушильную камеру в среду продуктов сгорания смеси природного газа и воздуха при соотношении 1:(1,1-1,5), а термическую обработку образовавшихся гранул проводили при температуре 150-400°С.

В подготавливаемую суспензию вводили доменный шлак и цемент в количестве 55-75% от общей массы сухих ингредиентов, а жидкое натриевое стекло - в количестве 5-45% от общей объемной массы водной суспензии.

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

Для получения более точных сравнительных данных по прочности гранул смесей, производимых по известному и новому способам, использовали следующую методику: пробы смесей помещали на поддоны лабораторной вибрационной установки и вибрационное истирание производили в течение одного часа, что соответствовало многократной перегрузке (пересыпке) смеси.

В первом примере конкретного осуществления в подготавливаемую суспензию вводили доменный шлак в количестве 75% от общей массы сухих ингредиентов. Жидкое стекло вводили в количестве 5% от общей объемной массы водной суспензии. Остальные сухие ингредиенты составляли: 5% графита, 10% шпата плавикового и 10% силикатной глыбы. Основность смеси 1,0. Во втором примере доменный шлак вводили в количестве 55% от общей массы сухих ингредиентов. Жидкое стекло вводили в количестве 45% от общей объемной массы водной суспензии. Остальные сухие ингредиенты составляли: 20% графита, 20% шпата плавикового и 5% кварцевого песка. Основность смеси 0,90. В третьем примере доменный шлак вводили в количестве 65% от общей массы сухих ингредиентов. Остальные сухие ингредиенты: 10% графита, 15% шпата плавикового и 10% песка кварцевого. Основность смеси 1,10. Жидкое стекло вводили в количестве 25% от общей объемной массы водной суспензии (оптимальный вариант).

В опытах плотность подготовленной суспензии составляла 1,35-1,50 г/см³, а плотность жидкого стекла - 1,25-1,45 г/см³ . Расходы природного газа и воздуха поддерживали в соотношении 1:1,3.

Результаты изготовления и испытания гранулированных шлакообразующих смесей по известному и заявляемому способам приведены в таблице.

Таблица
Содержание влаги и пылевидной фракции в гранулированных шлакообразующих смесях
Способ изготовления		Содержание в смесях, мас.%
		Влага			Пылевидная фракция (0,063 мм и менее)
		в готовой смеси	после хранения в течение		в готовой смеси	после перегрузки и хранения в течение 10 суток
			5 суток	10 суток
По патенту №2271894 (прототип)		0,18	0,49	0,89	3,2	8,8
По заявляемому способу	Пример 1	0,15	0,17	0,20	1,2	1,5
	Пример 2	0,10	0,12	0,13	1,0	1,3
	Пример 3	0,09	0,11	0,13	1,1	1,3

Как следует из данных таблицы, качество полученных гранулированных шлакообразующих смесей по новой технологии значительно выше, чем по известной, снижено количество пылевидной фракции в свежеизготовленной смеси в среднем в 2,9 раза, а после перегрузки и хранения в открытых коробках в течение 10 суток - в среднем в 6,4 раза. Содержание влаги в свежеизготовленной смеси снижено в среднем в 1,6 раза, после хранения в течение 5 суток - в среднем в 3,5 раза и после хранения в течение 10 суток - в среднем в 5,8 раза.

Снижение влагопоглотительной способности гранулированной ШОС, полученной по новой технологии, позволяет существенно увеличить срок хранения готовой смеси без снижения ее качества.

Себестоимость изготовления 1 т гранулированных шлакообразующих смесей по новой технологии снижена без учета расходов по переделу в среднем на 21%.

Подготовлено «Изменение» к Технологической Инструкции по изготовлению гранулированных шлакообразующих смесей с использованием доменного шлака и жидкого натриевого стекла и увеличению срока хранения изготовленных гранулированных ШОС в открытых коробках до 10 суток.