Теплоізолююча суміш

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к теплоизолирующим смесям, применяемым при разливке спокойной стали. Известна теплоизолирующая смесь, содержащая вспученный перлит 93-96 об.% и аморфный графит 4-7 об.% (авт. св. СССР № 589067, кл. В 22 D 7/10, опубл. 1978, Бюл. №3). К существенному недостатку этой смеси следует отнести плохую теплоизоляцию зеркала жидкого металла из-за значительного подплавления слоя вспученного перлита, температуры начала плавления которой составляет 1200°С, вследствие малого количества в смеси аморфного графита. Это приводит к повышенной головной обрези слитков и уменьшению выхода годного металла. Известна также теплоизолирующая смесь, содержащая 97-99 мас.% пыли, улавливаемой при выплавке ферросилиция и 1-3 мас.% связующего на основе лигносульфо-натов (авт. св. СССР № 1447541, кл. В 22 D 7/10, опубл. 1988, Бюл. № 48). Основным недостатком смеси является то, что в процессе наполнения изложниц металлом смесь значительно проплавляется и практически превращается в слой жидкого шлака. При этом происходят существенные потери тепла, металл охлаждается и при поступлении его в прибыльную надставку под слоем шлака уже успевает сформироваться слой затвердевшего металла, что приводит к ухудшению поверхности слитка и макроструктуры металла прибыли и как следствие к снижению выхода годного проката. Наиболее близкой к заявляемой теплоизолирующей смеси является выбранная в качестве прототипа теплоизолирующая смесь, содержащая аморфный графит- 10-20 об.% и вспученный перлит - остальное (авт. св. СССР № 348288, кл. В 22 D 7/10, опубл. 1972, Бюл. № 25). Основной недостаток теплоизолирующей смеси связан с тем, что в ее состав входят ве щества с весьма различной объемной плотностью. Объемная плотность вспученного перлита - 80-1 SO кг/м 3, аморфного графита - 600-700 кг'/м 3. В связи с этим при транспортировке готовой теплоизолирующей смеси в разливочный пролет и при подъеме слоя теплоизоляции в изложнице в процессе сифонной разливки стали происходит расслоение смеси - графит, как более тяжелый материал, спускается в нижние слои, граничащие с жидким металлом. В результате происходит существенное науглероживание металла прибыли и проплавление верхних слоев смеси, что приводит к увеличению головной обрези слитков. Другим недостатком теплоизолирующей смеси является ее пылевыделение при приготовлении и применении, связанное с мелкодисперсностью вспученного перлита (размер зерна 0-5 мм) и аморфного графита (0-0,1 мм). В основу изобретения поставлена задача усовершенствования теплоизолирующей смеси, применяемой при разливке спокойной стали, позволяющей путем изменения количественного и качественного состава повысить теплоизолирующие свойства смеси, улучши ть макроструктур у прибыльной части слитка и снизить пылевыделение. Для решения поставленной задачи предложена теплоизолирующая смесь, содержащая вспученный перлит и углеродсодержащий материал. Отличие смеси заключается в том, что она дополнительно содержит лигносульфонаты технические при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Вспученный перлит 30-60 Углеродсодержащий материал 35-40 Лигносульфонаты технические 5-30 В качестве углеродсодержащего материала теплоизолирующая смесь содержит графит или молотый уголь, или молотый коксик, или молотый бой графитовых электродов. Снижение расслоения теплоизолирующей смеси можно достичь путем фиксации частиц углеродсодержащих материалов на зернах вспученного перлита с помощью связующей добавки. При этом также уменьшится пылевыделение ' смеси при ее приготовлении и применении. В качестве связующей добавки предлагается использовать жидкое органическое клеящее вещество лигносульфонаты технические (ОСТ 13-183-83) с плотностью при температуре 20°С 1,10-1,25 г/см 3. Выбор лигносульфонатов по сравнению с известными связующими материалами объясняется их широким распространением в связи с тем, что они являются отходом переработки древесины в целлюлозу. Лигносульфонаты практически состоят из 50 мас.% сухи х веществ, остальное - вода. В настоящее время на Украине используется вспученный перлит только из руд месторождения Фогош (Закарпатская обл. Украины) вместо руд Арагацкого месторождения (Армения) по ГОСТ 10832-91. Наличие в руде месторождения Фогош повышенного содержания связанной воды 5-7 мас.% против 1,5-3,5 мас.% в рудах Арагацкого месторождения обусловило особенности технологии получения вспученного перлита (Комплексное использование перлитового сырья месторождения Фогош Закарпатской обл. Украины Л.В.Алексеева, Н.И. Пятигорская и др. Киев, 1994, 38 с). При одностадийном процессе вспучивания руды получается вспученный перлит в основном с размером зерна 0-5 мм, причем он содержит ~20-30% частиц размером 0-0,1 мм. Поэтому такой вспученный перлит требует повышенный расход связующей добавки как для подавления пылевыделения, так и фиксации углеродсодержащего материала на зернах перлита. Двухстадийное ведение процесса термообработки перлитовой руды (предварительная термоподготовка и вспучивание сырья) в сочетании с его узким фракционированием позволяет получить вспученный перлит преимущественно с размером зерна 0,1-5 мм. Применение такого перлита в составе смеси обеспечивает снижение расхода связующей добавки. Вспученный перлит из руд Арагацкого месторождения, применяемый в теплоизолирующи х смесях, производят по одностадийному процессу. Такой перлит содержит 10-15% частиц с размером зерна 0-0,1 мм. Следует отметить, что рядовой перлит (одностадийный процесс) обладает повышенным влагопоглощением и пониженной прочностью. Фракционированный перлит (двухстадийный процесс в сочетании с узким фракционированием) имеет в 2-3 раза меньшее водопоглощение и в 2-2,5 раза прочнее по сравнению с рядовым перлитом. Проведенными исследованиями разработаны требования к углеродсодержащим материалам, применяемым в составах теплоизолирующи х смесей. Углеродсодержащие материалы должны иметь высокое содержание углерода (не менее 50%), низкое содержание летучих (не более 10%), низкую пористость, хорошую прилепаемость к другим поверхностям (адгезию) и быть мелкодисперсными (размер частиц преимущественно 0-1,0 мм). Исходя из этого в качестве углеродсодержащего материала опробованы кроме аморфного графита, молотый уголь, молотый коксик и молотый бой графитовых электродов. Ниже приведены их физико-химические свойства (табл. 1). Технический результат, заключающийся в улучшении макроструктуры, прибыльной части слитка путем повышения теплоизолирующих свойств смеси и снижении пылевыделения, находится в причинноследственной связи с клеющими свойствами лигносульфонатов технических, проявленными в сочетании со вспученным перлитом и углеродсодержащими материалами при указанном соотношении ингредиентов. Интервал значений ингредиентов выбран из условия отсутствия за его пределами указанного технического результата. Экспериментально установлено, что содержание лигносульфонатов в смеси должно составлять 5-30%. При применении лигносульфонатов менее 5% не достигается полная фиксация углеродсодержащего материала на зернах перлита. Поэтому происходит науглероживание металла прибыли и проплавление теплоизолирующей смеси, что приводит к ухудшению макроструктуры металла и увеличению головной обрези слитков. Кроме этого не происходит полное подавление пылевыделения смеси при ее приготовлении и разливке стали. При увеличении расхода лигносульфонатов более 30% ухудшается макроструктура металла прибыли за счет значительного охлаждающего действия воды, что приводит к увеличению головной обрези слитков. При применении оптимального количества лигносульфонатов 5-30% обеспечивается улучшение макроструктуры прибыльной части слитка и снижение пылевыделения по сравнению с прототипом. Заявляемая теплоизолирующая смесь и смесь-прототип были приготовлены и опробованы при разливке спокойной стали сифонным способом на Макеевском металлургическом комбинате. Опытные и сравнительные слитки массой 8 τ отливали на одном поддоне с целью получения достоверных данных и исключения влияния других те хнологических факторов, способных исказить результаты исследований. Расход смеси на 1 τ стали составил 1,5 кг. При приготовлении смесей использовали вспученный перлит, полученный по одно- и двухстадийному процессам. Лигносульфонаты подогревали до температуры 40-60°С Влияние различных составов теплоизолирующи х смесей на качество макроструктуры слитков оценивали по уровню головной обрези при их прокатке на блюминге. Количество пыли, выделяющейся из изложницы в процессе разливки, определяли гравиметрическим методом над прибыльной надставкой в двух точках одновременно в начале, по ходу и в конце отливки слитков. Пробы воздуха отбирали аспиратором модели 822. Результаты исследований приведены в табл. 2. В результате проведенных исследований установлено, что введение в состав теплоизолирующих смесей связующей добавки позволило равномерно распределить углеродсодержащие добавки в объеме смесей и резко снизить их пылевыделение как в процессе приготовления, так и при разливке стали. Кроме этого выявлена важная закономерность - снижение скорости горения углерода в смесях за счет охлаждающего воздействия воды, содержащейся в связующей добавке. Это привело к выравниванию теплоизолирующих свойств смесей, что выразилось в степени их подплавляемости, несмотря на различие в свойствах испытанных углеродсодержащих материалов. Подтверждено, что теплоизолирующие смеси, приготовленные из вспученного перлита с размером зерна 0-5 мм, потребовали больший расход связующей добавки для полного подавления пылевыделения, чем при применении вспученного перлита с размером зерна 0,1-5 мм. Нижнее значение расхода связующей добавки (вар. 1, 2 и 3) относятся к теплоизолирующим смесям, приготовленных из вспученного перлита размером зерна 0,1-5 мм. Результаты исследований показали (табл. 2), что при использовании 5-30% лигносульфонатов (варианты 2-8) в качестве связующей добавки достигнуты лучшие результаты по качеству макроструктуры прибыльной части слитков и снижению пылевыделения. Головная обрезь снизилась с 12,5(вариант 10) до 11,5-12,0%, а пылевыделение из изложниц - с 6,0 г/м до 0,01-0,5г/м . При снижении расхода лигносульфона-тов до 4% (вариант 1) наблюдается ухудшение макроструктуры прибыльной части слитков за счет неуглероживания металла и повышения пылевыделения. Увеличение расхода лигносульфонатов более 30% (вариант 9) нецелесообразно, так как происходит существенное переувлажнение смесей, что приводит к увеличению головной обрези за счет охлаждения металла прибыли. Таким образом, предложенная теплоизолирующая смесь позволяет снизить уровень головной обрези слитков на 0,5-1,0% и существенно улучши ть экологическую обстановку на рабочих местах при ее приготовлении и применении.