Композиція для утеплення дзеркала рідкого чавуну в чавуновізному ковші

1. Композиція для утеплення дзеркала чавуну в чавуновізному ковші, що містить карбід кремнію SiC, яка відрізняється тим, що додатково містить оксиди лужних металів K2O+Na2O, металевий алюміній Almet, металевий кремній Simet і оксид 3 20548 шлакоутворюючі матеріали, у якості яких застосовують вапно, плавиковий шпат, відсів коксу або боксит, а також марганцевміщуючі речовини. Однак зазначені матеріали не є універсальними і не можуть бути використані для стабілізації ходу виплавки чавуну і сталі в будь-якому відомому способі. Їх застосування для реалізації того чи іншого способу залежить від технологічних умов протікання процесу виплавки чавуну і сталі. Крім того, використання зазначених матеріалів не дозволяє цілком використовувати потенціал шлакової рафінувальної фази, що приводить до підвищеної витрати вапна і плавикового шпату в наступному переділі чавуну, а також до додаткових витрат енергоносіїв. При виплавці чавуну в доменній печі для утеплення дзеркала рідкого чавуну в чавуновізних ковша х перед транспортуванням їх у сталеплавильний цех найчастіше використовують відсів коксу (коксовий дрібняк), а також утеплювальні композиції на основі вуглецевміщуючих матеріалів або структурованого вуглецю, наприклад, на основі відходів електродного виробництва зворотньої шихти печей графітації [авторське посвідчення СРСР №1641503, кл. B22D7/10, 1991 р.]. У такій композиції теплоізолюючі властивості коксу підвищуються за рахунок наявності в складі композиції інгредієнтів з низьким коефіцієнтом теплопровідності, у тому числі карбіду кремнію. Недоліками композиції є її проплавлення при тривалому використанні і часткова втрата теплоізолюючих властивостей. Аналогічний спосіб утеплення чавуновізних ковшів використовується в сталеплавильних цехах при реалізації способу виплавки сталі в мартенівських печах і кисневих конверторах. Рідкий чавун надходить з доменного цеху в міксерне відділення сталеплавильного цеху, де зливається в міксер для усереднення по хімічному складу і температурі. В міру необхідності забезпечення сталеплавильних агрегатів рідким чавуном його зливають з міксера в чавуновізний ківш і транспортують до сталеплавильних агрегатів, при цьому після наповнення ковша рідким чавуном для утеплення дзеркала металу в чавуновізних ковшах сталеплавильного цеху використовують відсів коксу (коксовий дрібняк), а також утеплювальні композиції на основі вуглецевміщуючи х матеріалів або структурованого вуглецю. У патенті Російської Федерації №2044594, кл. B22D7/10, 1995 р., описана теплоізолююча композиція для утеплення дзеркала чавуну, яка містить, мас. %: вуглець С 40-65 карбід кремнію SiC 15-28 доменний шлак, керамзит або діатоміт решта. Композицію подають на дно чавуновізного ковшу розсипом за допомогою спеціально обладнаного бункера до початку зливу рідкого чавуну з розрахунку 2-5кг/т чавуну. У процесі зливу чавуну під дією теплового удару на дзеркалі металу формується теплоізолюючий шар, що сповільнює процес втрати тепла та утримує метал у рідкому стані протягом часу, достатнього для транспортування чавун у з доменного в сталеплавильний цех. 4 Основними недоліками цієї композиції є відносно високий вміст вуглецю, що виключає можливість її використання при виробництві низьковуглецевих сплавів через «забруднення» розплаву вуглецевміщуючими матеріалами. Разом з тим, ступінь витягу шкідливих елементів залишається низькою, а також залишається обмеженим температурний інтервал її ефективного застосування. Відомий спосіб обробки чавуну в ковші, що включає готування розплаву в металургійному агрегаті, його термочасову обробку в цьому агрегаті, введення в розплавлений чавун у процесі його випуску з металургійного агрегату в ківш шлакоутворюючої суміші, що включає кальцієвмісні і/або алюмінієвмісні реагенти в кількості, що відповідає вмісту сірки в розплаві, а також наступне охолодження і випуск розплаву [патент РФ №2096484, кл. С21С1/02, 1997 р.]. Спосіб характеризується також наявністю другої фази обробки, коли в розплав вводять щонайменше один знесірчувальний реагент у кількості, що відповідає вмісту сірки в розплаві. Під час третьої фази обробки в розплав вводять кальцієвмісні реагенти. Одним з недоліків такого способу є велика втрата тепла розплавом через дзеркало чавуну, що може бути тільки частково закрите шлаком, який до того ж не обов'язково має достатні теплоізолюючі властивості. Введення в розплав теплоізолюючої композиції за патентом РФ №2044594 дозволяє значною мірою блокувати цей процес, однак тепловтрати через дзеркало чавуну все ще залишаються занадто великими, що не дозволяє реалізувати ресурс ковша і екзотермічний потенціал розплавленої шлакової фази повною мірою. Задачею корисної моделі є створення теплоізолюючої композиції для утеплення дзеркала чавун у в чавуновізному ковші, застосування якої виключає підвищення вмісту вуглецевміщуючих матеріалів у розплаві, знижує втрати тепла, перешкоджає розвитку процесів ресульфурації і спелеутворення. Поставлена задача вирішується тим, що композиція для утеплення дзеркала чавуну в чавуновізному ковші містить карбід кремнію SiC, при цьому додатково містить оксиди лужних металів К2О+Nа2О, металевий алюміній Almet , металевий кремній Simet і оксид алюмінію Аl2О3 при наступному співвідношенні компонентів,% мас.: карбід кремнію SiC 5-15 оксиди лужних металів K2O+Na2O 1-3 металевий алюміній Almet 15-30 металевий кремній Simet 5-15 оксид алюмінію АІ2О 3 27-74. Наявність карбіду кремнію в композиції створює достатній розкислюючий ефект. Зниження вмісту карбіду кремнію в композиції нижче 5% недоцільно, оскільки на початку формування шлакового розплаву спостерігається активізація окислювання заліза до FeO за рахунок взаємодії металевого розплаву з атмосферним киснем. Підвищення вмісту карбіду кремнію в композиції понад 15% також є недоцільним, оскільки це приводить до прискорення процесу виділення вуглецю з розплаву - спелеутворення. Це може викликати зниження ефективності обробки і негативно діє на 5 20548 футерівку чавуновізного ковша, а також приведе до збільшення витрат на виробництво чавуну і сталі. Металевий алюміній являє собою власне алюміній у технічно чистому виді. Алюміній розкислює рідкий розплав, тобто видаляє кисень, одночасно вступаючи в реакцію з атмосферним киснем, являючись додатковим джерелом тепла в зоні активного шлакоутворення, а наявність оксиду алюмінію сприяє асиміляції неметалічних включень, що у свою чергу сприяє зниженню вмісту шкідливих домішок, наприклад сірки. За рахунок вибору різних співвідношень алюмінію та оксиду алюмінію можна регулювати процес шлакоутворення. Зниження вмісту алюмінію в композиції нижче 15% недоцільно, оскільки приводить до зниження рафінувальних властивостей шлаку, тобто до зниження здатності шлаку до очищення розплаву від небажаних або шкідливих домішок. Крім того, при вмісті металевого алюмінію менш ніж 15% не досягається істотного прискорення шлакоутворення через недостатнє надходження тепла реакції окислювання алюмінію в зону активного шлакоутворення. Підвищення вмісту алюмінію в композиції понад 30% також є недоцільним, оскільки приводить до протікання процесу шлакоутворення з піротехнічним ефектом, підвищенню температури шлаку в реакційній зоні, що у свою чергу приводить до тимчасового уповільнення протікання основних металургійних процесів і зниженню рафінувальної здатності шлакового розплаву. Вміст у композиції оксиду алюмінію менш ніж 27% не забезпечує зниження в'язкості шлаку до значень, при яких відбувається істотне прискорення шлакоутворення. При вмісті в суміші оксиду алюмінію понад 74% в'язкість шлаку не тільки не знижується, але навіть підвищується за рахунок насичення шлаку тугоплавким глиноземом (Аl2О 3). Таким чином, включення до складу композиції для утеплення дзеркала чавуну в чавуновізному ковші металевого алюмінію Almet і оксиду алюмінію Аl2О 3 у встановлених межах дозволяє забезпечити високу швидкість протікання реакцій шлакоутворення з одночасним підтримуванням рідкорухливості шлакового розплаву в умовах тривалого періоду часу і широкого діапазону температур, що дозволяє забезпечити ефективність металургійних процесів і знизити виробничі витрати наступних переділів. Металевий кремній Simet широко застосовується в металургії як одна з основних розкислюючих і легуючи х добавок. Металевий кремній - це кремній технічної чистоти (96-99% Si), який одержують у рудовідновлювальних електропечах відновленням кварциту вуглецевими відновлювачами (деревне вугілля, нафтовий кокс і ін.). Присутність у композиції металевого кремнію Simet у зазначених межах дозволяє стабілізувати вплив на шлако-металевий розплав металевого алюмінію Аlmet за рахунок чого підвищується загальний технологічний ефект від використання композиції. Зниження вмісту металевого кремнію нижче 5% є недоцільним, тому що приводить до прискорення реакції окислювання 6 металевого алюмінію Almet і зниженню рафінувального потенціалу шлакової фази. Збільшення вмісту кремнію понад 15% є недоцільним, оскільки може привести до уповільнення реакції окислювання металевого алюмінію Аlmet і зниженню рафінувального потенціалу шлакової фази. Для забезпечення рідкорухливості шлаку до складу композиції введені легкоплавкі компоненти: оксид натрію та оксид калію в кількості 1-3мас.%. Зниження вмісту в композиції оксидів натрію і калію нижче 1% приводить до небажаного збільшення в'язкості шлаку, до погіршення умов плавлення композиції і зниження ефективності шлакового режиму обробки чавуну в чавуновізному ковші. Введення в композицію більш 3% оксидів натрію і калію приводить до зниження температури розплаву в зоні реакції і зниженню ефективності його обробки. Для виключення виникнення пожежонебезпечної ситуацій при виготовленні, збереженні і транспортуванні композиції необхідно, щоб її вологість не перевищувала 2%. Переважним є виконання композиції з наступним фракційним складом компонентів, % об’єм: 3,0мм і менше ³90 більш ніж 3,0мм решта. Такий діапазон фракційного складу компонентів композиції обумовлений фізико-хімічними закономірностями ефективності їх використання і засвоєння проведення основних технологічних процесів обробки чавуну в чавуновізному ковші. Відхилення фракційного складу вбік збільшення вмісту дрібнодиспесперсних часток недоцільно, тому що вимагає додаткових витрат, але не дає помітного ефекту. Збільшення вмісту крупнодисперсних часток приводить до збільшення часу наведення шлакового шару, тобто також є невиправданим. Ефективність використання зазначеної композиції для утеплення дзеркала рідкого чавуну в чавуновізному ковші для різних етапів обробки чавуну ілюстр ується наступними прикладами. Приклад 1. Обробка чавуну в чавуновізному ковші в процесі випуску доменної плавки У металургійному агрегаті здійснювали готування розплаву і термочасову обробку розплаву. Під час випуску доменної плавки в чавуновізний ківш під струмінь металу присаджували композицію наступного складу, мас. %: карбід кремнію SiC 7 оксиди лужних металів K2O+Na2O 2 металевий алюміній Almet 18,5 металевий кремній Simet 5 оксид алюмінію АІ2О 3 69,5. при вологості близько 1,5%. Компоненти композиції, що завантажується, мають наступний фракційний склад, %: менш ніж 3,0мм 94 більш ніж 3,0мм 6. Композиції варіювали від 0,34 до 1,24кг/т чавун у. 7 20548 8 Таблиця 1 Показники обробки чавуну в чавуновізному ковші під час випуску доменної плавки Масова час- Температура тка сірки в чавун у перед чавуні у льо- присадкою комтки ДП, % позиції, °С 0,029 0,035 0,025 0,032 0,028 0,032 0,045 0,032 0,036 0,032 0,028 0,030 0,038 0,025 0,029 0,032 0,030 0,030 0,031 0,028 0,032 0,035 0,027 0,046 0,032 1465 1465 1467 1462 1465 1468 1455 1468 1465 1460 1468 1455 1460 1475 1465 1460 1468 1466 1462 1468 1465 1465 1475 1445 1455 Масова частка сірки Ступінь ресульфурації Температура в чавуні по міксеру Витрата чавун у без присадки чавун у перед без присадки компокомпозиції, композиції (чисельник) і заливанням у зиції (чисельник) і з кг/т присадкою компози- з присадкою композиції, міксер, °С % ції, % 1365 0,55 0,040/0,032 0,011/0,003 1365 0,62 0,046/0,040 0,011/0,005 1368 0,56 0,037/0,030 0,012/0,005 1365 0,75 0,042/0,035 0,010/0,003 1355 1,11 0,040/0,034 0,012/0,006 1350 1,15 0,045/0,038 0,013/0,006 1355 0,85 0,058/0,048 0,013/0,003 1365 0,58 0,045/0,035 0,013/0,003 1365 0,64 0,044/0,040 0,012/0,004 1360 0,52 0,042/0,034 0,010/0,004 1365 0,57 0,034/0,029 0,006/0,001 1355 0,62 0,038/0,032 0,008/0,002 1345 1,24 0,046/0,045 0,008/0,007 1375 0,84 0,034/0,029 0,009/0,004 1365 0,58 0,035/0,031 0,006/0,002 1360 0,74 0,042/0,035 0,010/0,003 1365 0,75 0,042/0,033 0,012/0,003 1365 0,82 0,041/0,033 0,011/0,003 1360 0,57 0,046/0,035 0,015/0,004 1365 1,04 0,035/0,035 0,007/0,007 1365 0,56 0,042/0,036 0,010/0,004 1355 1,22 0,046/0,042 0,011/0,007 1370 0,58 0,036/0,031 0,009/0,004 1340 0,34 0,052/0,042 0,006/0,004 1355 0,72 0,046/0,034 0,016/0,002 Аналіз отриманих даних показує, що при використанні композиції для утеплення дзеркала чавуну в чавуновізному ковші в зазначених межах витрати на тонну чавуну зменшується ступінь ресульфурації сірки в чавун, знижуються втрати температури рідкого чавун у за час доставки в міксерне відділення сталеплавильного цеху, що забезпечує поліпшення якості чавун у і підвищує ефективність його виплавки. Приклад 2. Обробка чавуну в чавуновізному ковші під час наповнення з міксера сталеплавильного цеху У міксерному відділенні сталеплавильного цеху здійснювали усереднення розплаву рідкого чавун у по хімічному складу і температурі. Під час наповнення чавуновізного ковша сталеплавильного цеху для заливання в сталеплавильний агрегат під струмінь металу присаджували композицію наступного складу, мас.% карбід кремнію SiC 11 оксиди лужних металів K2O+Na2O 1,5 металевий алюміній Almet 21 металевий кремній Simet 5 оксид алюмінію АІ2О 3 67,5 при вологості близько 1,8%. Компоненти композиції, що завантажується, мають наступний фракційний склад: менш ніж 3,0мм 92 більш ніж 3,0мм 8. Після наповнення чавуновізного ковша рідким чавуном на 1/3 висоти композиція, розфасована в поліетиленові мішки масою 25кг, подавалася в ківш. Під час наповнення чавуновізного ковша здійснювався вимір температури рідкого чавуну, що зливається з міксера, за допомогою термопари занурення. Після зливу рідкого чавуну в сталеплавильний агрегат чавуновізні ковші піддавали таруванню для оцінки зміни тари. На всіх ковшах кількість композиції встановлювали такою, щоб вона дорівнювала 0,52-1,24кг/т сталі. Дані по витраті композиції, кількості рідкого чавун у в ковші, зміні тари ковша і кількості наливів, температурі і хімічному складі рідкого чавуну з міксера фіксувалися в оперативному журналі міксерного відділення сталеплавильного цеху і представлені в таблиці 2. 9 20548 10 Таблиця 2 Показники обробки чавуну в чавуновізному ковші під час наповнення з міксера сталеплавильного цеху (чисельник порівняльний період/знаменник із присадкою композиції) Температура чавун у по міксеру, °С Тривалість транспортування чавуну, хв 1315/1310 1310/1310 1315/1315 1315/1310 1315/1310 1315/1310 1310/1315 1315/1310 1315/1315 1315/1310 1310/1315 1315/1310 1310/1310 1315/1310 1310/1315 1315/1315 30/38 31/39 30/39 39/38 30/39 31/38 30/38 31/39 30/38 30/38 31/39 39/38 30/38 31/39 30/38 30/38 Масова Масова частчастка ка сірки в кремнію в чавуні, % чавуні, % 1,11/0,82 0,93/0,88 0,85/0,88 0,78/0,82 0,78/0,76 0,76/0,75 0,75/0,73 0,71/0,81 0,69/0,85 0,71/0,84 0,71/0,73 0,75/0,74 0,74/0,76 0,76/0,71 0,86/0,74 0,85/0,82 0,037/0,044 0,032/0,042 0,031/0,040 0,034/0,040 0,032/0,039 0,034/0,041 0,036/0,043 0,033/0,040 0,036/0,042 0,032/0,038 0,031/0,039 0,030/0,037 0,032/0,039 0,034/0,041 0,031/0,037 0,032/0,039 Аналіз отриманих даних показує, що при використанні композиції для утеплення дзеркала чавуну в чавуновізному ковші під час наповнення з міксера сталеплавильного цеху в зазначених межах витрат відбувається зниження тепловтрат через дзеркало розплаву і сповільнюється процес заскраплення чавуновізних ковшів. Відповідно зменшується кількість втрат рідкого чавуну по міксеру, а тривалість кампанії чавуновізних ковшів збільшується більш ніж у 2,5 рази. В остаточному Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський Кількість чавун у в ковші, т 75/72 74/72 76/72 75/71 74/72 73/72 76/73 75/72 74/72 75/73 76/74 72/72 73/72 75/73 74/72 76/72 Середня зміна тари Кількість чавуновізналивів, шт ного ковша після наливу, тн 48/128 0,31/0,12 47/136 0,32/0,11 46/152 0,32/0,09 47/148 0,32/0,10 48/113 0,31/0,13 46/115 0,32/0,13 46/135 0,32/0,11 47/126 0,32/0,12 46/146 0,32/0,10 48/135 0,31/0,11 48/138 0,31/0,11 48/136 0,31/0,11 47/111 0,32/0,13 46/148 0,32/0,10 48/127 0,31/0,12 48/153 0,31/0,09 Витрата композиції, кг/т 0,55 0,62 0,56 0,75 1,11 1,15 0,85 0,58 0,64 0,52 0,57 0,62 1,24 0,84 0,58 0,74 підсумку це приводить до поліпшення якості чавуну і підвищення ефективності виплавки сталі за витратою рідкого чавуну на тонну сталі. Таким чином, композиція, що заявляється, за рахунок оптимально підібраного складу компонентів дозволяє істотно зменшити втрати тепла через дзеркало рідкого чавуну та одночасно підвищити ефективність металургійних процесів і якісних характеристик металів, а також знизити виробничі витрати. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601