Шлакоутворююча суміш для обробки чугуна робочого шару двошарових прокатних валків

ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДНЯ ОБРАБОТКИ ЧУГУНА РАБОЧЕГО СЛОЯ ДВУХСЛОЙНЫХ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ, содержащая кальцинированную соду и окисли железа, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения рафинирующей способности шлакообразующей смеси по отношению к сере, снижения брака валков и улучшения механических свойств чу-! гуна, она дополнительно содержит плавленный трехкальциевый борат при следующем соотношении компонентов, мас.%: Плавленный трехкальциевый борат 55-70 Кальцинированная сода 15-25 Окислы железа 15-20 (Л эо 1089137 Изобретение относится к металлургии, в частности к шлакообразующим смесям, и предназначено для обработки чугуна рабочего слоя двухслойных валков, выплавляемого в мартеновс5 кой или пламенной печах. Известна шлакообразующая смесь для обработки чугуна, которая для снижения температуры плавления смеси, повышения ее рафинирующей способности 10 по отношению к сере, фосфору и неметаллическим включениям, повышения механических свойств чугуна и снижения расхода легирующих элементов 15 дополнительно содержит борат кальция и окись железа при следующем соотношении компонентов, мас.%; Борат кальция 35-45 Криолит 25-35 20 Кальцинированная сода . 10-20 Окись железа 10-20 [lj. Недостатком данной шлакообразующей смеси является то, что ее применение при обработке металла в мартеновс- 25 кой или пламенной печах без предварительного ее расплавления нецелесообразно из-за выдувания бората кальция воздухом, подаваемым в печь, а грануляция его затруднена и требует д о - 30 лолнительннх затрат. Уменьшение содержания в смеси бората кальция снижает содержание В и Са в металле, что отражается на механических свойствах чугуна. Данная смесь эффективна 35 при обработке указанного расплава в ковше, так как она довольно хорошо рафинирует металл и способствует более равномерному насыщению металла легирующими элементами по всему объе- до му ковша из-за низкой температуры плавления (800°С). Однако данная смесь при расплавлении выделяет значительное количество фтора в атмосферу из-за наличия в ней криолита, 45 кроме того, она пылит, так как борат кальция имеет температуру плавления 1050 С, мелкую фракцию и малый удельный вес - не сразу расплавляется и тем самым выносится потоками теплого воз-5 о духа наружу. Пылевыделение засоряет атмосферу цеха. Наиболее близкой к предлагаемой является шлакосбразующая смесь для рафинирования чугуна [2J , которая с целью снижения в чугуне вредных примесей и неметаллических включений, улучшения механических свойств чугуна, дополнительно содержит окислы железа при следующем соотношении компонентов, мае.%: Диатолитовый концентрат 60-80 Кальцинированная сода 10-30 Окислы железа 10-30 К недостаткам известной шлакообразующей смеси относятся низкая модифицирующая способность по отношению к сере, повышенный расход никеля. Кроме того, применение известной смеси не может обеспечить необходимые механические свойства и снижение брака валков, исполнения ЛПХНд-62 при минимальном содержании никеля (2,45.2,55%) по ТУ-14-2-158~74 > что требует при производстве двухслойных ралков. Заданная твердость валков обеспечивается при увеличении содержания никеля до 2,95-3,02%. і Указанные недостатки обусловлены тем, что обработка чугуна рабочего слоя двухслойных валков в мартеновской или пламенной печах известной штакообразующей смесью затруднительна, так как загружается шлакообразующая смесь в печь в количестве 1% к весу металла в пылевидном состоянии. Пылевидная нерасплавленная часть шлакообразующей смеси через щели выдувается в отводящие каналы (борода) печи. К пылевидным относится датолитовый концентрат с температурой плавления 1240 С и кальцинированная сода с температурой плавления 85t°C, но сода из-за небольшой температуры плавления расплавляется очень быстро и почти не выдувается. Вынос части датолитового концентрата влечет за собой снижение его в составе смеси и тем самым уменьшается содержание бора в расплавленном чугуне, что сказывается на величине показателей механических свойств чугуна (предел прочности при разрыве составляет 255 МПа. предел прочности при изгибе 370 МПа, твердость 62HS).Данные получены при содержании никеля в чугуне 2,72-2,75%. При введении известной шлакообразующей смеси на дно ковша и выпуске металла в него, известная смесь начинает пылить из-за 55 малого удельного веса и содержания в ней мелкой фракции, что засоряет атмосферу цеха. Кроме того, шлак не успевает сформироваться за время 1089137 выпуска металла из печи в ковш (2,02,5 м и н ) , так как его температура плавления 900 С, в результате чего ухудшается рафинирующая и модифицирующая способность его. Позже сфор- 5 мированный шлак, находящийся на п о верхности зеркала металла ковша, насы щает только верхние его слои бором, а более глубокие остаются менее н а сыщенными. 10 Неравномерность химического состава обработанного известной шлакообразующей смесью чугуна в валке приводит к снижению его прочностных свойств и к повышению брака по волосоі5 видным трещинам и выкрошкам (26,216,1% соответственно). Таким образом, применение известной смеси как в мартеновской, так и в п л а менной печах нецелесообразно из-за 20 уноса части датолитового концентрата. Целесообразно применять известную смесь в электрических или индукционных печах. Обработка смесью металла в ковше также нецелесообразна из-за 25 пьшевыделения, неравномерности химического состава по бору в объеме ковша. Цель изобретения - повышение рафинирующей способности шлакообразующей 30 смеси по отношению к сере, снижение брака валков и улучшение механичес- * ких свойств чугуна Поставленная цель достигается тем, что шлакообразующая смесь для о б - 35 работки чугуна рабочего слоя двухслой ных прокатных валков, содержащая кальцинированную соду и окислы железа, дополнительно содержит плавленный трехкальциевый борат при следующем 40 соотношении компонентов, мас.%: Плавленный трех кальциевый борат 55-70 Кальцинированная сода 15-25 45 Окислы железа 15-20 Плавленный трехкальциевый борат Са^(ВО^)2 - это материал, который получают из бедных боратовых руд путем термохимического разложения сопут- 50 ствующих гипсов с получением серной кислоты и продукта для борных удобрений, и имеет следующий состав, мас.%: В2О-з 22-25; СаО 35-45; MgO 10-18; SiO? 12-20', FeO 2,5-4°,0; 55 F e 2 O 3 3,0-6. Плавленный трехкальциевый борат является аморфным веществом с высокой внутренней энергией, что и обуславливает его активность в смесях. Снижается расход энергии при плавке шихтовых материалов на величину фазового перехода кристалламорфное вещество, равную 80 ккал на t кг плавленного трехкальциевого бората. Присутствие кремнезема в предлагаемой шлакообразующей смеси в пределах 12-20% обуславливает локализацию его связи с кальцием и магнием, освобождая связи оксида бора, в результате чего повышается его активность. Наличие избыточного количества СаС по отношению к B«Oj обеспечивает высокую активность СаО, что способствует протеканию реакции извлечения серы из металла в шлак по реакции СаО ылак СаЗ (і) Оксианионы бора BOj в металле, с о держащем углерод, восстанавливаются по реакции Таким образом, бор переходит в металл, а углерод в виде окиси углерода выделяется в газовую фазу. Сни'жение содержания серы и наличие б о ра в чугуне для рабочего слоя двухслойных валков обеспечивает измельчение пластинчатого графита и образование графита компактной формы, что приводит к значительному повышению прочности чугуна и снижению брака валков по волосовидным трещинам и выкрошкам. Плавленный трехкальциевый борат является твердым не пылевидным материалом с температурой плавления 1360-1400°С. Содержание предлагаемой Йлакообразующей смеси кальцинированной соды Na^CO-i в количестве 15—25% повышает жидкоподвижность шлака, способствует десульфурации и повышению механических свойств металла. Кроме того, оксид натрия уменьшает вязкость шлаковой смеси, обеспечивая повышение скорости реакций обмена между слоями металла и шлака. Содержание в предлагаемой шлакообразующей смеси окислов железа в количестве 15-20% способствует понижению 1089137 вязкости шлакообразующих смесей, а также печных шлаков, обеспечивая выход серы из металла в газовую фазу по реакции: наченной для отливки рабочего слоя двухслойных валков. После расплавления шихты и выпуска металла в ковш отбирают технологические пробы для исследования физико-механических свойств и заливают рабочий слой двухмег слойных валков, из которого вырезают кольца для определения твердости и Ввод плавленного трехкальциевого предела прочности. Из технологичесбората в смесь осуществляется в виде ких проб также вырезают образцы для гранул размером 5-7 мм. Пределы содер определения предела прочности при изжания компонентов предлагаемой шлакогибе и разрыве, химического состава, образующей смеси определены опытным неметаллических включений и твердости путем. Введение плавленного трехкальЧугуны, полученные после обработки циезого бората ниже нижнего и выше 5 верхнего пределов понижает твердость 1 их шлакообразующими смесями разных составов, имеют следующие характерисвалков; которая по ТУ не должна быть тики по содержанию серы в металле ниже 62HS. (табл.2). При введении плавленного трехКаждое из приведенных в табл.2 кальциевого бората менее 55 и более средних значений получают по резуль20 70% твердость чугуна резко падает татам 8 плавок. (например, при содержании его в Характеристики механических свойств 50 и 75% предлагаемой шлакообразуючугуна, расплав которого обрабатыващей смеси твердость составляет. 61HS) . ют щлакообразующими смесями указанных Снижение твердости объясняется тем, составовдданы в табл.3. что при повышенном содержании бора в В табл.4 дан химический состав чугуне более 0,03% прочность его возчугуна, обработанный известной и растает за счет появления в струкпредлагаемой шлакообразующей смесью. туре остаточного аустенита, поэтому Характеристика брака двухслойных твердость падает. При содержании 30 валков исполнения ЛПХНд-62 приведена бора менее 0,2% твердость металла в табл.5. снижается из-за недостаточной микроПредлагаемая шлакообразующая смесь твердости перлита. в сравнении с известной обладает слеДля определения рафинирующей сподующими преимуществамисобности, наличия в валках, изготові ленных из чугуна, обработанных пред-- 35 Содержание серы в обработанном лагаемой шлакообразующей смесью волосо чугуне снижено на 23% (было 0,078%, видных трещин и выкрошек и механичесстало 0,060л). Механические свойстких свойств чугунаtбыли приготовлева обработанного чугуна повышены: ны шесть составов шлакообразующей предел прочности при разрыве на смеси. 40 10,0% (было 255 МПа, стало 280 МПа)\ Для обеспечения сопоставительного предел прочности при изгибе на 15% анализа с известной шлакообразующей (было 370 МПа, стало 426 МПа); тверсмесью приготавливают состав с издость на 8,5% (было 62Н S, стало вестным оптимальным соотношением 67Н S ) ; содержание никеля в чугуне ингредиентов. 45 снижено на 0,024% или на 2,4 кг/т, Б табл.1 дана характеристика исбрак валков по волосовидным трещиследованных составов шлакообразуюнам в среднем снижен на 13,8% (было щих смесей. 26,2%, стало 12,4%)', по выкрошки на Плавленный трехкальциевый борат 7,3% (было 16,1%, стало 8,8%) за счет 50 применяют в виде гранул размером большего содержания в чугуне усвоен5-7 мм, окислы железа дробят до кусного бора (0,022-0,030%), который ков 8-12 мм, датолитовый концентрат придает чугуну пластичность при выи кальцинированную соду применяют сокой твердости, а также превращает в порошкообразном состоянии. Каждую графит из пластинчатой формы в комсмесь приготавливают в смешивающих пактную и тем самым предотвращает бегунах и загружают на подину мартеобразование поверхностных мелких новской печи в количестве 1% от веса волосовидных трещин,а следовательно, плавки и присыпают шихтой, преднази выкрошек (выколов). (51 8 1089137 производству прокатных валков соста-1 вит 11 руб.на тонну чугуна. Т а б л и ц а V г Экономический эффект от использования изобретения на заводах по Состав шлакообразующих смесей, вес,% Ингредиенты Известный Предлагаемый IF" 1 ]2 3 Плавленный трехкальциевый борат Са«(БО^) 55 60 65 70 50 75 Кальцинированная сода 25 22 20 15 25 15 15 Окислы железа 20 10 15 15 25 10 15 • Датолитовый Концентрат 70 Т а б л и ц а Состав шлакообразуюгцих смесей Компоненты « Известный Предлагаемый 2 Содержание серы в чугуне, % 0,070 -LLJ * I 0,067 0,063 0,060 3 0,072 |. 0,059 0,078 Т а б л и ц а Механические свойства 3 Состав шлакообразующих Предлагаемый 1 2 3 4° Известный 5 6 0 Предел прочности при разрыве, МПа І67 273 277 280 259 286 255 Предел прочности при изгибе, МПа 386 401 414 426* 374 433 370 65 66 69 67 61 61 62 Твердость, HS (ед. Шора) 2 1089137 10 Т а б л и ц а Исполнение валков Химический состав чугуна, % 4 I Известная шлакообразующая смесь ЛПХНд-62 2,652,75 0,65- 0 ,48 0 0,42 0,7 0 .50 0,0770,081 0,720,75 2,722,75 0,012 0,015 2,452,55 0,022 0,030 0,72- 2,950,75 * 3,02 0,002 0,003 Предлагаемая шлакообразующая смесь ЛПНХд-62 о 0,65- 0 ,48 0 2,652,75 0,7 0 ,5 0,0600,070 0,720,75 Без обработки і шлаками ЛПНХд-62 0 ,40 2,652,75 м 0,75- 0 ,480,70 0 ,50 0,090,095 Т а б л и ц а Состав шлакообразующих смесей Виды брака Известный Предлагаемый ІІШіІІ Волосовидные трещины, % Выкрошки, % 15 9,6 Редактор Н.Ковалева Заказ 2873/23 5 13,01 8,9 11,7 8,6 9,8 19 8 11,2 15 9,4 Составитель К.Сорокии Техред т.Маточка Корректор 26,2 16,1 С.Шекмар Тираж 540 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий И3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 V *• 7 1089137 Экономический эффект от использования изобретения на заводах по і 8 производству прокатных валков состав вит 11 руб. на тонну чугуна. / Т а б л и ц а V " ' Состав шлакообразующих смесей, вес,% Ингредиенты Известный Предлагаемый і 1 2 Т з [* [; 1 ^ ' Плавленный трехкальциевый борат Са-(ВО^) 55 60 65 70 50 75 Кальцинированная сода 25 22 20 15 25 15 Окислы железа 20 10 15 15 25 10 15 Датолитовый концентрат 70 т а бл и ц а 2 Состав шлакообразующих смесей Компоненты ' ::л гI • Содержание серы в чугуне, % 0,070 Известный Предлагаемый 0,067 і 0,063 1 '• 1 1 6 0,060. 0,072 0,059 0,078 Т а б л и ц а Механические свойства Состав шлакообразующих Зредлагаемый 1 2 3 •4° Известный 5 6 Предел прочности при, разрыве, МПа І67 273 277 280 259 286 255 Предел прочности при изгибе, МПа 386 401 414 426* 374 433 370 65 66 69 67 61 61 62 Твердость, HS (ед. Шора) 3 1089137 Т а б л и ц а Исполнение валков Химический состав 4 чугуна, Известная шлакообразующая смесь ЛПХНд-62 0,40,42 2,652,75 0,65- 0,480,7 0,50 0,0770,081 2,722,75 0,012 0,015 2,452,55 0,0220,030 0,722,950,75 * 3,02 0,0020,003 0,720,75 Предлагаемая шлакообразующая смесь ЛПНХд-62 2,652,75 0,40,42 0,65- 0,480,7 0^5 0,0600,070 0,720,75 Без обработки шлаками ЛПНХд-62 0,40,42 2,652,75 0,75- 0,480,70 0,50 0,090,095 Т а б л и ц а Состав шлакообразующих смесей Виды брака Предлагаемый Известный IIZIZIIIO Волосовидные трещины, % Выкрошки, % 15 9,6 Редактор Н.Ковалева Заказ 2873/23 5 13,01 8,9 11,7 8,6 9,8 19 8 11,2 15 9,4 Составитель К.Сорокин Техред т.Маточка Корректор 26,2 16,1 С.Шекмар Тираж 540 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4