RU2363737C1

RU2363737C1 - Steel-smelting flux

Info

Publication number: RU2363737C1
Application number: RU2008107660/02A
Authority: RU
Inventors: Юрий Александрович Дмитриенко (RU); Юрий Александрович Дмитриенко; Раиса Сергеевна Половинкина (RU); Раиса Сергеевна Половинкина; Виктор Николаевич Коптелов (RU); Виктор Николаевич Коптелов
Original assignee: ООО "Группа Магнезит"
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2009-08-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy field, particularly to fluxes for steel-smelting manufacturing. Flux contains oxides of calcium, magnesium, silicon and iron at following content of components, wt %: magnesium oxide - basis, calcium oxide - 15-30, silicon dioxide - 2-7, oxides of iron - 4-10. Flux is implemented in the form of grains and consists of bi- ceramic material - envelope and core, herewith correlation of core mass to envelope mass is in the range from 0.8 up to 2.5, herewith correlations of magnesium oxide and calcium oxide in the envelope to its content in core are: (80-90):(38-42) and (7-15):(45-55) agreeably.

EFFECT: usage of invention provides creation of flux with high reactivity of it to dissolution in melted slag of steelmaking waste.

1 ex, 3 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к флюсам для сталеплавильного производства.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to fluxes for steelmaking.

Известен шлак для рафинирования сталей и сплавов, который содержит (мас.%): СаО - 25-35, MgO - 12-25, Al₂O₃ - 15-30, SiO₂ - 8-20, NiO - 0,1-2,8, Fe₂O₃ - 0,1-4,0, K₂F - 5-20 (Авт. свидетельство СССР №1036760. Заявлено 05.05.82. Опубликовано в БИ, 1983, № 31, МКИ С21С 5/54).Known slag for refining steels and alloys, which contains (wt.%): CaO - 25-35, MgO - 12-25, Al ₂ O ₃ - 15-30, SiO ₂ - 8-20, NiO - 0.1- 2.8, Fe ₂ O ₃ - 0.1-4.0, K ₂ F - 5-20 (USSR Autonomy Certificate No. 1036760. Declared 05.05.82. Published in BI, 1983, No. 31, MKI C21C 5 / 54).

Недостатком данной шлаковой смеси является низкое содержание в ее составе оксида магния, который является основным компонентом, необходимым для загущения шлака. Минеральный состав шлака имеет сложную минеральную компоненту со стабильным химическим составом.The disadvantage of this slag mixture is the low content of magnesium oxide in its composition, which is the main component necessary for thickening the slag. The mineral composition of the slag has a complex mineral component with a stable chemical composition.

Известен флюс известково-магнезиального состава, который содержит, мас.%: 26,0-35,0 оксида магния; 0,3-7,0 оксида алюминия; 5,0-15,0 оксидов железа; 0,5-7,0 кремнезема и остальное - оксид кальция (Патент РФ №2145357, C21C 5/36, от 02.10.2000 г.).Known flux of lime-magnesia composition, which contains, wt.%: 26.0-35.0 magnesium oxide; 0.3-7.0 alumina; 5.0-15.0 iron oxides; 0.5-7.0 silica and the rest is calcium oxide (RF Patent No. 2145357, C21C 5/36, dated 02.10.2000).

Недостатком вышеуказанного флюса является низкое содержание в его составе оксида магния. Гранула данного флюса по всему ее микрообъему имеет мономинеральный состав.The disadvantage of the above flux is the low content of magnesium oxide in its composition. The granule of this flux throughout its microvolume has a monomineral composition.

Наиболее близким по химическому составу флюса является химический состав огнеупора под названием «Сталеплавильный флюс (варианты)», включающий оксиды магния - 36,0-94,0, оксиды кальция - 1,0-35,0, оксиды железа - 3,0-15,0, оксиды кремния - 1,0-10,0 (Патент РФ №2299913, С21С 5/54 от 20.10.2006 г.).The closest chemical composition of the flux is the chemical composition of the refractory called "Steelmaking flux (options)", including magnesium oxides - 36.0-94.0, calcium oxides - 1.0-35.0, iron oxides - 3.0- 15.0, silicon oxides - 1.0-10.0 (RF Patent No. 2299913, C21C 5/54 from 10.20.2006).

Недостатком данного флюса является его монокерамический состав, представленный в основном оксидом магния и магнезиовюститом, а также в небольшом количестве ферритами кальция, имеющих более низкую температуру плавления. Такой флюс с таким минеральным и химическим составом может использоваться только в завалку конвертерной плавки из-за низкой скорости его растворения в шлаковом расплаве. Для повышения скорости его растворения необходимо вводить в его состав специальные добавки.The disadvantage of this flux is its monoceramic composition, which is mainly represented by magnesium oxide and magnesiouustite, as well as in a small amount of calcium ferrites having a lower melting point. Such a flux with such a mineral and chemical composition can be used only in the filling of converter smelting due to the low rate of its dissolution in the slag melt. To increase the rate of its dissolution, it is necessary to introduce special additives into its composition.

Техническим результатом изобретения является создание состава флюса, обладающего высокой реакционной способностью его к растворению в шлаковых расплавах сталеплавильного производства, при этом за счет оптимального содержания в составе флюса оксида кальция степень десульфурации и дефосфорации высокоуглеродистой стали будет значительно выше.The technical result of the invention is the creation of a flux composition having a high reactivity to dissolve in slag melts of steelmaking, while due to the optimal content of calcium oxide in the flux, the degree of desulfurization and dephosphorization of high-carbon steel will be significantly higher.

Техническим результатом изобретения также является удовлетворение потребности металлургического производства во всем ассортименте материалов по уходу за футеровкой конвертера.The technical result of the invention is also the satisfaction of the needs of metallurgical production in the entire range of materials for the care of the lining of the converter.

Поставленная задача достигается тем, что сталеплавильный флюс содержит оксиды кальция, магния, кремния и железа при следующем содержании компонентов в составе флюса, мас. доля %: оксид магния - основа; оксид кальция - 15-30; двуокись кремния - 2-7; оксиды железа - 4-10, при этом гранулы флюса состоят из бикерамического материала - оболочки и ядра, соотношение массы оболочки к массе ядра находится в пределах от 0,8 до 2,5, причем соотношения содержания оксида магния и оксида кальция в оболочке к их содержанию в ядре составляют: (80-90):(38-42) и (7-15):(45-55) соответственно.This object is achieved in that the steelmaking flux contains oxides of calcium, magnesium, silicon and iron in the following components in the composition of the flux, wt. share%: magnesium oxide - base; calcium oxide - 15-30; silicon dioxide - 2-7; iron oxides - 4-10, while the flux granules consist of a bicerramic material - the shell and the core, the ratio of the shell mass to the mass of the core is in the range from 0.8 to 2.5, and the ratio of the content of magnesium oxide and calcium oxide in the shell to their the content in the core are: (80-90) :( 38-42) and (7-15) :( 45-55), respectively.

Массовое соотношение оболочки и ядра гранулы находится в пределах 0,8-2,5, что обусловлено физико-химическими особенностями исходного сырья и технологией изготовления гранул. При значении больше 2,5 содержание ферритов магния увеличивается, происходит снижение эксплуатационных характеристик флюса, в частности ухудшение растворения его в шлаковых расплавах сталеплавильного производства, при значении меньше 0,8 не обеспечивается достаточного содержания оксида магния в шлаке, снижается возможность получения гарнисажного слоя, образуются гранулы с недостаточной прочностью оболочки. В пределах указанного соотношения масс оболочки и ядра получается продукт с требуемыми потребительскими свойствами.The mass ratio of the shell and the core of the granule is in the range of 0.8-2.5, which is due to the physicochemical characteristics of the feedstock and the technology for the manufacture of granules. When the value is greater than 2.5, the content of magnesium ferrites increases, the operational characteristics of the flux decrease, in particular, its dissolution in the slag melts of the steel production decreases, when the value is less than 0.8, the magnesium oxide content in the slag is not sufficient, the possibility of obtaining a skull layer is reduced, and granules with insufficient shell strength. Within the specified ratio of the mass of the shell and the core, a product with the required consumer properties is obtained.

Соотношение содержания оксида магния в оболочке к его содержанию в ядре составляет (80-90):(38-42). Содержание оксида магния в оболочке к его содержанию в ядре в меньшем количестве (менее 80% в оболочке и менее 38% в ядре) приводит к уменьшению рафинирующей способности шлака, а при содержании оксида магния в оболочке к его содержанию в ядре в большем количестве (более 90% в оболочке и более 42% в ядре) делает флюс тугоплавким, снижает скорость усвоения данного флюса шлаком.The ratio of the content of magnesium oxide in the shell to its content in the core is (80-90) :( 38-42). The content of magnesium oxide in the shell to its content in the core in a smaller amount (less than 80% in the shell and less than 38% in the core) leads to a decrease in the refining ability of slag, and when the content of magnesium oxide in the shell to its content in the core in a larger amount (more 90% in the shell and more than 42% in the core) makes the flux refractory, reduces the rate of assimilation of this flux by slag.

Соотношение содержания оксида кальция в оболочке к его содержанию в ядре составляет (7-15):(45-55). Увеличение содержания оксида кальция более 15% в оболочке и более 55% в ядре вызывает внутренние напряжения в грануле в силу недостаточной ее защиты образующейся оболочкой из ферритов и силикатов кальция, в результате чего происходит разрушение гранулы при транспортировке. Снижение содержания оксида кальция менее 7% в оболочке и менее 45% в ядре ухудшает усвоение гранулы-флюса шлаком. Содержание оксида кальция увеличивается от периферии к центру гранулы. Такой химический состав оболочки гранул и ядра позволяет повысить скорость растворения флюса в шлаковом расплаве и определяет неочевидность заявляемого состава сталеплавильного флюса.The ratio of the content of calcium oxide in the shell to its content in the core is (7-15) :( 45-55). An increase in the content of calcium oxide of more than 15% in the shell and more than 55% in the core causes internal stresses in the granule due to its insufficient protection by the resulting shell of calcium ferrites and silicates, resulting in the destruction of the granule during transportation. A decrease in the content of calcium oxide of less than 7% in the shell and less than 45% in the core impairs the absorption of granule flux by slag. The content of calcium oxide increases from the periphery to the center of the granule. This chemical composition of the shell of the granules and the core allows to increase the rate of dissolution of the flux in the slag melt and determines the non-obviousness of the claimed composition of the steelmaking flux.

Благодаря технологическому решению в процессе приготовления флюса гранулы его приобретают бикерамическую структуру. Центром, зародышем гранулы, является зерно доломита, на поверхности которого за счет высокотемпературного взаимодействия его с железистой компонентой сырьевой шихты образуются низкоплавкие фазы, такие как ферриты кальция и силикаты. Зародыш гранулы, его поверхность, приобретает термопластичное состояние, которое способствует налипанию на ее магнезиальной составляющей сырьевой шихты, при этом происходит рост гранулы и пропитка ее легкоплавкими фазами. Рост гранулы прекращается по мере расхода легкоплавких фаз, связанного с пропиткой магнезии.Thanks to the technological solution, in the process of preparing the flux, the granules acquire a biceremic structure. The center, the nucleus of the granule, is dolomite grain, on the surface of which low-melting phases, such as calcium ferrites and silicates, are formed due to its high-temperature interaction with the glandular component of the raw material charge. The embryo of the granule, its surface, acquires a thermoplastic state, which contributes to the adherence of the raw material charge to its magnesian component, and the granule grows and impregnates with its low-melting phases. Granule growth stops as the fusible phases are consumed due to the impregnation of magnesia.

За счет правильно выбранного исходного сырья при его обжиге во вращающейся печи в процессе производства флюса материал приобретает термопластичное состояние, которое позволяет получать флюс в виде гранулята с размерами гранул крупнее 4 мм, что позволяет в полном объеме использовать его для загущения сталеплавильного шлака в конвертерном производстве стали. Кроме того, термопластичное гранулирование материала обеспечивается за счет того, что в процессе высокотемпературного обжига исходной сырьевой смеси синтезируются легкоплавкие соединения, такие как ферриты кальция и силикаты с температурами плавления ниже 1400°C.Due to the correctly selected feedstock, when it is fired in a rotary kiln during the production of flux, the material acquires a thermoplastic state, which makes it possible to obtain flux in the form of granulate with granule sizes larger than 4 mm, which makes it possible to use it in full for thickening steelmaking slag in converter steel production . In addition, thermoplastic granulation of the material is ensured due to the fact that during the high-temperature firing of the initial raw material mixture, fusible compounds such as calcium ferrites and silicates with melting points below 1400 ° C are synthesized.

В производстве флюса используется сырьевая смесь, состоящая из: доломита фракции 5-25 мм в количестве - 35-60; каустизированного магнезита фракции менее 4 мм в количестве - 30-60; сидерита фракции менее 15 мм в количестве - 5-10. Компоненты сырьевой смеси в указанных пределах и соотношении с помощью весовых дозаторов непрерывного действия загружаются во вращающуюся печь. Такие виды сырья, как доломит и сидерит, проходя зону декарбонизации печи (интервал температур 600-1300°C), теряют углекислоту. Зерна доломита за счет своей природной структуры, не теряя прочности, сохраняют свои форму и размеры. Зерна сидерита теряют свою прочность и рассыпаются. Проходя далее по печи, подготовленные таким образом компоненты сырьевой смеси при температурах 1400-1600°C начинают взаимодействовать. Происходит химическое взаимодействие оксида кальция с поверхности зерен обожженного доломита с мелкими частицами прокаленного сидерита (оксида железа) с образованием на их поверхности пластичного слоя в виде фазы ферритов кальция. Присутствующие в составе сырьевой смеси мелкие зерна каустизированного магнезита за счет динамики процесса накатываются на поверхность зерен доломита с образованием гранул, центром которых является ядро в виде зерна обожженного доломита, с оболочкой, имеющей переменный химический состав, с максимальным содержанием оксида магния на поверхностном слое гранулы и минимальным во внутреннем слое.In the production of flux, a raw mix is used, consisting of: dolomite fraction 5-25 mm in an amount of 35-60; causticized magnesite fractions less than 4 mm in an amount of 30-60; siderite fractions less than 15 mm in an amount of 5-10. The components of the raw mix in the specified range and ratio using continuous weighing batchers are loaded into a rotary kiln. Raw materials such as dolomite and siderite, passing the decarbonization zone of the furnace (temperature range 600-1300 ° C), lose carbon dioxide. Dolomite grains due to their natural structure, without losing strength, retain their shape and size. Siderite grains lose their strength and crumble. Passing further through the furnace, the components of the raw material mixture prepared in this way begin to interact at temperatures of 1400-1600 ° C. The chemical interaction of calcium oxide from the surface of the grains of calcined dolomite with small particles of calcined siderite (iron oxide) occurs with the formation on their surface of a plastic layer in the form of a phase of calcium ferrites. Due to the dynamics of the process, small grains of causticized magnesite present in the raw material mixture are rolled onto the surface of dolomite grains with the formation of granules, the center of which is a core in the form of burnt dolomite grains, with a shell having a variable chemical composition, with a maximum content of magnesium oxide on the surface layer of the granules and minimal in the inner layer.

По технологическим причинам минимальный размер зерна исходного доломита ограничен 5 мм, так как зерна менее 5 мм расходуются не на образование гранул, а на образование чрезмерного навара в печи с его отрицательными последствиями. Зерна доломита крупнее 25 мм приводят к получению некондиционного продукта с размерами гранул более 40 мм.For technological reasons, the minimum grain size of the initial dolomite is limited to 5 mm, since grains of less than 5 mm are not spent on the formation of granules, but on the formation of excessive fat in the furnace with its negative consequences. Grains of dolomite larger than 25 mm lead to an off-spec product with granule sizes of more than 40 mm.

Таким образом, в процессе обжига сырьевой шихты получаются гранулы, состоящие из центра и оболочки, имеющих различный химический состав (таблица 1), при этом оболочка гранулы имеет определенный градиент содержания оксидов кальция и магния, что способствует их лучшему усвоению шлаковым расплавом конвертерной плавки в сравнении с прототипом.Thus, in the process of firing the raw material mixture, granules are obtained consisting of a center and a shell having different chemical composition (table 1), while the shell of the granule has a certain gradient of calcium and magnesium oxides, which contributes to their better assimilation by slag melt converter smelting in comparison with the prototype.

Пример практического использования флюса.An example of the practical use of flux.

В лабораторной печи в тигле при температуре 1650±10°С был расплавлен конвертерный шлак (таблица 2), после чего в жидкий шлак помещали испытуемые образцы флюсов и выдерживали в течение 20 минут, после чего определяли химический состав конечного шлака. Определяли усвоение флюса шлаком относительно расчетного (таблица 3).Converter slag was melted in a laboratory furnace in a crucible at a temperature of 1650 ± 10 ° С (Table 2), after which test flux samples were placed in liquid slag and kept for 20 minutes, after which the chemical composition of the final slag was determined. The assimilation of flux by slag was determined relative to the calculated one (table 3).

Определения прочности гранул флюсов и брикетов флюса по прототипу, изготовленных с использованием в качестве связки ЛСТ, проводили после их хранения в течение 15 суток в естественных условиях и в воде (таблица 2).Determination of the strength of granules of fluxes and briquettes of flux according to the prototype, made using LFB as a binder, was carried out after storage for 15 days in vivo and in water (table 2).

Анализ приведенных испытаний показывает, что применение заявляемого состава флюса показывает относительно высокую скорость растворения его в сталеплавильном шлаковом расплаве и достаточно высокую прочность при любых условиях хранения.An analysis of the above tests shows that the use of the inventive flux composition shows a relatively high dissolution rate in a steelmaking slag melt and a sufficiently high strength under any storage conditions.

Новизна заявляемого сталеплавильного флюса обусловлена отсутствием в литературных источниках составов флюса, содержащих оксиды магния и кальция с оксидами железа и кремния в заявленных пределах, причем гранулы флюса на всю их глубину имеют непостоянный химический состав по содержанию оксидов магния и кальция.The novelty of the inventive steelmaking flux is due to the absence in the literature of flux compositions containing magnesium and calcium oxides with iron and silicon oxides within the stated limits, and the flux granules throughout their depth have an unstable chemical composition according to the content of magnesium and calcium oxides.

Предлагаемое техническое решение позволяет изготавливать флюс с постоянно воспроизводимыми высокими потребительскими свойствами и технологической готовностью, превосходящей прототип.The proposed technical solution allows to produce flux with constantly reproducible high consumer properties and technological readiness that exceeds the prototype.

Таблица 1Table 1 Наименование материалаName of material Химический состав, мас. доля, %The chemical composition, wt. share,% Соотношение масс Оболочка/ядроShell / Core Mass Ratio MgOMgO SiO₂ SiO ₂ Fe₂O₃ Fe ₂ O ₃ CaOCaO Флюс (Гранула d=10 мм)Flux (Granule d = 10 mm) 60,560.5 5,55.5 4,04.0 28,528.5 ОболочкаShell 8080 55 66 88 0,950.95 ЯдроCore 4141 66 22 4949 Флюс (Гранула d=40 мм)Flux (Granule d = 40 mm) 70,070.0 2,12.1 4,24.2 22,522.5 ОболочкаShell 8383 1one 5,55.5 1010 2,52.5 ЯдроCore 3838 55 1one 5454

Химический состав исходного и конечного шлака представлен в таблице 2.The chemical composition of the source and final slag are presented in table 2.

Таблица 2table 2 Наименование материалаName of material Химический состав, мас. доля в %The chemical composition, wt. share in% MgOMgO SiO₂ SiO ₂ Fe₂O₃ Fe ₂ O ₃ CaOCaO FeOFeO Al₂O₃ Al ₂ O ₃ MnOMnO Исходный шлакSource slag 4,04.0 18,918.9 6,96.9 47,647.6 1,41.4 11,811.8 9,49,4 ФлюсFlux 70,370.3 3,523.52 6,16.1 18,718.7 -- 0,250.25 -- Конечный шлакFinal slag 10,110.1 17,817.8 7,597.59 45,345.3 -- 10,5410.54 8,568.56

Таблица 3Table 3 МатериалMaterial Прочность на сжатие, кН/гран*Compressive strength, kN / gran * Усвоение флюса шлаком, %Flux assimilation by slag,% После выдержки в естест. условияхAfter exposure to the test. conditions После выдержки в водеAfter soaking in water Флюс (Гранулы)Flux (Granules) 4,34.3 4,24.2 96,196.1 БрикетыBriquettes 1,21,2 рассыпалисьcrumbled 87,487.4 * Результаты испытаний представлены как средними из 5 определений.* Test results are presented as the average of 5 determinations.

Claims

Steelmaking flux containing oxides of calcium, magnesium, silicon and iron in the following components, wt.%: Magnesium oxide - base, calcium oxide - 15-30, silicon dioxide - 2-7, iron oxides - 4-10, characterized in that the flux is made in the form of granules and consisting of a bioceramic material - the shell and the core, while the ratio of the mass of the core to the mass of the shell is in the range from 0.8 to 2.5, and the ratio of the content of magnesium oxide and calcium oxide in the shell to their content in core are: (80-90) :( 38-42) and (7-15) :( 45-55), respectively.