автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка эффективных шлакообразующих смесей для промежуточных ковшей высокопроизводительных слябовых МНЛЗ

КОНТРОЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР

004Ы1'

На правах рукописи

Лозовский

Евгений Павлович

РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ ШЛАКООБРАЗУЮЩИХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ КОВШЕЙ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ СЛЯБОВЫХ МНЛЗ

Специальность 05.16.02 -Металлургия черных, цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск - 2010

004611127

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Научный руководитель доцент, кандидат технических наук

Дюльдина Эльвира Владимировна.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Михайлов Геннадий Георгиевич,

кандидат технических наук Сарычев Александр Валентинович.

Ведущая организация Институт металлургии Уральского

отделения Российской академии наук.

Защита состоится октября 2010 г. в на заседании

диссертационного совета Д 212.111.01 при ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан « 2S » г.

Ученый секретарь диссертационного совета Селиванов В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие непрерывной разливки стали происходит в направлении постоянного усложнения её технологии. При этом важная роль принадлежит использованию шлакообразующих смесей (ШОС) для защиты поверхности жидкого металла от охлаждения и окисления. Составы шлакообразующих смесей непрерывно совершенствуются с учётом сортамента металла, конструкции МНЛЗ, наличия местных недефицитных материалов и некоторых других факторов. Подбор новых, более эффективных ШОС обычно производится применительно к условиям использования их в кристаллизаторе МНЛЗ.

На современном этапе развития непрерывной разливки возникла необходимость разработки шлакообразующих смесей, специально предназначенных для защиты металла в промежуточном ковше, где условия их применения существенно отличаются от условий в кристаллизаторе. Это, в первую очередь, связано с более высокой температурой в промежуточном ковше и длительным пребыванием расплава ШОС в контакте с огнеупорными материалами.

Жёсткие экономические требования рынка заставили решать проблему разработки эффективных шлакообразующих смесей для промежуточных ковшей МНЛЗ применительно к условиям кислородно-конвертерного цеха ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») -крупнейшего отечественного производителя непрерывнолитых слябов. Поэтому тема данной диссертационной работы является весьма актуальной.

Целью работы является увеличение длительности межремонтного цикла использования промежуточного ковша при низкой аварийности непрерывной разливки и высоком качестве отливаемых слябов.

В процессе проведения работы потребовалось решить следующие основные задачи:

- обобщить имеющийся опыт использования шлакообразующих смесей при непрерывной разливке стали и сформулировать требования, которым должны соответствовать смеси для промежуточных ковшей МНЛЗ;

- разработать эффективные составы ШОС для промежуточных ковшей кислородно-конвертерного цеха ОАО «ММК» и изучить их важнейшие физико-химические свойства;

- исследовать изменение химического состава и температурного интервала затвердевания шлака, образующегося в промежуточном ковше, в процессе разливки серии плавок;

- оценить технико-экономическую эффективность использования новых ШОС в условиях реального производства в кислородно-конвертерном цехе ОАО «ММК».

Научная новизна работы заключается в разработке диаграммы состояния условной квазибинарной системы (Са0+1\^0) -(БЮг+остальные компоненты ШОС), позволяющей, в первом приближении, прогнозировать температурный интервал плавления разрабатываемых шлакообразующих смесей;

математической модели изменения химического состава шлака в промежуточном ковше при разливке серии плавок; методики исследования ассимиляции шлаком неметаллических включений, всплывающих в промежуточном ковше в процессе непрерывной разливки стали.

Практическая значимость диссертации заключается в разработке новых шлакообразующих смесей для промежуточного ковша МНЛЗ, применение которых увеличило стойкость огнеупорной футеровки и повысило качество металлопродукции. Внедрение новых шлакообразующих смесей в кислородно-конвертерном цехе Магнитогорского металлургического комбината дало экономический эффект 14,9 млн. руб. в год.

Апробация работы. Основные результаты диссертации обсуждались на конференции «Технология и оборудование для выплавки, внепечной обработки и непрерывной разливки стали» (г. Москва, Теплоэнергетик, 2007 г.), на 4-ой конференции молодых специалистов «Металлургия XXI века» (г. Москва, ВНИИМЕТМАШ, 2008 г.), на X Международном конгрессе сталеплавильщиков (г. Магнитогорск, 2008 г.), на Международных научно-технических конференциях молодых специалистов ОАО «ММК» (г. Магнитогорск, 2007 и 2008 г.,), на технологических советах Центральной лаборатории контроля ОАО «ММК» (г. Магнитогорск, 2007 и 2008 г.), на 65 и 66 научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова.

На защиту выносится

- результаты исследований физико-химических свойств расплавов шлакообразующих смесей, используемых при непрерывной разливке стали на слябовых МНЛЗ ОАО «ММК»;

- составы двух новых шлакообразующих смесей для промежуточного ковша МНЛЗ;

- методика и результаты исследования формирования шлака в промежуточном ковше МНЛЗ при разливке серии плавок;

- результаты промышленных испытаний разработанных шлакообразующих смесей для промежуточного ковша.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 статей в журналах и сборниках научных трудов, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, для публикации материалов диссертаций. Получен патент РФ на изобретение и одно положительное решение по заявке на патент.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка использованных источников и приложений. Она изложена на 117 страницах машинописного текста, включая 21 таблиц, 38 рисунков и 103 источника.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрены изложенные выше вопросы актуальности работы, её цель и решаемые задачи, научная новизна и практическая значимость результатов исследования.

В первой главе проведен анализ современного состояния разработки, изготовления и применения защитных шлакообразующих смесей для кристаллизаторов и промежуточных ковшей MHJI3.

Опыт разработки и использования ШОС в отечественной и зарубежной металлургии обобщен в трудах A.B. Лейтеса, JI.A. Смирнова, A.B. Куклева, В.М. Паршина, Р. Хаазе и других исследователей.

Обычно металлургические заводы используют собственные шлакообразующие смеси, исходя из особенностей применяемой технологии разливки и наличия недорогих местных материалов для их изготовления. Однако в последние годы появились специализированные производители ШОС, например фирма Stollberg, поставляющие свои смеси многим заводам.

Несмотря на заметные различия в составах, шлакообразующие смеси разных заводов изготовляются обычно на силикатной основе. Для получения требуемого комплекса свойств в состав смесей, кроме силикатов, вводят материалы, содержащие оксиды алюминия, щелочных металлов, бора, а также соединения фтора и углерод.

При технологической оценке качества шлакообразующих смесей, основными показателями являются температурный интервал плавления, основность и вязкость расплава. Чаще всего шлакообразующие смеси для кристаллизатора имеют температуру плавления в интервале 1000...1150 °С, основность 0,5...1,0 и вязкость 0,1...0,5 Па-с при температуре 1300 °С. Смеси для промежуточных ковшей обычно имеют более высокие значения указанных параметров. Однако достаточного убедительного научного обоснования, приведенные выше значения параметров ШОС, не имеют.

В последние годы при разработке, изготовлении и использовании ШОС особое внимание уделяется вопросам экологии. Их решение достигается, в

первую очередь, уменьшением содержания фторсодержащих компонентов или полным их исключением.

Существенную роль в экологическом аспекте использования ШОС играет также их физическое состояние. Первоначально шлакообразующие смеси готовились в виде порошков, что создавало определённые трудности при их производстве, транспортировке, хранении и использовании. Эти трудности удалось в значительной степени преодолеть путём грануляции порошков. На многих металлургических заводах перешли на использование гранулированных ШОС.

На основе обзора литературы сформулированы конкретные задачи, которые требовалось решить в условиях кислородно-конвертерного цеха ОАО «ММК» при разработке составов шлакообразующих смесей для промежуточных ковшей МНЛЗ.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию новых шлакообразующих смесей для промежуточных ковшей слябовых МНЛЗ кислородно-конвертерного цеха ОАО «ММК». Даётся краткое описание особенностей конструкции МНЛЗ и технологии разливки стали. Разливка стали производится на пяти слябовых МНЛЗ криволинейного типа методом «плавка на плавку». Продолжительность серий обычно составляет нескольких десятков плавок. Замена промежуточного ковша вместимостью 45 т стали производится через несколько часов разливки после значительного износа футеровки ковша и стопоров.

Для защиты металла в промежуточном ковше до проведения данного исследования использовались шлакообразующие смеси собственного производства, разработанные для кристаллизаторов. В условия рыночной экономики потребовалась разработка новых эффективных составов ШОС для промежуточных ковшей с учётом особенности их работы. Разработка новых смесей велась на базе смесей для кристаллизатора.

Для научно обоснованной разработки составов ШОС для промежуточного ковша предварительно провели лабораторное исследование смесей разного состава. Были изготовлены образцы для изучения комплекса важнейших физико-химических свойств (температурного интервала плавления смеси, а также плотности, вязкости, электропроводности и поверхностного натяжения расплава). Химический состав образцов приведен в табл. 1. Образцы №1...8 соответствуют ШОС для кристаллизатора. Согласно диаграмме состояния четверной системы Са0-8Ю2-А1203-М£0 кристаллизация расплавов этих ШОС начинается с выделения метасиликатов кальция и магния. Образцы №9...11 - это предполагаемые смеси для промежуточного ковша, состав которых соответствует области первичной кристаллизации ортосиликатов, что обеспечивает более высокую температуру их плавления по сравнению с ШОС для кристаллизатора.

Таблица 1

Химический состав образцов ШОС для изучения физико-химических свойств

№ образца Содержание, масс. %

СаО Si02 А1203 MgO F Na20 К20 Р^общ

1 34,12 36,79 12,42 2,75 0,04 3,07 3,54 1,25

2 38,68 36,22 2,22 1,44 9,84 5,27 0,15 0,87

3 39,79 36,37 3,21 2,14 9,00 8,00 0,23 0,95

4 41,82 37,09 3,18 2,06 7,60 3,08 0,23 1,26

5 41,56 34,58 3,34 2,39 5,30 6,63 0,24 1,16

6 42,90 34,29 2,81 1,82 8,90 3,33 0,18 1,68

7 43,12 35,44 3,66 2,28 10,10 4,75 0,26 1,06

8 43,60 35,14 3,75 2,65 7,90 4,45 0,33 1,31

9 50,46 32,82 5,00 3,06 3,67 0,30 0,33 1,77

10 50,84 31,68 4,95 3,72 3,05 0,32 0,33 1,79

11 50,80 26,90 8,10 4,09 0,04 1,08 1,38 1,80

Важнейшим в технологическом отношении параметром шлакообразующих смесей является температурный интервал их плавления. Исследование процесса плавления опытных образцов ШОС провели на высокотемпературном микроскопе фирмы «Hesse-Instrument». За начало плавления принимали момент начала деформации образца, а за конец плавления - растекание образовавшегося расплава по подложке. Установлено, что температура полного расплавления образцов ШОС для кристаллизаторов составляет 1120... 1245, а образцов ШОС для промежуточного ковша- 1250...1420 СС.

Результаты исследования температурного интервала плавления всех опытных образцов представлены на рис. 1 в виде диаграммы состояния условной квазибинарной системы (CaO+MgO) - (Si02+flpyrae компоненты). Выбранная форма представления результатов исследования продиктована следующими соображениями:

- для отражения температурного интервала плавления бинарная диаграмма более информативна, чем тройные и четверные;

- расположение опытных точек позволило нанести линии ликвидуса и солидуса идентично их положению на диаграмме состояния бинарной

Содержание СаО+МдО, %

Рис. 1. Диаграмма состояния условной квазибинарной системы (Са0+М§0) -(БЮг+другие компоненты): о - температура начала и конца плавления лабораторных образцов; — - линия ликвидуса в системе СаО — БЮ2

Из рис. 1 следует, что выбранные для промежуточного ковша составы ШОС имеют температурный интервал плавления на 100...200 "С выше, чем смеси для кристаллизатора.

Для измерения плотности и поверхностного натяжения расплавленных смесей использовали метод неподвижной капли. По плотности в расплавленном состоянии все исследованные образцы ШОС делятся на три группы, имеющие при температуре полного расплавления плотность около 3,5 г/см3 (образцы 3 и 8), 2,8...2,9 г/см3 (образцы 2, 5, 6 и 11) и 2,4...2,5 г/см3 (образцы 4 и 10). Распределение исследуемых расплавов ШОС на три группы, существенно различающиеся по плотности, можно объяснить с позиций известных представлений о наличии в силикатных расплавах структурных микрогруппировок, часто называемых комплексами, существование которых в значительной степени определяет ближний порядок в этих расплавах. Такие комплексы структурно соответствуют твердым фазам, которые образуются при кристаллизации расплава. Исходя из полученных значений плотности расплавов, можно предположить, что их структуры близки к структурам природных минералов типа пироксенов (плотность 3,2...3,6 г/см3), волластонита или мелилита (плотность

2,9... 3,1 г/см3) и полевых шпатов (плотность 2,5 г/см3).

Поверхностное натяжение расплавов большинства ШОС различается незначительно. В рабочем интервале температур 1200... 1400 °С оно изменяется в пределах 300...350 мДж/м2, понижаясь при увеличении содержания фтора.

Вязкость и электропроводность расплавов ШОС измеряли с помощью вибрационного вискозиметра, работающего в режиме резонансных колебаний. Результаты определения вязкости представлены на рис. 2, из которого видно, что расплавы образцов №10 и 11 имеют относительно высокую вязкость, благоприятную для условий пребывания шлака в промежуточном ковше.

14

12

0

с

1 о о Ü о о: m

10

5^1 8 ftfl 11 10 t т

2, Ii 6 I"!

\

\ \ ч *

\\' * «Л TT \ \

900

1000

1300

1400

1100 1200 Температура, °С

Рис. 2. Зависимость вязкости расплавов ШОС от температуры: цифры у кривых - номера образцов в табл. 1

По данным рис. 2 были получены зависимости вязкости от температуры и рассчитаны значения энергии вязкого течения для всех исследуемых расплавов ШОС.

Электропроводность расплавов всех ШОС зависит, в основном, от температуры и содержания оксидов щелочных металлов:

ае = 3,47(Na20+K20) + 0,124/ - 141, 2 , R=0,951, (1)

где ге - электропроводность, (ом-м)"1; Na20 и К20 - содержание соответствующих компонентов в расплаве, %; t - температура, °С, R -коэффициент множественной корреляции.

На основании исследования комплекса всех физико-химических свойств пришли к заключению, что условиям службы в промежуточном ковше лучше всего соответствует образец №10. Он имеет относительно

высокую температуру плавления, его расплав обладает повышенной вязкостью, низкой плотностью и электропроводностью и сравнительно невысоким поверхностным натяжением.

В третьей главе описано исследование изменения состава шлака в промежуточном ковше в процессе разливки двух серий опытных плавок: первая серия - 9 плавок (3290 т) стали марки БРНС, вторая - 5 плавок (1875т) стали марки 17Г1СУ. Расход ШОС составил 0,20...0,22 кг/т стали. В начале, середине и конце разливки каждой серии отбирали пробы шлака для химического анализа. Результаты изменения содержания основных компонентов шлака приведены на рис. 3.

40

* 30

0)"

1 20

о.

01

5 10 о

0 2 4 6 8

Время от начали разливки серии плавок, ч

40

^ 30

а х

1 20 О. О

<3 10 о

0 2 4 6 8

Время от начали разливки серии плавок, ч

РисЗ. Изменение содержания БЮ2 (1), СаО (2), А1203 (3) и МпО (4) при разливке стали марок БРНС (а) и 17Г1СУ (б)

Содержание других компонентов (МдР, Р, Ыа20, К20, РеО) плавно снижалось по ходу разливки, не превышая 5 %.

Результаты экспериментов анализировались с использованием математической модели процесса шлакообразования. Первичный шлак в

__" а

з ч

4

«■•• -^"- -

б

ч, -«ч ¿и-

, <<' ■ .___ " "

промежуточном ковше появляется в результате расплавления первой порции шлакообразующей смеси, вводимой при наполнении его жидким металлом. В процессе разливки химический состав первичного шлака непрерывно меняется вследствие растворения футеровки, материала разделительных перегородок и стопоров-моноблоков, а также всплывания неметаллических включений из разливаемой стали.

Модель шлакообразования представляла собой систему уравнений материального баланса формирования шлака и всех его компонентов:

тш + тф + тп + тс + т» = М> (2)

где тш — масса шлакообразующей смеси; Шф, тп, тс, ~ масса материала футеровки, перегородок и стопоров, растворившихся в шлаке; тн — масса неметаллических включений, всплывших из металла; М- масса шлака.

Для каждого компонента шлака можно составить уравнение материального баланса вида:

+ + — + + = , (3)

ш100 0100 "100 с 100 "100 100

где Кш , Кф, К„, Кс, К„ и К - содержание компонента в шлакообразующей смеси, материалах футеровки, перегородок и стопоров, в неметаллических включениях, всплывших из металла и в шлаковом расплаве, %.

Химическим анализом в каждой пробе шлака определяли содержание девяти компонентов. Следовательно, для каждого момента отбора пробы шлака можно составить 9 уравнений вида (3), которые вместе с уравнением (2) составляют систему 10-ти уравнений с 8-ю неизвестными. Неизвестные величины - это масса поступивших в шлак материалов футеровки, перегородок, стопоров и неметаллических включений, масса образовавшегося шлака, и содержание в неметаллических включениях оксидов марганца, кремния и алюминия. При составлении модели было принято, что всплывающие неметаллические включения являются продуктами раскисления стали и состоят из указанных выше оксидов и оксида железа, причем их сумма составляет 100 %.

Составленная система уравнений является переопределённой и решается с использованием метода наименьших квадратов. За критерий решения системы уравнений данным методом принималась сумма квадратов относительных расхождений расчетного и фактического содержания компонентов шлака, которая должна быть минимальной.

Указанные выше системы уравнений составлялись и решались трижды (на моменты отбора проб шлака) для каждой серии опытных плавок. Результаты решения обобщались в предположении, что масса растворившихся в шлаке огнеупоров пропорциональна времени от начала разливки, а масса всплывших неметаллических включений - массе разлитой

стали. Решение систем уравнений и обработка результатов проводилась в среде электронных таблиц Excel с использованием надстройки «Поиск решения».

Обработкой результатов решения установили, что при разливке обеих серий опытных плавок скорость растворения шамотной футеровки промежуточного ковша составляет в среднем 5 кг/ч, а материала перегородок стопоров-моноблоков - 0,2 и 0,1 кг/ч соответственно. Масса всплывающих в шлак неметаллических включений и их средний (за всю серию разливки стали каждой марки) химический состав существенно различаются (табл. 2). При указанных выше параметрах процесса результаты расчётов хорошо совпадают с экспериментальными данными (рис. 4). Следовательно, разработанная математическая модель шлакообразования вполне адекватна реальному процессу формирования шлака в промежуточном ковше.

Таблица 2

Масса и средний химический состав _ всплывающих неметаллических включений_ _

Марка стали Масса, % (от массы разлитой стали) Содержание, %

Si02 МпО А1203 FeO

SPHC 0,0095 15,15 17,24 60,54 7,08

17Г1СУ 0,0298 33,25 27,35 39,31 0,09

У о га

О-

0 с ш s

1 га X п. ш =t о О

40 30 20 10

о

о

о уО

0 10 20 30 40 Содержание по анализу, %

Рис. 4. Сопоставление содержания компонентов в шлаке по расчёту и химическому анализу Обработка результатов экспериментов дала информацию о динамике изменения массы шлака в промежуточном ковше и о поступлении в него

материалов из разных источников (ШОС, огнеупоров и неметаллических включений) в процессе разливки опытных плавок. Установлено, что масса шлака в процессе разливки возрастает в 5...6 раз, причем растворение огнеупорных материалов футеровки ковша и стопоров в шлаке мало -3...4% от его массы (рис.5). Основную роль в изменении химического состава шлака играют неметаллические включения, всплывающие из разливаемой стали, при этом существенное влияние оказывает химический состав металла.

Рис. 5. Изменение доли ШОС (■), футеровки промежуточного ковша (о) и неметаллических включений (■) в составе шлака в процессе разливки серии плавок стали марки БРНС (слева) и 17Г1СУ (справа)

Изменение химического состава шлака в процессе разливки серии плавок приводит к повышению температуры его плавления на 100... 110 °С., однако в процессе всей разливки она не превышает 1400 °С, что обеспечивает пребывание шлака в жидком состоянии.

В четвертой главе изложены результаты разработки, испытания и промышленного использования двух новых шлакообразующих смесей для промежуточных ковшей МНЛЗ кислородно-конвертерного цеха ММК. Химический состав обеих смесей близок к составу лабораторной смеси №10 (см. табл. 1), обладающей для условий промежуточного ковша наилучшим комплексом физико-химических свойств. Однако содержание СаО в них было немного понижено для компенсации повышения температуры плавления шлакового расплава в процессе разливки серии плавок. Одна из этих смесей (ГШОС-11) предназначена для разливки ультранизкоуглеродиетой стали, а другая (ШОС-12) - для стали остального марочного сортамента. Обе смеси готовятся на той же технологической линии и из тех же материалов, что и шлакообразующие смеси для кристаллизатора.

Основное различие между новыми смесями состоит в содержании углерода - 3 и 5 % соответственно, что связано с разным содержанием углерода в разливаемой стали. Из-за пониженного содержания углерода ГШОС-11 делают гранулированной, а ШОС-12 готовится в виде порошка по упрощенной технологии, что экономически целесообразно. Состав разработанных смесей приведен в табл. 3.

Таблица 3

Химический состав разработанных ШОС_

Тип смеси Содержание, масс. %

СаО бю2 а1203 МбО б С №20 к20

ШОС №12 35,045,0 30,035,0 8,010,0 3,05,0 2,54,0 3,06,0 2,04,0 1,02,0 0,51,5

ГШОС №11 35,045,0 30,035,0 8,010,0 3,05,0 2,54,0 1,03,0 2,04,0 1,02,0 0,51,5

Провели промышленные испытания новых смесей, в которых с каждой смесью было разлито по две серии плавок. В начале разливки каждой серии в одну из расходных частей нового промежуточного ковша вводили опытную смесь, а в другую - контрольную, соответствующую действующей в тот период технологии. После замены промежуточного ковша проводился его осмотр с замером величины разрушения футеровки и стопоров по шлаковому поясу. Данные об испытании новых смесей приведены в табл. 4.

Таблица 4

Результаты испытания разработанных шлакообразующих смесей

Марка опытной смеси Марка стали Масса разлитой стали, т Износ*', мм

футеровки стопоров

ГШОС-11 БАЕ 1006 3070 50...70 100...120 10...30 70...80

Ст. Зпс 2130 40...60 90...110 10...30 70...80

ШОС-12 08пс, БАЕ 1006 2770 40...50 80...100 10...30 50...60

Ст. Зпс 2630 30...40 110...130 10...30 70...80

Числитель - опытная, знаменатель - контрольная смесь.

Как видно из приведенных данных, при использовании разработанных смесей износ огнеупоров значительно меньше по сравнению с использованием контрольных смесей. Особенно велика разница в износе наиболее ответственного элемента ковша - стопоров (рис. 6).

Рис. 6. Износ стопоров при использовании разработанной (слева) и контрольной (справа) смесей

Проведена оценка качества непрерывнолигых слябов при использовании разработанных смесей по дефекту «точечная неоднородность», возникновение которого связано с загрязненностью стали неметаллическими включениями. Разлили три серии опытных плавок (24 ковша общей массой 8870 т). В качестве контрольной использовали импортную смесь АЬ81СОУЕК ОС16, применяемую при разливке стали повышенного качества. Развитие дефекта «точечная неоднородность» при использовании опытной смеси было оценено в среднем баллом 1, а при использовании контрольной смеси - баллом 1,5. Таким образом, применение разработанных смесей не ведет к снижению качества слябов.

Положительные результаты по стойкости промежуточного ковша и качеству получаемых слябов дали основание внести с 2007 г разработанные составы в нормативно-техническую документацию по изготовлению и применению ШОС в ОАО «ММК». Промышленное использование новых ШОС позволило довести максимальную длительность разливки серии плавок через один промежуточный ковш до 12,5 ч, увеличить среднюю стойкость арматурной футеровки с 352 до 404 плавок и сократить на 19,5 % потери времени на ликвидацию аварий. Экономический эффект от внедрения в производство и применения в промежуточном ковше разработанных ШОС за 2007 г составим 14,9 млн. руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Использование для наведения шлака в промежуточном ковше шлакообразующих смесей, разработанных для кристаллизатора МНЛЗ, приводит к преждевременному выходу из строя огнеупорной футеровки и стопоров. Шлакообразующие смеси для промежуточного ковша должны иметь более высокую температуру плавления (1250...1400 °С) и вязкость (0,5...0,8 Па-с при температуре 1300 °С), чем смеси для кристаллизатора.

2. Химический состав ШОС для промежуточных ковшей целесообразно разрабатывать на основе оксидных систем, основными компонентами которых (70...80 %) являются оксиды кальция и кремния. Основность ШОС должна быть 1,3...2,0. В состав смесей должны входить также оксиды магния, алюминия и щелочных металлов (до 5, 10 и 3 % соответственно). Содержание фтора в смеси не должно превышать 4 %, а содержание углерода должно быть не более 3 % для сталей с содержанием углерода до 0,007 % и 4.. .6 % для остальных.

3. При разработке состава новых смесей предварительная оценка температурного интервала их плавления может быть сделана по диаграмме состояния условной квазибинарной системы (СаО+А^О) - (8Ю2+остальные компоненты).

4. Разработана динамическая математическая модель формирования шлака в промежуточном ковше, учитывающая поступление в шлаковый расплав материалов огнеупорной футеровки ковша и неметаллических включений из разливаемого металла. Модель может быть использована для прогнозирования изменения химического состава и массы шлака в процессе разливки серии плавок, а также для исследования ассимиляции шлаком неметаллических включений, всплывающих из разливаемого металла.

5. За время разливки серии плавок (7...9 ч) химический состав и температура плавления шлакового расплава в промежуточном ковше существенно меняются. Основной причиной этого изменения является поступление неметаллических включений из разливаемой стали. Количество и химический состав неметаллических включений, ассимилируемых шлаковым расплавом, связаны с маркой разливаемой стали. Доля ассимилированных шлаком неметаллических включений при разливке низкоуглёродистой стали составляет 30...35 % от массы конечного шлака, а при разливке конструкционной низколегированной стали - свыше 50 %. Доля растворившихся в шлаке огнеупоров промежуточного ковша не превышает 5%.

6. Шлакообразующие смеси для промежуточного ковша организационно и экономически целесообразно готовить из тех же материалов и на том же оборудовании, что и смеси для кристаллизаторов, изменяя расходы компонентов шихты.

7. Разработаны составы двух новых шлакообразующих смесей для промежуточного ковша слябовой MHJI3 кислородно-конвертерного цеха ММК, применение которых позволило уменьшить разрушение огнеупоров, увеличить стойкость футеровки и длительность цикла использования промежуточного ковша.

8. Внедрение новых шлакообразующих смесей для промежуточного ковша в кислородно-конвертерном цехе Магнитогорского металлургического комбината дало экономический эффект 14,9 млн. руб. в год.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Разработка низкофтористых составов шлакообразующих смесей для промежуточных ковшей с торкретированной футеровкой слябовой MHJI3 / Е.П. Лозовский, C.B. Горосткин, С.А. Грудников и др. // Металлург - 2008-№1,-С. 38-40.

2. Изучение причин образования дефекта «плена из-за неметаллических включений в слябах» на прокате / Е.П. Лозовский, С.Н. Ушаков, Д.В. Юречко и др. // Сталь.- 2009.- №10.- С.26-28.

3. Дюльдина Э.В., Селиванов В.Н., Лозовский Е.П. Формирование шлака в промежуточном ковше МНЛЗ // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова-2009.-№4,-С. 26-30.

4. Физико-химические свойства расплавов шлакообразующих смесей, используемых при непрерывной разливке стали / Э.В. Дюльдина, В.Н. Селиванов, Е.П. Лозовский и др. // Расплавы,- 2009 - №6 - С. 3-11.

5. Определение вязкости шлакообразующей смеси производства ОАО «ММК» / Э.В. Дюльдина, A.B. Меняйло, Е.П. Лозовский и др. // Теория и технология металлургического производства: Межрегион, сб. науч. тр. / Под ред. В.М. Колокольцева. - Вып. 6. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ». -2006.-С. 102-106.

6. Разработка составов шлакообразующих смесей для промежуточных ковшей сортовых МНЛЗ / A.B. Меняйло, C.B. Горосткин, A.C. Казаков, Е.П. Лозовский // Совершенствование технологии в ОАО «ММК»: Сб. тр. Центральной лаб. ОАО «ММК». - Вып.10. - Магнитогорск, 2006. - С. 98-103.

7. Лозовский Е.П., Горосткин C.B. Разработка составов шлакообразующих смесей для использования в промежуточных ковшах с монолитной футеровкой на слябовых и сортовых МНЛЗ // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции молодых специалистов / ОАО «ММК». - Магнитогорск, 2007. - С. 28.

8. Разработка и испытание при непрерывной разливке на МНЛЗ новых составов шлакообразующих смесей / Е.П. Лозовский, C.B. Горосткин, С.А. Грудников и др. // Совершенствование технологии в ОАО «ММК»: Сб. тр.

Центральной лаб. ОАО «ММК». - Вып.11. - Магнитогорск, 2007 - С. 117122.

9. Разработка составов шлакообразующих смесей для промежуточных ковшей с основной футеровкой / Е.П. Лозовский, Д.В. Юречко, C.B. Горосткин и др. // Черная металлургия,- 2008 - №5 - С. 25-28.

10. Разработка составов шлакообразующих смесей для промежуточных ковшей с основной футеровкой / Е.П. Лозовский, Д.В. Юречко, C.B. Горосткин и др. // Металлургия XXI века: Сб. тр. 4-й междунар. конф. молодых специалистов.- М.: ВНИИМЕТМАШ им. Целикова А.И.- 2008 - С. 163-169.

11. Лозовский Е.П., Горосткин C.B. Разработка состава шлакообразующей смеси с повышенным содержанием оксидов щелочных металлов // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции молодых специалистов / ОАО «ММК». - Магнитогорск, 2008. -С. 29-30.

12. Использование аргона в процессе непрерываной разливки стали и влияние на качество металла / Т.С. Масальский, O.A. Николаев, Е.П. Лозовский и др. // Совершенствование технологии в ОАО «ММК»: Сб. тр. Центральной лаборатории ОАО «ММК». - Вып.12. - Магнитогорск- 2008-С. 144-148.

13. О влиянии шлакообразующих смесей на качество разливаемого металла / В.Ф. Дьяченко, C.B. Горосткин, Е.П. Лозовский и др. // Совершенствование технологии в ОАО «ММК»: Сб. тр. Центральной лаборатории ОАО «ММК». - Вып.12. - Магнитогорск. - 2008. - С. 154-160.

14. Разработка диаграммы состояния расплава шлакообразующих смесей, используемых при непрерывной разливке / В.Н. Селиванов, Э.В. Дюльдина, Е.П. Лозовский и др. // Труды десятого конгресса сталеплавильщиков-М.: Изд. «Черметинформация».-2009-С. 651-655.

15. Влияние металлургических факторов в процессе разливки стали на МНЛЗ на отсортировку холоднокатаного листа / Т.С Масальский, Е.П Лозовский, В.Ф. Дьяченко и др. // Труды десятого конгресса сталеплавильщиков-М.: Изд. «Черметинформация».-2009.-С. 674-678.

16. Влияние шлакообразующей смеси на качество металлопродукции ОАО «ММК» / Е.П. Лозовский, Д.В. Юречко, Т.С. Масальский и др. // Литейные процессы - Вып.8. - Магнитогорск, 2009. - С. 175-180.

17. Патент №2365461 РФ, МПК B22D 11/111 Гранулированная шлакообразующая смесь для защиты металла в промежуточном ковше при непрерывной разливке стали / Горосткин C.B., Ушаков С.Н., Грудников С.А., Лозовский Е.П. и др. №2007125096/02, Заявлено 02.07.2007; Опубл. 27.08.2008, Бюл. №24.

Подписано в печать 20.09.2010. Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 685.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ГОУ ВПО «МГТУ»

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ШЛАКООБРАЗУЮЩИХ СМЕСЕЙ ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ СТАЛИ.

1.1. Роль шлакообразующих смесей.

1.2. Шлакообразующие смеси для кристаллизатора МНЛЗ.

1.3. Отечественный и зарубежный опыт использования шлакообразующих смесей в промежуточном ковше МНЛЗ.

1.4. Экологические задачи при разработке шлакообразующих смесей.

1.5. Теория и практика разработки новых составов ШОС.

Выводы по главе 1 и уточнение задач исследования.

Глава 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ШЛАКООБРАЗУЮЩИХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ КОВШЕЙ СЛЯБОВЫХ МНЛЗ ОАО «ММК».

2.1. Особенности конструкции МНЛЗ и технологии непрерывной разливки стали в кислородно-конвертерном цехе ММК.

2.2. Методика разработки новых ШОС для промежуточного ковша.

2.3. Методики лабораторных исследований.

2.3.1. Температура плавления.

2.3.2. Вязкость и электропроводность.

2.3.3. Плотность и поверхностное натяжение.

2.4. Результаты исследования физико-химических свойств расплавов ШОС

2.4.1. Температура плавления.

2.4.2. Плотность.

2.4.3. Поверхностное натяжение.

2.4.4. Вязкость.

2.4.5. Электропроводность.

Выводы по главе 2.

Глава 3. ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ШЛАКА В ПРОМЕЖУТОЧНОМ КОВШЕ ПРИ РАЗЛИВКЕ СТАЛИ МЕТОДОМ «ПЛАВКА НА ПЛАВКУ».

3.1. Экспериментальная часть исследования.

3.2. Математическая модель шлакообразования в промежуточном ковше

3.3. Анализ результатов экспериментов с использованием математической модели.

3.4. Изменение температуры плавления шлака в промежуточном ковше.

Выводы по главе 3.

Глава 4. ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОВЫХ ШЛАКООБРАЗУЮЩИХ СМЕСЕЙ В ПРОМЕЖУТОЧНОМ КОВШЕ МНЛ3.

4.1. Промышленное изготовление опытной партии ШОС в условиях ОАО «ММК».

4.2. Испытание ШОС «сухого» смешивания в промежуточном ковше слябовой МНЛЗ.

4.3. Испытание гранулированной ШОС в промежуточном ковше слябовой МНЛЗ.

4.4 Исследование влияния опытной смеси на качество металла.

4.5 Промышленное внедрение разработанных шлакообразующих смесей .90 Выводы к главе 4.

Открытое акционерное общество «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») — одно из ведущих металлургических предприятий страны, имеющее кислородно-конвертерный цех (ККЦ), в котором производится разливка стали из 360-тонных ковшей на высокопроизводительных слябовых машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Разливка производится методом «плавка на плавку» сериями, состоящими обычно из нескольких десятков плавок. При таком способе разливки особое значение приобретает защита металла от вторичного окисления и охлаждения, как при подаче его из сталераз-ливочного ковша в промежуточный, так и из промежуточного ковша в кристаллизатор.

Одним из основных элементов такой защиты является наведение жидкого шлака на поверхности металла, как в кристаллизаторе, так и в промежуточном ковше из твердых самоплавких шлакообразующих смесей (ШОС).

Для обеспечения кислородно-конвертерного цеха ОАО «ММК» шлакооб-разующими смесями собственного производства построено специальное отделение, введённое в эксплуатацию в конце 1992 года и предназначенное для производства гранулированных шлакообразующих смесей (ГШОС). Известно [1], что гранулированные ШОС имеют ряд преимуществ перед порошкообразными смесями: они более экономичны, их легче транспортировать, они меньше загрязняют окружающую среду.

Первоначально гранулированные смеси, изготовляемые в ОАО «ММК», предназначались для применения в кристаллизаторе МНЛЗ. Основным материалом при их изготовлении является портландцемент, а основными химическими компонентами — СаО и 8Ю2, суммарное содержание которых в смеси составляет в среднем 80 %. Шлак, образующийся при их расплавлении, имеет относительно низкую основность (0,9. 1,2) и температуру плавления (1000.1100 °С).

В промежуточный ковш для защиты поверхности металла вводили ГШОС, применяемые в кристаллизаторе, а также отходы от их производства пыль и так называемые «коржи» — крупные конгломераты^ спёкшихся гранул. Такая практика* нередко приводила, к аварийному прекращению, разливки, по причине образования твердого'спекшегося слоя шлака в промежуточном ковше, прогару футеровки1 и преждевременному выходу из стоя стопоров.

Проблема наведения* шлака в. промежуточном ковше на ММК постоянно обострялась под влиянием ряда производственно-экономических факторов. Так, в 2004 году перешли от использования шамотной футеровки промежуточного ковша на футеровку из торкрет-масс. В 2006 году вместо наборных стопоров из шамота стали применять стопора-моноблоки. Основой материалов торкрет-масс и стопоров-моноблоков является оксид алюминия, который довольно хорошо растворяется в низкоосновных шлаках. Вновь проблема обострилась в 2007 году, когда потребовалось увеличить длительность серии безостановочно разливаемых плавок и количество плавок, разливаемых через один промежуточный ковш. При этом одновременно повысились и требования к качеству отливаемого металла. Все эти факторы потребовали разработки новых шлакооб-разующих смесей; предназначенных для использования только в промежуточном ковше МНЛЗ.

Работы по созданию новых ШОС для использования, как в кристаллизаторе, так и в промежуточном ковше МНЛЗ активно ведутся в последние 25.30 лет специалистами многих металлургических предприятий. Существенная роль в таких исследованиях отводится изучению физико-химических свойств оксидных расплавов [2]. Это позволяет научно подойти к выбору их оптимальных составов'и предложить рациональные технологические варианты их получения и использования.

Решение проблемы повышения стойкости футеровки и стопоров промежуточных ковшей МНЛЗ в кислородно-конвертерном цехе ММК путем создания новых шлакообразующих смесей составляет содержание данной работы. Эта проблема должна быть решена с учетом имеющегося на предприятии оборудования и материалов для приготовления 1ПОС, огнеупорных материалов, используемых в промежуточном ковше, и марочного сортамента разливаемой стали. Целью работы является увеличение длительности межремонтного цикла использования промежуточного ковша при низкой аварийности непрерывной разливки и высоком качестве отливаемых слябов.

В процессе проведения работы потребовалось решить следующие основные задачи:

- обобщить имеющийся опыт использования шлакообразующих смесей при непрерывной разливке стали и сформулировать требования, которым должны соответствовать смеси для промежуточных ковшей МНЛЗ;

- разработать эффективные составы ШОС для промежуточных ковшей кислородно-конвертерного цеха ОАО «ММК» и изучить их важнейшие физико-химические свойства;

- исследовать изменение химического состава и температурного интервала затвердевания шлака, образующегося в промежуточном ковше в процессе разливки серии плавок;

- оценить технико-экономическую эффективность использования новых ШОС в условиях реального производства в кислородно-конвертерном цехе ОАО «ММК». ч ъ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Использование для наведения шлака в промежуточном ковше шлако-образующих смесей, разработанных для кристаллизатора МНЛЗ, приводит к преждевременному выходу из строя огнеупорной футеровки и стопоров. Шла-кообразующие смеси для промежуточного ковша должны иметь более высокую температуру плавления (1250.1400 °С) и вязкость (0,5.0,8 Па-с при температуре 1300 °С), чем смеси для кристаллизатора.

2. Химический состав ШОС для промежуточных ковшей целесообразно разрабатывать на основе оксидных систем, основными компонентами которых (70.80 %) являются оксиды кальция и кремния. Основность ШОС должна быть 1,3.2,0. В состав смесей должны входить также оксиды магния, алюминия и щелочных металлов (до 5, 10 и 3 % соответственно). Содержание фтора и углерода в смеси не должно превышать 3. .4 % каждого.

3 Предварительная оценка температурного интервала плавления ШОС при разработке новых составов может быть сделана по диаграмме состояния условной квазибинарной системы (СаО+й/^О) - (БЮг+остальные компоненты).

4. Разработана динамическая математическая модель формирования шлака в промежуточном ковше, учитывающая поступление в шлаковый расплав материалов огнеупорной футеровки ковша и неметаллических включений из разливаемого металла. Модель может быть использована для прогнозирования изменения химического состава и массы шлака в процессе разливки серии плавок, а также для исследования ассимиляции шлаком неметаллических включений, всплывающих из разливаемого металла.

5. За время разливки серии плавок (7.9 ч) химический состав и температура плавления шлакового расплава в> промежуточном ковше существенно меняются. Основной причиной этого изменения является поступление неметаллических включений из разливаемой стали. Количество и химический состав неметаллических включений, ассимилируемых шлаковым расплавом, связаны с маркой разливаемой стали. Доля ассимилированных шлаком неметаллических включений при разливке углеродистой стали составляет 30.35 % от массы конечного шлака, а при разливке конструкционной низколегированной стали -свыше 50 %. Доля растворившихся в шлаке огнеупоров промежуточного ковша не превышает 5 %.

6. Шлакообразующие смеси для промежуточного ковша организационно и экономически целесообразно готовить из тех же материалов и на том же оборудовании, что и смеси для кристаллизаторов, изменяя расходы компонентов шихты.

7. Разработаны составы двух новых шлакообразующих смесей для промежуточного ковша слябовой МНЛЗ кислородно-конвертерного цеха ММК, применение которых позволило уменьшить разрушение огнеупоров, увеличить стойкость футеровки и длительность цикла использования промежуточного ковша.

8. Внедрение новых шлакообразующих смесей для промежуточного ковша в кислородно-конвертерном цехе Магнитогорского металлургического комбината дало экономический эффект 14,9 млн. руб. в год.

включений

Масса, % Содержание, %

Марка стали (от массы разлитой стали) ЭЮг МпО А1203 РеО

8РНС 0,0095 15,15 17,24 60,54 7,08

17Г1СУ 0,0298 33,25 27,35 39,31 0,09

В соответствии с существующими теоретическими представлениями загрязненность стали оксидными неметаллическими включениями увеличивается по мере уменьшения содержания углерода. Поэтому можно ожидать увеличения массы всплывающих оксидных включений при разливке стали марки ЯНРС. Однако данные табл. 3.5 не соответствуют этому положению. Факт всплывания в процессе разливки меньшего количества оксидных включений следует связать с особенностями их химического состава, определяемыми технологией раскисления.

Раскисление стали марки БРНС проводили ферромарганцем, силикомар-ганцем и алюминием. Можно предположить, что при растворении.этих раскис-лителей в металле образовались неметаллические включения двух видов: алюминаты железа и силикаты марганца. Как следует из данных табл. 3.5, содержание МпО в силикатах марганца составляет 53 %. При таком содержании МпО температура плавления силиката находится в пределах 1400 - 1450 °С [88]. В металле, имеющем температуру 1550 °С и выше, такие силикаты находятся в жидком состоянии. Они легко укрупняются и в значительной степени всплывают в шлак непосредственно > после раскисления. К началу разливки металл успевает в значительной-степени очиститься от продуктов раскисления. Поэтому масса включений, поступивших в шлак промежуточного ковша за время разливки, будет небольшой.

Раскисление и легирование стали марки 17Г1СУ проводили силикомар-ганцем, ферросилицием и алюминием. При взаимодействии вводимых добавок с металлом формировались силикаты марганца и оксид алюминия. Содержание МпО в этих силикатах было значительно более низким (45 %), а их температура плавления значительно более высокой - свыше 1600 °С. Такие силикаты в жидком металле находятся в двухфазном состоянии и значительно хуже укрупняются. Поэтому к началу разливки в жидком металле еще остается много оксидных неметаллических включений. Разливка низколегированной стали марки 17Г1СУ производится относительно медленно и поэтому за время пребывания металла в промежуточном ковше в шлак успевает всплыть значительное количество неметаллических включений.

Результаты расчета изменения химического состава шлака в процессе разливки обеих серий опытных плавок представлены на рис. 3.3 и 3.4. Сопоставление этих рисунков с рис. 3.1 и 3.2 показывает, что характер изменения содержания компонентов шлака по расчету соответствует данным, полученным при химическом анализе.

На рис. 3.5 проведено численное сопоставление результатов расчета содержания компонентов шлака по модели с данными химического анализа. Численно расчётные данные близки к результатам химического анализа. Линия тренда на этом рисунке описывается уравнением аппроксимации (ЗЛО) и практически совпадает с диагональю, соответствующей равенству расчётных и опытных данных:

КО = 0,9943да,'- 0,0349 . (3.10)

Первый коэффициент в этом уравнении, равный 0,9943, близок к единице, а второй, равный 0,0349, — мало отличается от нуля. Следовательно, без большой погрешности уравнение (3.10) можно считать эквивалентным соотношению

35

30 25

I 20 о. ш

§ 15 о

10 5 0

-----

2 4 6

Время от начали разливки серии плавок, ч 8

-■—ЭРНС, ЭЮ2 —< -А—ЭРНС, А1203 —»

БРНС,СаО ЭРНС,МпО

2 3 4 5 6

Время от начали разливки серии плавок, ч

БРНС, МдО 5 ♦ ЭРНС, №20-■ЗРНС, Р ---ЭРНС, РеО

БРНС, К20

Рис. 3.3. Расчетное изменение химического состава шлака при разливке опытных плавок стали марки 8РНС

30 ш з

I 20 о. ш о О

10 0 ч * Ч. —- —■- -■

N ^ , . . - -- А - - - • а * --- 1. . 1 . " Г. - —Г". .I. о

2 3 4 5 6

Время от начали разливки серии плавок, ч

17Г1СУ, 6Ю2 * 17Г1СУ, А1203

17Г1СУ, СаО 17Г1СУ, МпО 8

01 2345678

Время от начали разливки серии плавок, ч 17Г1СУ, МдО 17Г1СУ, №20 - 17Г1СУ, К20 —•—17Г1СУ, Р ---17Г1СУ, РеО

Рис. 3.4. Расчетное изменение химического состава шлака при разливке опытных плавок стали марки 17Г1СУ то есть считать, что содержание компонентов шлака по расчету в целом совпадает с результатами химического анализа. Таким образом, разработанная математическая модель вполне адекватна реальному процессу формирования шлака в промежуточном ковше.

40

30

Т О со о.

0 с

0) 1 го * о. си ее о о

20

10 о 0 о X °° о/ о

О /о о/

Жо

10 20 30

Содержание по анализу, %

40

Рис. 3.5. Сопоставление содержания компонентов в шлаке по расчёту и химическому анализу

Выбранный метод анализа экспериментальных данных с использованием модели шлакообразования дал возможность получить такую информацию об эт ом процессе, которую практически невозможно получить путём прямого эксперимента. Так, была получена информация о динамике изменения массы шлака в промежуточном ковше и о поступлении в шлак материалов из разных источников (ШОС, огнеупоров и неметаллических включений) в процессе разливки опытных плавок (рис. 3.6). Как видно из этого рисунка, масса шлака в процессе разливки возрастает в 5.6 раз, причем растворение огнеупорных материалов футеровки ковша и стопоров в шлаке мало - 3. .4 % от его массы.

1000 т"

§ 800 то s о. р

ТО 600 н Э"

I 400 ю о о то

3 200 го о о то 0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Масса разлитой стали, т

Рис. 3.6. Изменение массы шлака (и, □), а также массы ШОС (♦, 0), огнеупоров (А, А) и неметаллических включений (•, о), участвующих в шлакообразовании, при разливке стали марок 8РНС (- ) и

17Г1СУ (---)

Более наглядно вклад различных источников формирования шлака в процессе разливки обеих серий опытных плавок показывает рис. 3.7. В начале разливки шлак представляет собой расплав первой порции шлакообразующей смеси, введённой в промежуточный ковш в процессе его наполнения жидким металлом. В процессе разливки в образовавшемся шлаке происходит растворение огнеупорных материалов и накопление неметаллических включений, всплывающих из разливаемой стали, что ведет непрерывному увеличению массы шлака и изменению соотношения между его составляющими. Модель позволяет рассчитать массу и состав шлака в промежуточном ковше на любой момент времени с начала разливки серии плавок. При соответствующей настройке разработанная модель шлакообразования может быть использована для прогнозирования процесса в других условиях (другая футеровка, другие марки стали другая смесь). О

ИЮС

1-я плавка

5-я плавка

9-я плавка

ЦIЩ' I НЙШ!! Э^втаав^^ш «йк .

Щ^ж» ш И? " 4 е.< ЩШ ■ т " йй® шос

1-я плавка

3-я плавка

5-я плавка

Рис. 3.7. Изменение доли ШОС (■), футеровки промежуточного ковша (□) и неметаллических включений (■) в составе шлака в процессе разливки серии плавок стали марки 8РНС (вверху) и 17Г1СУ (внизу)

Принятая в данном исследовании методика позволяет также исследовать процесс ассимиляции шлаком неметаллических включений, всплывающих из разливаемой стали, определяя из массу и химический состав. Прямое экспериментальное определение этих важных параметров разливки стали в настоящее время практически не проводится.

3.4. Изменение температуры плавления шлака в промежуточном ковше

Пробы шлака, отобранные из промежуточного ковша, были использованы также для определения температуры его плавления по методике, описанной в главе 2. Результаты определения температуры плавления шлаков обеих серий опытных плавок представлены на рис. 3.8.

1400 о

1350 о; х (и с; ш аз с; с со а. л а. ш 1250 а> I

1300

1200 р

У V 0

2 4 6

Время от начала разливки, ч 8

Рис. 3.8. Изменение температуры плавления ШОС и шлака в промежуточном ковше при разливке стали марок 8РНС (•-•) и 17Г1СУ о —о)

Из данных этого рисунка следует, что температура плавленшг шлака в процессе разливки несколько повышается; однако это повышение не превышает 100 °С. В течение всей разливки серии плавок температура плавления шлака, находящегося в промежуточном ковше, остаётся ниже 1400 °С, что обеспечивает пребывание шлака в жидком состоянии. Таким образом, разработанная шлакообразующая смесь, используемая в кислородно-конвертерном цехе ММК для создания защитного покрытия металла в промежуточном ковше, выполняет свои функции в течение всего процесса разливки.

1. Лейтес A.B. Защита стали в процессе непрерывной разливки — М.: Металлургия- 1984 198 с.

2. Новые шлакообразующие смеси для непрерывной разливки стали / В.М. Людковский , В.М. Боревский, В.М. Архипов и др. // Труды первого конгресса сталеплавильщиков.— М.:Изд. АО «Черметинформация».- 1993.- С. 278279.

3. О критериях выбора компонентного состава гранулированной шлако-образующей смеси для кристаллизатора УНРС / В.В. Гречишный, С.К. Носов, А.Ф. Сарычев и др. // Труды третьего конгресса сталеплавильщиков М.:Изд. АО «Черметинформация».- 1996-С. 352-354.

4. Совершенствование шлакообразующих смесей различного состава при непрерывной разливке стали на АО «НЛМК» / A.M. Ковалев, С.М. Чиграй, В.Н. Пестов и др. // Труды третьего конгресса сталеплавильщиков М.:Изд. АО «Черметинформация».- 1996-С. 354-359.

5. A.A. Смирнов, В.А. Старцев. Состав и свойства шлаков применяемых при непрерывной разливке стали // Труды третьего конгресса сталеплавильщиков.-М.:Изд. АО «Черметинформация».- 1996 — С. 360-362.

6. Эффективность-защиты металла, разливаемого непрерывным способом / В.В. Климанчук, А.П. Бочек, С.А. Лавринишин и др. // Сталь.- 2007,- №1 — С. 20-22.

7. Смеси, применяемые на МНЛЗ в ККЦ ОАО «ММК им. Ильича» / А.П. Бочек, В.В. Климанчук, И.Н. Фентисов и др. // Труды шестого конгресса сталеплавильщиков-М.:Изд. АО «Черметинформация».- 2001 С. 577-579.

8. Новые шлакообразующие смеси для непрерывной разливки стали /

9. B.М. Людковский, С.С. Бродский, Г.А. Буряковский и др. // Труды шестого конгресса сталеплавильщиков- М.:Изд. АО «Черметинформация».- 2001 —1. C. 582-585.

10. Куклев A.B. Современная концепция разработки и производства шла-кообразующих смесей для непрерывной разливки стали // Труды седьмого конгресса сталеплавильщиков.- М.: Изд. АО «Черметинфор-мация».- 2003 — С. 521-524.

11. Сургаева Е.В., Галкин М.П., Еланский Г.Н. Работа шлакообразующей смеси в кристаллизаторе при разливке на УНРС коррозионностойких титаносо-держащих сталей // Труды седьмого конгресса сталеплавильщиков М.:Изд. ОАО «Черметинформация».- 2003. - С. 524-529.

12. Хаазе Р., Зенин А. Современные шлакообразующие смеси для сифонной и непрерывной разливки4 стали // Труды восьмого конгресса сталеплавильщиков.-М.:Изд. ОАО «Черметинформация».- 2005. С. 535-540.

13. Фойгт Д.Б., Соколов В.В., Протопопов Е.В. Порошкообразные ШОС для разливки стали на МНЛЗ // Сталь 2006. - №5. - С. 36-37.

14. Разработка и внедрение шлакообразующих смесей для непрерывной разливки стали / Д.Б. Фойгт, Т.Р. Галиуллин, В.В. Соколов и др. // Труды девятого конгресса сталеплавильщиков— М.:Изд. ОАО «Черметинформация».-2007.-С. 612-615.

15. Совершенствование защитных шлакообразующих смесей для промежуточных ковшей MHJI3 / A.M. Топтыгин, Е.Г. Полозов, Ю.М. Айзин, И.В. Неклюдов // Сталь.- 2007. №3,- С. 23-24.

16. Теплоизолирующая шлакообразующая смесь для промежуточных ковшей MHJI3 для разливки сталей широкого сортамента / A.M. Топтыгин, И.В. Неклюдов, Е.Г. Полозов, Ю.М. Айзин // Металлург 2007. - №2. - С. 48-50.

17. Винниченко Н.И., Харахулах B.C., Лакунцов A.B. / Шлакообразую-щие смеси для УРНС из материалов на основе лигнина // Труды второго конгресса сталеплавильщиков —М.:Изд. АО «Черметинформация».- 1994. С. 325326.

18. Попандопуло И.К., Михневич Ю.Ф. Непрерывная разливка стали-М.: Металлургия.- 1990. 295 с.

19. Хаазе Р., Шарф Г. Современные шлакообразующие смеси для непрерывной разливки^ стали // Труды пятого конгресса сталеплавильщиков.- М.:Изд.

20. АО «Черметинформация».- 1999 С. 426-429.

21. Углеродсодержащие материалы в шлакообразующих смесях, применяемых в непрерывной разливке стали / И.Н. Фентисов, A.M. Дмитриев,

22. A.П. Бочек, A.B. Побегайло // Теория и практика кислородно-конверторных процессов Днепропетровск - 1998. - С. 93-94.

23. Технология изготовления качественных шлакообразующих смесей для непрерывной разливки стали на АО «ММК» / А.Ф. Сарычев, В.П. Ногтев,

24. B.Ф. Маркин и др. // Труды седьмого конгресса сталеплавильщиков.- М.:Изд. ОАО «Черметинформация».- 2003. С. 551-552.

25. Разработка и испытание плавленой шлакообразующей смеси для кристаллизатора УРНС / Э.Н. Шебанец, A.A. Ларионов, A.B. Побегайло и др. // Труды пятого конгресса сталеплавильщиков.— М.:Изд. АО «Черметинформация».- 1999.- С. 436-438.

26. Озеки Р.К., Дьюк Дж.Д. / Отливка высококачественных слябов на заводе «Texas Works» // Непрерывное литье стали, пер. с англ.: труды международной конференции.-М.: Металлургия 1982. - С. 434-449.

27. Оптимизация состава утепляющей смеси для промежуточных ковшей / Е.В. Шеховцов, Л.К. Федоров, Е.Р. Ларикова и др. // Сталь».- 2005. №2.1. C. 43-44.

28. Опыт применения универсальных теплоизолирующих смесей для промежуточного ковша / А.П. Кривенко, А.Н. Легченков, Ю.В. Климов и др. // Сталь».- 2007. №11. - С. 13-16.

29. Патент №53-30125 (Япония), 1979:

30. Разработка и испытание двухслойного защитного покрытия металла в промковше УНРС / Э.Н. Шебанец, A.A. Ларионов, A.B. Побегайло и др. // Труды пятого конгресса сталеплавильщиков — М.:Изд. АО «Черметинформация».-1999.-С. 434-436.

31. Экологически чистые шлакообразующие смеси для защиты металла в промежуточном ковше / Б.Ю. Зелеченок, Н.П. Ткачев, Т.Н. Попова и др. // Труды второго конгресса сталеплавильщиков М.:Изд. АО «Черметинформация».— 1994.-С. 322-324.

32. Производство мелких непрерывнолитых заготовок / А.Я. Глазков, Б.Н. Моралев, М.Г. Чигринов и др.- М.: Металлургия 1975. - 104 с.

33. Разработка теплоизолирующих смесей для защиты зеркала металла в металлургических ковшах / Ю.В. Климов, Н.Ф. Анищенко, С.Е. Гринберг и др. // Труды десятого конгресса сталеплавильщиков — М.:Изд. ОАО «Черметинформация».- 2009. С. 669-672.

34. Выделение соединений фтора из шлаков МНЛЗ / X. Хаимбах, К. Шульц, Ю. Маркард и др. // Черные металлы.- 1998 №5. - С. 26-32.

35. Оценка загрязнения фтористыми соединениями воздуха при разливке стали на МНЛЗ / A.B. Лейтес, А.И. Зайцев, Е.М. Могутнов и др. // Сталь 1994. - №9. - С. 86-88.

36. Снижение загрязнения фтористыми соединениями воздуха при разливке стали на УНРС / A.B. Лейтес, A.PI. Зайцев, Б.М. Могутнов, В.В. Кулаков // Труды второго конгресса сталеплавильщиков М.:Изд. АО «Черметинформация».- 1994 - С. 328-332.

37. К вопросу о выборе состава шлакообразующей смеси для непрерывной разливки стали / В.П. Ногтев, А.Ф. Сарычев, C.B. Горосткин, Д.В. Юречко // Труды шестого конгресса сталеплавильщиков.- М.:Изд. АО «Черметинформация».- 2001.- С. 579-5 81.

38. Экологически безопасные шлакообразующие смеси для процесса непрерывной разливки / Т. Щульц, Д. Янке, X. Хеллер, Б. Лихатц // Черные металлы.- 2008. Сентябрь. - С. 32-40.

39. Влияние шлакообразующих смесей на коррозию оборудования МНЛЗ / Ю.А. Бодяев, А.Ф. Сарычев, C.B. Горосткин и др. // Труды восьмого конгресса сталеплавильщиков — М.:Изд. ОАО «Черметинформация».- 2005. С. 519521.

40. Цикарев Ю.М., Смирнов Л.А. Экологически чистые шлакообразующие смеси в виде сферических гранул для непрерывной разливки стали. // Труды первого конгресса сталеплавильщиков.- М.:Изд. АО «Черметинформация».—1993.-С. 280-281.

41. Опыт изготовления и применения гранулированных шлакообразующих смесей (ШОС) для непрерывной разливки стали / Ю.М. Цикарев, JT.A. Смирнов, Н.Ф. Бахчеев и др. // Труды второго конгресса сталеплавильщиков- М.:Изд. АО «Черметинформация».- 1994. С. 324-325.

42. Изготовление и использование гранулированных шлакообразующих смесей на ОАО «ММК» / P.C. Тахаутдинов, А.Ф. Сарычев, В.П. Ногтев и др. // Труды пятого конгресса сталеплавильщиков — М.:Изд. АО «Черметинформация»,- 1999. С. 438-440.

43. Экхардт Д., Бехманн Д. Выбор шлакообразующих смесей для непрерывной разливки стали // Сталь 2008. - №11. — С. 19-22.

44. Разработка теплоизолирующих смесей для защиты зеркала металла в металлургических ковшах / Ю.В. Климов, Н.Ф. Анищенко, С.Е. Гринберг и др. // Труды десятого конгресса сталеплавильщиков М.:Изд. ОАО «Черметинформация».- 2009. - С. 669-672.

45. Фролов М.В. Метод аналитического подбора и практической оценки качества шлакообразующей смеси для УНРС // Труды второго конгресса сталеплавильщиков- М.: Изд. АО «Черметинформация».- 1994. С. 327-328.

46. Шлемко C.B., Шостак C.B. Комплексный подход к разработке теплоизолирующих смесей для разливки стали // Труды восьмого конгресса сталеплавильщиков- М.:Изд. ОАО «Черметинформация».- 2005. С. 516-518.

47. Шеель Е., Корте В. Влияние состава разливочного порошка на свойства шлака при разливке сталей на МНЛЗ // Черные металлы 1987 - №7 — С. 1825.

48. Структура и свойства шлаков, применяемых при непрерывной разливке стали / E.H. Балахонов, Л.А. Смирнов. A.A. Смирнов и др. // Труды пятогоконгресса сталеплавильщиков- М.:Изд. АО «Черметинформация».- 1999-С. 440-443.

49. Гронебаум Р.Х., Пшике Дж. Исследование сталеразливочной смеси с помощью термического анализа // Черные металлы — 2008. — Апрель — С. 39-43.

50. Паршин В.М. Свойства шлакообразующих смесей с одинаковым химическим составов из различных исходных материалов >// Новости черной металлургии за рубежом.- 2008. №1. — С. 40-42.

51. Разработка составов силикатных шлаковых расплавов для непрерывной разливки стали / JI.A. Смирнов, A.A. Смирнов, В.А. Старцев и др. // Екатеринбург: УрО РАН.- 2007.- 121 с.

52. Атлас шлаков. Справ, изд.: Пер. с нем. М.: Металлургия 1985.208 с.

53. Физико-химические свойства шлаковых расплавов, используемых при непрерывной разливке стали / В.А. Старцев, A.A. Смирнов, В.В. Кривоно-сов, E.H. Балахонов // сб. ВИНИТИ 311 В97. 05.02.1997. - 59 с.

54. Дефекты стали / С.М. Новокщенова, М.И. Виноград, Б.А. Клыпин и др. // справочник / Под ред. С.М. Новокщеновой, М.И. Виноград М.: Металлургия - 1984. - 198 с.

55. Влияние бора на поверхностное натяжение никеля / Ф.Н. Тавадзе, И.А. Байрамашвили, Д.В. Хантадзе, В.А. Грузелишвили // сб. Поверхностные явления в расплавах и процессах порошковой металлургии. Киев: Изд. АН УССР.- 1963.-110 с.

56. Физико-химические методы исследования металлургических процессов / С.И. Филиппов, П.П. Арсентьев, В.В. Яковлев, М.Г. Крашенинников М.: Металлургия - 1968. - 194 с.

57. Вертман A.A., Самарин A.M. / Методы исследования свойств металлических расплавов М.: Наука. — 1969 - 197 с.

58. Еременко В.Н., Иващенко Ю.Н., Ниженко В.И. Экспериментальная техника и методы исследования при высоких температурах. М.: Изд АН СССР.-1959.-285 с.

59. Хантадзе Д. В1 Расчет объема лежащей капли. Физика металлов и металловедение 1963. — т. 15, Выл.З - С. 470-472.

60. Иващенко Ю.Н., Богатыренко Б.Б., Еременко В.Н. К вопросу о расчете поверхностного натяжения жидкости по размерам лежащей капли. / сб. Поверхностное натяжение в расплавах и процессах порошковой металлургии. — Киев: Изд. АН УССР. 1963. - С. 391-417.

61. Bashforth F.F., Adams J.C. An attempt capillary to test the theories of action. / Cambridge, University Press, London 1883.

62. Попель СИ., Ю.Г.Никитин, С.М.Иванов. Графики для расчета поверхностного натяжения по размерам капли / учебно-методическое пособие. — Свердловск: Изд. УПИ- 1961. 14 с.

63. Разработка диаграммы состояния расплава шлакообразующих смесей, используемых при непрерывной разливке / В.Н. Селиванов, Э.В. Дюльдина, Е.П. Лозовский и др. // Труды десятого конгресса сталеплавильщиков М.: Изд. «Черметинформация».- 2009. - С. 651-655.

64. Теплофизические свойства топлив и шихтовых материалов черной металлургии / В.М. Бабошин, Е.А. Криченцов, В.М. Абзалов, Я.М. Щелоков // Справочник. М.: Металлургия - 1982. - 152 с.

65. Иващенко Ю.Н., Богатыренко Б.Б. К вопросу о расчете поверхностного натяжения жидкости по размерам лежащей капли // Поверхностные явления в расплавах и процессах порошковой металлургии. — Киев: Изд. АН УССР. -1963.-391 с.

66. Годовиков A.A. Минералогия -М.: Недра, 1983,- 647 с.

67. Штенгельмейер C.B., Прусов В.А., Бочегов В.А. Усовершенствование методики измерения вязкости вибрационным вискозиметром. // Заводская лаборатория. 1985. - 51. - №9. - С. 56-57.

68. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей М.: Изд. АН СССР-1959.-Т.3.-460 с.

69. Истомин С.А., Пастухов Э.А., Денисов В.М. Физико-химические свойства оксидно-фторидных расплавов — Екатеринбург: УрО РАН. 2009459 с.

70. Есин O.A., Гельд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов.-М.: Металлургия 1966.- 520 с.

71. Определение вязкости шлакообразующей смеси производства ОАО «ММК» / Э.В. Дюльдина, A.B. Меняйло, Е.П. Лозовский и др. // Теория и технология металлургического производства: Межрегион, сб. науч. тр. / Под ред.

72. B.М. Колокольцева. Вып. 6. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ». - 2006.1. C. 102-106.

73. Дюльдина Э.В., Селиванов В.Н., Лозовский Е.П. Формирование шлака в промежуточном ковше МНЛЗ // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова 2009-№4.-С. 26-30.

74. Построение многозадачных вычислительных систем для математического моделирования металлургических процессов / В.Н. Селиванов, Ю.А. Колесников, Б.А. Буданов и др. // Известия вузов. Черная металлургия — 2004.-№7.-С. 19-23.

75. Сталеплавильное производство / Справочник под общей редакцией' А.М. Самарина. Т.1.-М.: Металлургия. 1964. - 527 с.

76. Разработка составов шлакообразующих смесей для промежуточных ковшей с основной футеровкой / Е.П. Лозовский, Д.В. Юречко, C.B. Горосткин и др. // Черная металлургия.— 2008 №5. — С. 25-28.

77. Влияние шлакообразующей смеси на качество металлопродукции ОАО «ММК» / Е.П. Лозовский, Д.В. Юречко, Т.С. Масальский и др. // Литейные процессы Вып.8. — Магнитогорск, 2009. — С. 175-180.

78. Изучение причин образования дефекта «плена из-за неметаллических включений в слябах» на прокате / Е.П. Лозовский, С.Н. Ушаков, Д.В. Юречко и др. // Сталь. 2009. - №10. - С. 26-28.

79. Положительное решение от 26.05.2010 о выдаче патента РФ Гранулированная шлакообразующая смесь для непрерывной разливки стали / Ушаков С.Н., Куницын Г.А., Маркин В.Ф., Чайковский Ю.А., Юречко Д.В., Лозовский Е.П. №2009145241, Заявлено 07.12.2009 г.