автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка ожелезнённых магнезиальных флюсов и технологии их использования при кислородно-конвертерном переделе низкомарганцовистых чугунов

□0347 1303

На правах рукописи

Борисова Татьяна Викторовна

РАЗРАБОТКА ОЖЕЛЕЗНЕННЫХ МАГНЕЗИАЛЬНЫХ ФЛЮСОВ И ТЕХНОЛОГИИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОМ ПЕРЕДЕЛЕ НИЗКОМАРГАНЦОВИСТЫХ ЧУГУНОВ

Специальность«?» 16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 с > >■•-■

Екатеринбург - 2009

003471303

Работа выполнена в ОАО «Уральский институт металлов»

Научный руководитель

Доктор технических наук, профессор,

член-корр. РАН

Смирнов Леонид Андреевич

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Загайнов Сергей Александрович

Кандидат технических наук Третьяков Михаил Андреевич

Ведущая организация

ОАО «Челябинский металлургический комбинат»

Защита состоится 19 июня 2009 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.285.05 при ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина» в ауд. I (зал Ученого совета).

Ваш отзыв в одном экземпляре, скреплённый гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», учёному секретарю совета. Тел./факс: (343) 374-38-84; e-mail: converter@ural.uim.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»

Автореферат разослан « 19 » мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Карелов С. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Кислородно-конвертерный процесс является основным способом производства стали. Одним из достижений отечественной металлургии по данному направлению является разработка и внедрение прогрессивной ресурсосберегающей технологии кислородно-конвертерного передела низкомарганцовистых чугунов с содержанием марганца менее 0,3%, которая обеспечивает достижение высоких технико-экономических показателей и экономии марганца в сквозном металлургическом цикле производства.

Исследованиями показано, что выплавка стали из низкомарганцовистого чугуна сопровождается ухудшением процессов шлакообразования, что отрицательно сказывается на стойкости футеровки конвертеров и в определенной степени на рафинировании металла от вредных примесей.

Существенной статьей издержек при производстве стали являются затраты на эксплуатацию и ремонт футеровки конвертеров. Повышение стойкости футеровки конвертеров способствует увеличению продолжительности межремонтного периода, в результате чего увеличивается выпуск стали и снижается её себестоимость за счет сокращения удельного расхода огнеупоров и снижения затрат на перефутеровку конвертеров.

Предыдущими исследованиями установлена возможность снижения износа огнеупоров и повышения стойкости футеровки за счет использования в конвертерном процессе магнезиальных материалов. Однако, традиционно применяемые магнезиальные добавки - необожженный и обожженный доломит, не в полной мере отвечают современным требованиям, предъявляемым к сталеплавильным флюсам, прежде всего с позиций формирования шлаков с более высоким содержанием оксида магния по сравнению с традиционным его содержанием в шлаке (к моменту постановки диссертационной работы 8-10%). Кроме того, в последнем десятилетии при росте объемов производства стали отмечен дефицит шлакообразующих магнезиальных материалов. В этой связи разработка новых шлакообразующих магнезиальных флюсов, исследование их свойств, особенностей формирования высокомагнезиальных шлаков и процессов рафинирования металла от вредных примесей в этих условиях, а также определения рациональных технологических способов использования флюсов при кислородно-конвертерном переделе низкомарганцовистых чугунов является актуальной задачей.

Цель работы Разработка ожелезненных шлакообразующих магнезиальных флюсов и технологии их использования при производстве стали из низкомарганцовистых чугунов в кислородных конвертерах, обеспечивающих снижение износа периклазоуглеродистой футеровки и сохранение высоких рафинирующих свойств шлака.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

- определение необходимого количества оксида магния, вносимого магнезиальными материалами, для получения насыщенного по содержанию М§0 шлака;

- разработка новых магнезиальных флюсов, исследование их химического и фазово-минералогического составов, физико-механических и технологических свойств;

- исследование влияния магнезиальных флюсов на процессы шлакообразования и рафинирования металла от вредных примесей (фосфора и серы) и снижение износа периклазоуглеродистой футеровки конвертеров;

- разработка рациональных режимов использования магнезиальных флюсов в конвертерных процессах при выплавке стали из низкомарганцовистового чугуна ([Мпчуг] = 0,2 - 0,3%) и углеродистого полупродукта ([Мп] = 0,02 -0,04%).

Методы исследования и достоверность полученных результатов

Для решения поставленных задач применен комплекс современных теоретических и экспериментальных методов, включающий: расчет численньми методами активности оксида магния в многокомпонентном шлаковом расплаве и материального баланса конверторной плавки с использованием специальных компьютерных программ; исследование химического и фазово-минералогического составов, физико-механических и технологических свойств флюсов; проведение опытных плавок в кислородных конвертерах с отбором проб шлака и металла; петрографические исследования конвертерных шлаков; использование методов математической статистики и средств вычислительной техники.

Фазово-минералогический состав флюсов и шлаков исследован в проходящем свете в иммерсионных препаратах с помощью стандартного набора иммерсионных жидкостей. Полированные шлифы изучены в отраженном свете для получения данных о количественном содержании минералов, размере и форме их зерен, пространственном взаимоотношении минералов, а также сведений о пористости.

Достоверность полученных результатов подтверждена экспериментально промышленными данными.

Научная новизна работы Разработаны новые комплексные магнезиальные флюсы для сталеплавильного производства, содержащие 30-90 % 555% СаО и 4-10 % Ре203 (ИМФ - 30; ИМФ - 50; ФОМ), исследованы процессы шлакообразования, и определены рациональные режимы ввода флюсов при переделе низкомарганцовистого чугуна ([Мпчуг] = 0,2 - 0,3%) и углеродистого полупродукта ([Мп] = 0,02 - 0,04%), при этом:

- впервые с использованием методики расчета, основанной на теории полимерного строения шлаков системы СаО-Л^О-МпО-РеО-БЮг-АЬОз-РегОз, определены пределы растворимости М§0 в шлаках для различных периодов конвертерной плавки и необходимое количество оксида магния, вносимого магнезиальными материалами, для получения насыщенного по содержанию 1^0 шлака;

- установлено наличие в известково-магнезиальных флюсах легкоплавких фаз браунмиллерита и ферритов кальция (15-20 объём. %), в высокомагнезиальных флюсах - периклаза (90-95 объём. %), содержащего оксиды железа, и тонких плёнок (1-15 мкм) силикатных фаз мервинита и монтичеллита между кристаллами и зёрнами периклаза;

- при введении совместно с магнезиальными флюсами марганцевого агломерата в структуре шлаков первой половины плавки выявлено преобладание сложных ферритов кальция и магния (30-45 объём. %) с высоким содержанием оксидов марганца (15-17 масс. %) в том числе Мд,Мп-феррит, содержащий 23,0 % МпО и 42,6 % Ре203.

Практическая значимость и реализация в промышленности Полученные в работе научные результаты и рекомендации по применению новых комплексных магнезиальных флюсов используются при выплавке кислородно-конвертерной стали из низкомарганцовистого чугуна и углеродистого полупродукта соответственно, на комбинатах «Северсталь» и «НТМК». При этом обеспечивается формирование шлаков необходимой для кислородно-конвертерного процесса основности с увеличением концентрации М§0 в конечном шлаке, в среднем, до 12-14 % и сохранением высоких рафинирующих свойств шлака. Использование совместно с магнезиальными добавками марганцевого агломерата при выплавке стали из углеродистого полупродукта позволяет увеличить содержание М^О в пересыщенных шлаках до 18 масс.%. Внедрение магнезиальных флюсов в практику кислородно-конвертерного производства стали позволило при переделе низкомарганцовистых чугунов уменьшить расход магнезиальных материалов на 10 кг/т и общий расход шла-кообразующих материалов на 20 кг/т. Наряду с использованием других мероприятий применение новых флюсов способствовало повышению стойкости футеровки конвертеров при переделе низкомарганцовистых чугунов до 5000 плавок и углеродистого полупродукта до 3200 плавок.

Апробация работы Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на У1-1Х Международных конгрессах сталеплавильщиков (Россия, 2002-2006 гг.); Международном конгрессе «300 лет Уральской металлургии» (г. Екатеринбург, 2001 г.); Научно-технической конференции «Уральская индустрия в первом десятилетии XXI века» (г. Челябинск, 2001

г.); Ежегодной международной конференции огнеупорщиков и металлургов (г. Москва, 2006 г.), Международной научно-технической конференции «Государственное регулирование и стратегическое партнерство в горнометаллургическом комплексе» (г. Екатеринбург, 2009 г.).

Разработанная технология отмечена серебряной медалью на XI международной выставке «Металл-Экспо 2005» за создание и внедрение на предприятиях металлургической отрасли новых классов синтетических флюсов для сталеплавильного производства.

Публикации По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций. Получено 3 патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников из 103 наименований, приложения и содержит 140 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 32 таблицы.

Автор выражает признательность кандидату технических наук лауреату Государственных премий РФ Демидову К.Н., сотрудникам лаборатории конвертерного производства ОАО «Уральский институт металлов» и специалистам ОАО «НТМК» и ОАО «Северсталь» за помощь при выполнении диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, отражена научная новизна и практическая значимость результатов.

В первой главе рассмотрено состояние вопроса выплавки стали с использованием низкомарганцовистых чугунов. Технологические трудности выплавки стали из чугуна с содержанием [Мп] < 0,3 % обусловлены ухудшением шлакообразования в начальный период продувки с соответствующим замедлением роста основности шлака и его гетерогенизацией в середине конвертерной плавки в период наиболее интенсивного обезуглероживания металла. Для интенсификации процессов шлакообразования снижение содержания оксидов марганца в шлаке компенсируется увеличением содержания оксидов железа, что увеличивает износ периклазоуглеродистой футеровки конвертера.

Задача повышения стойкости футеровки конвертеров, наряду с применением высокомагнезиальных огнеупоров и торкретирования, решается также с использованием в конвертерной плавке магнезиальных добавок в качестве, которых к моменту постановки задачи в основном использовали необожжённый и

обожжённый доломит, что позволяет достичь концентрации оксида магния в шлаке на уровне не более 6-10 %. В литературе отсутствуют надёжные данные по предельной растворимости М§0 в шлаках различных периодов конвертерной плавки и влиянию содержания (М§0) на процессы шлакообразования и рафинирования металла от вредных примесей (фосфора и серы) при изменении отношения (сао)+(що) в шлаке, особенно, при повышении концентрации (Л^О)

(Я'Ог)

выше 10-12 %.

Анализ использования различных шлакообразующих материалов в конвертерном производстве выявил необходимость разработки новых более эффективных магнезиальных флюсов, обеспечивающих ускоренное формирование насыщенного (МцО) шлака и повышение стойкости футеровки конвертера, с достижением высоких показателей рафинирования металла. Исследования по определению предела растворимости М§0 в шлаках различных периодов конвертерной плавки является необходимой предпосылкой для разработки рациональных режимов использования магнезиальных материалов.

Во второй главе приведены новые данные, полученные нами по пределу растворимости оксида магния в шлаковых расплавах, химический состав которых соответствует реальному конвертерному шлаку по ходу плавки, и необходимому количеству оксида магния, которое требуется растворить в шлаке для достижения предела насыщения.

Методика расчёта основана на положениях полимерной модели шлаков1'2, адаптированной к условиям конвертерной плавки, на основе которой была разработана компьютерная программа расчёта предела растворимости М§0 в шлаках системы СаО^О-МпО-РеО-БЮг-АЬОгРегОз3.

Для расчёта предела растворимости оксида магния в шлаке использованы наиболее надёжные данные промышленных исследований химического состава конвертерных шлаков при продувке кислородом низкомарганцовистого чугуна в ККЦ ОАО «ММК»4.

С использованием компьютерной программы рассчитаны составы насыщенного оксидами магния шлака, образующегося по ходу продувки плавки кислородом. Установлено, что основное влияние на показатель растворимости оксида магния (М§0)р оказывает основность шлака (СаО/5Ю2).

'Новиков В. К. Развитие полимерной модели силикатных расплавов // Расплавы. 1987. Т.1. - № 6. -С. 21-33.

2Новиков В. К., Невидимое В. Н. Полимерная природа расплавленных шлаков // Учебное пособие, Екатеринбург, 2006. - 61 с.

'Климов А. В. Модель расчёта растворимости огнеупоров в металлургических шлаках // Новые технологии и материалы в металлургии: Сб. науч. тр. Екатеринбург: Уро РАН, 2005. - с. 186-190.

4Тахаутдинов Р. С. Производство стали в кислородно-конвертерном цехе Магнитогорского металлургического комбината. - Магнитогорск, 2001. - 148 с.

Максимальный показатель (МдО)р - 17,4 масс. % получен для основности шлака (СаО/БЮг) = 1,0 ед., соответствующей условиям начального периода конвертерной плавки. Минимальное значение (MgO)p равняется 5,8 масс.% и соответствует периоду середины плавки при основности шлака (СаО/БЮг) = 2,2 ед.

В конечный период продувки при наиболее высокой температуре металла и увеличивающемся содержании оксидов железа в шлаке (М£0)р возрастает до 11,3 масс.% (рис. 1).

30 * 28 ■ § 26-t 24-

i 22

9 20 н

Г. 1В 3 16

О 14% 12 5 юн

г 2"

о

\

ч

\j35i

/

\

„1375

V 1425

1475

—(MgO)p, % -X-(C«0WSi02) —»—(FcO).% -•-<Ft203),%

1675

1525 «75

-X—-X—X-

-X—X—X

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Тп, % общего времени продувки

Рис. 1 Изменение предела растворимости оксида магния в шлаке (MgO)p по ходу продувки низкомарганцовистого чугуна с содержанием [Мп]=0,2 % в конвертерах ёмкостью 370 т.

Цифры у точек - температура металла по ходу продувки, "С

По результатам расчёта (MgO)p в шлаке с основностью (Ca0/Si02) = 3,0 в конце плавки при температуре расплава 1650°С установлено, что увеличение содержания оксидов железа в шлаке в пределах от 20 до 30 % при выполнении условия (%Fe203)/(%Fe0) = const повышает предел растворимости оксида магния на 2,0 %, а для условий увеличения (%Fe2Oi) при (%FeO)=const показатель (MgO)p увеличивается на 2,8 %. Полученный результат отличается от расчётных значений, полученных в работах другими исследователями, из которых следует слабое влияние содержания оксидов железа в шлаке на предел растворимости оксида магния.

С применением компьютерной программы5, основанной на методике расчёта материального баланса конвертерной плавки, при использовании рассчитанных значений составов насыщенных оксидами магния шлаков для различных периодов плавки рассчитана масса гомогенного шлака, а также необходимое количество оксида магния для достижения насыщения шлака.

' Компьютерная программа, составлена по нашему заданию специалистом УГТУ-УПИ Попцовым Д. А.

Определено, что при переделе низкомарганцовистого чугуна, содержащего 0,2 % Мп, применительно к технологическим условиям выплавки стали в ККЦ ОАО «ММК», расчётная масса насыщенного оксидами магния шлака возрастает от 10 т (28 кг/т стали) до 60 т (170 кг/т стали), а требуемое количество оксида магния необходимое для насыщения изменяется от 2 т (5,7 кг/т стали) до 6,9 т (19,5 кг/т стали) (рис. 2).

тп, % общего времени продувки

Рис. 2 Изменение массы гомогенного шлака (0ШЛ) и требуемого количества оксида магния в шлак (¿у^о Для его насыщения по ходу продувки чугуна с содержанием [Мп] = 0,2 %

Учитывая, что в начале плавки присаживаемые магнезиальные материалы не успевают полностью раствориться в шлаке, и соответственно сформировать насыщенный оксидом магния шлак, рекомендуется предварительно формировать высокомагнезиальный шлаковый гарнисаж в период раздува азотом конечного шлака, пересыщенного по содержанию MgO (более 11 %). Для формирования пересыщенного шлака к концу плавки рекомендуется присаживать магнезиальные материалы в начальный период (до 30 % продувки) в количестве не менее 50 % от общего требуемого расхода оксида магния на плавку, а остальное количество вводить в период 60-80 % продувки.

В третьей главе, учитывая значительное влияние оксидов железа на растворимость в конвертерных шлаках магнезиальных материалов, разработаны новые комплексные шлакообразующие флюсы: ожелезнённые известково-магнезиальные (ИМФ-30 и ИМФ-50), содержащие в своём составе 30-50 % MgO; 30-55 % СаО и 4-10 % Ре20з и ожелезнённый магнезиальный флюс (ФОМ), содержащий 85-90 % М§0 и 4-10 % Ре203, которые по физико-

механическим свойствам, химическому и фазово-минералогическому составам удовлетворяют требованиям сталеплавильного производства (табл.1).

Таблица 1 - Химический и фазово-минералогический состав, физико-механические свойства ожелезнённых магнезиальных флюсов

Марка флюса ИМФ-30 ИМФ-50 ФОМ

Производитель ООО «СЗМФ»* ООО ОАО

(ОАО «Волховский «СЗМФ»* «Комбинат

алюминий») Магнезит»

Химический состав, масс. %: М§£) 30-34 (28-33) 45-53 85-92

СаО 49-55 (52-54) 32-35 5-7

Ре203 7,5-8,9 (5,8-9,9) 7-9 4-8

Б Юг 1,2-2,4 (5,4-6,6) 3-5 1,5-3,5

А1203 0,5-0,8 (1,0-1,5) 0,2-0,5 0,5-1,0

Б 0,04-0,1 (0,02-0,04) 0,04-0,07 0,03-0,05

Р 0,01-0,02 (0,01-0,02) 0,01-0,02 0,005-0,01

Потери при прокаливании (ппп) 0,7-1,9 (0,6-1,5) 1-2 0,5-1,0

Фракционный состав, мм 5-40 5-40 5-40

Фазово-минералогический состав, объем.%:

периклаз 28-32 42-45 93-95

алит — (ЗСаО-БЮг) 22-27 12-15 -

известь 32-34 20-24 -

браунмиллерит - (4Са0-А120,-Ре20.,) 10-12 - -

ферриты кальция 2-3 18-20 -

магнезиоферрит - - ~1

мервинит и монтичеллит (СаО- МБОвЮг) - - 4-7

Пористость, объём.% 35-40 30-35 15-20

Предел прочности на раздавливание,кг/обр. 300-500 300-500 500-700

Кажущаяся плотность,г/см3 3,1-3,3 3,3-3,5 2,2-2,6

Открытая пористость, % 15-20 15-20 20-30

* - Сухоложский завод металлофлюсов.

Петрографические исследования фазово-минералогического состава ожелезнённых магнезиальных флюсов, выявили значительное количество легкоплавких фаз браунмиллерита и ферритов кальция в составах флюсов ИМФ, что способствует ускоренному насыщению шлака оксидами кальция и магния. Высокомагнезиальный флюс ФОМ представлен в основном частицами и зёрнами спеченного периклаза, которые в своём составе содержат 4-8 % Ре20з, в межкристаллическом пространстве зёрен периклаза наблюдаются тонкие (1-15 мкм) плёнки силикатных фаз - мервинита и монтичеллита. Флюс (ФОМ) рекомендован для использования при формировании высокомагнезиального конечного шлака с содержанием (MgO) более 11 %.

В четвёртой главе представлены результаты исследований фазово-минералогического состава шлаков по ходу конвертерной плавки и особенности растворения в них ожелезнённых магнезиальных флюсов.

Петрографическими исследованиями образцов шлака от плавок с использованием флюсов ИМФ-30 выявлено, что образцы характеризуются равномер-

ной мелкозернистой структурой, что свидетельствует о гомогенности шлаков при использовании флюсов ИМФ-30 как при выплавке стали из низкомарганцовистого чугуна, так и при переделе углеродистого полупродукта в сталь.

Микроструктура шлаков начального периода продувки углеродистого полупродукта при использовании высокомагнезиальных флюсов ФОМ и ИМФ-50 характеризуется наличием крупнозернистых включений тугоплавких фаз, что способствует повышению стойкости футеровки конвертера, но приводит к повышению вязкости шлаков по ходу плавки.

Рекомендовано при переделе углеродистого полупродукта в сталь, совместно с использованием высокомагнезиальных флюсов ФОМ и ИМФ-50, присаживать марганцевый агломерат, что позволяет, несмотря на повышение содержания оксида магния (до 18 масс.%) к концу продувки, получать шлаки требуемой жидкоподвижности. Шлаки начального периода продувки являются менее агрессивными по отношению к футеровке вследствие снижения 1(РеО+Ре203) (табл. 2).

Таблица 2 — Химический и фазово-минералогический состав образцов шлаков от плавок с присадками ожелезнённых магнезиальных флюсов при использовании и без использования марганцевого агломерата при выплавке стали из углеродистого полупродукта

Наименование Плавка с присадками ИМФ-50 Плавка с присадками ИМФ-30, ФОМ и Мп-агломерата

6 мин. Ст™ =35%) 10 мин Гт„ =60%) конечн. 1 6 мин. =100%)'(Ти, =30%) 10 мин [тго =60%) конечн. (Тг® =100%)

Химический состав, масс. %

МяО 7,75 9,03 14,8 7,75 15,5 18,5

ЭЮг 12,8 12,5 11,9 13,5 17,0 11,8

СаО 30,4 35,0 44,5 27,4 35,6 34,8

БеО 29,8 24,8 14,9 21,2 9,09 15,2

МпО 2,95 2,83 2,89 6,3 6,96 6,41

Ре203 7,25 6,78 3,5 10,05 3,96 2,67

АЬОз 5,79 4,5 4,9 8,16 7,23 7,57

У205 1,6 3,1 1,3 2,22 2,08 1,16

ТЮ2 1,66 1,46 1,31 3,42 2,58 1,89

СаО/ БЮг 2,37 2,82 3,74 2,02 2,09 2,95

Фазово-минералогический состав, объем. %

Силикаты: ларнит алит 35-37 33-35 37-39 25-27 28-30 24-26

магнезиовюстит и магнезиоферрит 8-12 13-15 6-9 5-8 7-10 20-24

периклаз (в т. ч. твёрд, раствор) 10-12 8-11 15-18 2-3 14-18 22-25

ферриты кальция <1 1-2 2-3 - - -

сложные ферриты 7-10 10-12 5-7 40-43 24-29 6-10

браунмиллерит 30-35 28-31 27-30 20-24 16-19 19-22

известь . - - - - -

прочие (Ре мет. и др.) 1-3 1-2 ~1 1-2 2-3 -1

На плавке с присадками флюса ИМФ-50 (рис. 3):

Рис.3 Микроструктура образцов шлаков с присадками ИМФ-50, пробы отобраны: а — 6-ая мин.; б - 10-ая мин.; в - конец продувки, Ув.500х 1 - ларнит; 2 - браунмиллерит; 3 - магнезиоферрит (Л^О - )2,9%; МпО - 5,9%; Ре2Оч - 78,3%); 4 - твёрдый раствор периклаза (М§0 - 55,5%; МпО- 4,0%; Ре20., - 38,2%); 5 - сложный феррит (М§0 - 18,5%; МпО - 9,18 %; СаО - 10,4%; Ре,0, - 60,4%); 6 - монокальциевый феррит; 7 - сложный феррит ^О - 10,2%; МпО - 8,1%; СаО - 9,7%; Ре2Ол - 72%); 8 - алит; 9 - магнезиовюстит (МёО - 29,8%; МпО - 6,2%; Ре,О, - 57,9%).

а б в

Рис.4 Микроструктура шлаков с присадкой ФОМ, ИМФ-30 и Мп-концентрата, пробы отобраны: а-6 мин; 6-10 мин; в-конец продувки.Ув.500х 1-сложный феррит ^О- 8,5%; МпО - 14,8%; СаО - 17,8%; Ре20,-53,1%); 2-Ме. Мп феррит ^О - 24,6%; МпО-23,1%; Ре:0, -42,6%); 3- браунмиллерит; 4 - ларнит; 5 - твёрдый раствор периклаза (М§0 -51,4%; МпО - 19,6%; Ре203 - 26,6%); 6 - периклаз ожелезнённый (1^0-73,7%; МпО - 6,0%; Ре,0.,- 18,3%); 7-сложный феррит (МрО- 11,6%; МпО -16,6 %; СаО - 18,2%; Ре20., - 54.9%).

- к 6-ой минуте плавки (тпр = 35%) наблюдается преобладание двух фаз: ларнита и браунмиллерита, а также присутствие первичного периклаза, псевдоморфно замещённого оксидами железа с образованием магнезиоферрита, магнезиовюстита и сложных ферритов;

- к 10-ой минуте плавки (тпр = 60%) происходит уменьшение количества браунмиллерита и увеличение ферритов;

- к концу плавки происходит образование алита, а также вследствие ввода порции флюса ИМФ-50 увеличивается содержание периклаза до 15-18 объём.%. Содержание сложных ферритов уменьшается ~ в 2 раза.

На плавке с присадками ФОМ в завалку совместно с марганцевым агломератом и последующей подачей ИМФ-30 по ходу продувки плавки (рис. 4):

- к 6-ой минуте плавки (тпр = 35%) наблюдается преобладание сложного Mg-Mn-фeppитa, как результат взаимодействия ФОМ и Мп-агломерата. Ларнит и браунмиллерит присутствуют в одинаковом количестве;

- к 10-ой минуте плавки (т„р = 60%) происходит заметное уменьшение Mg-Мп-феррита и некоторое увеличение магнезиоферрита и магнезиовюстита, появляется заметное количество частиц периклаза в результате ввода порции флюса ИМФ-30, периклаз образует твёрдый раствор с оксидами железа и оксидами марганца;

- к концу плавки содержание периклаза в конечном шлаке достигает 22-25 объём.% вследствие ввода порции флюса ИМФ-30, при этом количество магнезиоферрита и магнезиовюстита увеличивается, а количество сложных ферритов уменьшается.

Совместное использование ожелезнённых магнезиальных флюсов и марганцевого агломерата снижает вязкость шлака (рис. 5).

о -1-.-.-1—-1-1-1

1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 Температура. °С

Рис. 5 Вязкость шлаков, отобранных в начальный и конечный периоды плавок с использованием ожелезнённых магнезиальных флюсов I - шлак после 35% продувки с присадками флюсов ФОМ. ИМФ-30 и Мп-агломерата:

2 - шлак после 35 % продувки с присадками флюса ИМФ-50; 3 - конечный шлак на плавке с присадками флюсов ФОМ. ИМФ-30 и Мп-агломерата: 4 - конечный шлак на плавке с присадками флюса ИМФ-50.

Исследования фазово-минералогического состава конечных конвертерных шлаков при выплавке стали из низкомарганцовистых чугунов показали, что применение флюса ФОМ в заключительный период продувки приводит к насыщению шлака ожелезнённым периклазом, содержание которого составляет 12-20 объём. %.

В пятой главе приведены результаты исследования особенностей использования ожелезнённых магнезиальных флюсов в условиях малошлакового процесса выплавки стали из бескремнистого углеродистого полупродукта с содержанием марганца 0,02-0,04 % при переделе в конвертерах ёмкостью 160 т на ОАО «НТМК».

Использование флюса ИМФ-30 позволило увеличить содержание оксидов магния в шлаке до 11-12 масс.%, по сравнению с 8-9 масс.% при использовании сырого доломита и 10-11 масс. % на плавках с присадками дунита. При этом наблюдается более низкое содержание фосфора и серы в металле опытных плавок, которое снижалось в диапазоне изменения конечного содержания углерода 0,05-0,25 % (рис. 6).

(Р] на плавках с ИМФ-30 -[Р] на плавках с дунитом •[Э] на плавках с ИМФ-30 -[б] на плавках с дунитом

0,0196_________0 (ИМ

0,02

0,01 ■

0,005 ■

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 1С),%

Рис. 6 Изменение содержания фосфора и серы в металле по окончанию продувки при выплавке стали из углеродистого полупродукта с использованием флюса ИМФ-30

Установлено, что на плавках с использованием флюса ФОМ с полной заменой флюса ИМФ-30 прирост (МцО) в шлаках при выплавке низкоуглеродистых марок стали выше, чем при выплавке среднеуглеродистого и высокоуглеродистого металла. При одинаковом количестве внесённого М§0 на плавку, разница между (%М§0) в конечных шлаках плавок с ФОМ и содержанием (М§0) в шлаках плавок с ИМФ-30 составила для металла: низкоуглеродистого - 1,6 %; среднеуглеродистого - 1,2 %; высокоуглеродистого - 0,34 %, что говорит о замедленном растворении флюса ФОМ в условиях выплавки высокоуглеродистого металла. В связи с этим рекомендовано выплавку высокоуглеродистого металла проводить только с использованием флюса ИМФ-30, выплавку среднеуглеродистого металла проводить при совместном использовании флю-

сов ФОМ и ИМФ-30 в соотношении 1:3, а выплавку низкоуглеродистого металла проводить с использованием флюса ФОМ.

Использование флюса ИМФ-50 способствовало улучшению шлакообразования в сравнении с флюсом ФОМ и повысило содержание (М§0) в шлаке до 12,0 % в сравнении с флюсом ИМФ-30, где данный показатель составлял 11,2 % (табл. 3).

Таблица 3 - Технологические показатели плавок, проведённых с рекомендуемым режимом использования различных магнезиальных флюсов

Низкоуглеродистые Высокоуглеродистые

Показатели марки стали марки стали

Плавки с Плавкие Плавки с Плавки с

ФОМ ИМФ-50 ИМФ-30 ИМФ-50

Расход, кг/т стали: 13,2 12,8 8,1 8,4

СаО 28,1 31,0 26,0 23,7

Содержание в металле, %: [С] 0,06 0,06 0,55 0,63

[Р] 0,010 0,009 0,013 0,013

И 0,018 0,017 0,019 0,020

Содержание в шлаке, % 12,6 12,4 11,2 12,0

Основность шлака (СаО)/(5Ю2), ед. 3,9 4,3 4,3 4,1

Установлено, что в условиях роста соотношения в шлаке (съоымуо) при

(ДО,)

увеличении содержания (М£0) в пределах от 10 до 14 % показатели степени дефосфорации (Бр) и десульфурации (Бе) металла практически не ухудшаются (рис. 7).

90

80

£ 70

в 60

о

и а 50

£ 40

S

о 30

а

а 20

10

0

".2 i1'8 14

-41.1 1?! * ■ ■ ■___■

4,5

5,5

(QtO)t(MgO) (ДО.)

6,5

(СаО) + (MgO) б

7,5

Рис. 7 Влияние отношения (с<ю)+(м8о) и содержания (MgO) в шлаке на степень

(ЯО,)

дефосфорации (Бр) и десульфурации (Бб) металла а - с основностью шлака (СаО)/(5Юг) в пределах от 3,0 до 4,0; б - с основностью шлака (СаО)/(8Ю2) в пределах от 4,0 до 5,0. Цифры у точек - содержание (N^0) в шлаке, масс. %.

При выплавке металла с содержанием [С] = 0,05-0,06 %: При выплавке металла с содержанием [С] = 0,19-0,21 %: При выплавке металла с содержанием [С] = 0,6-0,7 %:

*-Dp; V-Ds (отн. %); ■-Dp; D - Ds (отн. %); A -Dp; д - Ds (отн. %);

В период с 2001г. по 2004 г. использование вместо сырого доломита ожелезнённых магнезиальных флюсов, наряду с введением операции по нанесению шлакового гарнисажа на футеровку конвертера методом раздува конечного шлака азотом, позволило улучшить процессы шлакообразования и значительно повысить стойкость футеровки конвертеров в среднем до 2965 плавок, несмотря на повышающуюся долю выплавки низкоуглеродистых марок стали. Максимальный показатель стойкости футеровки (3200 пл.) был получен при использовании флюса ФОМ. Значительному повышению эффективности операции нанесения гарнисажа способствовало использование ожелезнённых магнезиальных флюсов, которые применялись для получения насыщенных и пересыщенных оксидом магния шлаков. Удельный расход огнеупоров футеровки конвертеров снижался с увеличением внесённых оксидов магния из ожелезнённых магнезиальных флюсов (рис. 8).

Рис. 8 Взаимосвязь количества оксида магния (Р ]^о), внесённого ожелезнён-ными магнезиальными флюсами, удельного расхода огнеупоров футеровки (в фут) и стойкости футеровки конвертера (в фут)

В шестой главе представлены результаты исследования особенностей использования ожелезнённых магнезиальных флюсов при выплавке стали из низкомарганцовистого чугуна ([Мп]чуг 0,2-0,3 %) в конвертерах ёмкостью 370 т в условиях ОАО «Северсталь».

Исследовано влияние применения ожелезнённого известково-магнезиального флюса (ИМФ-30) вместо обожжённого доломита на процессы шлакообразования. Использование флюса ИМФ-30, позволило снизить расход основных шлакообразующих материалов без изменения основности шлака (СаО/8Ю2 = 3,2-3,4) и содержания (МбО) - 11,0-11,4 масс.% (табл. 4).

Таблица 4 - Технологические показатели опытных плавок с использованием флюса ИМФ-30 (доля металлолома в металлошихте - 25 %)

Показатели Доля внесённого МрО флюсом ИМФ-30 на плавку, %

20% 40% 60% 80% 100%

Расход, кг/т стали: 12,9 12,5 12,3 11,4 9,2

СаО 58,3 56,7 55,7 51,4 46,5

Содержание в металле. %: [С] 0,050 0,048 0,050 0,044 0,049

[Р] 0,0086 0,0085 0,0073 0,0067 0,0059

[5] 0,0155 0,0159 0,0157 0,0162 0,0153

Содержание в шлаке. %: (ЩО) 11,2 11,1 11,3 11,0 11,4

(РеО) 25,8 25,8 25,6 28,4 26,5

Основность шлака (СаО)/(8Ю2), ед. 3,28 3,28 3,2 3,4 3,1

Плавки при использовании ИМФ-30 характеризовались ускоренным формированием гомогенного шлака, что способствовало интенсификации массо-обменных процессов, стабилизации дутьевого режима плавки и улучшению процессов рафинирования металла. Отмечено снижение додувок на температуру и содержание в металле фосфора и серы (рис. 9).

Доля плавок. % А

□ Плавки с флюсом ИМФ-30

□ Плавки с обожжённым доломитом

"С" "шлак" "Р.5"

Виды додувок

Рис. 9 Влияние использования флюса ИМФ-30 на количество додувок металла по видам

Исследование особенностей использования высокомагнезиального флюса ФОМ при полной и частичной замене используемых обожжённого доломита и флюса ИМФ-30 показало, что при повышении удельного расхода флюса ФОМ в общем количестве внесённого оксида магния на плавку, содержание оксида магния в шлаке увеличивается с 11,2 масс.% до 13,9 масс.%, что значительно выше показателей сравнительных плавок, где содержание в шлаке оксида магния находилось в пределах 11,0-11,4 масс.% (рис.10).

При визуальном контроле за состоянием шлакового гарнисажа на футеровке конвертера отмечено, что нанесение гарнисажа с повышенным содержанием (MgO) в конечном шлаке (более 11 %) способствовало образованию устойчивого шлакового покрытия, стойкость которого на основном массиве опытных плавок с использованием флюса ФОМ составляла более одной плавки.

-О-—■—---—^11,2

11,2 11.3 11.4

>/л.(

I

т4*

«3-333-3.25-ЗГТ7-37Г"

_1Н_

"(МОО)ОП, % -(Ca0)/(SiO2)on -(МрО)ер, % -<Ca0)/(Si02)cp

-JX—Удельный расход

флюса ФОМ на _тонну стили

10 12 14 16 18 20 22 24 Удельный расход МдО, кг/т стали

Рис. 10 Влияние удельного расхода оксида магния на содержание в шлаке (М§0) и основность (СаО)/(8Ю2) на опытных плавках (с ФОМ) и сравнительных плавках (с ИМФ-30 и обожжённым доломитом)

Распределение опытных плавок с использованием ожелезнённых магнезиальных флюсов по основности шлака позволило установить (табл. 5), что при

выполнении условия

(%СаО)

const в случае увеличения соотношения

(%Si02)

(_%MgO)+(%СаО) показатель степени дефосфорации не снижается при увеличении

(%Si02)

содержания (MgO) от 10 до 15 %.

Таблица 5 - Изменение степни дефосфорации металла при увеличении соотношения (%MsO)H%CaO) в шлаке при (%СаО) _ ^ (%Si02) (%Si02)

Показатели (%MgO) + (%СаО) (%Si02)

3,6 3,8 4,0 4,2

(%СаО) _ ед (%Я02) Содержание в шлаке: (МяО), % Содержание в металле: [С], % Степень дефосфорации, отн. % 10,92 0,055 82,0 12,53 0,050 83,6 14,4 0,049 83,4 15,0 0,041 86,2

(%СаО) (%$Юг) Содержание в шлаке: (Р^О), % Содержание в металле: [С], % Степень дефосфорации, отн. % 10,24 0,054 83,7 11,46 0,052 84,0 13,15 0,051 84,7 14,84 0,047 84,4

ед. Содержание в шлаке: (N^0), % Содержание в металле: [С], % Степень дефосфорации, отн. % 9,41 0,052 83,9 10,02 0,053 85,4 12,15 0,049 85,3 13,81 0,050 85,1

Изыскание путей увеличения производства стали на комбинате ОАО «Северсталь» в период 2003-2006 г.г. привело к необходимости снижения количества конечного шлака, так как значительное количество шлака (50-60 т) приводило к повышению износа футеровки, а также организационно сдерживало работу конвертеров из-за нехватки шлаковых полей и мощностей по переработке. Поэтому была поставлена задача: оптимизировать количество присаживаемых основных шлакообразующих материалов без ухудшения рафинирующих свойств и стойкости футеровки конвертера.

К началу проведения исследования на плавках с долей металлолома - 25% в общем весе металлошихты - 405 т средний удельный расход шлакообразующих составлял - 95 кг/т стали, в том числе общий расход флюса ИМФ-30 и обожжённого доломита составлял - 35 кг/т стали.

Для определения изменения массы шлака при снижении расхода шлакообразующих материалов и влияния технологических параметров конвертерной плавки на количество и состав шлака проведён анализ 5000 промышленных плавок. Массу конечного шлака определяли с использованием специально разработанной компьютерной программы4, которая была применена к технологическим условиям конвертерного производства ОАО «Северсталь». Состав и расход исходных шлакообразующих материалов по расчёту включает: (известь, обожжённый доломит, сырой доломит, ИМФ-30, ФОМ, карбид кремния, «мусор» - замусоренность лома, алюминиевый шлак, доменный шлак, огнеупоры) по элементам: БЮг, А1203, Ре203, БеО, МпО, СаО, Г^О, Р205, Б, С02, Н20.

По результатам расчёта определено, что наибольшее влияние на количество шлака в порядке убывания оказывают такие факторы, как: попадание доменного шлака, расход извести, ФОМ, обожжённого доломита и ИМФ-30. На изменение содержания (MgO) в шлаке наибольшее влияние оказывает расход флюса ФОМ (табл. 6).

Таблица 6 - Изменение количества шлака Д Сшл, содержания А (М§0) в шлаке и основности шлака Д (СаО)/(8Ю2) при снижении расхода материалов на 1 т и

содержания в шлаке (РеОСбщ) на 1 масс.%

Снижение показателей Показатели

д Сшл, т Д (МкО), % Д (СаО)/(5Ю2)

Известь - 1,4 + 0,35 -0,14

Обожжённый доломит -1,35 - 0,395 -0,06

ИМФ-30 -1,3 - 0,365 - 0,055

ФОМ -1,41 -1,506 0

Сырой доломит -0,8 - 0,225 - 0,035

Доменный шлак -1,46 + 0,15 + 0,13

Содержание (Ре0обш) -0,73 + 0,24 0

По результатам анализа показателей плавок с различным расходом шлако-образующих материалов рекомендовано оптимальное количество внесённых материалами оксида кальция и оксида магния на плавку для условий выполнения требований снижения количества шлака без ухудшения показателей степени дефосфорации и десульфурации металла и стойкости футеровки (табл. 7). Рекомендовано количество внесённого оксида магния и оксида кальция на плавку в зависимости от содержания кремния в чугуне, с использованием флюса (ФОМ) при полной замене обожжённого доломита и ИМФ-30 с получением требуемой основности шлака (СаО)/(8Ю2) не менее 3,0 и содержания оксида магния более 11,0 масс.% (табл. 7).

Таблица 7 - Рекомендуемое количество внесённого оксида магния и оксида кальция на плавку в зависимости от содержания кремния в чугуне и фактические технологические показатели на опытных плавках (доля металлолома в

ПОКАЗАТЕЛИ Содержание кремния в чугуне, %

0,3% | 0,4% | 0,5% | 0,6% | 0,7% | 0,8% | 0,9%

Рекомендуемое количество вп оксида магния, т оксида кальция, т )СИМОГО 4,55,5 16,518 матери; 4,55,5 1718,5 лами ш 4,55,5 17,519 1 плавку 5,05,5 1819,5 5,56,0 18,520 5,56,0 19,521 5,56,0 20,522

Показатели, полученные на опытных плавках:

Внесено М§0 материалами, т Внесено СаО материалами, т 5,05 17,8 5,07 17,81 4,97 18,44 5,33 18,8 5,23 19,41 5,82 20,25 5,75 21,8

Состав металла на повалке: С, % Р,% в, % 0,040 0,0074 0,0189 0,043 0,0074 0,0205 0,049 0,0069 0,0208 0,049 0,0070 0,0200 0,055 0,0075 0,0209 0,052 0,0081 0,0198 0,083 0,0080 0,0182

Дефосфорация, отн.% Десульфурация (ресульф), отн.% 87,2 37,0 85,8 21,8 85,7 1,4 84,6 (-8,1) 83,2 (-24,4) 83,2 (-27,7) 84,6 (-36,8)

Состав шлака на повалке, масс.%: СаО БЮ2 БеО Основность (СаО/БЮг) 39,2 10,5 31,1 13,0 3,74 40.4 12,2 29.5 11,9 3,31 40,8 12,6 28,5 12,1 3,23 41,0 13,0 27,9 12,2 3,15 41,9 13,5 27,0 11,8 3,11 42,0 13,7 26,0 11,7 3,06 42,2 13,7 25,6 12,0 3,07

Расчётная масса шлака, т 46,0 45,5 46,7 47,1 48,0 50,5 51,8

В результате проведённой работы снижен удельный расход основных шла-кообразующих материалов на 20 кг/т стали, в том числе расход магнезиальных материалов на 10 кг/т стали. Содержание фосфора и серы в металле по окончанию продувки находилось в допустимых пределах и в среднем составило соответственно 0,007 % и 0,020 %. Стойкость футеровки конвертера возросла до 5000 плавок. Снижение расхода материалов и массы шлака позволило увеличить общий вес металлошихты в конвертере до 410 т на плавку с повышением доли металлолома до 27 % при выплавке сталей рядового сортамента.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для условий передела низкомарганцовистого чугуна определены пределы растворимости Ъ^О в шлаках системы СаО-Л^О-МпО-РеО-БЮг-АЬОз-РегОз для различных периодов конвертерной плавки и необходимое количество оксида магния для достижения насыщения им шлака.

Разработаны новые комплексные магнезиальные флюсы: ожелезнённые известково-магаезиальные марки (ИМФ-30 и ИМФ-50), содержащие 30-50 % М§0; 35-55 % СаО и 5-10 % Ре203 и высокомагнезиальный флюс (ФОМ), содержащий 85-90 % MgO и 4-8 % Ре203, которые по физико-механическим и технологическим свойствам, химическому, фракционному и фазово-минералогическому составу удовлетворяют требованиям конвертерного производства. Исследованиями фазово-минералогического состава ожелезнённых магнезиальных флюсов установлено, что флюсы ИМФ содержат легкоплавкие фазы браунмиллерита и ферритов кальция (15-20 объём. %). Высокомагнезиальный флюс (ФОМ) представлен в основной массе ожелезнённым периклазом (90-95 объём. %), которые в своём составе содержат 4-8 % Ре20з. В межкристаллическом пространстве зёрен периклаза наблюдаются тонкие (1-15 мкм) плёнки силикатных фаз - мервинита и монтичеллита.

Исследованы структура и фазово-минералогический состав конвертерных шлаков по ходу плавки при растворении в них флюсов ИМФ-30, ИМФ-50 и ФОМ в условиях передела низкомарганцовистого чугуна и углеродистого полупродукта. При использовании флюса ИМФ-30 образцы шлака обладают равномерной мелкозернистой структурой, что свидетельствует о гомогенности шлака. Установлено, что применение флюса ФОМ в заключительный период продувки приводит к насыщению шлака ожелезнённым периклазом, содержа- . ние которого составляет 12-20 объём. %. При использовании высокомагнезиальных флюсов (ФОМ и ИМФ-50) при выплавке стали из углеродистого полупродукта в пробах шлака отмечено значительное количество крупнозернистых включений тугоплавких фаз, что способствует повышению стойкости футеров- \ ки конвертера, но повышает вязкость шлаков. Рекомендуется при переделе углеродистого полупродукта в сталь совместно с использованием высокомагнезиальных флюсов (ФОМ и ИМФ-50) вводить марганцевый агломерат, что обеспечивает получение легкоплавких фаз сложных ферритов (Са0-М§0-Мп0-Ре20з) и позволяет снизить вязкость шлака, несмотря на повышенное содержание оксида магния до 18 масс.°/о.

Разработаны рациональные режимы ввода магнезиальных флюсов в кислородно-конвертерном процессе, заключающиеся в формировании на футеровке конвертера высокомагнезиального гарнисажа и дифференцированной присадке по ходу плавки магнезиальных флюсов - введение их в количестве не

менее 50% от общего расхода в начальный период плавки (30 % времени продувки) и прекращение их подачи впоследние 20-25 % времени продувки.

Исследованы особенности использования ожелезнённых магнезиальных флюсов при выплавке стали из углеродистого полупродукта, содержащего

0.02.0,04 % Мп, в конвертерах ёмкостью 160 т в условиях ОАО «НТМК». Установлено, что в условиях малошлакового процесса применение высокомагнезиального флюса ИМФ-50 позволяет улучшить условия службы огнеупоров без ухудшения процесса шлакообразования.

Исследованы особенности использования ожелезнённых магнезиальных флюсов в условиях конвертерного производства ОАО «Северсталь» при переделе чугунов, содержащих 0,2-0,3 % Мп, в конвертерах ёмкостью 370 т. Отмечено быстрое формирование основного шлака на плавках с присадками флюса ИМФ-30, что способствует интенсификации массообменных процессов, стабилизации дутьевого режима плавки и улучшению процессов рафинирования металла. Использование флюса ФОМ позволило снизить расход магнезиальных материалов на 10 кг/т стали, с формированием шлаков, содержащих 12-14 масс.% В условиях увеличения веса металлошихты в конверетере с повышением доли металлолома от 25 % до 27 % при выплавке рядового сортамента, общий расход шлакообразующих материалов снижен на 20 кг/т стали, при этом обеспечивается получение шлаков с основностью (Ca0)/(Si02) не менее 3,0 и требуемое содержание в металле фосфора (< 0,008 %) и серы (< 0,020 %).

Наряду с использованием других мероприятий применение разработанных магнезиальных флюсов на металлургических комбинатах ОАО «НТМК» и ОАО «Северсталь» способствовало повышению стойкости периклазуглеродистой футеровки конвертеров при переделе низкомарганцовистых чугунов до 5000 плавок и углеродистого полупродукта до 3200 плавок.

Основное содержание диссертации и её отдельные положения отражены в следующих работах:

1. Демидов К.Н., Чумаков С.М., Зинченко С.Д., Филатов М.В., Борисова Т.В. Использование ожелезнённого известково-магнезиального флюса в конвертерной плавке // Сталь. - 2000. - № 11. - С. 46-48.

2. Демидов К.Н., Смирнов JI.A., Борисова Т.В., Кузнецов С.И. Выплавка стали с применением флюса с повышенным содержанием оксидов железа и магния // Труды научно-технической конференции "Уральская индустрия в первом десятилетии XXI века." Стратегия развития Челябинской области до 2010 года: Информационный бюллетень ч.2. Второй экономический форум, 25-27 апреля 2001г., Челябинск. - С. 96-97.

3. Демидов К.Н., Смирнов Л.А., Школьник Я.Ш., Кобелев В.А., Кузнецов С.И., Потанин В.Н., Борисова Т.В., Спирин С.А. Использование в сталеплавильном производстве ожелезнённых известково-магнийсодержащих флюсов // Труды научно-технической конференции "Уральская индустрия в первом десятилетии XXI века." Стратегия развития Челябинской области до 2010 года: Информационный бюллетень ч.2. Второй экономический форум, 25-27 апреля 2001г., Челябинск. - С. 59-60.

4. Демидов К.Н., Смирнов JI.A., Борисова Т.В., Ильин В.И., Зажигаев П.А., Гейнц А.Г. Применение ожелезнённого известково-магнезиального флюса в конвертерной плавке при продувке полупродукта, полученного из ванадиевого чугуна // Тез. докл. международного конгресса "300 лет Уральской металлургии" 4-5 октября 2001 г., Екатеринбург. ОАО "НТМК", г. Нижний Тагил. - С. 42-43.

5. Демидов К.Н., Шатилов О.Ф., Ламухин А.М., Зинченко С.Д., Бабенко A.A., Дмитриенко Ю.А., Борисова Т.В., Сарычев Б.А., Овсянников В.Г., Воронина О.Б. Использование высокомагнезиальных материалов в конвертерной плавке И Труды седьмого Конгресса сталеплавильщиков, 15-17 октября 2002г., ОАО "ММК", г. Магнитогорск. - С. 186-193.

6. Демидов К.Н., Шатилов О.Ф., Ламухин A.M., Зинченко С.Д., Бабенко A.A., Дмитриенко Ю.А., Борисова Т.В., Сарычев Б.А., Овсянников В.Г., Воронина О.Б. Повышение стойкости футеровки конвертеров при введении высокомагнезиальных материалов на плавку // Новые огнеупоры. - 2003. - № 1. - С. 10-14.

7. Смирнов Л.А., Демидов К.Н., Кузнецов С.И., Борисова Т.В., Возчиков А.П. Новые флюсы для конвертерного производства // Конвертерное производство стали: Сб. науч. тр. / УрО РАН, Екатеринбург, 2003. - С. 227-236.

8. Демидов К.Н., Ламухин A.M., Шатилов О.Ф., Зинченко С.Д., Бабенко A.A., Борисова Т.В. и др. Использование высокомагнезиальных материалов в конвертерной плавке // Сталь. - 2004. - № 2. - С. 12-16.

9. Демидов К.Н., Ламухин A.M., Шатилов О.Ф., Зинченко С.Д., Кузнецов С.И., Борисова Т.В., Овсянников В.Г., Дьяченко В.Ф., Милютин Н.М., Дмитриенко Ю.А., Марясев А.И. Выплавка стали в конвертерах с использованием флюсов с высоким содержанием оксидов магния // Труды восьмого Конгресса сталеплавильщиков. - М. Черметинформация, 2005. - С. 119-133.

10. Демидов К.Н., Ламухин A.M., Шатилов О.Ф., Зинченко С.Д., Кузнецов С. И., Борисова Т.В., Овсянников В.Г., Дьяченко В.Ф., Милютин Н.М., Марясев И.Г., Дмитриенко Ю.А. Выплавка стали в конвертерах с использованием флюсов с высоким содержанием оксидов магния // Новые огнеупоры. - 2005. -№ 5.-С. 13-22.

11. Демидов КН., Смирнов Л.А., Амелин A.B., Кузнецов СМ., Ремиго С.А., Борисова Т.В., Марясев И.Г., Мухранов Н.В. Выплавка стали дуплекс-процессом с использованием известково-магнезиального флюса, содержащего 50 % оксидов магния. // Новые технологии и материалы в металлургии: Сб. трудов, Екатеринбург, 2005г. - С. 160-170.

12. Демидов К.Н., Ерошкин С.Б., С.Б. Зинченко С.Б., Кузнецов С.И., Лятин А.Б., Борисова Т.В. Снижение расхода шлакообразующих материалов при выплавке стали в кислородном конвертере с использованием высокомагнезиального флюса // Труды IX конгресса сталеплавильщиков. - М.: Черме-тинформация, 2006. - С. 97-101.

13. Кащеев И.Д., Демидов К.Н., Терентьев Е.А., Борисова Т.В., Марясев И.Г. Свойства и структура магнезиальных модификаторов конвертерных шлаков // Новые огнеупоры. - 2007. - № 2. - С. 27-32.

14. Демидов К.Н., Смирнов Л.А., Кузнецов С.И., Возчиков А.П., Борисова Т.В., Казаков C.B. Использование MgO-содержащих флюсов при выплавке стали в конвертерах // Сталь. - 2007. - № 4. - С. 22-25.

15. Демидов К.Н., Ерошкин С.Б., С.Б. Зинченко С.Б., Кузнецов С.И., Лятин А.Б., Борисова Т.В. Снижение расхода шлакообразующих материалов при выплавке стали в кислородном конвертере с использованием высокомагнезиального флюса // Бюллетень НТИ «Черметинформация»: Чёрная металлургия. - 2007. - Вып. 4. - С. 41-44.

16. Пат. 2260626 Россия, МПК7 С21С5/28. Способ выплавки стали в конвертере/ Демидов К.Н., Ламухин А.М., Горшков С.П., Пляка В.П., Зинченко С.Д., Шагалов А.Б., Филатов М.В., Лятин А.Б., Ерошкин С.Б., Бабенко A.A., Кузнецов С.И., Борисова Т.В., Возчиков А.П. - № 2003138153/02, заявл. 31.12.2003г., опубл. 20.09.2005.

17. Пат. 2254378 Россия, МПК7 С21С5/28. Способ выплавки стали в конвертере / Бодяев Ю.А., Корнеев В.М., Дьяченко В.Ф., Демидов К.Н., Бабенко A.A., Овсянников В.Г, Николаев O.A., Сарычев Б.А., Кузнецов С.И., Борисова Т.В., Возчиков А.П. - № 2004102335/02, заявл. 27.01.2004, опубл. 20.06.2005.

18. Пат. 2327743 Россия, МПК С21С 5/28. Способ выплавки стали в конвертере / Демидов К.Н., Смирнов Л.А., Кузнецов С.И., Возчиков А.П., Борисова Т.В. - № 2006128301/02, заявл. 03.08.2006., опубл. 27.06.2008.

Подписано в печать Формат 60 х 84 1/16 Бумага пис

Плоская печать Тираж 100 Заказ № 2

Ризография НИЧ ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира 19

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Особенности шлакообразования в кислородно-конвертерном процессе при переделе низкомарганцовистых чугунов.

1.2 Влияние использования магнезиальных шлакообразующих материалов на стойкость футеровки конвертера.

1.3 Влияние содержания оксида магния в шлаке на процессы де-фосфорации и десульфурации металла.

1.4 Обоснование направлений исследования

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТВОРИМОСТИ ОКСИДОВ МАГНИЯ В

ШЛАКЕ ПО ХОДУ ПЛАВКИ ПРИ ПЕРЕДЕЛЕ НИЗКОМАРГАНЦОВИСТОГО ЧУГУНА.

2.1 Методика расчёта.

2.2 Определение предела растворимости MgO в шлаках системы Ca0-Mg0-Mn0-Fe0-Si02-Al203-Fe203.

2.3 Определение необходимого количества оксида магния, вносимого магнезиальными материалами, для получения насыщенного по содержанию MgO шлака.

2.4 Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ОЖЕЛЕЗНЁННЫХ МАГНЕЗИАЛЬНЫХ ФЛЮСОВ, ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ФАЗОВО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА.

3.1 Разработка требований к ожелезнённым магнезиальным флюсам и методика исследований флюсов.

3.2 Химический и фракционный состав, физико-механические свойства ожелезнённых магнезиальных флюсов. Технология производства флюсов.

3.3 Исследование фазово-минералогического состава и микроструктуры ожелезнённых известково-магнезиальных флюсов (ИМФ).

3.4 Исследование фазово-минералогического состава и микроструктуры ожелезнённого магнезиального флюса (ФОМ).

3.5 Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА КОНВЕРТЕРНЫХ ШЛАКОВ И ОСОБЕННОСТЕЙ РАСТВОРЕНИЯ В НИХ ОЖЕЛЕЗНЁННЫХ МАГНЕЗИАЛЬНЫХ ФЛЮСОВ

4.1 Методика исследований.

4.2 Исследование фазово-минералогического состава шлака и особенностей растворения ожелезнённых магнезиальных флюсов при переделе углеродистого полупродукта.

4.3 Исследование фазово-минералогического состава шлака и особенностей растворения ожелезнённых магнезиальных флюсов при переделе низкомарганцовистого чугуна.

4.4 Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ОЖЕЛЕЗНЁННЫХ МАГНЕЗИАЛЬНЫХ ФЛЮСОВ ПРИ

ВЫПЛАВКЕ СТАЛИ ИЗ УГЛЕРОДИСТОГО ПОЛУПРОДУКТА

5.1 Технология проведения опытных плавок.

5.2 Исследование особенностей использования ожелезнённого из-вестково-магнезиального флюса (ИМФ-30).

5.3 Исследование особенностей использования ожелезнённого магнезиального флюса (ФОМ).

5.4 Исследование особенностей использования ожелезнённого из-вестково-магнезиального флюса (ИМФ-50).

5.5 Динамика снижения расхода огнеупоров. Повышение стойкости футеровки конвертера при использовании ожелезнённых магнезиальных флюсов.

5.6 Выводы по главе 5.

ГЛАВА 6 ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ОЖЕЛЕЗНЁННЫХ МАГНЕЗИАЛЬНЫХ ФЛЮСОВ ПРИ ВЫПЛАВКЕ СТАЛИ ИЗ НИЗКОМАРГАНЦОВИСТОГО ЧУГУНА.

6.1 Технология проведения опытных плавок.

6.2 Исследование особенностей использования ожелезнённого известково-магнезиального флюса (ИМФ-30).

6.3 Исследование особенностей использования ожелезнённого магнезиального флюса (ФОМ).

6.4 Оптимизация расхода шлакообразующих материалов при использовании ожелезнённого магнезиального флюса (ФОМ). Повышение стойкости футеровки конвертера.

6.5 Выводы по главе 6.

Актуальность работы Кислородно-конвертерный процесс является основным способом производства стали. Одним из достижений отечественной металлургии по данному направлению является разработка и внедрение прогрессивной ресурсосберегающей технологии кислородно-конвертерного передела низкомарганцовистых чугунов с содержанием марганца менее 0,3%, которая обеспечивает достижение высоких технико-экономических показателей и экономии марганца в сквозном металлургическом цикле производства.

Исследованиями показано, что выплавка стали из низкомарганцовистого чугуна сопровождается ухудшением процессов шлакообразования, что отрицательно сказывается на стойкости футеровки конвертеров и в определенной степени на рафинировании металла от вредных примесей.

Существенной статьей издержек при производстве стали являются затраты на эксплуатацию и ремонт футеровки конвертеров. Повышение стойкости футеровки конвертеров способствует увеличению продолжительности межремонтного периода, в результате чего увеличивается выпуск стали и снижается её себестоимость за счет сокращения удельного расхода огнеупоров и снижения затрат на перефутеровку конвертеров.

Предыдущими исследованиями установлена возможность снижения износа огнеупоров и повышения стойкости футеровки за счет использования в конвертерном процессе магнезиальных материалов. Однако, традиционно применяемые магнезиальные добавки — необожженный и обожженный доломит, не в полной мере отвечают современным требованиям, предъявляемым к сталеплавильным флюсам, прежде всего с позиций формирования шлаков с более высоким содержанием оксида магния по сравнению с традиционным его содержанием в шлаке (к моменту постановки диссертационной работы 8-10%). Кроме того, в последнем десятилетии при росте объемов производства стали отмечен дефицит шлакообразующих магнезиальных материалов. В этой связи разработка новых шлакообразующих магнезиальных флюсов, исследование их свойств, особенностей формирования высокомагнезиальных шлаков и процес5 сов рафинирования металла от вредных примесей в этих условиях, а также определения рациональных технологических способов использования флюсов при кислородно-конвертерном переделе низкомарганцовистых чугунов является актуальной задачей.

Цель работы Разработка ожелезненных шлакообразующих магнезиальных флюсов и технологии их использования при производстве стали из низкомарганцовистых чугунов в кислородных конвертерах, обеспечивающих снижение износа периклазоуглеродистой футеровки и сохранение высоких рафинирующих свойств шлака.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

- определение предела растворимости оксида магния в шлаках системы Ca0-Mg0-Mn0-Fe0-Si02-Al203-Fe203 по химическому составу соответствующих конвертерным шлакам по ходу плавки и необходимого количества оксида магния, вносимого магнезиальными материалами, для получения насыщенного по содержанию MgO шлака;

- разработка новых магнезиальных флюсов, исследование их химического и, фазово-минералогического составов, физико-механических и технологических свойств;

- исследование влияния магнезиальных флюсов на процессы шлакообразования и рафинирования металла от вредных примесей (фосфора и серы) и снижение износа периклазоуглеродистой футеровки конвертеров;

- разработка рациональных режимов использования магнезиальных флюсов в конвертерных процессах при выплавке стали из низкомарганцови-стового чугуна ([Мпчуг] = 0,2 - 0,3%) и углеродистого полупродукта ([Мп] = 0,02-0,04%).

Методы исследования и достоверность полученных результатов

Для решения поставленных задач применен комплекс современных теоретических и экспериментальных методов, включающий: расчет численными методами активности оксида магния в многокомпонентном шлаковом расплаве и материального баланса конверторной плавки с использованием специальных компьютерных программ; исследование химического и фазово-минералогического составов, физико-механических и технологических свойств флюсов; проведение опытных плавок в кислородных конвертерах с отбором проб шлака и металла; петрографические исследования конвертерных шлаков; использование методов математической статистики и средств вычислительной техники.

Фазово-минералогический состав флюсов и шлаков исследован в проходящем свете в иммерсионных препаратах с помощью стандартного набора иммерсионных жидкостей. Полированные шлифы изучены в отраженном свете для получения данных о количественном содержании минералов, размере и форме их зерен, пространственном взаимоотношении минералов, а также сведений о пористости.

Достоверность полученных результатов подтверждена экспериментально промышленными данными.

Научная новизна работы Разработаны новые комплексные магнезиальные флюсы для сталеплавильного производства, содержащие 30-90 % MgO, 5-55% СаО и 4-10 % Fe203 (ИМФ - 30; ИМФ - 50; ФОМ), исследованы процессы шлакообразования, и определены рациональные режимы ввода флюсов при переделе низкомарганцовистого чугуна ([Мпчуг] = 0,2 — 0,3%) и углеродистого полупродукта ([Мп] = 0,02 - 0,04%), при этом:

- впервые с использованием методики расчета, основанной на теории полимерного строения шлаков системы Ca0-Mg0-Mn0-Fe0-Si02-Al203-Fe203, определены пределы растворимости MgO в шлаках для различных периодов конвертерной плавки и необходимое количество оксида магния, вносимого магнезиальными материалами, для получения насыщенного по содержанию MgO шлака;

- установлено наличие в известково-магнезиальных флюсах легкоплавких фаз браунмиллерита и ферритов кальция (15-20 объём. %), в высокомагнезиальных флюсах - периклаза (90-95 объём. %), содержащего оксиды железа, и тонких плёнок (1-15 мкм) силикатных фаз мервинита и монтичеллита между кристаллами и зёрнами периклаза; 7

- при введении совместно с магнезиальными флюсами марганцевого агломерата в структуре шлаков первой половины плавки выявлено преобладание сложных ферритов кальция и магния (30-45 объём. %) с высоким содержанием оксидов марганца (15-17 масс. %) в том числе Mg,Мп-феррит, содержащий 23,0 % МпО и 42,6 % Fe203.

Практическая значимость и реализация в промышленности Полученные в работе научные результаты и рекомендации по применению новых комплексных магнезиальных флюсов используются при выплавке кислородно-конвертерной стали из низкомарганцовистого чугуна и углеродистого полупродукта соответственно, на комбинатах «Северсталь» и «НТМК». При этом обеспечивается с увеличением концентрации MgO в конечном ишаке, в среднем, до 12-14 % формирование шлаков необходимой- для кислородно-конвертерного процесса основности и сохранение высоких рафинирующих свойств шлака. Использование совместно с магнезиальными добавками марганцевого агломерата при выплавке стали из углеродистого полупродукта позволяет увеличить содержание MgO в пересыщенных шлаках до 18 масс.%. Внедрение магнезиальных флюсов в практику кислородно-конвертерного производства стали позволило при переделе низкомарганцовистых чугунов уменьшить расход магнезиальных материалов на 10 кг/т и общий расход' шла-кообразующих материалов на 20 кг/т. Наряду с использованием других мероприятий применение новых флюсов способствовало повышению стойкости футеровки конвертеров при переделе низкомарганцовистых чугунов до 5000 плавок и углеродистого полупродукта до 3200 плавок.

Апробация работы Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на VI-IX Международных конгрессах сталеплавильщиков (Россия, 2002-2006 гг.); Международном конгрессе «300 лет Уральской металлургии» (г. Екатеринбург,, 2001 г.); Научно-технической конференции «Уральская индустрия в первом десятилетии XXI века» (г. Челябинск, 2001 г.); Ежегодной международной конференции огнеупорщиков и металлургов (г. Москва, 2006 г.), Международной научно-технической конференции «Государственное регулирование и стратегическое партнерство в горнометаллургическом комплексе» (г. Екатеринбург, 2009 г.).

Разработанная технология отмечена серебряной медалью на XI международной выставке «Металл-Экспо 2005» за создание и внедрение на предприятиях металлургической отрасли новых классов синтетических флюсов для сталеплавильного производства.

Публикации По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций. Получено 3 патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников из 103 наименований, приложения и содержит 140 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 32 таблицы.

6.5 Выводы по главе 6

1. Исследованы особенности использования ожелезнённых магнезиальных флюсов в условиях конвертерного производства ОАО «Северсталь» при переделе чугунов, содержащих 0,2-0,3 % Мп, в конвертерах ёмкостью 370 т.

2. Применение ожелезнённого известково-магнезиального флюса (ИМФ-30), содержащего 28-34 % MgO, 50-55 % СаО и 4-10 % Fe203, вместо обожжённого доломита обеспечивает более ускоренное формирование основного гомогенного шлака, что способствует интенсификации мас-сообменных процессов, стабилизации дутьевого режима плавки и улучшению процессов рафинирования металла. Использование флюса ИМФ-30 позволяет снизить расход основных шлакообразующих материалов без снижения основности шлака (Ca0/Si02 = 3,2-3,3) и содержания оксидов магния в нём (11,0-11,5 масс.%).

3. Установлено, что использование ожелезнённого высокомагнезиального флюса (ФОМ), содержащего 85-90 % MgO, 5-7 % СаО, 4-8 % Fe203 при полной замене обожжённого доломита и флюса ИМФ-30 позволяет увеличить содержание оксида магния в шлаке с 10,7-11,4 % до 13,9 %. При этом раздув конечного шлака с повышенным содержанием оксидов магния обеспечивает образование устойчивого гарнисажа на футеровке конвертера.

4. Определено, что увеличение соотношения (%Са°) + (%ЩО) степень де

Si02) фосфорации металла не снижается при увеличении содержания (MgO) от 10 до 15 % в случае выполнения условия (%Са°) = const.

Si02)

5. Определены оптимальные величины количества вносимого материалами оксидов кальция и магния на плавку в зависимости от содержания кремния в низкомарганцовистом чугуне. В условиях увеличения общего веса металлошихты в конвертере и повышении доли металлолома с

25 % до 27 % общий расход шлакообразующих материалов при выплавке сталей рядового сортамента снижен на 20 кг/т стали, в том числе магнезиальных материалов на 10 кг/т стали, обеспечивая формирование шлаков, содержащих 11-14 % (MgO) с основностью (Ca0)/(Si02) не менее 3,0, получение в металле требуемого содержания фосфора (0,008 %) и серы (0,020 %).

6. Рекомендации по использованию магнезиальных флюсов внесены в технологическую инструкцию по выплавке стали. Применение разработанных ожелезнённых магнезиальных флюсов, наряду с использованием других мероприятий в конвертерном производстве ОАО «Северсталь», способствовало повышению стойкости футеровки конвертеров до 5000 плавок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для условий передела низкомарганцовистого чугуна определены пределы растворимости MgO в шлаках системы Ca0-Mg0-Mn0-Fe0-Si02-Al203-Fe203 для различных периодов конвертерной плавки и необходимое количество оксида магния для достижения насыщения им шлака.

Разработаны новые комплексные магнезиальные флюсы: ожелезнённые известково-магнезиальные марки ИМФ-30 и ИМФ-50, содержащие 30-50 % MgO; 35-55 % СаО и 5-10 % Fe203 и высокомагнезиальный флюс (ФОМ), содержащий 85-90 % MgO и 4-8 % Fe203, которые по физико-механическим и технологическим свойствам, химическому, фракционному и фазово-минералогическому составу удовлетворяют требованиям конвертерного производства. Исследованиями фазово-минералогического состава ожелезнённых магнезиальных флюсов установлено, что флюсы ИМФ содержат легкоплавкие фазы браунмиллерита и ферритов кальция (15-20 объём. %). Высокомагнезиальный флюс (ФОМ) представлен в основной массе ожелезнённым периклазом (90-95 объём. %), которые в своём составе содержат 4-8 % Fe203. В межзёрен-ном и межкристаллическом пространстве периклаза наблюдаются тонкие (1-15 мкм) плёнки силикатных фаз — мервинита и монтичеллита.

Исследованы структура и фазово-минералогический состав конвертерных шлаков по ходу плавки при растворении в них флюсов ИМФ-30, ИМФ-50 и ФОМ в условиях передела низкомарганцовистого чугуна и углеродистого полупродукта. При использовании флюса ИМФ-30 образцы шлака обладают равномерной мелкозернистой структурой, что свидетельствует о гомогенности шлака. Установлено, что применение флюса ФОМ в заключительный период продувки приводит к насыщению шлака ожелезнённым периклазом, содержание которого составляет 12-20 объём. %. При использовании высокомагнезиальных флюсов (ФОМ и ИМФ-50) при выплавке стали из углеродистого полупродукта в пробах шлака отмечено значительное количество крупнозернистых включений тугоплавких фаз, что способствует повышению стойкости футеровки конвертера, но повышает вязкость шлаков. Рекомендуется при переделе углеродистого полупродукта в сталь совместно с использованием высокомагнезиальных флюсов (ФОМ и ИМФ-50) вводить марганцевый агломерат, что обеспечивает получение легкоплавких фаз сложных ферритов (Ca0Mg0-Mn0-Fe203) и позволяет снизить вязкость шлака, несмотря на повышение содержания оксида магния до 18 масс.%.

Разработаны рациональные режимы ввода магнезиальных флюсов в кислородно-конвертерном процессе, заключающиеся в формировании на футеровке конвертера высокомагнезиального гарнисажа и дифференцированной присадке по ходу плавки магнезиальных флюсов — введение их в количестве не менее 50% от общего расхода в начальный период плавки (30 % времени продувки) и прекращение их подачи в последние 20-25 % времени продувки.

Исследованы особенности использования ожелезнённых магнезиальных флюсов при выплавке стали из углеродистого полупродукта, содержащего 0,02-0,04 % Мп, в конвертерах ёмкостью 160 т ОАО «НТМК». Установлено, что в условиях малошлакового процесса применение высокомагнезиального флюса ИМФ-50 позволяет улучшить условия службы огнеупоров без ухудшения процесса шлакообразования.

Исследованы особенности использования ожелезнённых магнезиальных флюсов при переделе чугунов, содержащих 0,2-0,3 % Мп, в конвертерах ёмкостью 370 т ОАО «Северсталь». Отмечено быстрое формирование основного шлака на плавках с присадками флюса ИМФ-30, что способствует интенсификации массообменных процессов, стабилизации дутьевого режима плавки и улучшению процессов рафинирования металла. Использование флюса ФОМ позволило снизить расход магнезиальных материалов на 10 кг/т стали, с формированием шлаков, содержащих 12-14 масс.% В условиях увеличения веса металлошихты в конверетере с повышением доли металлолома от 25 % до 27 % при выплавке сталей рядового сортамента общий расход шлакообразуюгцих материалов снижен на 20 кг/т стали, при этом обеспечивается получение шлаков с основностью (Ca0)/(Si02) не менее 3,0 и требуемое содержание в металле фосфора (< 0,008 %) и серы (< 0,020 %).

Проведён анализ показателей рафинирования металла от вредных примесей фосфора и серы, который позволил определить, что при увеличении соотношения (%Са°)+ (%MgQ) степень дефосфорации и десульфурации металла не (%Si02) снижается при повышении содержания (MgO) от 10 до 15 % в случае выполнения условия (%Са0) = const.

Si02)

Рекомендации по использованию магнезиальных флюсов внесены в технологические инструкции по выплавке конвертерной стали на ОАО «НТМК» и ОАО «Северсталь».

Наряду с использованием других мероприятий применение разработанных магнезиальных флюсов на металлургических комбинатах ОАО «НТМК» и ОАО «Северсталь» способствовало повышению стойкости периклазуглероди-стой футеровки конвертеров при переделе углеродистого полупродукта до 3200 плавок и низкомарганцовистых чугунов до 5000 плавок.

1. Смирнов JI. А., Демидов К. Н. Выплавка стали в кислородных конвертерах из чугунов с низким содержанием марганца // Сб. науч. тр. «60 лет кислородно-конвертерному процессу производства стали в России» М.: Интерконтакт Наука, 2006, - с. 101-108.

2. Смирнов JI. А., Зарвин Е. Я., Кадцын Ю. Г. и др. Передел в кислородных конвертерах чугуна с весьма низким содержанием марганца // Чёрная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация» 1971. — № 19. — С. 24-27.

3. Глазов А. Н., Смирнов JL А., Катенин Б. Н. Передел чугунов с пониженным содержанием марганца кислородно-конвертерным процессом // Чёрная металлургия. Бюл. Ин-та «Черметинформация» 1977. - № 24. - С. 8-21.

4. Смирнов JI. А., Глазов А. Н., Борисов Ю. Н. и др. Кислородно-конвертерный передел низкомарганцовистых чугунов // Металлург. — 1980. -№ 12.-С. 17-19.

5. Явойский В. И. Теория процессов производства стали. М.: Металлургия, 1967. - 792 с.

6. Третьяков Е. В., Дидковский В. К. Шлаковый режим кислородно-конвертерной плавки. — М. :Металлургия, 1972. — 144 с.

7. Зарвин Е. Я., Никитин Ю. П., Николаев A. JI. и др. Изменение некоторых физических свойств шлака в процессе кислородно-конвертерного передела маломарганцовистого чугуна // Известия вузов Чёрная металлургия. 1972. - № 8. - С. 56-59.

8. Квитко М. П., Афанасьев С. Г. Кислородно-конвертерный процесс. — М.: Металлургия, 1974. 343 с.

9. Дидковский В. К., Зельцер И. Г, Большаков В. А., Люкимсон Г. М.// Металлургия и коксохимия: Респ. межвед. научно-техн. сб./ Киев: Техника. — 1985.-№87.-С. 37-39.

10. Лопакова Н. И., Смирнов Л. А., Демидов К. Н. Оценка гетерогенности конвертерных шлаков начального периода продувки плавки // Изв. Вузов: Чёрная металлургия. 1987. - № 2. — С. 134-135.

11. Лопакова Н. И. Совершенствование технологии кислородно-конвертерного передела низкомарганцовистых чугунов на основе изучения вязкости шлака: Автореф. дис. канд. техн. наук. — Свердловск, 1988. — 23 с.130

12. Колпаков С. В., Старов В. В., Смоктий В. В. и др. Технология производства стали в современных конвертерных цехах. М.: Машиностроение, 1991. — 464 с.

13. Смирнов Л. А., Борисов Ю. Н., Носов К. Г. и др. Освоение технологии выплавки стали в 350-т конвертерах без дожигания отходящих газов // Сталь. — 1976, №2, С. 144-121.

14. Югов П. И. Шлакообразование при низких концентрациях марганца в конвертерной ванне. Сталеплавильное производство: Тематический отраслевой сб. М.: Металлургия, 1974. Вып. 2. - с. 33-39.

15. Бережной А. С. Многокомпонентные системы окислов. Киев. Наук. Думка, 1970. 544 с.

16. Levin F. М., McMurdie Н. F., Hall F. P. Phase diagrams for ceramics. А. С. S., Coloumbus. Ohio, 1957. 857 p.

17. Арзамасцев E. И., Умрихин П. В. О роли окислов марганца в процессе шлакообразования в основной мартеновской печи. // Известия вузов. Чёрная металлургия. — 1963. № 6. - с. 35-42.

18. Баптизманский В. И. Теория кислородно-конвертерного процесса. М.: Металлургия, 1975. 373 с.

19. Никитин Е. Я., Зарвин Е. Я., Смирнов Л. А. Петрография конвертерных шлаков при переделе чугунов с пониженным содержанием марганца // Металлургия и коксохимия. Металлургия стали. Киев: Техника, 1977. - Вып. № 52 - с. 44-45.

20. Никитин Е. Я., Зарвин Е. Я., Смирнов Л. А. О химическом и минеральном составе конвертерных шлаков передела чугунов с различным содержанием марганца // Известия вузов. Чёрная металлургия. 1976. — № 8. — с. 23-26.

21. Бигеев А. М., Бигеев В. А. Металлургия стали. Теория и технология плавки стали. Магнитогорск: МГТУ, 2000. 544 с.

22. Югов П. И., Афанасьев С. Г. Применение марганцевой руды в кислородном конвертере // Чёрная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация» — 1971. -№ 13.-С. 28-30.

23. Соколов В. В., Машинский В. М., Щипанов А. И. Совершенствование технологии производства кислородно-конвертерной стали с использованиеммарганецсодержащих материалов // Чёрная металлургия. Бюл. ин-та «Чер-метинформация» 2007. - № 3. - С. 24-25.

24. Серветник В. М., Матухно Г. Г., Китаев А.Т. и др. Использование марганцевой руды в кислородном конвертере // Сталь. 1969. — № 12. - С. 1081-1083.

25. Mills N. Т., Rounsevell J. М., Edgar W. The manufacture and use of manganese ore-fluorspar briguette as a fluorspar substitute in steelmaking slags // 58th Nat. Open Hearth and Basic Oxigen Steel Conf. Proc., Toronto, 1975. V. 58. - p. 465-486.

26. Демидов К. H., Смирнов JI. А., Челпан С. М., Кузнецов С. И. Конвертерный передел низкомарганцовистого чугуна с использованием шлака от выплавки силикомарганца // Сталь 1985. - № 1.-е. 17-20.

27. Смирнов JI. А., Демидов К. Н., Челпан С. М. и др. Применение марганцевых шлаков при переделе в кислородных конвертерах чугуна с пониженным содержанием марганца // Чёрная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформа-ция» 1981. -№ 10. - С. 46-48.

28. Дидковский В. К., Старов Р. В., Третьяков Е. В. и др. Применение доломи-- > газированной извести в конвертерной плавке // Чёрная металлургия. Бюл. НТИ, 1973. №9(701).-с. 41.

29. Зарвин Е. Я., Никитин Ю. П. Влияние МпО и MgO на некоторые физические свойства конвертерных шлаков и взаимодействие последних с флюсами // Известия вузов. Чёрная металлургия. 1973. - № 2. — с. 51-54.

30. Зарвин Е. Я., Никитин Ю. П. Влияние МпО и MgO на некоторые физические свойства конвертерных шлаков и взаимодействие последних с флюсами // Известия вузов. Чёрная металлургия. 1973. - № 2. - с. 51-54.

31. Grosjean J. С., Riboud P. V. Consistance des laitiers de convertisseurs et tartin-age. Revue de Metallurgie, 1983, v. 80, № 7, p. 571-584.

32. Хайдуков В. П., Сергеев А. Г., Соколов Г. А. и др. Использование комплексного флюса при выплавке стали из низкомарганцовистого чугуна в конвертере // Чёрная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация» — 1983. — № 9. С. 45-50.

33. Хайдуков В. П., Сергеев А. Г., Матвеев Д. С. и др. Использование комплексного флюса при переделе чугуна с содержанием Мп менее 0,2 % II Металлург. 1983. - № з. - С. 22-23.

34. Соколова Т. Г., Хайдуков В. П., Завражин В. Д. и др. Процесс шлакообразования в конвертерной плавке с применением ожелезнённой извести // Чёрная металлургия, 1988, Вып.2.- С. 27.

35. Мартыненко А. К. Промышленное освоение технологии передела маломарганцовистого чугуна и пути повышения остаточного содержания марганца: Автореф. дис. канд. техн. наук. — Липецк, 1996. 25 с.

36. Дутлов С. А. Исследование и оптимизация шлакового режима при переделе низкомарганцовистого чугуна в большегрузных конвертерах: Автореф. дис. канд. техн. наук. Липецк, 2000. - 23 с.

37. Комолова Л. Н., Хайдуков В. П., Соколов Г. А., Вайнштейн М. А. Получение комплексного флюса для кислородно-конвертерного производства. Металлург, 1982, №8, с. 18-20.

38. Сарычев В. Ф., Носов С. К., Николаев О. А. и др. Выплавка стали в 370-т конвертерах с использованием ожелезненной извести // Сталь. 1997 —№ 3. — с. 14-15.

39. Циглер Е. Н., Маслов В. М., Большакова 3. Д. и др. Применение ожелезненной извести в сталеплавильном производстве // Сталь, 1997, №3, с. 25-26.

40. Дидковский В. К., Третьяков Е. В. Использование магнезиальных шлакообразующих материалов для повышения стойкости футеровки кислородных конвертеров // Чёрная металлургия. Сталеплавильное производство. — 1985. Вып.4. - 20 с.

41. Обет К.-Х., Шюрман Э., Ман Г., Нолле Д. О растворимости окиси магния в кислородно-конвертерных шлаках // Чёрные металлы. 1980. - № 20. - С. 23-28.

42. Coate D. W., Selmeczi J. С. A faster-fusing lime for steelmaking // 37 Electric Furnace Conference Proceedings 1979.- v. 37 - p. 258-262.

43. Мюнхберг В., Обет К.-Х., Ман Г., Нолле Д. Микроструктура кислородно-конвертерных шлаков // Чёрные металлы. 1983. — № 6. - С. 23-29.

44. Ниида А., Окохира К., Танака А. и др. Кристаллизация свободной извести и магнезии из жидкого шлака LD-конвертера // Тэцу то хаганэ 1983. — т. 69 .- № 1.-С. 42-50.

45. Зинченко С. Д., Пак Ю. А., Дидковский В. К. и др. Использование мягко-обожжённого доломита при конвертерном переделе чугуна с пониженным содержанием марганца // Чёрная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформа-ция» 1983. - Вып. 7. - с. 48-49.

46. Дидковский В. К., Курилов Р. И., Перегудов А. С. и др. Применение доло-митизированной извести в конвертерах Криворожского металлургического завода // Чёрная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация» 1978. -Вып. 11.-е. 34-37.

47. Bardenheur F., vom Ende Н., Solmecke R. Verminderung des Schlacktnangriffs auf die fuerfeste Ausmauerung von Sauerstoffaufblas konverter. Archiv fur das Eisenhuttenwesen, 1973, Bd 44, № 6, S. 451-455.

48. Смирнов JI. А., Дерябин Ю. А., Шаврин С. В. Металлургическая переработка ванадийсодержащих титаномагнетитов. Челябинск: Металлургия, 1990. -256 с.

49. Смирнов JI. А., Дерябин Ю. А., Носов С. К. и др. Конвертерный передел ванадиевого чугуна. Екатеринбург, 2000. - 528 с.

50. Червяков Б. Д, Киселёв С. П., Голова Т. И. Улучшение шлакообразования при выплавке стали из безмарганцовистого углеродистого полупродукта // Выплавка и предел низкомарганцовистых чугунов: Науч. тр. Урал НИИЧМ, Свердловск: УралНИИЧМ, 1983. с. 76-80.

51. Leonard R. J., Herron R. N. Dolomite additions required to saturate BOF-slags with MgO. Open Hearth Proceedings, 1977, v.60, p. 127-137.

52. Невидимое В. H., Новиков В. К., Климов А. В., Гладков Д. М. Прогнозирование областей гомогенизации силикатных расплавов // Изв. вуз. Черная металлургия. 2005. - №1. - С. 3-4.

53. Охотский В. Б. Термодинамические характеристики конвертерных шлаков // Теория и практика кислородно-конвертерных процессов: Тр. IV Междунар. Науч.-техн. конф., Днепропетровск, 1998. — С. 29.

54. Hideaki Suito, Ryo Inoue, Minoru Takada. Phosphorus distribution between liquid iron and MgO saturated slags of the system Ca0-Mg0-Fe0x-Si02 // Trans, of Iron and Steel inst. Japan. 1981. v.21. №4. p.250-259.

55. Вэй Юан, Дон Люрен, Лю Синхау, Ли Хефу. Исследование ванадийсодер-жащего конвертерного шлака и его влияние на эрозию огнеупоров. ТПП СССР Свердловское отд., перевод № 469/9. 14 с.

56. Сунаяма X., Кавабара М., Кономото Т. Скорость коррозии периклазоугле-родистых изделий шлаком, содержащим FeO // Новости чёрной металлургии за рубежом. 1998. - № 3. - С. 120-121.

57. Шерстобитов С. М., Овсянников В. Г., Никулин А. Ю., Носов А. Д. К механизму износа периклазоуглеродистой футеровки кислородных конвертеров // Огнеупоры и техническая керамика. — 2002. № 1. - С. 13 — 15.

58. Попель С. И., Шерстобитов М. А., Братчиков С. Г. Скорость капиллярного проникновения расплавов в пористые образцы из окиси магния. // Изв. вузов. Чёрная металлургия. 1966. - № 5. - С. 17 - 21.

59. Valoser P., Novak J. Опыт применения доломитовой извести в кислородных, конвертерах // Ostrava, 1983. С.196-201.

60. Kristiansen J. О. Совершенствование шлакового режима для улучшения десульфурации. // Hamilton, 1977. № 6. - С. 1-22.

61. Nishiwari Minori, Ohji Mutsumi и др. Улучшение службы футеровки конвертеров компании Nippon Steel Corporation // New York, N. Y. 1978. C. 85-93.

62. Фиге Л., Шрёэр X., Реш В. Применение мягкообожженного доломита и профилактического торкретирования с целью повышения стойкости футеровки кислородных конвертеров // Черные металлы № 6-7, 1983. С.23-29.

63. Курдюков А. А., Казаков А. А., Гриневич А. П. и др. Особенности процесса шлакообразования в 350-т конвертерах при использовании доломитизиро-ванной извести // Металлургическая и горнорудная промышленность. — 1982.-№ 1.-С. 10-12.

64. Анцупов П. Ю., Дутлов С. А., Хайдуков В. П. Влияние технологических факторов на износ футеровки конвертера // Тезисы докладов VI областнойнаучно-техн. конф. Липецк. — 1997. — С. 47.

65. Тахаутдинов Р. С., Степанова А. А., Сарычев А. В. и др. Выплавка стали в 370-тонных кислородных конвертерах с использованием шлакообразующих материалов, содержащих оксид магния // Чёрные металлы, 2002, январь. — С. 12-14.

66. Тахаутдинов Р.С. Производство стали в кислородно-конвертерном цехе Магнитогорского металлургического комбината. Магнитогорск, 2001. — 148 с.

67. А. р. Ворониной О. Б. Повышение стойкости периклазоуглеродистой футеровки кислородного конвертера из изделий отечественного производства в условиях работы Магнитогорского металлургического комбината, г. Магнитогорск, 2002, 17 с.

68. Юрьев А. Б., Комшуков В. П., Маракулин Ю. А., Пресняков А. П. Теоретические и практические аспекты повышения стойкости футеровок конвертеров // Новые огнеупоры. 2004. - № 6. - С. 7-11.

69. Протопопов Е. В., Айзатулов Р. С., Лаврик А. Н. и др. Исследование особенностей формирования шлакового гарнисажа на футеровку кислородных^ конвертеров // Металлургическая и горнорудная промышленность. — 2002. — № 7. С. 279-282.

70. Шеремет В. А., Кекух А. В., Троший С. В. и др. Опыт эксплуатации и комплексная технология ухода за футеровкой конвертера // Новые огнеупоры. — 2006.-№ 1.-С. 4-7.

71. Messina С. J. Slag splashing in the BOF World wide status, practices and results // Iron and Steel Engineer. - 1996. - № 5. - P. 17-19.

72. Тахаутдинов P. С., Овсянников В. Г., Прищепова Т. К. и др. Отработка технологии нанесения шлакового гарнисажа на футеровку 370- тонных конвертеров // Сталь. 1999. - № 11. - С.

73. McDonald С., Koopmans P., Drugge J. Consistent basic oxygen steelmaking performance // La Revue de Metallurgie. 2004. 101. - № 4. - C. 275-284.

74. Протопопов E. В., Айзатулов P. С., Лаврик A. H. и др. Исследование особенностей формирования шлакового гарнисажа на футеровку кислородных конвертеров // Металлургическая и горнорудная промышленность. — 2002. — № 7. С. 279-282.

75. Баптизманский В. И., Бойченко Б. М., Черевко В.П. Тепловая работа кислородных конвертеров. М. Металлургия, 1988. — 174 с.

76. Телегин А. С., Швыдкий B.C., Ярошенко Ю.Г. Тепломассоперенос. Учебник для вузов. М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. - 455 с.

77. Мастрюков Б. С. Теория, конструкции и расчёты металлургических печей: Учебник для техникумов. Т. 2. Расчёты металлургических печей. М. : Металлургия, 1986. 376 с.

78. Кремянский В.Д., Окороков Б.Н., Коминов С.В. и др. Тепловая работа футеровки большегрузного конвертера // Сталь. 1978. - № 1. — С. 21-25.

79. Пищида В. И., Бойченко Б. М., Величко А. Г. и др. Зависимость стойкости футеровки конвертеров от параметров сталеплавильного процесса // Металл и литьё Украины. 2003. - № 5. - С. 18-19.

80. Берг А. А., Добромилов А. А., Микляев А. П. и др. Особенности рафинирования конвертерной стали при работе на магнезиальных шлаках. // Сталь. — 2000.-№6.-С. 26-28.

81. Сарычев А. Б., Николаев О. А., Сарычев А. Ф. Чигасов Д. Н. и др. Технологические особенности обеспечения заданных содержаний серы и фосфора при производстве низколегированной стали// Сталь. 2006. -№12. - с.15-18.

82. Новиков В. К. Развитие полимерной модели силикатных расплавов // Расплавы. 1987.Т.1.-№6. -С. 21-33.

83. Новиков В. К., Невидимое В. Н., Топорищев Г. А. Сравнение моделей шлаковых расплавов на примере расчета активности оксидов в многокомпонентной алюмосиликатной системе // Расплавы. — 1991. — №1. — С. 3-9.

84. Климов А. В. Модель расчёта растворимости огнеупоров в металлургических шлаках // Новые технологии и материалы в металлургии: Сб. науч. тр. Екатеринбург: Уро РАН, 2005. с. 186-190.

85. Новиков В. К., Невидимое В. Н. Полимерная природа расплавленных шлаков // Учебное пособие, Екатеринбург, 2006. 61 с.

86. Демидов К.Н., Ламухин A.M., Шатилов О.Ф. и др. Выплавка стали в конвертерах с использованием флюсов с высоким содержанием оксидов магния // Новые огнеупоры. 2005. - № 5. - С. 13-22.

87. Арсентьев П. П., Падерин С. Н., Серов С. Г. и др. Экспериментальные работы по теории металлургических процессов: Учеб. Пособие для вузов. — М.: Металлургия, 1989.-288 с.

88. Демидов К.Н., Ламухин A.M., Шатилов О.Ф. и др. Выплавка стали в конвертерах с использованием флюсов с высоким содержанием оксидов магния // Труды восьмого Конгресса сталеплавильщиков. М. Черметинформация, 2005.-С. 119-133.

89. Пат. 2327743 Россия, МПК С21С 5/28. Способ выплавки стали в конвертере / Демидов К.Н., Смирнов Л.А., Кузнецов С.И., Возчиков А.П., Борисова Т.В. № 2006128301/02, заявл. 03.08.2006., опубл. 27.06.2008.

90. Демидов К.Н., Чумаков С.М., Зинченко С.Д., Филатов М.В., Борисова Т.В. Использование ожелезнённого известково-магнезиального флюса в конвертерной плавке // Сталь. 2000. - № 11. - С. 46-48.

91. Пат. 2260626 Россия, МПК7 С21С5/28. Способ выплавки стали в конвертере/ Демидов К.Н., Ламухин A.M., Горшков С.П. и др. № 2003138153/02, заявл. 31.12.2003г., опубл. 20.09.2005.