CC BY
108
2. Bigeev V.A. Kolesnikov Y.A. Forecasting of technological parameters of smelting there were in the converter with siderite use. Teoriya i tekhnologiya metallurgicheskogo proizvodstva: mezhregion. sb. nauch. tr. [Theory and technology of metallurgical production: interregion works. Ed. V.M. Kolokoltsev]. Magnitogorsk: Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2011, iss. 11, pp. 30 - 36.
3. Kolesnikov Y.A. Calculation of an expense of scrap on steel melting in the converter with use of spreadsheets. Teoriya i tekhnologiya metallurgicheskogo proizvodstva: mezhregion. sb. nauch. tr. [Theory and technology of metallurgical production: interregional works. Ed. V.M. Kolokoltsev]. Magnitogorsk: Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2006, iss. 6, pp. 34-39.
4. Century N., Selivanov, Y.A. Kolesnikov, B.A. Budanov, etc. Modern possibilities of development of calculations of melting became on personal computers. Teoriya i tekhnologiya metallurgicheskogo proizvodstva: mezhregion. sb. nauch. tr. [Theory and technology of metallurgical production: interregional works. Ed. V.M. Kolokoltsev]. Magnitogorsk: Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2003, iss. 3, pp. 51 - 58.
♦ ♦ ♦
УДК 621.746.5.047
Коротин А.В., Лозовский Е.П., Дюльдина Э.В., Селиванов В.Н.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ШЛАКООБРАЗРВАНИЯ В ПРОМЕЖУТОЧНОМ КОВШЕ С МАГНЕЗИАЛЬНОЙ ФУТЕРОВКОЙ
Аннтотация. Проведено экспериментальное исследование шлакообразования в промежуточном ковше МНЛЗ с футеровкой из магнезиальной торкрет-массы. Установлено, что в процессе разливки серии плавок химический состав шлака существенно меняется вследствие растворения в нем огнеупорных материалов и поступления оксидных неметаллических включений из разливаемой стали. С использованием метода синтеза экспериментальных данных и математической модели процесса шлакообразования установлено, что доля растворившихся огнеупорных материалов составляет около 15%, а доля всплывших неметаллических включений - около 30% от массы конечного шлака. Сравнение полученных данных с материалами проведенного ранее экспериментального исследования шлакообразования в промежуточном ковше с футеровкой из шамотного кирпича показало, что доля растворившейся магнезиальной футеровки в 3-4 раза больше, чем футеровки шамотной. Более интенсивный переход в шлак магнезиальной футеровки объясняется заполнением её пор шлаковым расплавом и протеканием химической реакции с образованием относительно легкоплавкой фазы - энстатита, переходящей затем в шлак.
Ключевые слова: сталь, непрерывная разливка, промежуточный ковш, магнезиальная футеровка, шлакообразование, растворение футеровки, всплывание неметаллических включений.
Непрерывная разливка стали в кислородно-конвертерном цехе ОАО «ММК» производится с наведением в промежуточном ковше шлака, выполняющего функции изоляции поверхности жидкого металла и ассимиляции всплывающих неметаллических включений. Для этого в промежуточный ковш периодически вводятся шлакообразующие смеси (ШОС). В процессе разливки химический состав шлака существенно меняется, что оказывает влияние на свойства и выполнение им своих функций.
Ранее было проведено исследование шлакообразования в промежуточном ковше с футеровкой из шамотного кирпича [1-3]. В настоящее время в цехе широко применяются промежуточные ковши с футеровкой из магнезиальной торкрет-массы. Существенно изменился и сортамент выплавляемой стали, включающий, например, трубные стали повышенной прочности для нефте- и газопроводов в северном исполнении. Изменение технологии разливки потребовало провести исследование шлакообразования в промежуточном ковше МНЛЗ в новых условиях.
Экспериментальная часть исследования состояла в разливке двух серий опытных плавок (по 365 т каж-
дая) с использованием промежуточных ковшей, имеющих номинальную вместимость 45 т, с футеровкой из магнезиальной торкрет-массы. Разливка плавок первой серии производилась на четырехручьевой МНЛЗ на слябы, имеющие поперечное сечение 1320x250 мм. Промежуточный ковш был разделен двумя перегородками на одну приемную и две распределительные камеры, каждая их которых была предназначена для подачи металла в два ручья. Плавки второй серии разливали на одноручьевой МНЛЗ на слябы сечением 2720x300 мм. Промежуточный ковш был разделен одной перегородкой на приемную и распределительную камеры. Основные данные, характеризующие обе серии опытов, представлены в табл. 1 и 2.
Таблица 1
Основные параметры разливки опытных плавок
Номер Сталь Количест- Масса Длительность Расход ШОС,
серии во плавок в стали, т разливки, ч кг/т стали
серии
1 SAE1006, 8 3722 8,6 0,25
DCO-1 2
2 Х80 4 1447 5,0 0,15
Таблица 2
Химический состав огнеупорных материалов промежуточного ковша
Материал Содержание, %
MgO AI2O3 SiO2 CaO С
Футеровка 90 - 2 1 0
Перегородки - 90 7 2 -
Стопора:
1-я серия опытов - 75 8 - 17
2-я серия опытов - 50 7 - 36
Для наведения шлака в распределительных камерах промежуточного ковша использовали гранулированные шлакообразующие смеси, химический состав которых представлен в табл. 3. Шлакообразующие смеси вводили порциями в начале разливки каждой новой плавки.
Таблица 3
Химический состав шлакообразующих смесей
Номер серии Содержание, %
CaO SiO2 AI2O3 MgO Na2O K2O F FeO C
1 39,8 29,4 8,1 4,3 2,2 1,1 3,1 1,5 4,3
2 32,3 33,4 13,5 4,8 3,0 1,0 1,0 1,5 1,0
В середине разливки первой, средней и последней плавки каждой серии опытов из распределительной камеры отбирали пробы шлака для определения его химического состава. Параметры разливки, соответствующие моментам отбора проб, приведены в табл. 4.
Таблица 4
Параметры разливки, соответствующие отбору проб шлака
Номер Номер Время от начала Масса разлитой Введено ШОС с
серии плавки в разливки, ч стали, т начала разливки, кг
серии
1 1 0,50 92 72
5 3,15 818 264
10 8,95 1753 432
2 1 0,68 174 150
2 1,92 543 170
4 4,50 1260 210
Результаты анализа химического состава шлака в промежуточном ковше приведены на рис. 1 и 2.
По данным рис. 1 и 2 процесс шлакообразования можно представить следующим образом. В начале разливки, после введения первой порции шлакообра-зующей смеси, образуется первичный шлак, содержание компонентов в котором на этих рисунках условно отнесено в началу разливки и принято равным их содержанию в смеси. В дальнейшем состав шлака непрерывно меняется в результате протекания двух процессов:
- растворения огнеупорных материалов футеровки, разделительных перегородок и стопоров;
- всплывания неметаллических включений, образовавшихся в разливаемой стали.
0 2 4 6 3
Время от начала разливки, ч
Рис. 1. Изменение содержания СаО (♦), SЮ2 (□), А12Ю3(А.), MgO (•) и МпЮ (о) в промежуточном ковше в процессе разливки плавок серии №1
0 1 2 3 4 5
Время от начала разливки, ч
Рис. 2. Изменение содержания СаЮ (♦), SЮ2 (□), А12Ю3(А.), MgЮ (•) и МпЮ (о) в промежуточном ковше в процессе разливки плавок серии №2
Содержание оксида кальция в процессе разливки плавок первой серии существенно снижалось, так как единственным источником поступления СаО в шлак является шлакообразующая смесь. Во второй серии опытов содержание этого компонента оставалось практически постоянным. Это объясняется тем, что при раскислении стали Х80 используется порошковая проволока, содержащая силикокальций, и в продуктах раскисления, поступающих в шлак, присутствует СаО.
Содержание оксида магния в шлаке возрастает, так как этот оксид является основным компонентом футеровки, растворяющейся в шлаке.
Содержание оксида кремния в процессе разливки уменьшалось. Основной причиной этого является увеличение массы шлака вследствие растворения в нем магнезиальной огнеупорной футеровки промежуточного ковша.
Содержание оксидов алюминия и марганца, источником поступления которых являются всплывающие неметаллические включения, непрерывно возрастало при разливке обеих серий опытных плавок. Этот факт подтверждает существенную роль всплывания неметаллических включений в формировании шлака.
В шлаках в небольшом количестве содержались также и другие компоненты - №2О, К2О, F и FeO,
вносимые шлакообразующей смесью. Концентрация этих компонентов в процессе разливки менялась незначительно с некоторой тенденцией к снижению вследствие общего увеличения массы шлака.
Экспериментальные данные об изменении химического состава шлака были использованы для расчета растворения в расплаве шлакообразующей смеси магнезиальной футеровки и ассимиляции всплывающих неметаллических включений методом синтеза экспериментальных данных и математических моделей [4]. Результаты этих расчетов приведены на рис. 3.
100
й 80 го с;
3 ш
| 60 го
ш
0 О.
1 40 о. о -8-ей
4 20 го с т
0
ШОС 1-я плавка 5-я плавка 10-я
плавка
100 -
о--
2 80 -05 С
3
ф
1 60 -го
т
0 о.
1 40 -о. о -8-со
гс 20 -
го ^
СО
о -
ШОС 1-я плавка 2-я плавка 4-я плавка
Рис. 3. Долевое участие ШОС (■), магнезиальной футеровки (и) и неметаллических включений (■) в формировании шлака в промежуточном ковше
при разливке низкоуглеродистой (вверху) и низколегированной (внизу) стали
Из рис. 3 следует, что основной вклад в изменение состава шлака вносит всплывание неметаллических включений из разливаемой стали. Их доля в конечном шлаке первой серии опытов составляет 28%, а во второй - 31%. Растворение магнезиальный футеровки также играет значительную роль в процессе шлакообразования. Доля огнеупорных материалов в конечном шлаке в первой серии опытов составила 14,5%, а во второй - 12,8%.
Приведенные выше данные значительно отличаются от результатов исследования шлакообразования в промежуточном ковше, имеющем футеровку из шамотного кирпича [1]. Динамика шлакообразования по результатам этого исследования приведена на рис. 4.
Доля растворившейся шамотной футеровки в конечном шлаке составляет всего 3-4%, что в четыре раза меньше растворения магнезиальной футеровки. Однако при разливке низколегированный стали 17Г1С-У доля всплывших неметаллических включений была значительно выше - 51%.
Магнезиальная торкрет-масса имеет значительно более высокую температуру плавления, чем шамотный кирпич. Поэтому можно было ожидать, что магнезиальная футеровка промежуточного ковша будет медленнее растворяться в шлаке, чем футеровка шамотная. 100 -
80 -
й 60 -
го ц
i 40-§
20 -0 -
ШОС 1-я плавка 3-я плавка 5-я плавка
100
о4
2 80 го с
3 0)
| 60 го
CÛ
0 CL
1 40
CL О -8-CÛ
4 20
го q
CÛ
0
ШОС 1-я плавка 5-я плавка 9-я плавка
Рис. 4. Долевое участие ШОС (ш), шамотной футеровки (□) и неметаллических включений (■) в формировании шлака в промежуточном ковше при разливке низкоуглеродистой (вверху) и низколегированной (внизу) стали [1]
Более интенсивное растворение магнезиальной футеровки объясняется материалами исследования её взаимодействия со шлаком [5]. В этом исследовании было установлено, что футеровка из магнезиальной торкрет-массы имеет пористую структуру. Шлак, получающийся при расплавлении шлакообразующей смеси, проникает в поры футеровки. Оксид кремния шлака вступает в реакцию с оксидом магния футеровки с образованием энстатита - MgOSiO2, который инконгруэнтно плавится при температуре 1545°С. Наличие в шлаке таких компонентов, как CaO, MnO, AI2O3 и других ведет к дальнейшему снижению температуры плавления энстатита. В процессе разливки рабочий слой футеровки нагревается до температуры, близкой к температуре разливки - 1540-1550°С. При
такой температуре рабочий слой ошлакованной футеровки постепенно плавится и переходит в шлак.
Выводы
1. В процессе разливки химический состав шлака в промежуточном ковше МНЛЗ существенно меняется. Ключевую роль в этом процессе играет поступление в шлак неметаллических включений, всплывающих из разливаемой стали.
2. Меньшую роль в изменении химического состава шлака играет растворение огнеупорной футеровки промежуточного ковша. При шамотной футеровке масса растворившихся в шлаке огнеупоров составляет около 3-4%, а при магнезиальной футеровке - 13-14% от массы конечного шлака.
3. Более интенсивное растворение футеровки из магнезиальной торкрет-массы вызвано химическим взаимодействием компонентов шлака, проникающего в поры футеровки, и оксида магния с образованием относительно легкоплавкой фазы - энстатита (MgO■SiO2), переходящего в шлак.
Список литературы
1. Дюльдина Э.В., Селиванов В.Н., Лозовский Е.П. Формирование шлака в промежуточном ковше МНЛЗ // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2009. №4(28). С.26-29.
2. Изменение химического состава шлака при увеличении его массы в промежуточном ковше МНЛЗ / А.В. Коротин, Е.П. Лозовский, Э.В. Дюльдина и др. // Теория и технология металлургического производства: межрегион: сб. науч. тр. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2014. Вып. 14. С. 39-41.
3. Особенности шлакообразования в промежуточном ковше МНЛЗ с шамотной и магнезиальной футеровкой / В.Н. Селиванов, Э.В. Дюльдина, О.Ф. Рыбалко и др. // Труды XII конгресса сталеплавильщиков. М.: Металлургиздат, 2013. С. 283-286.
4. Использование математических моделей для исследования сталеплавильных процессов / В.Н. Селиванов, Ю.А. Колесников, Б.А. Буданов и др. // Сталь. 2014. №5. С. 16-20.
5. Изменение рабочего слоя футеровки промежуточного ковша МНЛЗ в процессе непрерывной разливки стали / Э.В. Дюльдина, В.Н. Селиванов, Б.Р. Гельчинский и др. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013. №1 (41). С. 23-26.
Сведения об авторах
Коротин Андрей Викторович - аспирант кафедры химических технологий и физической химии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел. (3519)29851. E-mail: saturn2112@yandex.ru.
Лозовский Евгений Павлович - канд. техн. наук, инженер ЦЛК, ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Тел.: (3519)256914. E-mail: alekseev_vl@mmk.ru.
Дюльдина Эльвира Владимировна - канд. техн. наук, проф. кафедры химических технологий и физической химии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: (3519)29851. E-mail: dev@magtu.ru
Селиванов Валентин Николаевич - канд. техн. наук, доц. кафедры металлургии черных металлов ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: (3519)288449. E-mail: mcm@magtu.ru
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF SLAGGING IN THE TUNDISH WITH MAGNESIAN LINED
Korotin Andrey Viktorovich - Postgraduate student, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: sa-tum2112@yandex.ru
Lozovskiy Evgeniy Pavlovich - Ph. D. (Eng.), engineer of the central laboratory of the Magnitogorsk Iron and Steel Works. E-mail: alekseev vl@mmk.ru
Dyuldina Elvira Vladimirovna - Ph. D. (Eng.), Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: dev@magtu.ru.
Selivanov Valentin Nikolaevich - Ph. D. (Eng.), Associate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: mcm@magtu.ru.
Abstract. An experimental study of slag formation in the tundish CCM - lined magnesia gunning mass. It is established that during casting a series of melts the slag chemical composition varies substantially due to the dissolution of refractory materials, and it proceeds oxide inclusions from cast steel. Using the method of synthesis of experimental data and mathematical model of the slagging found that the dissolved fraction of refractory material is about 15% and the proportion of nonmetallic inclusions supernatants - approximately 30% by weight of the final slag. Comparison of the data obtained with the materials of an earlier pilot study of slag formation in the tundish lining of firebrick showed that the proportion of magnesia lining solution was 3-4 times greater than the chamotte lining. More intense transition in the slag magnesia lining explained filling it then melted slag and chemical reaction with the formation of relatively low-melting phase - the enstatite, then passing into the slag.
Keywords: steel, continuous casting, tundish, magnesia lining, slag, dissolution of the liner, floating up of the non-metallic inclusions.
References
1. Dyuldina E.V., Selivanov V.N., Lozovskiy E.P. Formation of slag in intermediate ladle CCM. VestnikMagnitogorskogo gosudarstvennogo tehni-cheskogo universiteta im. G.I.Nosova [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2009, no.4(28), pp. 26-29.
2. Korotin A.V. Lozovskiy E.P. Dyuldina E.V. Selivanov V.N. Varying the chemical composition of the slag while increasing its weight in intermediate ladle CCM. Theory and technology of metallurgical production: interregional collection of proceedings. Magnitogorsk: Publishing the Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2014, no.14, pp. 39-41.
3. Selivanov V.N., Dyuldina E.V., Rybalko O.F. and other. Features of slag formation in the intermediate ladle caster with fireclay lining and of magnesian. Proceedings of XII Congress of Steelmakers [англ.]. Moskow: Mettallurgizdat, 2013, pp. 283-286.
4. Selivanov V.N., Kolesnikov Y.A., Budanov B.N. and other. The use of mathematical models for exploring of steelmaking processes. Stal [Steel]. 2014, no.5, pp. 16-20.
5. Dyuldina E.V. Selivanov V.N. Gelchinskiy B.R. and other. Change the working layer of the lining intermediate ladle CCM in the process continuous casting of steel. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. G.I.Nosova [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2013, no.1(41), pp. 23-26.
♦ ♦ ♦
УДК 669.621.746.27:047
Вдовин К.Н., Точилкин В.В., Ячиков И.М., Тутарова В.Д.
ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОЙ СТАЛИ В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ СЛЯБОВОЙ МНЛЗ
Аннтотация С использованием математического моделирования показана возможность изменения конструкции погружного стакана при разливке стали 17Г1С на машине непрерывного литья заготовок. Установлено, что модернизированный стакан обеспечивает получение более качественного металла, так как исключается захват неметаллических включений с поверхности кристаллизатора.
Ключевые слова: cталь, кристаллизатор, машина непрерывной разливки, заготовка, сляб, погружной стакан.
Кристаллизатор является одним из основных узлов машины непрерывной разливки стали, где формируется корочка затвердевшей стали. Охлаждение поверхности заготовки в кристаллизаторе МНЛЗ происходит путем контакта внутренней (рабочей) поверхности кристаллизатора с поверхностью затвердевающего металла.
В кристаллизаторе жидкий металл, непрерывно подаваемый из промежуточного ковша через погружной стакан, кристаллизуется по периметру, и на выходе из него оболочка из затвердевшего металла образует сосуд с жидким металлом, внутри которого в направлении от стенок к центру продолжается кристаллизация, но форма непрерывно-литой заготовки и ее поперечные размеры уже определены формой и размерами полости кристаллизатора [1]. Интенсивному охлаждению подвергаются поверхностные слои залитой стали, поэтому в кристаллизаторе и на выходе из него заготовка имеет не затвердевшую часть (жидкое ядро) и твердую корку, которая должна обладать достаточной толщиной и прочностью, чтобы противостоять давлению столба жидкого металла и не допускать прорыва металла в машину непрерывного литья. Обычно такую толщину принимают в пределах от 15 до 40 мм в зависимости от размера заготовки.
Струя стали, попадающая в кристаллизатор из промежуточного ковша, имеет большую кинетическую энергию, достаточную для промешивания
больших объемов металла, что может повлечь за собой:
• более интенсивный прогрев стенки кристаллизатора;
• замедление нарастания твердой корочки;
• захват неметаллических включений с поверхности жидкого металла.
В представленной работе исследуются конвективные потоки стали в кристаллизаторе МНЛЗ с использованием математического моделирования при изменении:
• глубины погружения стакана в металл;
• конструкции погружного стакана (в том числе параметров отверстий его) [1].
Объектом исследования выбрана подсистема промежуточный ковш - погружной стакан - кристаллизатор одноручьевой комбинированной криволинейной слябовой МНЛЗ.
Такой кристаллизатор имеет следующие технические характеристики: базовая ширина - 2530 мм, толщина - 250 мм, высота - 900 мм. Исследование выполнялось для двух конструкций корундографито-вых погружных стаканов (рис. 1).
Основное отличие модернизируемого стакана, представленного на рис. 1, б, в уменьшении размеров наружной поверхности и изменении геометрии выходного отверстия, основным из которых является наличие прорезей в нижней части.
