CC BY
173
ме короткого замыкания) на максимальном токе ~1000 А зажигает дугу. Использовали стандартный флюс АНФ-32.
При первой попытке старт осуществить не удалось. Вероятные причины этого: низкое качество контакта в системе каретка-электрод и поддон-затравка; неправильно выбранная сила тока, небольшое поперечное сечение электрода. Повторный старт провели с помощью расплавленного флюса («горячий старт»), залив его в кристаллизатор. Началась наплавка, в результате получили наплавленный монолитный слиток. Учитывая удовлетворительные результаты эксперимента, наметили провести промышленный эксперимент на печи ЭШП - 1,25И1 - ВГ в ЦРМО-3 ЗАО «МРК», подготовка к которому ведется в настоящее время.
УДК 669.14.018.256
Н.С. Сурина, В.Н. Селиванов, Э.В. Дюльдина
ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ШЛАКООБРАЗУЮЩИХ СМЕСЕЙ ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ СТАЛИ
В настоящее время большая часть производимой в мире стали разливается непрерывным способом с использованием машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Для стабилизации работы данных машин и получения качественной продукции используются различные шлакообразующие смеси (ШОС), предназначенные для применения в промежуточном ковше и в кристаллизаторе.
Шлакообразующая смесь представляет собой многокомпонентную систему, которая выполняет определенные функции [1]:
• защищает металл от вторичного окисления;
• обеспечивает теплоизоляцию зеркала металла;
• поглощает всплывающие из стали неметаллические включения;
• является смазкой между стенкой кристаллизатора и корочкой слитка;
• стабилизирует процесс теплоотдачи от затвердевающего слитка к стенкам кристаллизатора.
© Сурина Н.С., Селиванов В.Н., Дюльдина Э.В., 2011
Если смесь не обеспечивает хотя бы одну из этих функций, процесс разливки осложняется, и качество отливаемых заготовок ухудшается.
Современные шлакообразующие смеси должны соответствовать определенным требованиям, таким как:
• быстрое формирование шлакового расплава на поверхности металла;
• равномерное распределение по сечению кристаллизатора;
• низкое содержание фтористых соединений;
• инертность к материалам, из которых изготовлено оборудование МНЛЗ.
В настоящее время при непрерывной разливке стали широко применяют гранулированные шлакообразующие смеси (ГШОС). Такие смеси по сравнению с порошкообразными не расслаиваются при хранении и транспортировке, имеют повышенные теплоизолирующие свойства, значительно лучше распределяются по зеркалу жидкого металла и выделяют меньше пыли и других вредных веществ при их использовании [2].
Обычно в качестве наполнителей шлакообразующих смесей используют недефицитные и дешевые местные материалы и отходы производства: портландцемент, доменный шлак, известь, кварцевый песок и т.д. Химический состав многокомпонентных шлакообразующих смесей соответствует, в первом приближении, тройным и четверным системам Са0-БЮ2-А1203, Са0-Б102-СаР2, Са0-8102-Ыа20 и Са0-8Ю2-А1203-Мд0. Суммарное содержание базовых компонентов (Са0 и Б102) находится в пределах 60-80%, основность составляет 0,9-1,1. Такому составу соответствует область с минимальной температурой плавления. Дальнейшее снижение температуры плавления смесей достигается за счёт введения в их состав различных добавок, содержащих соединения фтора и бора, а также оксиды щелочных металлов. Суммарное содержание в смеси таких компонентов, понижающих температуру плавления, обычно составляет 10-20%.
Самым распространённым разрыхлителем ШОС для кристаллизаторов является аморфный графит. Содержание углерода в смесях обычно бывает 5-15%. Однако при разливке ультраниз-коуглеродистой стали содержание углерода в шлакообразующей смеси снижают до 2-3% [3,4].
Эффективность разливки и качество получаемых слитков во многом зависят от соответствия физико-химических свойств шлаков, получаемых при расплавлении шлакообразующей смеси, химическому составу металла и условиям его разливки. Поэтому
возникает необходимость подробного изучения физико-химических свойств ШОС.
Важнейшими технологическими свойствами всех шлакооб-разующих смесей, используемых при непрерывной разливке стали на МНЛЗ, являются их температура плавления и вязкость получаемых шлаков. Смеси, соответствующие указанным выше параметрам, обычно имеют температуру плавления 1100-1150°C. Вязкость расплава таких смесей при температуре 1300°С чаще всего находится в интервале 0,1-0,5 Па с [3,4]. Такие свойства жидкого шлака обеспечивают хорошее выполнение комплекса функции ШОС для кристаллизатора: изоляцию от контакта с воздухом, снижение трения между слитком и кристаллизатором, ассимиляцию всплывающих неметаллических включений. Выбор необходимой температуры плавления производится, исходя из марки разливаемой стали, от которой зависит температурно-скоростной режим разливки стали на МНЛЗ.
В работе [5] приведены результаты исследования плавления нескольких шлакообразующих смесей, полученных, в основном, из одних и тех же исходных компонентов: цемента, силикатной глыбы, кварцевого песка и плавикового шпата. Смеси отличались друг от друга соотношением этих компонентов, а также небольшими добавками некоторых других материалов. Определение температурного интервала плавления шлакообразующих смесей проводили на высокотемпературном нагревательном микроскопе фирмы «Hesse-Instruments». Температуру, при которой образец ШОС начинал деформироваться, условно принимали за температуру начала плавления смеси. Температуру, при которой происходило растекание расплава по огнеупорной подложке, принимали за температуру конца плавления смеси. Химический состав шлакообразующих смесей и определенные температурные интервалы их плавления представлены в таблице.
Химический состав ШОС, температура начала расплавления и полного расплавления
Номер образца Содержание, мае. % Температура, °C
CaO SiO2 AI2O3 MgO F Na2O+K2O tH tP
1 38,68 36,22 2,22 1,44 9,84 5,42 1159 1172
2 39,79 36,37 3,21 2,14 9,00 8,23 1135 1179
3 41,82 37,09 3,18 2,06 7,60 3,31 1126 1186
4 41,56 34,58 3,34 2,39 5,30 6,87 1042 1123
5 42,90 34,29 2,81 1,82 8,90 3,51 1104 1170
6 43,60 35,14 3,75 2,65 7,90 4,78 1171 1189
7 50,84 31,68 4,95 3,72 3,05 0,65 1244 1297
8 50,80 26,90 8,10 4,09 0,04 2,46 1389 1421
Как видно из таблицы, основными химическими компонентами всех смесей являются оксиды кальция и кремния, суммарное содержание которых в разных смесях меняется незначительно. Однако смеси существенно различаются соотношением этих главнейших компонентов. Смеси №1-6, предназначенные для наведения шлака в кристаллизаторе, имеют основность 1,1-1,3. Температура расплавления этих смесей не превышает 1200°С. Смеси №7 и 8, предназначенные для наведения шлака в промежуточном ковше, имеют более высокое содержание MgO и основность 1,7-2,0, а также значительно более высокую температуру расплавления.
Указанные в таблице температурные интервалы плавления ШОС расходятся с результатами исследования вязкости этих расплавов [6]. Вязкость изучалась с использованием вибрационного вискозиметра Штенгельмейера при охлаждении расплавов от начальной температуры 1440-1460°С. Полученная зависимость вязкости шлаков от температуры представлена на рис.1.
140 120 100 л" во
ш 60 40 20 О
950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450
Температура, °С
Рис.1. Зависимость вязкости шлаков от температуры:
Как видно из рис.1, в высокотемпературной области вязкости шлаков различаются незначительно, то есть можно сказать, что этим участкам кривых вязкости соответствует жидкое состояние шлаков. В низкотемпературной области ход кривых вязкости различается. Очевидно, что низкотемпературные части кривых отражают изменение вязкости в процессе кристаллизации шлаков.
Сопоставление температурных интервалов плавления шла-кообразующих смесей и температур начала и конца затвердевания расплавов при исследовании их вязкости представлено на рис.2.
900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Температура по плавлению ШОС , °С
Рис.2. Сопоставление температурных интервалов плавления шлакообразующих смесей и температур начала (о) и конца (•) затвердевания расплавов при исследовании их вязкости
Как видно из рис.2, температурный интервал плавления ШОС заметно отличается от температурного интервала затвердевания расплавов. Отмеченное расхождение дает основание считать, что плавление шлакообразующей смеси и затвердевание образовавшегося расплава - это разные процессы, требующие дальнейшего исследования.
Как следует из литературных источников, в настоящее время физико-химические свойства шлакообразующих смесей изучены недостаточно глубоко. Для создания новых ШОС и эффективного их применения при непрерывной разливке стали данных только о температурных интервалах плавления смесей и вязкости шлаков недостаточно. Необходимо также изучение и ряда других физико-химических свойств шлакообразующих смесей и образующихся расплавов, таких как плотность, поверхностное натяжение, электропроводность, скорость расплавления шлакообразующей смеси.
Также необходима информация о зависимости физико-химических свойств получающегося шлака от химического и компонентного состава шлакообразующей смеси. Кроме того, следует выяснить, как меняются свойства шлака в процессе взаимодействия его с огнеупорной футеровкой промежуточного ковша, и какое влияние на свойства шлака оказывают всплывающие из стали неметаллические включения. Все эти задачи необходимо решить в дальнейших исследованиях.
Список литературы
1. Лейтес А. В. Защита стали в процессе непрерывной разливки. М.: Металлургия, 1984. 198 с.
2. Опыт изготовления и применения гранулированных шлакооб-разующих смесей для непрерывной разливки стали / Ю.М.Цикарев, Л.А.Смирнов, Н.Ф. Бахчеев и др. // Труды второго конгресса сталеплавильщиков. М.: Изд-во АО «Черметин-формация», 1994. С.324-325.
3. Новые шлакообразующие смеси для непрерывной разливки стали / В.М.Людковский, В.М.Боревский, В.М.Архипов и др. // Труды первого конгресса сталеплавильщиков. М.: Изд-во АО «Черметинформация», 1993. С.278-279.
4. Хаазе Р., Шарф Г. Современные шлакообразующие смеси для непрерывной разливки стали // Труды пятого конгресса сталеплавильщиков. М.: Изд-во АО «Черметинформация», 1999. С.426-429.
5. Физико-химические свойства расплавов шлакообразующих смесей, используемых при непрерывной разливке стали / Э.В. Дюльдина, В.Н. Селиванов, С.А. Истомин и др. // Расплавы. 2009. №6. С. 3-10.
6. Затвердевание расплавов шлакообразующих смесей, используемых при непрерывной разливке стали / Селиванов В.Н., Дюльдина Э.В. // Труды XIII Российской конференции «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов». Т.3. Экспериментальное изучение шлаковых расплавов, взаимодействие металл-шлак: Екатеринбург, УрО РАН. 2011. С. 53-56.
