CC BY
249
МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ
УДК 621.74.047
Дидович С.В., Столяров А.М., Юречко Д.В.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗНЫХ ШЛАКООБРАЗУЮЩИХ СМЕСЕЙ В ПРОМЕЖУТОЧНЫХ КОВШАХ СОРТОВЫХ МНЛЗ
Аннотация. В работе приведены техническая характеристика и описание оборудования сортовой МНЛЗ, способов разливки стали открытой и закрытой струей, результаты опробования шлакообразующих смесей разного состава в промежуточных ковшах сортовых МНЛЗ. Рассмотрено влияние состава смесей на технологичность их использования и загрязненность литого металла неметаллическими включениями.
Ключевые слова: МНЛЗ, сортовая, промежуточный ковш, шлакообразующая смесь, состав, применение, литая заготовка, качество.
В электросталеплавильном цехе ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» эксплуатируются две сортовые МНЛЗ производства фирмы «УА1» Тип машины Количество ручьев, шт.
Годовая производительность, млн т заготовки Базовый радиус, м
Вместимость сталеразливочного ковша, т Вместимость промежуточного ковша, т Расстояние между центрами ручьев, мм Размеры поперечного сечения отливаемых заготовок, мм
Длина отливаемых заготовок, м Скорость вытягивания заготовок из кристаллизатора, м/мин: 124x124 мм 120x150 мм 150x150 мм 152x170 мм Кристаллизатор:
- высота, мм
- толщина хромового покрытия, мм
- контроль уровня металла
- расход охлаждающей воды, м3/ч Механизм качания:
- амплитуда, мм
- частота, кач./мин
Затравка
Зона вторичного охлаждения:
- первый участок (между роликами под кристаллизатором)
- остальные три участка
- длина ЗВО, м Тянуще-правильное устройство Порезка заготовок на мерные части Охлаждение заготовок
[1, 2]. Каждая машина имеет следующую техническую характеристику:
Радиальная 5 1 9 180 26 - 28 1250
124x124, 120x150, 150x150, 152x170 3,5 - 12,0
не более 4,4 не более 3,6 не более 3,1 не более 2,7 Гильзовый, многоконусный «Diamold» 900 0,1
автоматический
72 - 138 Гидравлический «Динафлекс» до 9 30 - 300 Жесткая недеформируемая Четыре участка
водяное охлаждение водовоздушное охлаждение 9,8
Клеть с 5 роликами Машины газовой резки Кантующий холодильник
© Дидович С.В., Столяров А.М., Юречко Д.В., 2015
Схема компоновки оборудования сортовой МНЛЗ приведена на рис. 1 [3].
Рис. 1. Схема компоновки узлов сортовой МНЛЗ: 1 - сталеразливочный ковш; 2 - стенд; 3 - тележка; 4 - промежуточный ковш; 5 - кристаллизатор; 6 - разливочная площадка; 7 - направляющие ролики; 8 - коллектор ЗВО; 9 - тянуще-правильная клеть; 10 - затравка; 11 - положение затравки при подготовке; 12 - манипулятор; 13 - газовая резка; 14 - рольганг
На сортовой МНЛЗ разливка стали возможна двумя способами: открытой или закрытой струей (рис. 2) [4, 5].
Разливка стали открытой струей применяется при отливке заготовок в основном небольшого сечения, предназначенных для производства проката строительной номенклатуры. При таком способе разливки в промежуточном ковше отсутствуют стопора для регулирования подачи металла в кристаллизаторы. Это осуществляется путем быстрой смены нижних разливочных стаканов с разным диаметром калиброванного отверстия. Открытой струей разливается углеродистая сталь с содержанием алюминия менее 0,006 %. В качестве смазки на стенки гильзы кристаллизатора подается растительное или синтетическое масло. Достоинствами данного способа являются его низкая себестоимость и высокая производительность, а главным недостатком - невысокое качество литого металла вследствие вторичного окисления и азотирования открытой струи металла (рис. 3) атмосферным воздухом.
При осуществлении разливки стали закрытой струей промежуточный ковш оборудуется стопорами, стойкость которых лимитирует длительность кампании промковша, составляющей до 8-10 ч. Жидкий металл из промежуточного ковша в кристаллизаторы подается под уровень металла и покровного шлака,
выполняющего роль смазки, через погружные стаканы с осевым отверстием. Такой способ разливки обладает более широкими возможностями для поддержания стабильного уровня жидкого металла в кристаллизаторе, гарантирующего отсутствие аварийных прорывов металла под кристаллизатором и высокое качество отливаемой заготовки. Закрытой струей разливается углеродистая сталь для производства корда, штамповочных металлоизделий с испытаниями на горячую и холодную осадку, вся легированная сталь.
В обоих способах разливки поверхность металла в промежуточном ковше должна быть покрыта шлаком [6], выполняющим несколько функций: тепловая изоляция металла; защита металла от контакта с атмосферным воздухом; ассимиляция всплывающих неметаллических включений; минимальное разрушающее воздействие на футеровку ковша, а при разливке закрытой струей и на стопоры. При разливке открытой струей именно стойкость футеровки промежуточного ковша лимитирует длительность его эксплуатации до ремонта.
В настоящей работе приведены результаты опробования нескольких составов шлакообразующих смесей в промежуточном ковше сортовой МНЛЗ при разливке углеродистой стали 492 плавок открытой струей. Химический состав четырех смесей представлен в табл. 1.
Дгг
Рис. 2. Схема непрерывной разливки стали на сортовой МНЛЗ разными способами: открытой (слева) и закрытой (справа) струей
Рис. 3. Вид открытой струи при наполнении кристаллизатора сортовой МНЛЗ
- уровень загрязненности отлитого металла неметаллическими включениями по степени развития дефекта макроструктуры «Краевые точечные загрязнения» (изучено около 300 поперечных темплетов сечением 150*150 мм). Результаты оценки приведены в табл. 2 и на рис. 4.
Таблица 1
Химический состав опробованных шлакообразующих смесей
Услов- Содержание компонента в смеси, % по массе
ное
обозначение СаО БЮ2 А12О3 МдО Р С К2О+ №20 Н2О
смеси
А 5,0 40,0 20 - - 17,0 - 1,0
Б 35,0 35,0 12,0 < 5,0 - 10,0 3,0 1,0
В 38,0- 38,0- 6,0- < 5,5 9,0- 2,0- 1,0
42,0 42,0 8,0 11,0 4,0
Г - 80,0 0,5 - - 10,0 - 1,0
Таблица 2
Сравнительные данные применения шлакообразующих смесей разного состава
Условное обозначение смеси Состояние поверхности шлака Удельный расход смеси, кг/т Перепад температуры металла, °С Максимальная стойкость футеровки ковша, ч
А Гомогенное 0,22 6 45
Б Гетерогенное 0,27 8 40
В Гомогенное 0,29 8 35
Г Гетерогенное 0,20 4 43
Анализ приведенных данных свидетельствует о том, что смеси А и Г являлись по своим свойствам кислыми (смесь Г - на основе рисовой лузги), а смеси Б и В были основными с величиной основности около единицы.
Все материалы не содержат фтора, что позволяет уменьшить их себестоимость и снизить агрессивное воздействие шлака, образующегося после расплавления смеси, на футеровку промежуточного ковша. Однако такие ШОС используются в основном только при отливке на МНЛЗ непрерывнолитых заготовок, имеющих небольшие размеры поперечного сечения. Как уже отмечалось ранее, при разливке открытой струей в стали должно содержаться небольшое количество растворенного алюминия, что гарантирует отсутствие алюминатов, которые плохо усваиваются вязкими бесфтористыми шлаками. При разливке же закрытой струей содержание алюминия в металле не ограничивается и для успешной ассимиляции образующихся неметаллических включений желательно иметь более жидкоподвижные шлаки, для чего в их состав вводится до 3-4% фтора [7, 8]. Отсутствие фтора в шлакообразующих смесях частично компенсируется высоким содержанием углерода. При его окислении образуется монооксид углерода, при выделении которого возможно снижение вязкости наведенного шлака. Повышенное содержание углерода в смеси ведет к науглероживанию разливаемого металла, поэтому под такими смесями лучше разливать средне- и высокоуглеродистый металл.
Оценка эффективности использования шлакооб-разующих смесей разного состава производилась по следующим показателям [9]:
- состояние поверхности шлакового расплава в промежуточном ковше (качественная оценка);
- удельный расход смеси;
- величина снижения температуры металла в промежуточном ковше в процессе разливки металла одной плавки;
- максимальная стойкость футеровки промежуточного ковша;
Из представленных данных следует, что при использовании шлакообразующих смесей Б и В с основными свойствами удельные расходы материалов оказались выше по сравнению с кислыми смесями А и Г. При этом величина снижения температуры металла в промежуточном ковше была более высокой, что свидетельствует о меньшей теплоизолирующей способности покровного шлака. Агрессивное же воздействие на футеровку ковша шлака, полученного после расплавления этих смесей, оказалось значительно выше, особенно смеси В (минимальная стойкость футеровки).
Значительно меньшее разрушающее воздействие на футеровку промежуточного ковша, более высокие теплоизолирующие свойства и меньший удельный расход отмечены при применении смесей А и Г с кислыми свойствами. По этим показателям смесь Г продемонстрировала наилучшие показатели, однако при ее использовании отмечено гетерогенное состояние поверхности шлакового расплава из-за наличия не проплавленных участков. Главным недостатком такой смеси является очень низкая ассимилирующая способность шлака, получаемого в промежуточном ковше. Подтверждением этого явилась самая высокая загрязненность отлитого металла неметаллическими включениями - средняя степень развития дефекта «Краевые точечные загрязнения» получилась наибольшей и равной 1,7 балла (см. рис. 4).
Из четырех опробованных шлакообразующих смесей лучшие результаты по результатам оценки качества макроструктуры литого металла были получены при использовании в промежуточном ковше сортовой МНЛЗ смеси А. Следует отметить, что полученные результаты являются предварительными и требуют дополнительной проверки на широком сортаменте разливаемой стали.
Условное обозначение смеси
Рис. 4. Усредненные данные по степени развития дефекта «Краевые точечные загрязнения» в сортовой заготовке, отлитой под разными смесями в промежуточном ковше МНЛЗ
Список литературы
1. Итоги двухлетней эксплуатации сортовых МНЛЗ в ОАО «ММК» / В.Ф. Дьяченко, Д.В. Юречко, А.Б. Великий и др. // Сталь. 2007. №2. С. 45-47.
2. Столяров А.М., Великий А.Б., Юречко Д.В. Повышение эффективности разливки стали на высокопроизводительных сортовых МНЛЗ. Магнитогорск: МГТУ, 2009. 126 с.
3. Столяров А.М., Селиванов В.Н. Непрерывная разливка стали. Ч. 1. Конструкция и оборудование МНЛЗ: учеб. пособие. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. 154 с.
4. О способах воздействия на процесс формирования стальной непрерывнолитой заготовки / А.М. Столяров, Сомнат Басу, М.В. Потапова, С.В. Дидович // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. №1 (45). С. 24-27.
5. Столяров А.М., Селиванов В.Н. Технология непрерывной разливки стали: учеб. пособие. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. 78 с.
6. Дидович С.В., Столяров А.М., Юречко Д.В. Опробование шла-кообразующих смесей различного состава в кристаллизаторах МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным участком // Теория и технология металлургического производства. 2015. №1(16). С. 48-53.
7. Шевченко Е.А., Столяров А.М., Шаповалов А.Н. Изучение качества слябовой заготовки, отлитой на криволинейной МНЛЗ с вертикальным участком // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013. №1 (41). С. 27-30.
8. Подбор шлакообразующей смеси для промежуточного ковша современной слябовой МНЛЗ / С.В. Дидович, А.М. Столяров, Е.П. Лозовский, Д.В. Юречко // Литейные процессы: межрегион. сб. науч. тр. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2014. Вып.13. С. 164-169.
9. Лейтес А.В. Защита стали в процессе непрерывной разливки. М.: Металлургия, 1984. 200 с.
Сведения об авторах
Дидович Сергей Владимирович - аспирант кафедры металлургии черных металлов института металлургии, машиностроения и материалообработки, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: [email protected]
Столяров Александр Михайлович - д-р техн. наук, проф. института металлургии, машиностроения и материалообработки, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: [email protected]
Юречко Дмитрий Валентинович - канд. техн. наук, ведущий специалист ДКК ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
USE OF VARIOUS SLAG FORMING MIXTURES IN LONG PRODUCTS CASTER TUNDISHES
Sergey Didovich - Postgraduate Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: [email protected]
Aleksander Stolyarov - D. Sc. (Eng.), Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: [email protected]
Dmitry Yurechko - Ph. D. (Eng.), Leading Specialist DKK "Magnitogorsk Iron & Steel Works".
Abstract. The report shows specifications and description of the equipment of a long products caster, open and closed types of casting, test results regarding slag forming mixtures of various composition used in long products caster tundishes. Likewise, the report shows studies of the influence of mixture composition on their adaptability to use and the presence of non-metallic inclusions in cast product.
Keywords: caster, long products type, tundish, slag forming mixture, composition, application, billet, quality.
УДК 621.746.628.001.57
Дюльдина Э.В., Селиванов В.Н., Коротин А.В.
ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАСПЛАВОВ ШЛАКООБРАЗУЮЩИХ СМЕСЕЙ И ШЛАКОВ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ
Аннотация. В работе представлены результаты исследования физико-химических свойств шлака непрерывной разливки и шлакообразующих смесей для кристаллизатора и промежуточного ковша, в частности вязкость и плотность расплавов. Также отображено распределение основных элементов в расплаве, участвующих в формировании шлака. При помощи материального баланса определен примерный состав неметаллических включений.
Ключевые слова: непрерывная разливка стали, шлак, шлакообразующие смеси, промежуточный ковш, кристаллизатор.
Развитие непрерывной разливки стали происходит в направлении постоянного усложнения её технологии. При этом важная роль принадлежит использованию шлакообразующих смесей (ШОС) для защиты поверхности жидкого металла от охлаждения и окисления. Составы ШОС непрерывно совершенствуются с учетом сортамента металла, конструкции МНЛЗ и других факторов. Для получения эффективных составов смесей, прежде всего, необходимо изучение физико-химических свойств ШОС и шлаков, образующихся при их расплавлении.
Исследование проводили на стадии отработки технологии непрерывной разливки низколегированной трубной стали повышенной прочности в ОАО «ММК». Исследовали наиболее значимые в технологическом отношении физико-химические свойства (температуру ликвидуса, вязкость, плотность и поверхностное натяжение) расплавов шлакообразующих смесей и шлаков, формирующихся при их введении в промежуточный ковш (ПК) и кристаллизатор слябо-вой машины непрерывного литья заготовок. Химиче-
© Дюльдина Э.В., Селиванов В.Н., Коротин А.В., 2015
ский состав исследованных шлакообразующих смесей и шлаков приведен в таблице.
Химический состав и температура ликвидуса (t,) шлакообразующих смесей и шлаков
Объект Содержание, масс. % U °С
исследования CaO SiO2 AI2O3 MgO Na2O F MnO FeO
ШОС для ПК 32,3 33,4 13,5 4,9 3,0 1,0 0 1,2 1185
Шлак из ПК 31,4 23,6 21,9 8,6 0,4 1,3 3,7 0,9 1230
ШОС для кри- 32,2 28,0 6,8 1,2 6,0 5,3 3,9 1,6 985
сталлизатора
Шлак из кри- 40,2 32,7 9,5 1,6 5,9 6,2 3,4 0,76 1150
сталлизатора
По химическому составу шлаки и в промежуточном ковше, и в кристаллизаторе существенно отличаются от исходных шлакообразующих смесей [1]. Отличия вызваны, в основном, поступлением в шлак неметаллических включений из разливаемого металла [2]. Путем составления материального баланса процесса шлакообразования в кристаллизаторе было установлено, что неметаллические включения состоят из оксидов кальция (58,4%), кремния (26,9%) и алю-
