CC BY
157
ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ И ПРОИЗВОДСТВО ФЕРРОСПЛАВОВ
УДК 669.1
Вдовин К.Н., Шешуков О.Ю., Феоктистов Н.А., Метелкин А.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВОВ ШЛАКОВ ПРИ ВЫПЛАВКЕ СТАЛИ ГАДФИЛЬДА*
Аннотация. Определены причины износа огнеупоров в плавильных агрегатах, предложены способы увеличения их стойкости, показано, что оксиды магния хорошо могут защищать футеровку. Исследован новый материал (МША Фрадо-1) для проведения восстановительного периода при выплавке стали Гатфильда. Ключевые слова: шлак, глинозем, электродуговая печь, флюорит, сталь.
На современных металлургических предприятиях приоритетной задачей является снижение удельных затрат на производство стали при сохранении высокого качества. При выплавке стали основное направление по снижению затрат можно осуществлять путем снижение затрат: на шлакообразующие материалы и огнеупорные материалы [1].
В электрических дуговых печах жидкая сталь не только соприкасается и взаимодействует с огнеупорами, но и обрабатывается рафинировочным шлаком, что обеспечивает удаление серы, кислорода и неметаллических включений. Снизить удельные затраты на шлакообразующие материалы возможно за счет рационального наведения шлака или за счет использования более эффективных шлакообразующих материалов.
Снижать затраты за счет огнеупоров (покупка дешевых изделий) нецелесообразно, так как это может привести к их пониженной стойкости, а значит, и к потере производительности плавильного агрегата. Необходимо осуществлять комплексный подход к проблеме повышения качества металла и стойкости огнеупоров, т.е. оптимизировать условия не только наведения необходимого шлака, но и условий эксплуатации футеровки. Это естественно встречает определенные трудности. Например, использование дифференцированной футеровки на плавильных агрегатах осложняет задачу оптимизации технологического режима, поскольку шлаки взаимодействует с разными типами огнеупоров по ходу плавки, обработки и разливки стали. При этом шлак проявляет как негативное воздействие на футеровку, так и позитивное -через возможность образования при определенных условиях защитного гарнисажа. Задача усложняется еще больше с учетом основной технологической
* Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках проекта №15-19-10020. © Вдовин К.Н., Шешуков О.Ю., Феоктистов Н.А., Метелкин А.А., 2015
функции шлака - рафинирования металла и соответствующими требованиями к составу и его свойствам.
Таким образом, необходим взаимосвязанный подбор огнеупоров и шлаков с необходимыми свойствами и рациональным составом с учетом того, что в футеровке комплекса агрегатов плавильных и ковшевой обработки могут встретиться совершенно разные огнеупоры.
При выплавке стали 110Г13Л в электродуговой печи всегда есть необходимость в разжижении шлака. Для этого наиболее часто применяют плавиковый шпат, что приводит к существенным недостаткам:
- фторид кальция способствует разъеданию футеровки печи и стальковшей;
- в условиях высоких температур происходит частичное испарение СаР2, приводящее к серьезному ухудшению экологической обстановки.
Поэтому на современных предприятиях стараются заменить применение фторида кальция другими разжижающими добавками.
Обычно для растворения СаО в шлаке используют материалы на основе кремнезема и глинозема, которые образуют легкоплавкие эвтектики с оксидом кальция и тем самым снижают его температуру плавления. В качестве кремнеземсодержащей добавки используют ОКД (более 55,0% кремнезема, более 25,0% глинозема и более 5,0% оксидов кальция и магния) [2]. Однако использование такого типа материала для проведения рафинирующих процессов нецелесообразно, т.к. одним из важнейших условий достижения высокого значения коэффициента распределения серы, в период рафинирования, является снижение содержания 8Ю2 в шлаке [3], поэтому необходимо разрабатывать разжижающие шлак материалы на основе А1203.
Кроме того, сравнительный анализ износа футеровки и состава шлака, используемого для обработки металла, показал, что при различном содержании М^О в шлаке изменяется и скорость износа огнеупорных изделий (рис. 1) [4].
Подтверждением этого является минимальный
износ огнеупоров в сталеразливочных ковшах, где содержание М^О в шлаке находилось в интервале от 7,5 до 9,0%.
Предел насыщения гомогенной составляющей по MgO находится в определенной области и имеет границы, которые зависят от содержания СаО, 8Ю2 и А12О3 в составе шлака.
Для успешного проведения рафинирующих процессов необходимо высокое содержание СаО в шлаке. Поэтому целесообразно рассмотреть изменения предела насыщения гомогенной составляющей шлака по
MgO в зависимости от различного содержания СаО. На рис. 2 представлены границы насыщения шлака по MgO в зависимости от содержания оксидов СаО, 8Ю2, А12О3 в следующих пределах: СаО от 40 до 55%, 8Ю2 от 14 до 32% и АЬОз от 4 до 27% [3].
Из данных, представленных на рис. 2, видно, что при замене 8Ю2 на А12О3 в гомогенной составляющей шлака предел насыщения шлака по MgO снижается и, как следствие, снижается агрессивность шлака к футеровке металлургических агрегатов.
т
го
т С с
о >
IX
(II
н
3 т
о
о
1 о
со
о
л. Т
.и о
1 т
л ^
и Ц
(II 00
ч т
о
(и
и
т
н
о
1,4 1,3 1,2 1,1 1
0,9 0,8 0,7 0,6
3,0-4,5 4,5-6,0 6,0-7,5 7,5-9,0
Содержание МдО в шлаке, %
более 9 %
Рис. 2. Область рациональных содержаний СаО, Л120з, ВЮ2 и MgO в гомогенной фазе сталеплавильного шлака
Рис. 1. Зависимость износа футеровки в стальковше от общего содержания Mg0 в шлаке
Раздел 4
Поэтому рационально снижать вязкость шлака вводом в шлак глиноземсодержащих флюсов, а не снижением его основности. На рис. 2 темной областью выделены области содержания оксидов СаО, А12О3, 8Ю2 и MgO в гомогенной фазе и содержанием СаО более 50%. По этим данным можно определить оптимальное количество в шлаке указанных оксидов. При наведении шлака необходимо стремиться попасть в данную область, т.к. это благоприятно отразится на рафинирующей способности шлака и снизит его агрессивное воздействие на футеровку.
Установив необходимый состав шлака, способствующий не только сберегать футеровку, но и обеспечивать рафинирование металла, в литейном цехе ЗАО «Механоремонтный комплекс» ММК на электродуговой печи емкость шесть тонн провели исследование влияния нового материала («МША Фрадо-1» производства «Сеал и К» п. Монетный) на качество выплавляемой стали Гадфильда [5, 6].
На опытных плавках этот материал отдавался с расходом от 4 до 10 кг на тонну жидкой стали. Во время отдачи материала было зафиксировано следующее:
- на стали 110Г13Л при раскислении шлака начало реакции растворения материала было отмечено после повышения температуры расплава выше 1450оС. До достижения этой температуры материал осаживался на поверхность шлака. Далее при повышении температуры до температуры выпуска проходило усиление реакционной способности со вспениванием шлака, которое усиливалось при отдаче извести;
- при раскислении шлака материал показал удовлетворительную раскисляющую способность. После отдачи материала на поверхность шлака реакция растворения проходила на всей глубине шлака, о чем свидетельствовало умеренное бурление шлака. Ориентировочное время реакционной способности материала - не более 5 мин;
- на опытных плавках наведение восстановительного шлака проводили без подачи плавикового шпата. Наблюдали удовлетворительную жидкопо-движность и вязкость шлака;
- результаты раскислительной способности испытуемого материала представлены в табл. 1-3.
В результате проведенных экспериментов с применением нового глиноземсодержащего флюса получили следующее:
1. Испытанный материал показал хорошую раскисляющую способность. Среднее содержание оксида железа в восстановительном шлаке восстановительно-
го периода не превысило 3%. Хорошо восстановился оксид марганца (с 13,06 до 7,93%).
2. Жидкоподвижность и реакционная способность восстановительного шлака способствовали улучшению процесса десульфурации (в среднем до уровня 30%).
Таблица 1
Результаты химического анализа шлака опытных плавок
Номер плавки Марка стали Химический состав шлака, %
CaO SiO2 FeO MgO P2O5 MnO Основнос ть
55307 110Г13 Л 19,47 23,37 7,96 14,88 0,08 29,34 0,83
28,17 23,60 1,11 15,34 0,08 21,36 1,19
55322 25Л 29,68 21,55 28,77 9,47 0,28 11,34 1,38
39,88 26,28 1,37 19,18 0,08 2,73 1,52
62823 35Л 32,50 21,36 19,52 8,42 0,34 9,60 1,52
49,11 20,09 4,08 10,96 0,11 4,56 2,44
62832 30Л 33,62 21,01 18,99 10,14 0,18 8,38 1,6
38,39 19,51 4,93 20,64 0,09 4,74 1,97
62833 25Л 42,92 20,75 13,76 6,57 0,27 6,65 2,07
46,58 20,62 2,47 12,08 0,12 6,26 2,26
Средне 31,64 21,61 17,80 9,90 0,23 13,06 1,46
40,43 22,02 2,79 15,64 0,10 7,93 1,84
Таблица 2
Результаты химического анализа сталей на опытных плавках
Плавка Хим состав, %
С Si Mn S P А1
55322 0,234 0,002 0,117 0,020 0,006 0,000
0,271 0,400 0,880 0,011 0,012 0,001
62823 0,383 0,000 0,112 0,020 0,002 0,000
0,351 0,400 0,800 0,014 0,009 0,000
62832 0,293 0,000 0,075 0,023 0,006 0,000
0,287 0,390 0,700 0,019 0,011 0,001
62833 0,299 0,000 0,088 0,018 0,002 0,000
0,264 0,390 0,770 0,013 0,008 0,000
3. Содержание оксида магния увеличилось в шлаке восстановительного периода с 9,9 до 15,64%, что будет способствовать увеличению стойкости футеровки печи.
4. Предварительный экономический эффект при замене АВК-65 на «МША Фрадо-1» без учета стойкости футеровки печи составит 1348,93 тыс. руб./год.
Таблица 3
Результаты усвоения легирующих элементов и степени десульфурации опытных плавок
Плавка Масса завалки, кг Расход ферросплавов, кг Количество легирующего элемента в расплаве, % Угар легирующих элементов, % Степень десульфурации, %
FeMn78 FeMn-Si18 FeSi65 SiCa расчетное фактическое Мп Si
Мп Si Мп Si
55322 5650 65 50 0,897 0,575 0,763 0,398 14,97 30,81 45,00
62823 24750 300 100 0,788 0,481 0,688 0,400 12,68 16,81 30,00
62832 25700 270 170 0,683 0,520 0,625 0,390 8,48 24,98 17,39
62833 24950 300 100 50 0,782 0,577 0,682 0,390 12,74 32,43 27,78
Среднее 12,22 26,26 30,04
Список литературы
1. Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Пивоварова К.Г. Исследование физических свойств углеродистой стали для крупных отливок // Сталь. 2014. № 4. С. 34-36.
2. Пат. 2371483 РФ. Способ переработки ванадийсодержащих чугунов / А.А. Киричков В.А. Козлов, А.В. Кушнарев, В.М. Кулик, В.В. Петренев. 2006.
3. Производство стальных отливок: учебник для вузов / Козлов Л.Я., Колокольцев В.М., Вдовин К.Н. и др.; под ред. Л.Я. Козлова. М.: МИСиС, 3003. 352 с.
4. Повышение стойкости футеровки агрегатов внепечной обработки стали / А.А. Метелкин, О.Ю. Шешуков, И.В. Некрасов, О.И. Шевченко; М-во образования и науки РФ; ФГАОУ ВПО
«УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина», Ниж-нетагил. технол. ин-т (фил.). Нижний Тагил: НТИ (филиал) УрФУ, 2015. 144 с.
5. Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Хабибуллин Р.Х. Технологический процесс производства броней из стали марки 110Г13Л в условиях ОАО «Ремонтно-механический завод» // Теория и технология металлургического производства. 2014. № 1. С.51-52.
6. Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Хабибуллин Р.Х. Совершенствование технологии производства литых броней из стали марки 110Г13Л для мельницы МПСИ-70х23 // Литейщик России. 2014. № 1. С.13-15.
Сведения об авторах
Вдовин Константин Николаевич - д-р техн. наук, проф., зав. каф. литейного производства и материаловедения, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: (3519)29-84-19. E-mail: Vdovin@magtu.ru
Шешуков Олег Юрьевич - д-р техн. наук, проф. каф. металлургии стали и железа, ФГАОУ ВПО «УрФУ им. первого Президента России Б.Н.Ельцина».
Феоктистов Николай Александрович - канд. техн. наук, ст. преп. каф. литейного производства и материаловедения, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: (3519)298419. E-mail: fna87@mail.ru
Метелкин Анатолий Алексеевич - канд. техн. наук, доц. каф. металлургические технологий НТИ (филиал, г. Нижний Тагил), ФГАОУ ВПО «УрФУ им. первого Президента России Б.Н.Ельцина».
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
THE STUDY OF COMPOSITIONS OF SLAGS IN THE SMELTING OF HADFIELD STEEL
Vdovin Konstantin Nikolaevich - D.Sc. (Eng.) Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: (3519)29-84-19. E-mail: Vdovin@magtu.ru.
Sheshukov Oleg Yurievich - D.Sc. (Eng.) Professor, Ural Federal University named after. the first President of Russia B.N. Yeltsin.
Feoktistov Nikolai Aleksandrovich - Ph. D. (Eng.), Assistant Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: (3519)29-84-19. E-mail: FNA87@mail.ru
Metelkin Anatoliy Alekseevich - Ph. D. (Eng.), Assistant Professor, Ural Federal University named after. the first President of Russia B. N. Yeltsin.
Abstract. Identify the causes of the wear of refractories in the melting units, the proposed means possible to increase their durability, it is shown that the oxides of magnesium, can well protect the lining. Research dovan new material (ISA, Prado-1) for the recovery period in the smelting of steel Hadfield.
Keywords: slag, alumina, arc furnace, fluorite, steel.
УДК 669.187.25
Бигеев В.А., Колесников Ю.А., Федянин А.Н., Потапова М.В., Писчаскина А.В., Абдрахманов Э.И.
СБЛИЖЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КИСЛОРОДНОМ КОНВЕРТЕРЕ И ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ
Аннотация. В работе приведена оценка возможности установки агрегата Conarc, представляющего комбинацию конвертера и дуговой печи, вместо существующего подового двухванного агрегата в условиях ЭСПЦ ОАО «ММК». Ключевые слова: агрегат Conarc, кислородный конвертер, ДСП.
© Бигеев В.А., Колесников Ю.А., Федянин А.Н., Потапова М.В., Писчаскина А.В., Абдрахманов Э.И., 2015
