CC BY
86
МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ
УДК 621.746.628.001.57 Дюльдина Э.В., Коротин А.В.
ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ШЛАКА
ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ ЕГО МАССЫ В ПРОМЕЖУТОЧНОМ КОВШЕ МНЛЗ
Аннотация. Проведено исследование изменения химического состава шлака при увеличении его массы и влияние шлакообразующей смеси, неметаллических включений и огнеупорных материалов на его образование.
Ключевые слова: шлакообразующая смесь, химический состав, шлак, неметаллические включения, футеровка.
При непрерывной разливке стали в промежуточный ковш периодически вводятся шлакообразующие смеси (ШОС) для получения шлака, выполняющего функции по изоляции поверхности жидкого металла и ассимиляции всплывающих неметаллических включений. В процессе разливки стали химический состав шлака существенно меняется, что оказывает влияние на его свойства и выполнение им его функций.
Для более детального изучения шлакообразования в промежуточном ковше было проведено исследование изменения химического состава шлака при разливке трех серий опытных плавок на четырехручьевой сля-бовой МНЛЗ. Серии опытов различались материалом футеровки промежуточного ковша и марками разливаемой стали. Основные данные, характеризующие проведенный эксперимент, представлены в табл. 1.
Таблица 1
Основные параметры проведения опытов
Но- Матери- Марка Количе- Масса Длитель- Расход
мер ал футе- стали ство стали, ность раз- ШОС,
се- ровки* ковшей в т ливки, ч кг/т стали
рии серии
1 ШК 08Ю 9 3291 7,7 0,20
2 ШК 17Г1С-У 5 1875 6,8 0,22
3 ТМ 08Ю 10 3722 8,6 0,25
* ШК - шамотный кирпич, ТМ - торкрет-масса на основе оксида магния.
Для наведения шлака использовали гранулированную шлакообразующую смесь, содержащую в среднем 38,9% CaO, 30,2% SiO2, 8,7% Al2Oз, 4,7% MgO, 2,7% F и около 4% С. В небольшом количестве в смеси присутствовали оксиды натрия, калия и железа.
Для углубленного изучения процесса шлакообразования с выявлением количественных зависимостей была разработана специальная методика анализа экспериментальных данных, которую можно назвать синтезом результатов экспериментов и математической модели шлакообразования. Её основная идея состоит в том, что если известны:
- с одной стороны, масса шлакообразующей смеси, её химический состав и химический состав всех огнеупоров, соприкасающихся со шлаком,
- а с другой стороны, химический состав образовавшегося шлака,
то можно рассчитать:
- количество огнеупорных материалов, растворившихся в шлаке,
- количество и химический состав всплывших неметаллических включений.
Результаты расчета изменения количества и толщины слоя шлака представлены на рис. 1. При расчете толщины слоя шлака плотность его по результатам проведенного ранее экспериментального исследования [1] была принята равной 3,4 г/см3.
При составлении единого вычислительного комплекса дополнительно к балансовым уравнениям были использованы математические зависимости, отражающие следующие предположения:
- масса растворившихся в шлаке огнеупорных материалов (футеровки, разделительных перегородок, стопоров) пропорциональна времени от начала разливки;
- масса всплывших в шлак неметаллических включений пропорциональна массе разлитой стали;
- химический состав всплывающих неметаллических включений в процессе разливки стали одной марки не меняется.
4 6
□ □□□□□□ □□□□□ □□□□□□□ □
Рис. 1. Изменение массы и толщины слоя шлака в промежуточном ковше в первой (—о—), второй (— А —) и третьей (- - х - -) сериях опытов
Как видно из рис. 1, масса шлака в промежуточном ковше в процессе разливки серии плавок многократно возрастает, причем заметно быстрее при использовании промежуточного ковша, имеющего футе-
10
№1 (14). 2014
39
Раздел 3
ровку из магнезиальной торкрет-массы. Средняя скорость растворения футеровки из шамотного кирпича составляет 0,68 кг/ч на 1 м длины шлакового пояса, а футеровки из магнезиальной торкрет-массы в три раза больше - 2,06 кг/ч на 1 м. Скорость перехода в шлак материала разделительных перегородок и стопоров во всех опытах отличалась незначительно и составляла в среднем 0,3 кг/ч на 1 м длины шлакового пояса.
Расчеты показали, что в начале разливки серии опытных плавок происходит проникновение шлака в поры футеровки. Масса шлака, поступившего в шамотную футеровку, невелика - около 1% от его количества. В пористую футеровку из магнезиальной торкрет-массы поступает значительно больше шлака -около 30%. Интенсивное растворение в шлаке футеровки из магнезиальной торкрет-массы подтверждается также результатами определения участия шлако-образующей смеси, огнеупорных материалов и неметаллических включений в формировании конечного шлака (рис. 2).
33,6
_iL
ределяется не поступлением его из шлакообразующих материалов, а химическими процессами восстановительного характера, протекающими в шлаковом расплаве. Многочисленные сферические включения металла были обнаружены при изучении микроструктуры затвердевших шлаков промежуточного ковша [2]. Малые размеры включений металла (менее 5 мкм) указывают на их эндогенное происхождение. Восстановителем оксида железа, по-видимому, является углерод, входящий в состав шлакообразующей смеси. Следовательно, присутствие углерода в шлакообразующих смесях обеспечивает низкий окислительный потенциал шлакового расплава и его химическую нейтральность по отношению к разливаемому металлу.
Таблица 2
Масса и химический состав неметаллических включений
Марка стали Масса всплывших неметаллических включений, % от массы разлитой стали Содержание, %
AbO3 SiO2 MnO FeO
08Ю 0,0095 68,2 4,1 18,9 8,8
17Г1С-У 0,0298 38,5 34,7 26,7 0,1
Рис. 2. Участие шлакообразующей смеси (□), огнеупорных материалов промежуточного ковша (ш) и неметаллических включений (ш) в формировании конечного шлака
Как видно из рис. 2, главную роль в изменении количества и химического состава шлака играет не растворение в нем огнеупорных материалов, а ассимиляция всплывающих неметаллических включений. Особенно много неметаллических включений всплывает в шлак при разливке низколегированной стали (табл. 2).
Приведенные в табл. 2 данные о содержании оксида железа в неметаллических включениях, вероятно, являются несколько заниженными. Основание для такого предположения - практически постоянное содержание этого оксида в пробах шлака, отобранных при проведении всех трех серий опытов. Можно предположить, что содержание оксида железа в шлаке оп-
Таким образом, установлено, что в процессе разливки происходит существенное увеличение массы и изменение химического состава шлака в промежуточном ковше МНЛЗ. Ключевую роль в этом процессе играет поступление в шлак неметаллических включений, всплывающих из разливаемой стали. Расчет показал, что при разливке низкоуглеродистой стали масса всплывших неметаллических включений составляет около 30% от массы конечного шлака, а низколегированной стали - около 50%.
Меньшую роль в изменении химического состава шлака играет растворение огнеупорной футеровки промежуточного ковша. Шамотная футеровка растворяется приблизительно на 5%, а магнезиальная - до 15% от массы конечного шлака.
Список литературы
1. Дюльдина Э.В., Селиванов В.Н., Лозовский Е.П. // Расплавы. 2009. №6. С. 3-10.
2. Дюльдина Э.В., Селиванов В.Н., Рыбалко О.Ф. // Труды XIII Российской конференции «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов». Т. 3. Екатеринбург: УрО РАН, 2011. С. 119-122.
Сведения об авторах
Дюльдина Эльвира Владимировна - канд. техн. наук, доц., профессор факультета стандартизации, химии и биотехнологии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел. (3519)298514. E-mail: dev@magtu.ru.
Коротин Андрей Викторович - аспирант факультета стандартизации, химии и биотехнологии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел. (3519)298514. E-mail: saturn2112@yandex.ru.
♦ ♦ ♦
62,6
5 7,2
51,1
45,6
28,3
14,5
10
40
Теория и технология металлургического производства
