Опробование шлакообразующих смесей различного состава в кристаллизаторах МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным участком Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.74.047

Дидович C.B., Столяров A.M., Юречко Д.В.

ОПРОБОВАНИЕ ШЛАКООБРАЗУЮЩИХ СМЕСЕЙ РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА В КРИСТАЛЛИЗАТОРАХ МНЛЗ КРИВОЛИНЕЙНОГО ТИПА С ВЕРТИКАЛЬНЫМ УЧАСТКОМ

Аннтотация. В статье приведены результаты опробования гранулированных шлакообразующих смесей разного состава в кристаллизаторах криволинейных МНЛЗ с вертикальным участком. Рассмотрено влияние температуры плавления и вязкости разных смесей на стабильность процесса разливки, качество отливаемых слябов и производимого из них горячекатаного листа. Сделанырекомендации по рациональному составу смесей для каждой машины.

Ключевые слова: МНЛЗ, криволинейный тип, вертикальный участок, кристаллизатор, шлакообразующая смесь, состав, свойства, качество, сляб, лист.

В ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» эксплуатируются две слябовые МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным участком. В электросталеплавильном цехе работает двухручьевая МНЛЗ №5 производства ООО «Уралмаш» [1, 2], а в кислородно-конвертерном - одноручьевая МНЛЗ №6 фирмы «SMS Demag» [3]. Длина вертикальных участков этих машин является почти одинаковой: 2,84 м - на МНЛЗ №5 и 2,7 м - на МНЛЗ №6. Главное конструктивное отличие МНЛЗ заключается в различном базовом радиусе изгиба технологического канала, величина которого на МНЛЗ №5 составляет 8 м, а на МНЛЗ №6 значительно больше - 11 м. Это ведет к различию металлургической длины машин: 31,685 м (МНЛЗ №5) и 34,2 м (МНЛЗ №6).

Положительным моментом наличия вертикального участка на технологическом канале МНЛЗ является возможность снижения загрязненности разливаемого металла неметаллическими включениями, которые беспрепятственно всплывают и ассимилируются покровным шлаком в кристаллизаторе [4,5]. В результате этого процесса химический состав покровного шлака постепенно изменяется, в основном, в сторону увеличения содержания алюминатов, что вызывает повышение вязкости шлака, его комкование, ухудшение смазывающей функции и затягивание в кристаллизующуюся заготовку. Необходимо также учитывать, что на МНЛЗ такого типа проблемным участком является место начала загиба заготовки, где деформация затвердевшей оболочки может привести к образованию трещин и аварийных прорывов жидкого металла. Это затрудняет подбор рационального состава шлакообразующих смесей для кристаллизатора криволинейной МНЛЗ с вертикальным участком, обеспечивающих безаварийную разливку металла и высокое качество отливаемой заготовки. При подборе смеси также обязательно должен учитываться химический состав разливаемой стали, влияющий на состав вплывающих неметаллических включений и зависящий от способа выплавки стали (в кислородном конвертере, в электродуговой печи или в двух-ванном сталеплавильном агрегате), способа ковшевой обработки (особенно от возможности дегазации при вакуумной обработке, которая в ККЦ возможна, а в

ЭСПЦ нет). Так. более высокое содержание азота и водорода в электростали отрицательно влияет на сплошность корочки затвердевшего металла и может привести к ухудшению разливаемости металла. Меньший радиус изгиба технологического канала МНЛЗ №5 может явиться причиной образования ребровых трещин при разгибании слябовой заготовки. На МНЛЗ №6 из-за более мягкой гидравлической системы поджатая роликов часто образуются поверхностные трещины, особенно при разливке перитекти-ческой стали. Поэтому состав подбираемых смесей для кристаллизаторов МНЛЗ №5 и 6 должен быть специфичным с целью разрешения проблем разливки стали на каждой машине.

В ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» на базе ООО «Шлаксервис» имеются собственные производственные мощности для изготовления шлакообразующих смесей. Эти смеси успешно применяются при разливке стали в кислородно-конвертерном цехе на слябовых МНЛЗ №1-4 криволинейного типа. Стабильность процесса разливки характеризуется незначительной (менее 1,0 %) долей несоответствующей продукции и практически полным отсутствием аварийных ситуаций. Накопленный опыт производства и применения собственных смесей необходимо использовать и на криволинейных машинах с вертикальным участком для замены более дорогих импортных смесей.

При подборе химического состава шлакообразу-ющей смеси необходимо, чтобы обеспечивались не только высокая смазывающая способность наводимого шлака, тепловая защита металла и его защита от вторичного окисления и азотирования, высокая ассимилирующая способность, но также невысокое коррозионное воздействие на оборудование МНЛЗ, стабильность и прочность гранул смеси, минимальное загрязнение заготовки шлаковыми включениями. Для выполнения перечисленных функций смеси решающее значение имеют такие характеристики шлака, как его температура плавления и вязкость.

При разливке стали на МНЛЗ №5 были опробованы четыре гранулированные шлакообразующие смеси для кристаллизатора разных производителей, данные о которых представлены в табл. 1.

Таблица 1

Состав и свойства шлакообразующих смесей для кристаллизатора МНЛЗ №5

Условное обозначение ГШОС Основность Содержание фтора, % Температура плавления, "С Вязкость шлака при температуре 1300°С, Пас

А 0,90-1,20 5,0-7,0 1140-1160 0,34

Б 0,80-1,20 6,0-9,0 1160-1180 0,40

В 0,93-1,03 4,2-5,2 1145-1205 0,68

Г 0,88-0,98 8,4-9,4 1000-1060 0,09

Из приведенных данных видно, что наиболее стабильным выдерживался состав смесей В и Г. При этом шлак, образующийся при расплавлении смеси В, характеризовался самым высоким значением температуры плавления и вязкости, а шлак из смеси Г -наименьшими значениями этих параметров. Очевидно, что такое различие свойств обусловлено почти вдвое отличающимся содержанием фтора и разной основностью смесей.

Опробование смесей на МНЛЗ №5 проводилось при разливке низкоуглеродистого металла как обык-

новенного качества (в основном сталь марки СтЗсп), так и низколегированного металла (большинство -сталь марки 09Г2С). По системам автоматического контроля оценивались технологические параметры разливки, характеризующие состояние заготовки в кристаллизаторе: уровень металла, температурное поле стенок кристаллизатора, вибрация, усилие вытягивания, отклонения при качании и др. (рис. 1). Данные о среднем расходе различных смесей приведены на рис. 2. Из него следует, что наиболее существенно (в два раза) различались средние расходы смесей В и Г. Максимальным был расход смеси Г, которая быстрее плавится и является самой жидкоподвижной, и наоборот, при использовании наиболее вязкой смеси В с большей температурой плавления ее расход оказался минимальным.

После окончания разливки металла осуществлялся контроль качества макроструктуры отлитых слябов и их поверхности. Результаты оценки стабильности процесса разливки металла и качества поверхности отлитых слябов приведены на рис. 3.

¿"Просмотр БД версия 2011 -08-09

УНРС р^чей I? ^ [зГде^брь 2013 г. ^ | 15 58- 16:5В [ -+-Ц ¡! ч-

Г"

| я а | .и

шг

Стр. ? РЛ1Д 1 3/4 .'п.' ^

Рис. 1. Оценка параметровразливки стали в кристаллизаторе МНЛЗ №5

Условное обозначение смеси

Рис. 2. Данные о расходе различных смесей

>5

К

гг то

I-^

о к ъ

а

<в с го

0 с

£

1

т ^

с

5

СЕ О

из к

с

□

а

с

§

к

та

ЁЕ _С

С ®

I-^

и

0

1

40

35

¿25 5

? 20 5

§15 с

н

10 5 0

—ю.-

34,8

|||||||| :;.ч •:..•. .• - • в •

22 А ¡1111111 ШШШ

- 14,3

щяш

-

В

Услоаное обозначение смеси

Рис. 3. Результаты оценки стабильности разливки и качества поверхности слябов при использовании различных смесей в кристаллизаторе МНЛЗ №5

Анализ полученных результатов показывает, что наименьшее количество аварийных ситуаций вследствие подвисаний заготовки в кристаллизаторе и прорывов жидкого металла наблюдалось при применении смеси Г, обладающей наибольшей смазывающей способностью из-за хорошей жидкоподвижности. Однако обеспечить высокое качество поверхности отлитых слябов данная смесь не смогла при наличии даже самого высокого ее расхода (см. рис. 2). Гранулированная смесь В, характеризуемая наибольшей вязкостью, показала лучшие результаты по качеству поверхности слябов и имела минимальный расход. Это может объясняться более высокими теплоизолирующими свойствами смеси, позволяющей затвердевшей оболочке сляба не попадать в температурный интервал провала пластичности в зоне разгиба заготовки. Положительным моментом для этой смеси также является самое низкое содержание фтора, что позволяет уменьшить коррозию оборудования МНЛЗ. На основании полученных результатов смесь марки В была рекомендована для использования в кристаллизаторах МНЛЗ №5. В случаях отклонения от стабильного процесса, которые могут привести к возникновению аварийных ситуаций: нарушения технологии подготовки металла к разливке, ведущих к повышению содержания водорода, ухудшения условий эксплуатации кристаллизатора, например, в конце срока его службы, следует применять смесь марки Г.

При разливке стали перитектического состава на МНЛЗ №6 возможно образование продольных трещин на поверхности отливаемых слябов (рис. 4).

Для кристаллизатора МНЛЗ №6 было испытано три шлакообразующих смеси, данные о которых представлены в табл. 2.

Таблица 2

Условное обозначение ГШОС Содержание в смеси, % Основность смеси Свойства смеси

углерода фтора Температура плавления, °С Вязкость при температуре 1300°С, Пас

Д 4,5±0,5 5,3±0,5 1,15±0,05 1120±30 0,21

Е 3,0±0,5 8,2±0,5 1,25±0,05 1110±30 0,06

Ж 5,1±1,0 5,5±1,0 1,20±0,10 1180±10 0,22

Смесь марки Е с наименьшим содержанием углерода и самым высоким содержанием фтора характеризовалась самыми низкими температурой плавления и вязкостью. Вязкость двух других смесей была выше и практически одинаковой, но смесь марки Д имела меньшую температуру плавления. При оценке результатов разливки учитывались показатели стабильности разливки, наличие продольных трещин на слябах и данные по переработке слябов в ЛПЦ №9. Следует отметить, что при использовании всех смесей аварийные ситуации отсутствовали. Данные о качестве поверхности отлитых слябов и горячекатаных листов представлены на рис. 5.

Фай г Голъкчютеге» Вчп

5М5 51ЕМАЕ

,1аЧ *]

Уремнь ЮС мм Седо

Дгнна раз лкви ^^Ц^О] ы Нсчляр * о

Сотт разливок

Мдря* С1ЯЛ»

I юг.» I 1107:г г | 1 тоз | | т.? | 1 пив I I иге I I т.а | | 109.2 I

I ВЗ Т I I В9.С I I В6.1 I I Е7-3 I I 8Э.8 I I Э*Е | I 33.1 I 'гЪжо'ровв'ная старого

ГЖ1 Г8П ГЖЛ гжт ГГ5ТГ1 Г&Г1 Г75Л пяпп

1 109 а 1 1 11Т 6 1 И 1 11« 1 I I пав I I 124« I I 1301 I I 1ТН1 I

.1 I "| < ] ) 30 | 1 ЮС | I Д5С | | ЭД5 | I 7£ 8 I I Э3.7 ) \ Э7 3 | I №£ I I 130.4 |

П5Т1

&

Л1~.

■СЕр ШГ1 Г5П

Г Град^т., ' »терм

Г гомдаадгъ

Прем« увив" СТЧЛИВ

Нарушение теплоотвода, зарождение продольной трещины

4.№05 *Б&10

\ Сппиа» ояяи № 1 плавня

[ плоы»; II- I Г^ипацад |

Ивггр«»»и ММ1

лсЗайгоп • Г"

1

I

--1 _врвмиг^ита __мар

Сфстфчч*31Э-07-ЯИ2 л] [B4.55.QQ ] л | Л :| [13И}7 И!1г 3|а5+ГЙГ"53 Г Р1вуЬавн Доев е>Гет I к) |

13-07-2012

Рис. 4. Зарождение продольной трещины на слябе в кристаллизаторе МНЛЗМ6

X

zr

го

Ё

о

X

d

X с

IS о

X о

а. о

го

m

го

о Э

ш

н

о

(D

■у

X

к

о

о ш о ю к ц. о

ОС

s

о СЕ

та х л с; Ф Is о о

X

н О

5 ГО X X

3"

<о о,

J—

Б В

Условное обозначение смеси

Рис. 5. Данные о качестве поверхности слябов и горячекатаных листов в ЛПЦМ9

Из этого рисунка видно, что лучшее качество поверхности слябовых заготовок было получено при использовании смеси марки Д с относительно низкой температурой плавления и большей, чем у смеси марки Е, вязкостью. Это позволяет одновременно сохранять хорошую смазывающую способность шлака и предохранять затвердевшую корочку заготовки от излишнего переохлаждения, повышая ее пластичность. Для разливки перитектической стали на МНЛЗ №6 была рекомендована шлакообразующая смесь марки Д.

Таким образом, в кристаллизаторах криволинейных МНЛЗ с вертикальным участком опробованы шлакообразующие смеси различных производителей с отличающимся химическим составом и физическими свойствами. Полученные данные могут быть ис-

пользованы при разработке рациональных составов смесей собственного производства с учетом специфики оборудования МНЛЗ, химического состава разливаемой стали, стабильности процесса разливки, качества отливаемых слябов и производимого из них горячекатаных листов.

Список литературы

¡.Столяров A.M., Селиванов В.Н. Непрерывная разливка стали. Часть первая. Конструкция и оборудование МНЛЗ: учеб. пособие. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. 154 с. 2.Столяров A.M., Казаков A.C. Вторичное охлаждение непрерыв-нолитых слябов на криволинейной МНЛЗ с вертикальным участком. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. 116 с.

3. Столяров A.M., Мошкунов В.В., Казаков A.C. Мягкое обжатие слябов при разливке трубной стали на криволинейной МНЛЗ с вертикальным участком. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. 116 с.

4. Столяров A.M., Селиванов В.Н. Технология непрерывной разливки стали: учеб. пособие. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. 78 с.

Сведения об авторах

5. О способах воздействия на процесс формирования стальной непрерывнолитой заготовки / Столяров A.M., Сомнат Басу, Потапова М.В., Дидович C.B. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.Носова. 2014. №1 (45). С. 24-27.

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: mchm@magtu.ru

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: mchm@magtu.ru

Юречко Дмитрий Валентинович - канд. техн. наук, начальник лаборатории непрерывной разливки стали Научно-технического центра ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH

TESTS OF SLAG-FORMING MIXES WITH VARIOUS COMPOSITION IN MOULDS OF CURVED VERTICAL CONTINUOUS CASTERS

Didovich Sergey - Postgraduate Student, Institute of Metallurgy, Mechanical Engineering and Materials Processing, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: mchm@magtu. ru

Stolyarov Aleksandr Mikhailovich - D. Sc. (Eng.), Professor of the Instituteof metallurgy, machinebuildinf and material processing, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: mchm@magtu.ru

Yurechko Dmitry - Ph. D. (Eng.), Head of continuous casting laboratory, Scientific and Technical Center, OJSC MMK.

Abstract. The present article introduces the outcomes obtained after testing of slag-forming mixes with various composition in moulds of curved vertical continuous casters. The influence of melting temperature and viscosity of different mixes on the melting process stability, and the quality of slabs and hot rolled plates is considers. Recommendations regarding the consistent composition of mixes for each continuous caster are provided.

Keywords: Continuous caster, curved-type, vertical section, mould, slag-forming mix, composition, properties, quality, slab,

plate.

♦ ♦ ♦

УДК 669.168

Колесников Ю.А., Бигеев В.А., Сергеев Д.С.

МЕТОД МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ДАННЫХ

Аннтотация. В данной статье приводится описание программы, реализующей метод расчета параметров выплавки стали в кислородном конвертере с верхней подачей дутья. Программа была создана на основе системы балансовых уравнений, решаемых совместно методом итераций. При определении состава и количества шпака масса железа, принимающая участие в процессах шлакообразования, рассчитывается по балансу кислорода с учетом паспортных данных по составу шлака. Расходы материалов на плавку, количества продуктов плавки использовались вреальных данных.

Благодаря данной программе была достигнута возможность изучения факторов, которые влияют на определяемую расчетом температуру жидкого полупродукта, нарасход кислорода, а также неметаллическихматериалое.

Ключевые слова: Выплавка стали, программа, моделирование, математическая модель, конвертер, кислородно-конвертерный процесс, шихтовые материалы, неметаллические материалы

В 2014 году научным коллективом ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова» в составе Бигеева В.А., Колесникова Ю.А. и Сергеева Д.С. в среде Microsoft Excel была создана обновленная математическая модель выплавки стали в кислородном конвертере для усло-

вий ККЦ ОАО «ММК». Кроме того, с целью получения авторского свидетельства для данной математической модели, именуемой в дальнейшем «Программа», был создан идентичный программный код в среде VBA.