CC BY
58
Таким образом, степень насыщения азотом металла после окончания ковшевой обработки на агрегате «печь-ковш» полупродукта для получе-ния нержавеющей азотистой стали марки 55Х20Г9АН4 изменяется от 0,27 до 0,47. Её ве-личина статистически значимо зависит от трёх факторов: удельного расхода газообразного азота
на продувку в ковше, начальной степени насыщения металла азотом и конечного содержания серы в металле. Наиболее существенное влияние на степень насыщения азотом металла после обработки полупродукта оказывает удельный рас -ход газа на продувку в ковше.
Библиографический список
1. СвяжинА.Г., КапуткинаЛ.М. Стали, легированные азотом // Изв. вузов. Чёрная металлургия. 2005. № 10. С. 36-46.
2. Свяжин А.Г. Высокоазотистые стали // Труды восьмого конгресса сталеплавильщиков / АО "Черметинформация". Ассоциация сталеплавильщиков. М., 2005. С. 319-323.
3. Кудрин В.А. Теория и технология производства стали. М.: Мир. 2003. 528 с.
УДК 666.76
Ю.Н. Кочубеев, Н.А. Босякова, Ю.В. Неклюдова
РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА ШИХТЫ ДЛЯ ИЕРИКЛАЗОУГЛЕРОДИСТОЙ ФУТЕРОВКИ СТАЛЕРАЗЛИВОЧНЫХ КОВШЕЙ ЭСПЦ
Изучение механизма разрушения периклазо-углеродистых огнеупоров (ПУ) при контакте со шлакометаллическим расплавом показывает, что одним из значительных факторов износа являет -ся обезуглероживание рабочей зоны огнеупора. При температурах выше 500°С начинается окисле -ние (выгорание) углеродшгой составляющей (графита и углеродистой связки) и продолжается до максимальной температуры их службы [1]. Это приводит к разупрочнению изделий в интервале температур ог 500 до 900°С, увеличению их порис-тости. После окисления всего углерода в поверхностном слое огнеупора происходит его ошлаковыва-ние с последующим растворением периклазевого порошка и вымыванием продуктов контакта.
Для защиты углерода от окисления в состав огнеупора вводят антиоксиданты в виде дисперсного порошка, количество которого оптимизируется для каждого вида изделий и, как правило, их содержание не превышает 5% [2]. Эти добавки быстрее окисляются кислородом и оксидами железа шлака, что снижает скорость окисления углерода. Несмотря на ограниченную долю в шихте, антиоксидантные добавки оказывают существенное влияние на различные свойства огнеупора: окислительные, термомеханические, коррозионные , фазовый состав огнеупора и др.
В цехе магнезиально-доломитовых огнеупоров (ЦМДО) ЗАО “Огнеупор” при изготовлении огнеупоров для футеровки шлакового пояса ста -леразливочных ковшей в качестве антиоксиданта применяют алюминий металлический. С целью
совершенствования периклазоуглерод истых из -делий проводятся работы по поиску более эффективных добавок, позволяющих повысить ус -тойчивость к окислению и достичь более высо-кой стойкости футеровки в шлаковой зоне.
Анализ литературных данных свидетельствует, что борсодержащие соединения обладают еще большей по сравнению с алюминием активностью при нагревании в воздушной среде [3]. Такими соединениями являются диборид титана, карбид бора, диборид магния, нитрид бора и др.
Антиокислительное действие этих добавок объясняется двумя механизмами: окислением при температуре >1300°С с образованием расплава бората магния (3MgO*B2O3) и газообразных продуктов реакции окисления боратов (В203, Mg газообразный и др.). Образование жидкой фазы способствует снижению открытой пористости и тем самым предотвращает диффузию кислорода в огнеупор. Образующие газы снижают давление кислорода в порах кирпича, предотвращая окисление графита, диффундируют в направлении горячей поверхности футеровки и повторно окисляются, вследствие чего образуется вторичный оксид магния, уплотняющий структуру.
В качестве опытного антиоксиданта был ис-следован диборид титана, представляющий собой сплав титана с бором. Массовая доля титана в сплаве была в пределах от 71,16 до 72,86%, массовая доля бора - от 17,05 до 18,59%.
Окислительную активность опытного и се -рийно применяемого антиоксидантов оценивали
ТІВ2
АПВ-П
Рис. 1. Степень изменения массы антиоксидантов при нагревании
по степени увеличения массы в процессе нагрева при температурах 400, 600,
800 и 1000°С (рис. 1).
Из рис. 1 видно, что диборид титана свои защитные свойства проявляет значительно раньше - в интервале температур ог 400 до 800°С. Алюминий металлический наиболее активен при более высоких температурах - ог 700 до 1000°С. На основании полученных ре -зультатов можно сделать вывод, что применение диборида титана позволит защитить углерод в шихте углеродсодержащих огнеупоров в начальной стадии окисления, а комплексное примене-ние данных антиоксидантов расширить температурный интервал защиты углерода от окисления ог 400 до 1000°С.
С применением опытного и серийно приме -няемых сырьевых материалов (плавленый пе-риклаз, графит, СФП, этиленгликоль, алюминиевый порошок АПВ-П) были изготовлены лабора-торные образцы. Составы шихт представлены в таблице. Дга сравнения качественных показателей были изготовлены контрольные образцы, составы шихт которых соответствуют составам формовочных масс при изготовлении ковшевых изделий для стен (состав К-1) и ковшевых изделий для шлаковых поясов (состав К-2).
Опытный материал был поставлен в виде кусков размером 50-100 мм. С целью равномерного и воспроизводимого распределения антиоксиданта в объеме шихты его вводили в виде дисперсного порошка двух фракций 400 и 63 мкм, в чистом виде и смеси с алюминием металлическим. При под -готовке опытного антиоксиданта отмечены его повышенная твёрдость и абразивность.
Образцы прессовали на гвдравлическом лабораторном прессе при удельном давлении прессова-
ния 150 Н/мм2 После прессования образцы термо-обрабатывали в сушильном шкафу в воздушной среде при 220°С с выдержкой при максимальной температуре в течение 120 мин, нагрев от 25 до 220°С в течение 60 мин. Коксующий обжиг проводили в керамической емкости, в криптоловой засыпке при температуре 1000°С в печи. Качественные показатели лабораторных образцов после термообработки и после коксующего обжига пред -ставлены в таблице. Из таблицы ввдно, что добавка в шихту диборида титана приводит к повышению прочности и снижению пористости образцов.
Эффективность антиоксидантов оценивали по двум показателям - величине обезуглероженного слоя лабораторных образцов после нагрева в окис -лительной среде и степени увеличения их массы. Испытания производили следующим образом: ла-бораторные образцы нагревали в воздушной среде до 1000°С с выдержкой при максимальной темпе -ратуре в течение 1 ч и до 1200°С с выдержкой в течение 5 ч, затем охлаждали.
Результаты испытания лабораторныхобразцов с добавкой диборида титана
Но мер со- ста- ва Антиокислительная добавка Открытая пористость, % Предел прочности при сжатии, Н/мм2 Кажущаяся плотность, г/см3 Окисляемость при термообработке в окислительной среде, % Доля обезуг-ле-рожен-ного слоя,% Огне- упор- ность, °С Сте- пень шлако- разъе- дания, %
Аімет ТІВ2 фр 400-63 МКМ ТІВ2 фр < 63 мкм до коксую- щего обжига после коксую- щего обжига до коксую- щего обжига после коксую- щего обжига до коксую- щего обжига после коксую- щего обжига 1000°С - 1 ч 1000°С (1 ч) +1200°С (5 ч)
К-1 - - - 3,8 13,8 49,0 24,4 2,92 2,84 3,5 13,3 67,5 > 1770 26,8
К-2 + - - 4,3 13,4 49,0 26,8 2,89 2,82 2,8 11,3 57,9 - 24,6
3 + + - 4,6 12,5 50,4 29,3 2,92 2,90 2,3 9,9 58,2 - 22,6
4 - + - 3,1 12,4 54,8 30,0 2,96 2,91 2,3 9,7 58,0 - -
5 + - + 3,8 12,6 51,6 31,7 2,92 2,90 2,2 9,7 58,5 - 10,3
6 - - + 3,0 12,5 54,8 33,6 2,96 2,90 2,2 9,5 58,5 > 1770 14,0
Рис. 2. Лабораторные образцы после коксующего обжига
Степень увеличения массы определяли взвешиванием образцов до и после термообработки. По результатам испытаний установлено положигель-ное влияние добавки диборида титана на снижение степени окисляемости образцов.
Для определения велич и-ны обезуглероженного слоя образцы распиливали по оси цилиндра (рис. 2). С помощью штангенциркуля замеряли площадь распила (8і) и площадь науглероженной зоны (82). Долю обезуглероженного (До) слоя вычисляли по формуле
Д0 = (81-82) / 81.
Доля обезуглероженного слоя образцов состава К-1 (см. таблицу) больше, чем у образцов с применением антиокидантов Л1мет и ТіВ2. При этом величина обезуглероженного слоя с приме -нением серийного и опытного антиоксидантов практически одинакова.
Следует отметить различие в структуре обезуглероженного слоя:
- обезуглероженный слой у образцов состава К-1 (№ 1, рис. 2) рыхлый и сыпучий;
- у образцов состава К-2 (№ 2, рис. 2) структура рыхлая, но несыпучая;
- при использовании диборида титана - составы № 3, 4, 5, 6 (см. рис. 2) обезуглероженный и переходный слой образцов приобрел дополнительную прочность, при этом обезуглероженный слой практически не ог -слаивается.
Огнеупорность обезуглероженного слоя об -разцов без антиоксиданта (состав К-1) и с добавкой ТіВ2 (состав 6) одинаково высокая - выше 1770°С, что указывает на отсутствие легкоплавкой эвтектики в образце опытного состава.
Ддя оценки устойчивости лабораторных об -разцов к шлаку использовали тигельный метод, сущность которого заключается в следующем: в образцах высверливали цилиндрические углубле-ния - “тигель”, в который засыпали шлак, измель-чённый до зёрен размером менее 0,063 мм. Испытываемые образцы со шлаком ставили в печь и нагревали до температуры 1600°С с выдержкой при максимальной температуре в течение 1 ч. Шлакоустойчивость образцов оценивали по сте-пени шлакоразъедания, которую вычисляли как отношение площади, разъеденной шлаком, к площади углубления до испытания (см. таблицу).
Минимальную степень разъедания показали образцы составов № 5 и 6, где опытный антиоксидант представлен в тонкодисперсном виде. Образцы данных составов, по результатам петрографического исследования, отличаются плотной мелкопористой структурой. Следует также огме-тить, что введение опытного антиоксиданта в тонкодисперсном виде в комплексе с алюминием металлическим (состав 5, см. таблицу) более предпочтительно.
На основании проведённых лабораторных исследований для промышленного испытания был рекомендован состав шихты № 5 - с добавкой комплексного антиоксиданта, вводимого в виде тонкодисперсного порошка.
Библиографический список
1. Хорошавин Л.Б., Перепелицын В.А., Кононов В.А. Магнезиальные огнеупоры. М.: Интермет Инжиниринг, 2001. 576 с.
2. Стрелов К.К., Кащеев И.Д., Мамыкин П.С. Технология огнеупоров. М.: Металлургия, 1988. 528 с.
3. Антиоксиданты в углеродсодержащих огнеупорах / Бамбуров В.Г., Сивцова О.В., Семянников В.П., Киселев В.А. // Огнеупоры и техническая керамика. 2000. № 2. С. 2-5.
