Источник: http://www.elcomet.narod.ru/steel/st_2.htm
Аннотация
Исследовано влияние новой шлакообразующей смеси для непрерывной разливки стали.
Химический состав шлакообразующей смеси: 15,0-20,0% С; 26,0-32,0% СаО; 30,0-36,0% SiO2; 6,5-8,0% Al2O3; 0,7-1,0 CaO/SiO2; 4,0-4,5% F; 3,5-4,0% Na+; 0,7-1,0 K+.
Использование шлакообразующей смеси позволяет обеспечить высокое качество поверхности проката и требуемую макроструктуру рельсовой стали.
Ключевые слова: шлакообразующая смесь, рельсовая сталь, непрерывная разливка, непрерывнолитая заготовка, макроструктура.
Освоение производства железнодорожных рельсов из непрерывнолитых заготовок (НЛЗ) на ряде металлургических предприятий (НТМК, ОЭМК, КМК) привело к разработке новых шлакообразующих смесей (ШОС), обеспечивающих гарантированное качество продукции [1].
ШОС, применяемые при разливке стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), должны выполнять следующие функции: защиту зеркала металла от окисления воздухом, теплоизоляцию металла, ассимиляцию неметаллических включений, всплывающих к зеркалу металла, обеспечение равномерного теплоотвода от слитка к кристаллизатору, а также в результате образования смазывающей прослойки между оболочкой слитка и кристаллизатором улучшение поверхности непрерывнолитых заготовок [2].
Для получения НЛЗ с минимальным количеством поверхностных дефектов (продольных и поперечных трещин) необходимо обеспечение требуемой вязкости шлака в кристаллизаторе. По мнению многих исследователей, вязкие шлаки приводят к ухудшению смазки кристаллизатора и появлению грубых продольных трещин. Жидкие шлаки увеличивают количество поперечных трещин и вызывают появление мелких продольных трещин. Одним из признанных критериев при выборе ШОС является вязкость при t = 1200-1400 0С, которая определяется химическим составом (количество разжижителей CaF2, Na2O, K2O, Li2O, B2O5 и основностью). При разливке и ассимиляции оксидов из металла вязкость шлака в кристаллизаторе может существенно увеличиваться, поэтому при выборе химического состава ШОС следует учитывать не только вязкость, но и уровень поступления оксидов из металла.
Другим критерием оценки качества ШОС является толщина гарнисажа в кристаллизаторе после разливки, защитные и теплоизоляционные свойства шлака, а также науглероживание металла и макровключения на поверхности слитка. На толщину слоя жидкого шлака существенно влияет компонентный состав ШОС, определяющий скорость плавления смеси и условия теплообмена в кристаллизаторе.
К ШОС также предъявляются жесткие требования по гранулометрическому и химическому составу, влажности.
При освоении технологии разливки рельсовой стали на блюмовых четырёхручьевых МНЛЗ с сечением кристаллизатора 300 х 330 мм [3] проводилась разработка и изучение свойств ШОС для разливки рельсовой стали марок НЭ76В, Э76В, Э76СВ, Э76, Э76ХСВ. В качестве компонентов ШОС использовали экологически вредные и неиспользуемые пылевидные отходы из аспирационных установок производства алюминия, ферросилиция и извести, не требующие дробления, помола и сушки. Эти материалы характеризуются следующими физико-химическими свойствами.
1. Пыль рукавных фильтров ОАО “Кузнецкие ферросплавы”.
Химический состав:
SiO2 –89,0 %; CaO –1,0 %; Al2O3 –0,5 %; Fe2O3 –2,0 %; MgO – 1,5 %.
Удельный вес 0,2 г/см3, гранулометрический состав – менее 0,2 мм-95%.
2. Пыль рукавных фильтров известкового производства ОАО “ЗСМК”.
Химический состав:
SiO2 –3,0 %; CaO –88,0 %; Al2O3 –0,5 %; Fe2O3 –4,0 %; MgO – 3,0 %.
Удельный вес 0,6 г/см3, гранулометрический состав – менее 0,4 мм-90%.
3. Пыль электрофильтров ОАО “Новокузнецкий алюминиевый завод”.
Химический состав:
SiO2 –1,0 %; CaO –1,0 %; Al2O3 –30,0 %; Fe2O3 –2,5 %; MgO – 1,0 %; (K2O+Na2O) –10 %; F –20,0 %; C –15,0 %.
Удельный вес 0,2 г/см3, гранулометрический состав – менее 0,2 мм-92%.
Четвёртым компонентом ШОС является графит аморфный марки ГЛС 2, 3.
Оптимизацию химического состава ШОС проводили, исходя из диаграммы состояния систем Al2O3 – SiO2 – CaO [4], а также из следующих предпосылок.
Оксиды железа, марганца и кремния повышают газопроницаемость шлакового слоя, в связи с чем необходимо их ограничение. Содержание фтористых соединений должно быть не менее 4 % для уменьшения вероятности окомкования смеси. Воздействие фторидов кальция проявляется, главным образом, как в снижении температуры плавления, так и в дроблении полимерной структуры шлака, т.е. увеличение единиц течения, снижающих вязкость расплава.
Что же касается влияния оксидов натрия и калия, то под их воздействием снижается температура плавления ШОС и оптимальное их содержание должно быть не менее 2,5 %. Содержание глинозёма в смеси должно быть не более 10 % для обеспечения ассимилирующей способности глинозёмистых неметаллических включений, снижающих эксплутационную стойкость железнодорожных рельсов.
Кремнезём в ШОС должен быть ограничен из-за соображений вязкости расплава.
Для лучшей смазки кристаллизатора смесь должна иметь низкую основность.
Эмпирическим путем изучали влияние химического состава на температуру плавления ШОС. Результаты представлены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Химический состав ингредиентов ШОС
|
Ингредиенты ШОС |
Содержание в ШОС, мас. % |
|||||
|
Вариант |
||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Пыль ОАО “КЗФ” |
30 |
34 |
30 |
43 |
37 |
41 |
|
Пыль от обжига извести ОАО “ЗСМК” |
46 |
42 |
37 |
30 |
37 |
33 |
|
Пыль электрофильтров ОАО “НКАЗ” |
24 |
24 |
33 |
27 |
26 |
26 |
Таблица 2
Влияние химического состава ШОС на температуру
начала размягчения и плавления
|
Состав ШОС |
Варианты ШОС, % |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
SiO2 |
26,7 |
30,3 |
26,7 |
38,3 |
32,9 |
36,5 |
|
CaO |
41,4 |
37,8 |
33,3 |
27,0 |
33,3 |
34,2 |
|
Al2O3 |
7,2 |
7,2 |
9,9 |
8,1 |
7,8 |
7,8 |
|
F |
4,8 |
4,8 |
6,6 |
5,4 |
5,2 |
5,2 |
|
K2O+Na2O |
2,4 |
2,4 |
3,3 |
2,7 |
2,6 |
2,6 |
|
Температура начала размягчения |
1130 |
1120 |
1130 |
1100 |
1120 |
1110 |
|
Температура плавления |
1160 |
1140 |
1160 |
1120 |
1140 |
1130 |
Для опытных разливок стали использовали смесь, получаемую простым смешением компонентов в смесителе типа СВ35 объёмом 0,55 м3 в течение 30 мин.
Химический состав: 15,0-20,0% С; 26,0-32,0% СаО; 30,0-36,0% SiO2; 6,5-8,0% Al2O3; 0,7-1,0 CaO/SiO2; 4,0-4,5% F; 3,5-4,0% Na+; 0,7-1,0 K+.
Расход ШОС 0,3-0,5 кг/т стали, удельный вес 0,47 т/м3.
Шлакообразующая смесь защищена авторским свидетельством [5].
Использование смеси позволяет:
1. Повысить ассимилирующую способность (происходит увеличение содержания Al2O3 с 6-7 % в исходной смеси до 23-26 % в шлаковом гарнисаже после отливки 5 плавок в серии без ухудшения технологических свойств смеси).
2. Понизить выделение в атмосферу цеха фтористых соединений (содержание НF на рабочем месте разливщика составляет 0,01 мг/м3, что в 5 раз ниже ПДК).
3. Снизить износ стен кристаллизаторов, увеличить их стойкость в 1,3-1,7 раза по сравнению со смесями на основе традиционных компонентов.
4. Обеспечить стойкость погружных корундографитовых стаканов на уровне 2 плавок, кварцевых – 5 плавок.
5. Обеспечить высокое качество поверхности металла. Брак по дефектам поверхности отсутствует. Шлаковый расплав данных смесей имеет:
- вязкость при 1500 0С 0,5-0,6 Пуаз
- поверхностное натяжение при 1500 0С 220-280 мН/м2
6. Получать качественную макроструктуру. Макроструктура НЛЗ соответствует требованиям ГОСТ 14-1-235-91, а железнодорожные рельсы, изготовленные из НЛЗ, соответствуют ГОСТ 24182-80, ГОСТ 18267-82.
Список литературы
1. Технология получения непрерывнолитых заготовок для производства рельсов в условиях НТМК / Федоров Л.К., Кузовков А.Я., Матвеев В.В., Фетисов А.А., Минаева Л.В., Куклев А.В. // Труды пятого конгресса сталеплавильщиков – М.: Черметинформация. – 1999. – С.468-470.
2. Лейтес А.В. Защита стали в процессе непрерывной разливки – М.: Металлургия, 1984. – 180 с.
3. Козырев Н.А., Дементьев В.П. Производство железнодорожных рельсов из электростали – Новокузнецк: изд-во ИПК, 2000. – 267 с.
4. Эллиот Д.Ф., Глейзер М., Рамакришна В. Термохимия сталеплавильных процессов – М.: Металлургия, 1969. – 252 с.
5. А.с. 1702696 СССР, ИКП5 С21 С5 / 54 Шлакообразующая смесь / Селезнев О.В., Негода А.В., Дементьев В.П., Беркович Д.Б. // Кузнецкий металлургический комбинат – заявк. № 4625629/02 от 04.11.88.