Разработка и внедрение комплекса мероприятий по снижению интенсивности формирования отложений в сталеразливочном тракте при непрерывной разливке металла на мнлз


Скачать 328,77 Kb.
НазваниеРазработка и внедрение комплекса мероприятий по снижению интенсивности формирования отложений в сталеразливочном тракте при непрерывной разливке металла на мнлз
страница1/2
Аксельрод Лев Моисеевич
Дата конвертации02.09.2012
Размер328,77 Kb.
ТипАвтореферат
СпециальностьМеталлургия чёрных, цветных и редких металлов»
Год2007
  1   2



На правах рукописи


Аксельрод Лев Моисеевич


Разработка и внедрение комплекса мероприятий по снижению интенсивности формирования отложений в сталеразливочном тракте при непрерывной разливке металла на МНЛЗ


Специальность 05.16.02 - «Металлургия чёрных, цветных и редких металлов»


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук


Москва – 2007

Работа выполнена в ОАО «Санкт-Петербургский институт огнеупоров» и ООО «Группа «Магнезит».


Научный руководитель: доктор технических наук,

Паршин Валерий Михайлович


Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Куклев Александр Валентинович

кандидат технических наук,

Котельников Георгий Иванович.


Ведущее предприятие: ОАО «Московский металлургический завод «Серп и Молот».


Защита состоится “ 23 ” мая 2007г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 217.035.02 в Федеральном государственном унитарном предприятии «Центральный научно-исследовательский институт чёрной металлургии им. И.П. Бардина» по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 9/23.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЦНИИЧермет им. И.П. Бардина.


Автореферат разослан ” 20 ” апреля 2007 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета Т.П. Москвина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы. Эффективность непрерывной разливки стали определяется качеством непрерывнолитой заготовки и производительностью МНЛЗ, зависящими от стабильности процесса и возможности длительного поддержания постоянной скорости разливки. Важнейшей проблемой обеспечения стабильности является предотвращение отложений на стенках сталеразливочного тракта МНЛЗ. В зависимости от степени отложений возникают различные проблемы: уменьшение эффективного сечения канала сталеразливочного узла промежуточного ковша, ограничение количества металла, разливаемого через один ручей, полное прерывание процесса, снижение качества заготовки. В период замены погружаемого стакана (30-90 с) формируется участок слитка, подлежащий выбраковке. В результате циклических колебаний нагрузок на опоры роликов криволинейной МНЛЗ на порядок превышающим амплитуду колебаний при разливке с постоянной скоростью, выходят из строя подшипники и сами ролики. Кроме того, перекрытие сталевыпускного канала промежуточного ковша на период замены стакана приводит к затягиванию канала, а необходимость прожигать его кислородом снижает качество непрерывного слитка, обогащая его эндогенными включениями, и создает аварийную ситуацию на разливочной площадке. Основным источником формирования отложений на стенках сталеразливочного тракта является наличие в стали неметаллических включений. Снижение проходного сечения сталеразливочного тракта приводит к неравномерности потока в кристаллизаторе, колебаниям уровня металла в кристаллизаторе, попаданию покровного шлака в металл и нарушению процесса формирования литой структуры слитка. Неметаллические включения прилипшие к стенкам канала погружного стакана с образованием больших кластеров при их отрыве и попадании в поток металла, являются причиной образования дефектов литой заготовки. При непрерывной разливке проблема затягивания сталеразливочного тракта актуальна для разливки металла со стопором (стопором-моноблоком) и с использованием шиберного затвора при безстопорной разливке стали.

Цель и задачи исследования. Исследовать влияние технологических и конструктивных особенностей процесса непрерывной разливки и разработать обоснованные требования к конструкции и свойствам огнеупорных материалов, обеспечивающие стойкость технологических узлов сталеразливочного тракта и получение непрерывнолитой заготовки заданного качества.

Методы исследования. Экспериментальная часть работы выполнена с применением методов электронной микроскопии, петрографического и рентгеноструктурного анализов отложений, методов физико-химического и математического моделирования процесса на базе современных средств вычислительной техники, а также проведения промышленного опробования различных конструкций сталеразливочных узлов и огнеупорных материалов для их изготовления. Основным методом исследования являлось опытное опробование новых разработок в промышленных условиях, которые проводились на ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», ОАО «Нижне-Тагильский металлургический комбинат», ОАО « Новокузнецкий металлургический комбинат», ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат».


Научная новизна.

1. Теоретически и экспериментально установлены требования к конструкции сталеразливочных узлов, свойствам огнеупорных материалов и технологии их производства, обеспечивающие устойчивую разливку металла, повышение производительности МНЛЗ и снижение брака непрерывнолитой заготовки.

2. Выявлены кинетические особенности процессов затягивания сталеразливочного тракта и очистки от неметаллических включений разливаемого металла при использовании керамических фильтрующих элементов. Получены количественные зависимости эффективности процесса рафинирования металла от скорости фильтрации. Изучен механизм физико-химических процессов, протекающих на поверхности раздела фаз «неметаллические включения - материал огнеупора» для широкого спектра опробованных материалов.

3. Методами физического моделирования исследовано влияние условий и способов подвода металла в кристаллизатор на дефектообразование в непрерывнолитом слитке и изменение количества неметаллических включений.

4. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден механизм предотвращения отложений неметаллических включений в канале металлопроводящего тракта с использованием технологий формирования газовой прослойки на поверхности раздела фаз «огнеупор - разливаемая сталь» и обеспечением условий удаления включений из металла в кристаллизаторе за счет увеличения средней длины пробега и перемещения их к сорбирующей шлаковой смеси.


Практическая ценность. Разработан и внедрен на предприятиях отрасли комплекс мероприятий по снижению интенсивности формирования отложений в металлопроводящем тракте при непрерывной разливке широкого спектра марочного сортамента металла на МНЛЗ, в том числе:

- металлопровод с подводом инертного газа через поверхность огнеупора, формирующую канал к границе раздела «огнеупор - разливаемая сталь»;

- металлопровод с антизатягивающим покрытием канала в системе ZrO2-CaO-C;

- металлопровод с формированием газовой прослойки за счет реакции в зоне контакта бескислородного соединения огнеупора с кислородом разливаемого металла;

- стопор-моноблок с вдуванием инертного газа в пузырьковом режиме в разливаемый металл.

Разработаны и внедрены многофункциональные погружаемые стаканы для непрерывной разливки стали. В промышленных условиях достигнут эффект замедления в 2-3 раза процесса затягивания канала погружаемого стакана глиноземистыми включениями.

Экономический эффект от внедрения на предприятиях отрасли (ОАО «ММК», ОАО «НТМК», ОАО «НКМК», ОАО «ОЭМК», а также предприятиях огнеупорного производства) комплекса мероприятий по снижению интенсивности формирования отложений в металлопроводном тракте при непрерывной разливке металла на МНЛЗ составил 110,9 млн. рублей.


Основные положения, выносимые на защиту:

— результаты исследования кинетики процесса затягивания сталеразливочного тракта и очистки от неметаллических включений разливаемого металла при использовании керамических фильтров;

— результаты исследования условий и способов подвода металла в кристаллизатор на дефектообразование в непрерывнолитом слитке за счет неметаллических включений;

— технологические и конструктивные решения, направленные на формирование газовой прослойки на поверхности раздела фаз «огнеупор - разливаемая сталь» с обеспечением условий удаления включений из металла в кристаллизаторе за счет увеличения длины пробега включений и перемещения их к сорбирующей шлаковой смеси;

— результаты исследования взаимодействия расплавленной стали с огнеупорными материалами и комплекс разработанных мероприятий по снижению интенсивности формирования отложений и увеличению стойкости сталеразливочного тракта при непрерывной разливке металла на МНЛЗ.


Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались в 1995-2007 гг. на 3-7 Международных конгрессах сталеплавильщиков (Москва, 1995г, 1996г, Магнитогорск 2006г), научно-технических конференциях по проблемам внепечной обработки и непрерывной разливки стали, международных и отраслевых конференциях, координационных совещаниях.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 16 печатных работах, в том числе в журналах, рекомендованных ВАК России для публикации материалов, содержащихся в диссертационных работах, новизна предложенных технических решений защищена 4 авторскими свидетельствами и патентами Российской Федерации.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, содержит 187 страниц машинописного текста, 34 рисунка, 30 таблиц, приложение и список литературы из 198 наименований.


ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены: актуальность, структура работы, научная новизна и практическая значимость результатов исследования.


В первой главе представлен анализ современного состояния эффективности работы сталеразливочного тракта и основные направления проводимых исследований для разработки практических мер улучшения его работы.

Рассмотрено влияние процесса затягивания сталеразливочного тракта на технологические факторы разливки. Процесс затягивания (зарастания) - уменьшение эффективного сечения канала сталеразливочного узла промежуточного ковша МНЛЗ - приводит к необходимости увеличения времени непрерывного литья металла, препятствует получению заготовки с минимальным количеством оксидных включений. Показано, что условия работы металлопроводящего тракта определяются эффективностью направленной интенсификации тепло - и массообмена на начальной стадии формирования непрерывнолитых заготовок непосредственно у мениска.

Проанализированы известные способы предотвращения затягивания погружаемых стаканов, в том числе при разливке марок стали специального назначения, рассмотрено влияние температуры металла в металлопроводах на процесс формирования отложений. Для предотвращения проблем, связанных с зарастанием, сокращают продолжительность разливки, применяют защиту струи от вторичного окисления, продувку аргоном в критических областях металлопровода МНЛЗ (в стакане-дозаторе промковша и в погружаемых стаканах), заменяют погружаемые стаканы и т.д. Одним из рекомендуемых способов предотвращения затягивания каналов тракта отложениями глинозема предлагается предварительная трансформация глиноземных включений в относительно «легкоплавкие» включения алюминатов кальция. Считается, что при получении «легкоплавких» алюминатов на поверхности огнеупора образуется жидкофазный слой, смываемый потоком стали.

Представлены результаты проведенных исследований по тестированию образцов различных огнеупорных материалов для погружаемых стаканов.

Рассмотрены возможные способы управления параметрами потока жидкого металла, в том числе, с использованием различных типоразмеров и конфигурации проходных и выходных отверстий погружаемого стакана.


Во второй главе приведены сведения о методах исследований и анализа полученных результатов. Описаны применяемые методики моделирования. Приведены схемы испытательных стендов для физического моделирования, а также определения газопропускной способности бикерамических стаканов-дозаторов с газопроницаемой стенкой (рис 1.).

На гидравлических моделях проведено исследование гидродинамических параметров поведения двухфазной среды «жидкий металл – неметаллические включения» в сталеразливочных узлах МНЛЗ. Рассмотрено влияние теплофизических условий разливки, таких как величина перегрева, толщина и свойства шлакового покрытия и гидродинамики потока на процесс формирования неметаллических включений на стенках металлопроводящего тракта. Проведен анализ критериев и факторов, обеспечивающих оптимальное соотношение циркуляционных и конвективных гидропотоков, скорости отвода избыточных теплот перегрева и кристаллизации, динамики всплытия включений и установлена их связь со способом разливки и конструкцией разливочных стаканов.





Рис.1. Схема испытательного стенда для определения газопропускной способности бикерамических стаканов-дозаторов с газопроницаемой стенкой:

1 -магистраль сжатого воздуха, 2 - запорный вентиль, 3 - газовый редуктор, 4 - образцовый манометр, 5 - стакан-дозатор, 6 - боковой штуцер, 7- резиновая пробка, 8 - камера, 9 - пустотелый зажим, 10 - кран сброса давления, 11 - винт, 12 - стол поставки, 13 - зажим держатель; 14 - уплотнительные кольца, 15 - прокладка, 16 - металлический фланец.


В качестве средства наблюдения химического взаимодействия огнеупоров с расплавами использована установка для определения смачивания. Путем киносъемки фиксировали смачивание шлаком поверхности огнеупоров и наблюдали «незавершенность» процесса растекания шлака, образование конечного, отличного от 0°, угла смачивания.


В третьей главе рассмотрено влияние режимов раскисления и легирования металла на интенсивность зарастания сталеразливочных стаканов, состав и свойства формируемых отложений. Показано, что технологическая процедура предотвращения или гарантированного уменьшения зарастания стаканов за счет микролегирования стали кальцием, направленная на получение легкоплавких включений алюминатов кальция 12CaO 7Al2O3 не может быть основной, особенно в ковшах с небольшой глубиной металла. Необходимо создать условия, предотвращающие или существенно снижающие образование включений на поверхности погружаемых стаканов за счет конструктивных изменений стаканов и обеспечения необходимых температурных условий их работы.

Существенным резервом повышения уровня физико-механических свойств стали и сплавов является снижение их загрязненности неметаллическими включениями. Среди многообразия способов и технологических вариантов решения этой задачи представляется перспективным способ фильтрующего рафинирования. Суть способа заключается в пропускании металлического расплава через фильтрующее устройство, в котором происходит отделение частиц неметаллической фазы с последующим закреплением их на развитой поверхности фильтра. Основным технологическим элементом фильтрующего устройства является фильтрующий узел. В промышленных условиях опробованы две принципиально различные конструкции фильтрующих узлов. Расположение фильтрующих узлов в разливочной оснастке представлено на рис 2 и 3. Первая представляет собой камеру рафинирования с зернистым (кусковым) сорбентом. Основным элементом второй конструкции является керамический фильтрующий элемент, который изготавливают различными способами, в частности, прессованием, шликерным литьем‚ выдавливанием огнеупорной массы, прессованием керамических гранул в моноблок с развитой системой каналов. В последнее время получили распространение так называемые «пенные» фильтрующие элементы, которые изготавливают пропиткой вспененного полиуретана керамической суспензией с последующим выдавливанием ее излишка, сушкой и обжигом изделия.




Рис. 2. Расположение фильтрующих узлов в оснастке при разливке сверху:

1 - камера рафинирования с приемной воронкой и коллектором струи; 2 – опора;

3 - изложница

Рис. 3 Расположение фильтрующих узлов при разливке стали на МНЛЗ:

1 - сталеразливочный ковш; 2 - керамические фильтрующие элементы; 3 - промежуточный ковш; 4 - погружаемый стакан;

5 - кристаллизатор


Установлены зависимость коэффициента массопереноса удаляемой примести от линейной скорости течения расплава в фильтре и коэффициент эффективности фильтрующего рафинирования:





где: θ - безразмерное время, θ=(tvi)/{εL); t - время работы фильтра, η - безразмерное расстояние от входа в фильтр, η = Z/L; Z - расстояние от входа в фильтр, м; Ф - безразмерная кинетическая постоянная, Ф = КoL/vi.

Исследовано влияние раскислителя на эффективность фильтрующего рафинирования. Серия разливок через прямоканальные корундовые фильтры углеродистой стали, раскисленной по разным вариантам, показала, что использование в качестве раскислителя кремния, в отличие от других раскислителей, не дает положительного результата. Использование же фильтров с извилистыми каналами (пенных) позволило достичь небольшого рафинирующего эффекта в случае раскисления расплава кремнием, но значительно меньшего, чем при раскислении Si-Al. В то же время при фильтровании углеродистой стали через фильтры, изготовленные из MgO, Аl2Оз с извилистыми каналами (гранулированные), снижение содержания связанного кислорода при раскислении расплава марганцем было достаточно высоким (33%), хотя и меньшим, чем при раскислении Аl (91 %).

Применение керамических фильтрующих элементов, главным образом прямоканальных, является перспективным направлением в развитии фильтрующего рафинирования сталей и сплавов. Прямоканальные фильтры целесообразно размещать в тех местах разливочной оснастки, где требуется большая пропускная способность, например, в каналах разливочных стаканов, в перегородках промежуточных ковшей. Материалом для изготовления фильтрующих элементов, отвечающим в наибольшей степени требованиям стойкости к химическому и физическому воздействию расплава и наиболее доступным, является огнеупорная керамика на основе Аl2Оз, ZrO2, MgO, MgO.Al2O3. Изготовление фильтра из материала с содержанием СаО>50% позволяет инициировать при фильтрации процесс взаимодействия материала фильтра с глиноземистыми включениями с получением легкоплавких соединений, перемещаемых потоком металла к ассимилирующей поверхности шлаковой смеси.

Приведены результаты исследования различных методов защиты стенок металлопроводящего тракта аргоном (рис. 4). Кроме известных преимуществ инжекция инертного газа в поток разливаемого металла обеспечивает удаление неметаллических включений, образующихся в жидкой стали, замедляя тем самым процесс затягивания выходных сталевыпускных отверстий погружаемых стаканов. Эффект от обработки металла аргоном зависит от интенсивности газового потока. Большое количество подаваемого аргона способствует предотвращению отложений глинозема, однако, в этом случае часто фиксируется газовый подкорковый пузырь в виде дефекта в непрерывнолитой заготовке. Расход газа лимитируется необходимостью предотвращения формирования подкорковых пузырей в слитке во время разливки, а при недостатке расхода отмечается увеличение количества отложений глинозема.



Рис.4. Методы защиты металлопроводящего тракта инертным газом:

1) через стопор-моноблок с пористой вставкой: 1 – стенка стопора-моноблока; 2 - шлак; 3 - пористая вставка в головке стопора; 4 - металл; 5 - промежуточный ковш. 2) через стык погружаемого стакана со стаканом промежуточного ковша: а - через металлический коллектор с отверстиями; б - через газопроницаемую вставку; 1 - стакан промежуточного ковша; 2 - погружаемый стакан; З - коллектор; 4 - газопроницаемая вставка. 3) через погружаемый стакан.


Получены кинетические зависимости износа моноблоков в шлаковом поясе и головке (таблица 1) при различных температурах на наружной стенке стопора от условий разливки, позволяющие в практических условиях определять продолжительность периода безаварийной разливки до критического износа моноблока. В полученных уравнениях ∆ (∆σ, ∆h) усредненные величины толщины размытого слоя стопора-моноблока в шлаковом поясе или головке (вместе со вставкой), мм; τ - время взаимодействия (общая продолжительность работы стопора), мин. Для существенного увеличения продолжительности продувки необходимо максимально снижать потери тепла через стенку металлопровода и поддерживать в процессе разливки металла необходимую температуру (на уровне не ниже температуры Таммана) на внутренней поверхности канала металлопровода, например, электрическим током или иными источниками тепла, а также: за счет использования эффективной теплоизоляции снаружи; за счет снижения теплопроводности материала стакана, т.е. стакан должен быть комбинированной конструкции с безграфитовым материалом (слоем) на внутренней поверхности стакана; за счет вдувания через стенку огнеупора в канал заранее подогретого инертного газа.


Таблица 1. Кинетичесие зависимости износа моноблока.


Кинетическое уравнение аппроксимирующей зависимости

Коэффициент корреляции,. R

Температура‚ оС

Скорость продувки аргоном‚ м3

промковш

Стенка/головка стопора

(∆σ) = 0,0794τ + 0,1185

0,9581

1550

1550

Без продувки

(∆σ) = 0,0289τ + 0,0291

0,9805

1540

1540

 

(∆σ) = 0,0107τ + 0,0661

0,9641

1537-1555

1531

1

(∆σ) = 0,0054 τ - 0.0219

0,9412

1531-1553

1519

2

(∆h) = 0,1647τ

0,9997

1540

1540

Без продувки

(∆h) = 0,095τ + 0,079

0,9959

1538-1544

1531

1

(∆h) = 0,0508 τ-0.2279

0,9525

1533-1543

1519

2



Продувка аргоном через стопор-моноблок существенно уменьшила баллы ликвационных полос и глобулей (отсутствовали полностью), центральной пористости, карбидной ликвации, сульфидов и оксидов по сравнению со средними данными за год‚ предшествующий испытаниям.

На основании полученных результатов гидравлического моделирования разработан прямоточный стакан для турбулизированной подачи металла в кристаллизаторы блюмовых МНЛЗ, а также стакан безнапорной подачи металла в кристаллизатор с невертикальным подводом металла в виде закрученного потока (рис. 5). Применение безнапорного погружаемого стакана, как и в случае непрерывнолитой заготовки Ø430мм, дает снижение по количеству неметаллических включений: по сульфидам на 17-18%, силикатам хрупким на 36-37%, пластинчатым в 10-11 раз, недеформируемым на 8-9%. Содержание включений свыше 40 мкм при этом снижается с 0,0030 до 0.0018% (объемных). На безнапорный погружаемый стакан получены патенты РФ №2263561, №2167031 и №2148469.


В четвертой главе приведены результаты промышленного исследования процесса формирования отложений на стенках сталеразливочного тракта, износа и зарастания погружаемых стаканов при непрерывной разливке стали.




Рис.5. Принцип безнапорной подачи металла в кристаллизатор с невертикальным подводом металла в виде закрученного потока.


Исследования отработавших стаканов показали, что материал стакана не принимает заметного участия в формировании состава и природы неметаллических включений. При разливке стали исследованных марок стали через кварцевые стаканы природа настылей не отличалась от природы при разливке через корундографитовые стаканы. Удельная межфазная энергия на границе «огнеупор – включение алюминатов кальция» или «огнеупор – глинозем» всегда ниже, чем на границе «металл-включение» алюминатов кальция или глинозема. Уменьшение запаса поверхностной энергии -∆F = σм-в ∆S является движущей силой перехода включений из подслоя металла, контактирующего со стенкой стакана (огнеупора), на поверхность стенки стакана. Обособившиеся на поверхности огнеупора или других включений вновь появившиеся включения удерживаются за счет адгезии и высокотемпературного спекания. Вероятность адгезии и спекания на поверхности стакана включений, возникших в результате смещения равновесия «алюминий-кислород» в сторону образования Al2O3 , непостоянна. Степень омывания поверхности стакана струей вытекающего металла изменяется как в течение плавки, так и на разных плавках. Это связано с тем, что условия, особенно температурные, на поверхности контакта струи стали со стаканом изменяются в зависимости от состава стали в течение одной плавки и при разливке плавок сериями. Поэтому при прочих равных условиях отмечается различная степень износа и зарастания стаканов. Характерный вид и топография отложений, представлены на рисунке 6.




Рис. 6. Топография и характерный вид отложений в канале погружаемого стакана.


На рис. 7 приведена микроструктура (минерально-фазовый состав) отложений на стенке канала погружаемого корундографитового стакана после службы. Исследование отложений выполняли с использованием универсального микроскопа марки «Ампливал», позволяющего одновременно просматривать объект в проходящем и отраженном свете на специально изготовленных прозрачно полированных шлифах. Отложения на стенках стаканов представляют скопления пластинчатого корунда в окружении гекса - и диалюминатов кальция и шпинели (табл. 2). Петрографический анализ выполнен с использованием растрового электронного микроскопа.

Отложения имеют зональную структуру. Обычно наружная зона (ближе к оси канала) рыхлая пористая, светло-коричневого цвета, легко соскабливается. Внутренний слой плотный твердый, светло-серого или голубовато-зеленого цвета разных оттенков. Рыхлый внешний слой на некоторых образцах отсутствует, и в этом случае плотный слой серого цвета покрыт пленкой от темно-серого до черного цвета толщиной 0,5-2 мм. Результаты петрографического исследования представлены в таблице 2, рентгеноспектрального – на рисунке 9.




Рис. 7. Микроструктура (минерально-фазовый состав) отложений на стенке канала погружаемого стакана после службы.

РЭМ. Ув. ×105. Состав отложений, (вес.%): 1-железо металлическое (98,66%Fe, 0,88%Mn, 0,46%O); 2- частично окисленное железо (90,б%Fe, 1,46%Mn, 7,97%O); 3-корунд (70,7%Al, 29,30%O); 4-сложная марганцовистая шпинель (72,84%Al2O3, 16,82%MnO, 7,21%MgO, 2,45%FeO, 0,68%TiO2); 5- сложный марганцевый алюмосиликат (27,95%Al2O3, 27,62%SiO2, 27,70%MnO, 4,12%Na2O. Остальное в порядке убывания: TiO2, CaO, K2O, ZrO2, MgO. При этом железо и корунд превалируют, а сложный марганцевый алюмосиликат присутствует в небольшом количестве.


Существенное снижение зарастания каналов погружаемых стаканов может достигаться путем смещения равновесия протекающих в стакане реакций в сторону образования низкоплавких соединений. Среди алюмосиликатов кальция, которые‚ как установлено‚ составляют основу отложений, лишь соединения типа 12 СаО 7А12О3 (5СаО 3А12О3) имеют температуру плавления ниже температуры проходящего через стакан металла. Смещение состава отложений в область отношений СаО/А12О3 = 1,7-1,5 уменьшает осаждение нерастворимых алюминатов на стенках канала и предотвращает его зарастание, т.к. сформировавшиеся глобули в жидком состоянии легко всплывают и ассимилируются покровным шлаком в кристаллизаторе. Поэтому эффективным мероприятием для устранения зарастания стаканов является применение силикокальция в качестве раскислителя на отечественных МНЛЗ.


Таблица 2. Минерально-фазовый состав отложений на стенке канала погружаемого стакана после службы


1 - железо

металлическое

Elem Wt./At%

2 - железо

металлическое

Elem Wt/At %

3 - корунд

Elem Wt/At%

4 -шпинель

марганцовистая

Elem Wt/At%

5 - сложный

марганцевый

алюмосиликат

Elem Wt/At%

OK 0.46/1.59

MnK 0.88/0.88

FeK 98.66/97.53

Total 100.00

OK 7.97/23.21

MnK 1.46/1.24

FeK 90.57/75.55

Total 100.00

OK 29.30/ 41.14

AlK 70.70/ 58.86

Total 100.00

MgO 7.21/15.25

Al2O3 72.84/0.90

TiO2 0.68/0.73

MnO 16.82/0.22

FeO 2.45/2.90

Total 100.00

Na2O 4.12/4.87

MgO 1.00/1.82

Al2O3 27.95/20.11

SiO2 27.61/33.70

ZrO2 2.69/1.60

K2O 2.29/1.78

CaO 3.86/5.05

TiO2 3.77/3.46

MnO 26.70/27.61

Total 100.00

++++++

++

+++++

+++

++

+++++ - значительное количество, ++ - подчиненное количество





Рис. 8. Рентгенограммы отложений в канале погружаемого стакана.


Погружаемые стаканы корундографитового состава универсальны для использования при разливке любых марок стали. Длительность их службы ограничена не только затягиванием канала и сталевыпускных отверстий оксидом алюминия, алюминатом кальция, но и коррозией стенки погружаемого стакана в шлаковом поясе, термическим растрескиванием стенок стакана. Для изучения износа шлакового пояса погружаемого стакана были изготовлены стаканы из различных материалов. Изделия прессовали изостатическим методом и обжигали в восстановительной среде.




Таблица 3. Фазовый состав отложений на стенках погружаемых корундографитовых стаканов


Рыхлый слой отложений

Промежуточный слой

отложений

Плотный слой отложений

CaO.6Al2O3

Al2O3 (вторичный)

СaO.Al2O3

CaO.2Al2O3

CaO.6Al2O3

Al2O3 (вторичный)

2CaO.Al2O3

CaO.2Al2O3

Металл

FeO.Al2O3

МgO.Al2O3

Металл






На слябовых и блюмовых МНЛЗ исследованы условия службы и факторы, влияющие на износ шлакового пояса погружаемого стакана на уровне мениска металла (рис. 9, 10, табл. 4), покрытого шлакообразующей смесью (ШОС). Коррозия погружаемого стакана из графитсодержащего материала ускоряется с уменьшением вязкости и с увеличением содержания в ШОС оксидов щелочных металлов (Na, Li, К), а также фтора. По мере нагрева и расплавления ШОС непрерывно выделяются газообразные NaF, KF, AIF3, SiF4, CaF2, BF3. Таким образом, корродируемая зона погружаемого стакана является участком, подвергающимся комплексному воздействию разрушающих факторов, циклично меняющихся как качественно, так и количественно. Огнеупорный материал на основе ZrO2-С-SiC обладал большей износостойкостью, чем материал на основе Al2O3-С-SiC. Наибольшей стойкостью из опробованных огнеупорных материалов к воздействию ШОС характеризовался материал на основе Al2O3-С-SiC-BN.

При разработке огнеупоров для разливки стали в состав шихты следует вводить бескислородные соединения. Для получения газовой прослойки на поверхности канала металлопровода и борьбы с затягиванием можно использовать в составе огнеупора добавки нитридов, карбидов, боридов с высокой способностью к газообразованию при взаимодействии с кислородом, растворенным в стали. На ЭВМ для условий: Т= 1800 0К, р=0,1 МПа реализован расчет систем, в которых в качестве бескислородных соединений в огнеупорах присутствуют нитрид бора BN, нитрид алюминия A1N, карбид кремния SiC, карбид бора В4С, диборид циркония ZrB2, нитрид кремния Si3N4, оксинитрид кремния Si2ON2 и графит С.

Результаты расчетов дают возможность выбирать вид и необходимое количество добавки. Выполнено ранжирование огнеупоров по степени их устойчивости к разрушению жидкой сталью:


B4C > ZrB2 > C > BN > SiC > AlN > Si2ON2 > Si3N4







Рис. 9. Схема формирования зоны износа в шлаковом поясе погружаемого стакана при размещении кристаллизатора в нижней (а) и верхней точке амплитуды качания (б).




Рис. 10. Микроструктура внешнего слоя погружаемого стакана в районе шлакового пояса: (а) - аншлиф (б) - шлиф.


Проведена оценка газотворной способности различных огнеупорных соединений и систематизированы полученные результаты исследований в виде следующей последовательности:


C > SiC > BN > AIN > Si2ON2 > Si3N4 > B4C >ZrB2


Таблица 4. Рекомендованный минерально-фазовый состав погружаемого стакана в районе шлакового пояса.





В пятой главе ситематизированы технологические мероприятия и конструкционные решения, направленные на существенное повышение стойкости узов сталеразливочного тракта. На базе промышленных исследований показано, что процесс затягивания канала глиноземсодержащими включениями начинается в стакане-дозаторе и распространяется по всему разливочному тракту. Наиболее интенсивно подвергается затягиванию канал стакана – дозатора и нижняя часть погружаемого стакана ниже уровня металла в кристаллизаторе, включая сталевыпускные отверстия. Возникает необходимость замены погружаемых стаканов до их критического износа в шлаковом поясе, особенно при использовании корундографитовых изделий, необходимость прожигания с применением кислорода канала, образованного стаканом-дозатором, плитами и стаканом-коллектором с нарушением целостности огнеупоров и дополнительным массированным попаданием оксидных включений с жидким металлом в кристаллизатор и отливаемую заготовку. Кроме того, имеет место то обстоятельство, что отложения на стенках сталеразливочного тракта отделяясь от огнеупора попадают в кристаллизатор МНЛЗ и в дальнейшем становятся источником неметаллических включений в непрерывнолитой заготовке.

На Богдановичском ОАО «Огнеупоры» были изготовлены стаканы-дозаторы новой конструкции (рис. 11) с покрытием канала слоем толщиной 5 мм из газопроницаемого огнеупорного материала в системе ZrO2-CaO-C, успешно апробированным в качестве материала, замедляющего процесс затягивания. Наружная стенка стакана выполнена из газоплотного огнеупорного материала, а подвод инертного газа к газопроницаемой стенке осуществляется через резьбовой штуцер, соединенный с полостью в стенке стакана-дозатора. На технологию изготовления бикерамического стакана-дозатора с газопроницаемой стенкой получен патент РФ №2226451 В 22D 41/54, от. 10.04.2004 г. Схема сталеразливочного узла, конструкция стакана-дозатора и физико-химические свойства использованных огнеупоров представлены на рисунке 12.




Рис. 11. Стакан-дозатор с подводом аргона, разливочный узел и свойства использованных огнеупорных материалов.


Результаты разливки металла различного сортамента более чем на ста промежуточных ковшах приведены в таблице 5, а внешний вид проконтролированного после разливки 9 плавок состояния канала стакана-дозатора на рисунке 12.

Стаканам-дозаторам с подводом аргона присвоена марка КГ 75/82А по ТУ 1553-033-05802299-2003.





Таблица 5. Результаты применения стаканов-дозаторов с газопроницаемой стенкой при разливке стали на ОАО «ММК».


Наименование показателя

Рядовой сортамент

Низколегированные и легированные марки

Весь сортамент

Оборудовано опытных ковшей, шт.


92


39


131

Разлито плавок, шт.

534

226

760

Количество полученных поясов, шт:

- по опытному ручью:

- по контрольному ручью:



266

317



68

87



334

404

Разница между ручьями,

шт.

%


51

16,1


19

21,3


70

17,3

Расход погружаемых стаканов, шт:

- по опытному ручью:

- по контрольному ручью:


358

409


107

126


465

535

Разница между ручьями,

шт.

%


51

12,5


19

15,1


70

13,1


Технологию изготовления корундографитовых погружаемых стаканов осваивали в ОАО "Боровичский комбинат огнеупоров" и Богдановичском ОАО «Огнеупоры» , а также уточняли требования к их качеству. Параллельно в ОАО «ОЭМК» отрабатывали технологию использования корундографитовых изделий, включающую их разогрев до 1000-1100°С перед установкой в ковш. В результате лабораторных исследований, проведенных расчетов и промышленного опробования подобрали два состава материалов для изготовления противозатягиваемого слоя в системе ZrO2-CaO-C, обеспечивающие изготовление цельного изделия за одну операцию прессования, в котором одновременно заформовываются три состава (рис 13.). Новая технология предусматривает подготовку массы для формования с предварительным синтезом основных составляющих для шлакового пояса и слоя против затягивания: диоксида циркония, частично стабилизированного оксидом кальция, и цирконата кальция разного состава, формование изделий гидростатическим прессованием в полиуретановых матрицах (давление 90 МПа), последующий обжиг сырца изделий в восстановительной атмосфере, создаваемой засыпкой коксиком. Все обожженные изделия контролируют на рентгеновской установке на наличие скрытых дефектов. Затем наносят на изделия легкоплавкое покрытие, предотвращающее окисление графита в процессе разогрева стаканов и во время службы из той части стакана, что находится между промежуточным ковшом и мениском металла в кристаллизаторе.




Рис.12. Состояние канала стакана-дозатора с продувкой аргоном после разливки девяти плавок стали марки 2сп.


Партию погружаемых стаканов со слоем против затягивания испытали при разливке стали (20, 20-ПВ, ШХ15СГ и др.), раскисленной алюминием. Температура металла в промежуточном ковше составляла 1480-1495°С для подшипниковой и 1518-1548°С - для остальных сталей. Длительность непрерывной эксплуатации стаканов колебалась от 2,5 до 7 ч при сечении кристаллизатора 300х360 мм и скорости вытягивания заготовки 0,5-0,7 м/мин. Проконтролировав службу более 30 стаканов и получив стабильные результаты произвели оценку служебных свойств разработанных стаканов. Так, для погружаемых стаканов с диоксидом циркония в шлаковом поясе износ составил 5-7 мм за 4 ч разливки, для материала на основе корунда за тот же период - около 25 мм, причем такое положение не зависит от состава разливаемого металла. Удалось добиться стабильно эффективного замедления процесса затягивания: через 3-4 ч разливки. В ряде случаев не обнаружили продуктов затягивания в канале погружаемого стакана, а через 7 ч разливки остаточный диаметр канала составлял 60 мм, что позволяло продолжить эксплуатацию стакана без прожигания канала кислородом.





Рис. 13. Трехслойный корундографитовый погружаемый стакан.

  1   2

Разместите кнопку на своём сайте:
поделись


База данных защищена авторским правом ©dis.podelise.ru 2012
обратиться к администрации
АвтоРефераты
Главная страница