Исследование состава покровного шлака в промежуточном ковше МНЛЗ

Бабанин А.Я.
ДонНТУ

В настоящее время, наряду с основной задачей, выполняемой покровным шлаком в промежуточном ковше МНЛЗ (защита зеркала металла от вторичного окисления и обеспечение температурного режима разливаемой стали) его функции значительно расширяются и включают рафинирование металла от вредных примесей, газов и неметаллических включении[1]. Поэтому химический состав и структурное состояние покровного шлака в промежуточном ковше МНЛЗ является важным технологическим параметром для рафинирования металла от вредных примесей, а, следовательно, для обеспечения требуемых механических свойств металлопрдукции[2].

Однако, протекающие в процессе серийной разливки стали окислительно-восстановительные процессы в металле, шлаке и при взаимодействии с футеровкой, а также попадание ковшевого шлака из сталеразливочного ковша существенно изменяют химический состав и структурное состояние покровного шлака и, следовательно, оказывают как положительное так и отрицательное влияние на его рафинировочные свойства [3,4]. Поэтому исследования процессов изменения химического состава и структурного состояния покровного шлака в промежуточном ковше МНЛЗ является актуальной задачей.

Исследования проводили в 43-тонном промежуточном ковше двухручьевой слябовой МНЛЗ, футерованном шамотным кирпичом марки ШКУ-32 следующего химического состава, % : Аl₂О₃ – не менее 32, SiО₂ – ост.

Покровный шлак в промежуточном ковше наводили присадками теплоизолирующей шлаковой смеси, изготавливаленной на основе материала «легон», который представляет собой серый порошок пылеуловителей производства ферросилиция насыпной плотностью 400 кг/м3 следующего химического состава, %: SiО2 – до 95; СаО + MgО – не более 5.

Теплоизолирующая смесь не основе «легон» с температурой плавления порядка 1270-1300 ^oС состояла из мелкодисперсного графитового порошка (20-25%), «легона» (20-25%), огнеупорного наполнителя (25-40%) и органического наполнителя (20-25%). Имеет следующий химический состав, % масс.: С – 22,0 35,0; SiO2 - 25 50,0; (СаО + МgO) – 15 40,0; Al2O3 – 1,0 3,0 (Na2O + K2O) - 0,5 7,0; влага – не более 2,0; насыпная плотность - не более 500 кг/м3.

Углерод регулирует скорость плавления теплоизолирующей смеси и, соответственно, образование жидкой шлаковой прослойки на границе раздела фаз шлак-металл. При выбранном составе теплоизолирующей смеси в промежуточном ковше обеспечивается жидкоподвижный покровный шлак в течение разливки всей серии плавок, что позволяет производить устойчивый ввод порошковой проволоки без затруднений, вызванных образованием шлаковых коржей. Органический наполнитель обеспечивает разрыхление смеси и равномерное ее распределение по поверхности металла. Теплоизолирующую смесь в промежуточный ковш вводили периодическими порциями, а ее количество определяли исходя из необходимости обеспечения слоя жидкого покровного шлака толщиной порядка 30 мм.

По ходу разливки, в промежуточном ковше, в результате расплавления теплоизолирующей смеси, попадания ковшевого шлака из сталеразливочного ковша, размыва футеровки, протекания рафинировочных процессов при обработке стали порошковой проволокой с силикокальцием и всплывания неметаллических включений изменяется химический состав и увеличивается количество покровного шлака, о чем свидетельствует увеличение толщина его слоя к 6-й плавке в серии до 120-150мм.

Результаты исследования химического состава покровного шлака в промежуточном ковше при разливке серии плавок без и с обработкой стали марки SТМ 490 порошковой проволокой с силикокальцием представлены соответственно в таблицах 1 и 2.

От плавке к плавке, при разливке стали без обработки порошковой проволокой, происходит изменение химического состава покровного шлака, в частности, снижение основных компонентов теплоизолирующей смеси SiO2, СаО и MgO соответственно с 38,8 % до 32,1 %; с 13,5м% до 10,8 и с 7,2 % до 3,7 %. Содержание FeO и MnO - находится примерно на одном уровне, соответственно 8,2 - 6,9 % и 12,6 - 17,5 %. Содержание Al2O3 - увеличивается более чем в 2 раза, соответственно с 12,1 % до 28,6 %, что можно объяснить ассимиляцией шлаком окислов алюминия, после корректировки содержания его в стали присадкой в промежуточный ковш.

На плавках с обработкой стали порошковой проволокой с силикокальцием наблюдается снижение в покровном шлаке содержания SiO2, MпO и FeO соответственно с 41,2 % до 17,5 %, с 9,5 % до 2,6 % и с 11,3 % до 1,1 %, повышение содержания СаО и Al2O3 соответственно с 18,3 % до 29,9 % и с 13,7 % до 45,0 %, при этом содержание MgO находится примерно на одном уровне 2-5 %. Изменение химического состава покровного шлака, в частности снижение содержания SiO2, MnO и FeO можно объяснить восстановительным действием на данные окислы всплывшего в шлак кальция, протекающим с образованием СаО и переходе его в шлак.

Таблица 1. Химический состав покровного шлака в промежуточном ковше при разливке серии плавок без ввода порошковой проволоки

Таблица 2. Химический состав покровного шлака в промежуточном ковше при разливке серии плавок с вводом порошковой проволокой с силикокальцием

Более значительное повышение содержания в покровном шлаке Al2O3 в сравнении с обычными плавками объясняется положительным рафинировочным действием кальция на ассимиляцию окислов алюминия при корректировке содержания алюминия в промежуточном ковше и образующихся алюминатных неметаллические включения в разливаемой стали.

Графические зависимости изменения основных компонентов покровного шлака, его основности и содержания в нем FeO по ходу разливки серии плавок с обработкой стали порошковой проволокой представлены соответственно на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Изменение содержания основных компонентов покровного шлака при разливке серии плавок с обработкой стали порошковой проволокой с силикокальцием (стрелками указано изменение содержания компонента шлака в процессе разливки одной плавки)

Основность покровного шлака без обработки стали и содержание в нем FeO в течение всей серии разливаемых плавок находятся примерно на одном уровне и составляют 0,4-0,2 и 8,4-6,3 %, соответственно. В процессе разливки серии плавок с обработкой стали порошковой проволокой с силикокальцием, в результате изменения химического состава покровного шлака от плавки к плавке, его основность, в результате увеличения содержания СаО и снижения SiO2 увеличивается с 0,7-0,8 до величины 1,7-1,8 единиц, а среднее содержание FeO снижается до 1,8-2,0 %.

В основе структурного состояния покровного шлака лежит трехкомпонентная система CаO-SiO2-Al2O3, на долю которой без ввода и при вводе порошковой проволоки приходится 62-72% и 80-85% общей его массы соответственно. Результаты пересчета химического состава покровного шлака на трехкомпонентную систему представлены в таблицах 3 и 4.

Рис. 2. Изменение основности и содержания FeO в покровном шлаке при разливке серии плавок с обработкой стали порошковой проволокой с силикокальцием

Таблица 3. Содержание основных компонентов покровного шлака без ввода порошковой проволоки в системе CаO-SiO2-Al2O3

В результате анализа изменения химического состава и структурного состояния покровного шлака от плавки к плавке разливаемой серии установлено, что на плавках без обработки стали порошковой проволокой наблюдается переход структурного состояния покровного шлака из анортита (СаО • Al2O3 • 2SiO2) на плавках № 1и 2 до муллита (3Al2O3 • 2SiO2• СаО •) на плавках № 3,4 и до корунда (3Al2O3 • 2SiO2• СаО ) с небольшим содержанием СаО. На плавках с обработкой стали порошковой проволокой с силикокальцием набдюдается переход структурного состояния покровного шлака из анортита (СаО • Al2O3 • 2SiO2) на плавках №1-3 до геленита (2СаО • Al2O3 • SiO2) на плавке №4 д и до корунда (3Al2O3 • 2SiO2• СаО ) на плавке №5 с небольшим содержанием СаО.

Установлено, что на плавках без ввода порошковой проволоки с силикокальцием не наблюдается снижение содержания серы в стали в промежуточном ковше. Результаты по снижению содержания серы в стали при вводе порошковой проволоки, представленые в табл. 5 . свидетельствуют, что наибольшее снижение содержания серы наблюдается на шлаке структурного состояния анортит и геленит при скорости ввода порошковой проволоки соответственно 0,3 и 0,35 м/с.

Таблица 4. Содержание основных компонентов покровного шлака с вводом порошковой с силикокальцием в системе CаO-SiO2-Al2O3

Таким образом, в результате выполненных исследований покровного шлака в промежуточном ковше МНЛЗ конвертерного цеха ОАО «МК «Азовсталь» определены закономерности изменения от плавки к плавке разливаемой серии основных компонентов покровного шлака в трехкомпонентной системе СаО • Al2O3 • SiO2 , закономерности изменения его основности и окисленности, структурного состояния, которое соответствует изменениям: на обычных плавках - анортит-муллит - корунд, а на плавках с вводом порошковой проволоки с силикокальцием – анортит – геленит - корунд.

Установлено, что силикокальций оказывает положительное действие на облагораживание покровного шлака. Это заключается в частичном восстановлении окислов SiO2, MnO и FeO, увеличении в покровном шлаке содержания СаО, что способствует повышению основности шлака и снижению его окисленности (содержанию FeO) и, тем самым, улучшению его рафинировочной способности по удалению серы.

Таблица 5. Результаты по десульфурации стали в промежуточном ковше при вводе порошковой с силикокальцием

Наилучшие результаты по снижению содержания серы наблюдаются на шлаке структурного состояния анортит и геленит при скорости ввода порошковой проволоки соответственно 0,3 и 0,35 м/с.

Библиографический список:

1. Норман Ф. Флюсы для литья тонких слябов с высокой скоростью. Черные металлы.-Апрель.-1998.- С.39-41.

2.Казачков Е.А., Остроушко А.В.,Живило С.В. Экспериментальное определение и прогнозирование свойств шлакообразующих смесей для непрерывной разливки стали. Вісник Приазовського Державного технічного університету. –вып.13.-2003.С.-37-42.

3. Практический опыт применения шлакообразующих смесей различного химического и гранулометрического состава при непрерывной отливке слябов крупного сечения / Л.С. Лепихов, Н,И. Губин, О.Б. Исаев и др. //Труды 5-го Конгресса сталеплавильщиков.-М.:Черметинформация, 2000.-С.429-432.

4. Хиазе Р., Шарф Г. Современные шлакообразующие смеси для непрерывной разливки. Труды 5-го Конгресса сталеплавильщиков.-М.:Черметинформация, 2000.-С.426-429.

© Бабанин А.Я., 2010