УДК 669.18.046.518:621.746.393Г
ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ
РАЗЛИВКИ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ
Дементьев В.П., Негода А.В., Козырев Н.А., Шуклин А.В., Шабанов П.А.
ОАО “Кузнецкий металлургический комбинат”
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.