Современные огнеупоры и эффективность их применения при производстве и разливке стали
  Доклад №14

Исследования условий нанесения гарнисажного покрытия на рабочую поверхность футеровки сталеразливочного ковша

Шарандин К.Н., Лизун А.Ю., Головатый В.А., Сидоров К.А.

В данной работе была исследована технология нанесения глазури на поверхность футеровки сталеразливочного ковша, для нивелирования эффекта вторичного окисления поверхности огнеупора. Были проведены опыты и разработана методика оценки влияния физических свойств конечного шлака и уровня его адгезии к рабочей поверхности огнеупоров сталеразливочного ковша.

Ключевые слова: сталеразливочный ковш, глазурь, футеровка, стойкость, флюс, магнезит.

В последние два десятилетия в сталеплавильном производстве на-блюдается устойчивый научно-технический прогресс. Его основными достижениями можно назвать совершенствование процессов выплавки стали, в том числе технологий непрерывного литья, а также расширение функциональных возможностей агрегатов для внепечной обработки стали.

В современных сталеплавильных цехах нагрузка на футеровку ста-леразливочных ковшей значительно возросла вследствие расширения функциональных возможностей методов доводки стали. Принципиально важным этапом стало применение агрегатов «ковш-печь», предполагаю-щих не просто обработку и продувку стали, но и ее подогрев.

В конструкционном плане сталеразливочный ковш состоит из стального сварного кожуха и двух или трех слоев огнеупорных изделий, выполняющих функцию теплоизоляции. Рабочая часть внутренней полости ковша в течение длительного периода времени контактирует с жидкой сталью и шлаком, являющимися химически агрессивными средами и разрушающими футеровку.

Процесс износа углеродсодержащих огнеупоров, как известно, проходит в несколько стадий: на первой стадии имеет место окисление углеродистой составляющей в процессе сушки-разогрева футеровки (скоксованный углеродистый компонент начинает окисляться уже при 350 oС, температура начала окисления графита не превышает 560 oС), процесс окисления углерода продолжается под воздействием [O]-2, растворенного в жидких шлаке и стали на границе контакта шлак – огнеупор и сталь – огнеупор (обычно говорят об окислителях FeO и MnO) [1], а также при контакте огнеупоров с воздухом. Следует отметить, что при пористости оксидоуглеродистого огнеупора в состоянии поставки 4-6%, его пористость после разогрева ковша до 1000 oС составляет 7-10%, а после окисления 10-12% углерода пористость изделия не ниже 30%[2]. Таким образом, жидкоподвижный шлак (таблица 1) проникает в обезуглероженный слой огнеупора, вступает во взаимодействие с оксидными компонентами в первую очередь на межзеренных границах, растворяя в себе оксидную тонкомолотую часть, образуя легкоплавкие многокомпонентные фазы в системе CaO-SiO2-MgO-Al2O3-FeO(Fe2O3)-MnO-Na2O [3].

Таблица 1 – Химический состав шлака

Компонент шлака CaO MgO Al2O3 SiO2
Содержание, % 44-57 7-13 22-40 2-15

Для повышения стойкости целесообразно замедлить процесс разрушения огнеупоров ковша за счет формирования гарнисажного покрытия (глазури) на рабочей поверхности футеровки, при снижении уровня металла.

Формирование гарнисажного слоя на поверхности футеровки сталеразливочного ковша происходит за счет затвердевания жидкого шлака, как в зоне шлакового пояса, так и ниже него по мере понижения уровня шлака на мениске металла во время разливки стали на МНЛЗ (рис. 1).

рабочая поверхность футеровки, сталеразливочный ковш, формирование гарнисажа

Рисунок 1 – Схематическое представление процесса формирования глазури на рабочей поверхности футеровки стальковша

Фактически имеет место формирование тонкого слоя глазури на рабочей поверхности футеровки, за счет повышения вязкости жидкого шлака с последующим его затвердеванием по мере остывания в контакте с переклазоуглеродистым огнеупором [4-5]. Этот процесс – результат постоянного отвода тепла через стенку сталеразливочного ковша.

Для нанесения слоя глазури в стальковше важно поддержание модифицированного шлака в жидком состоянии на мениске в течение всего периода разливки металла 70-80 мин., что в свою очередь повысит степень адгезии шлака к рабочему слою футеровки ковша.

В задачу настоящего исследования входила разработка комплексной методики оценки влияния физических свойств конечного шлака и содержания в нем MgO после модифицирования на эффективность адгезии к рабочей поверхности периклазоуглеродистого кирпича.

Предлагаемая методика по качественной оценке физико-химических свойств гарнисажного покрытия включает в себя несколько этапов. Первый этап включал в себя подготовку образцов огнеупоров (100x10x10 мм) имитирующих футеровку агрегата. Для достижения адекватного сходства поверхностей огнеупорного материала модельные образцы отжигались в печи с целью окисления поверхностного углерода и имитации первой стадии износа. Отжиг осуществляли методом термоциклирования (1000-1600 °С) в течение 1 ч (2-3 цикла) в окислительной атмосфере. Общий вид образцов представлен на рисунке 2.

магнезиальные материалы

Рисунок 2 – Общий вид образцов до (а) и после (б) отжига

На следующем этапе производилось непосредственное модифицирование ковшевого шлака рядом магнезиальных материалов имеющих различный химико-минералогический состав приведенный в таблице 2.

Таблица 2 – Химико-минералогический состав магнезиальных флюсов

состав магнезиальных флюсов

После чего извлекали образец со скоростью порядка 100 мм/мин (скорость равна средней скорости опускания уровня металла в ковше). Схематичное представление модельного этапа изображено на рисунке 3.

печь таммана

Рисунок 3 – Схематичное представление модельного этапа: 1 – шток; 2 – образец; 3 – шлак; 4 – тигель; 5 – корпус печи; 6 – графитовый нагреватель; 7 – зона нагрева; 8 – подставка; 9 – водное охлаждение

Поле охлаждения образца проводили визуальную оценку толщины и равномерности нанесенного слоя глазури, что и стало качественным показателем эффективности работы различных флюсов (рис. 4). Толщина нанесенного слоя глазури составила 0,8-1,3 мм. Для измерения площади покрытия использовали сканер и приложенный к нему пакет программного обеспечения, с помощь которого проводилась оценка площади покрытой поверхности.

шлаковый гарнисаж, огнеупоры

Рисунок 4 – Общий вид нанесенной глазури (а) и увеличенный в 25 раз (б) при использовании 3-х разновидностей флюсов модификаторов

Результаты лабораторных исследований эффективности работы магнезиальных флюсов ковшевого шлака, и последующее взаимодействие с различными образцами переклазоуглеродистого кирпича (MgO > 97,5; CaO < 2,0; SiO2 < 0,5; Fe2O3 < 0,5; Al2O3 < 0,2; СаО/SiO2 > 2;), представленного несколькими фирмами производителями и отличающимися используемыми связками и антиоксидантами используемыми при производстве представлено в таблице 4.

Наилучшие результаты достигнуты для образцов №1–S и №2-S (переклазоалюмоуглеродистые) на них глазурь наносится наиболее равномерным и плотным слоем чем на №1 и №2 (переклазоуглеродистые), что свидетельствует о более высокой степени адгезии модифицированного шлака к алюмосодержащим огнеупорам.

Полученные результаты исследования дают возможность повысить стойкость футеровки сталеразливочного ковша на 8-10%, за счет уменьшения явления вторичного окисления огнеупора, при контакте его с окислительной атмосферой (кислородом воздуха), по реакции {О2} + [C] ={CO2}. Применение данной технологии целесообразно при производстве рядовых марок стали с не регламентированным содержанием не металлических включений в готовой продукции.

Таблица 4 – Визуальная оценка поверхности образца в зависимость от используемого флюса и марки огнеупорного образца

поверхность огнеупор

* – №1 и №2 марки переклазоуглеродистых кирпичей , №1-S и №2-S марки пе-реклазоалюмоуглеродистых кирпичей, М1 – БДМ, М2 –ФОМ, М3 –Р71 разновидности флюсов модификаторов.

Между тем на предприятиях производящих ответственные марки стали, в которых жестко регламентируют размер и количество неметаллических включений в готовой продукции необходимо принимать меры для предотвращения эффекта нанесения глазури на рабочий слой футеровки так как она является источником неметаллических включений.

Разработана комплексная методика оценки влияния физических свойств ковшевого шлака после его модифицирования на эффективность адгезии к рабочей поверхности периклазоуглеродистого и переклазоалюмоуглеродистого кирпичей.

Испытаны 3 марки флюса-модификатора магнезиального состава и исследовано их взаимодействие с наиболее распространёнными видами ковшевых огнеупоров.

Установлено, что оптимальный состав шлака для эффективного на-несения глазури можно достичь при содержании MgO 15-17,% и Al2O3 20-22%, а также поддержании шлака в жидком состоянии на протяжении всего времени разливки. Полученные результаты исследований демонстрируют актуальность совершенствования технологии защиты футеровки сталеразливочных ковшей от вторичного окисления посредством нанесения слоя глазури на рабочую поверхность огнеупора.

Библиографический список

  • 1. Сунаяма X. Скорость коррозии периклазоуглеродистых изделий шлаком, содержащим FeO / X. Сунаяма, М. Кавабара, Т. Кономото // Новости чёрной металлургии за рубежом. – 1998. – № 3. – С. 120-121.
  • 2. Beskow K., and Du Sichen. Impact of slag refractory lining reactions on the formation of inclusions in steel. // Ironmaking Steelmaking. – 2004. – P. 321-325.
  • 3. Gran J., Thunman M. and Du Sichen, Effects of slag composition and cooling rate on formation of glaze on MgO refractory. // Ironmaking and Steelmaking 2010. – № 1. – P. 27-34.
  • 4. Jonssond L., Du Sichen and Jonsson P., A new approachto model sulphur refining in a gas-stirred ladle a coupled cfd and thermod ynamic model. // ISIJ International, Vol. 38 (1 998), – №3. – Р. 260-267.
  • 5. Du Sichen, Nzotta M., Song M. The effect of slag-refractory reaction on steel cleanness. // 5th International Congress on the Science and Technology of Steelmaking 2012, Dresden, Oct. 1-3. – P. 1-9.
  • 6. Dahl F., Brandberg J. and Du Sichen. Characterization of Melting of Some Slags in the Al2O3–CaO–MgO–SiO2 Quaternary System. // ISIJ Interna-tional, Vol. 46 (2006). – № 4. – P. 614-616.
  Доклад №14
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ