УДК 669.18:621.746.55.047
АССИМИЛИРУЮЩИE СМЕСИ ДЛЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОВША
ПРИ РАЗЛИВКЕ СТАЛЕЙ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
© Лебедев Илья Владимирович; Анисимов Константин Николаевич; Тиняков Владимир Викторович, канд. техн. наук; Топтыгин Андрей Михайлович, канд. техн. наук ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина». Россия, Москва. E-mail: info@corad.ru
Статья поступила 03.12.2012 г.
Рассмотрен вопрос ассимиляции неметаллических включений из металла шлаком в промежуточном ковше при разливке сталей, предназначенных для холодной прокатки. Авторами изучен процесс изменения состава шлака в промежуточном ковше, разработаны новые составы ассимилирующих смесей. Исходя из результатов лабораторного исследования физико-химических свойств разработанных смесей, авторами рекомендована для промышленных испытаний одна ассимилирующая смесь. Установлено, что скорость поглощения неметаллических включений Л12Оз данной смесью в несколько раз выше, чем у серийно применяемой смеси.
Ключевые слова: непрерывная разливка; промежуточный ковш; шлакообразующая смесь; ассимилирующая способность; неметаллические включения.
Специалистами Инженерного центра и Лаборатории непрерывной разливки ОАО «НЛМК» был установлен высокий уровень отсортировки холоднокатаного листа по дефекту «раскатанное загрязнение, плена», причем основная доля дефектов обнаружена на последних плавках в кампании промежуточного ковша (ПК). Это обстоятельство объясняется снижением ассимилирующей способности применяемой в ПК смеси в конце разливки серии плавок.
Авторами проведено исследование физико-химических свойств серийно применяемой ассимилирующей смеси и технологии ее подачи в ПК, изучен процесс изменения состава шлака в ПК по ходу разливки серии плавок. По результатам исследования разработаны химический и компонентный составы новой ассимилирующей смеси, позволяющей улучшить качество листового проката.
Выбирая шлако образующую смесь (ШОС) из множества возможных вариантов, необходимо учитывать особенности внепечной обработки стали, а именно состав образующихся неметаллических включений (НВ) и характеристики применяемых в ПК огнеупорных материалов (футеровка и стопоры).
На многих металлургических предприятиях в качестве ассимилирующей смеси используют либо высокоосновную смесь (СаО/БЮ2 = 8-12), либо среднеосновную (СаО/БЮ2 = 0,8-1,2), исходное содержание Л12Оз колеблется в широких
* Bessho N., Yamasaki H., Fujii T. et al. Removal of inclusions from molten
пределах (от 5 до 22%). Необходимо отметить, что высокоосновные ассимилирующие смеси используют благодаря их высокой теплопроводности с дополнительной подачей в ПК теплоизолирующей смеси.
На металлургическом заводе Mizushima Works (Kawasaki Steel Corp., Япония) при использовании среднеосновной ассимилирующей смеси по ходу разливки подряд двух 250-т плавок ультранизко-углеродистой стали отмечено увеличение содержания алюминия от 5 до 30 мас. %, уменьшение содержания кремния от 47 до 30 мас. % и уменьшение содержания CaO от 40 до 22 мас. %. Состав исходного шлака был следующим, мас. %: SiO2 47; Al2O3 3; CaO 40. Шлак из сталеразливочного ковша (СК) в ПК, по данным авторов, не попадал - его помечали добавкой BaO. При использовании высокоосновного покровного шлака состава, мас. %: SiO2 6; Al2O3 21; CaO 62 в тех же условиях разливки отмечено, что содержание кремния в шлаке не изменялось, а количество Al2O3 увеличилось лишь на 10 мас. %*.
Условия разливки в конвертерном цехе № 1 ОАО «НЛМК». В настоящее время при разливке стали низкоуглеродистых марок, в том числе легированных алюминием, в ККЦ ОАО «НЛМК» в ПК подаются две смеси: ассимилирующая (ниж-
«
ний слой) и теплоизолирующая (верхний слой). ^ Перед началом разливки серии производится расчет необходимого на всю серию количества £
с;
с;
<
el in continuous casting tundish // ISIJ Int. 1992. Vol. 32, No. 1. P. 157-163.
Таблица 1. Составы и свойства применяемых на НЛМК ассимилирующих смесей
Условный Химический состав, мас. % Гпл, С
номер смеси СаО 8102 АЬОз м§о Рв20з С ^2 СО2 Н20 (105 °С) СаО/ 8Ю2
1 56,6-60,6 До 4,0 29,6-33,6 2,9-3,9 До 1,5 До 0,5 — 2,0 До 0,5 12,0-15,0 1350-1450
2 29,0-35,0 32,3-38,3 14,0-18,0 4,5-6,5 До 2,0 До 0,5 - 4,8-6,8 До 0,5 0,8-1,0 1185-1285
3 37,0-42,0 37,0-42,0 8,0-11,0 До 4,0 - До 2,0 3,5-6,5 - До 1,0 0,8-1,2 Нет данных
Таблица 2. Результаты химического анализа, измерения температуры плавления и вязкости проб шлака № 2
Номер плавки в серии Химический состав, мас. % У °С Т деформ, С Тпл, С П, Па^с (при 1350 °С)
8102 Са0 А120з
По данным 32,3-38,3 29,0-35,0 14,0-18,0 Нет данных 1185-1285 Нет данных
производителя
2 36,75 28,51 22,34 1201 1228 0,86
10 33,80 29,25 30,56 29,10 28,22 1281 1287 >1300 Проба не расплавилась
ассимилирующей смеси, исходя из удельного расхода смеси 0,2-0,3 кг/т, так как по ходу серии ее добавка невозможна. После частичного проплав-ления ассимилирующей смеси подается основное количество теплоизолирующей, затем подача осуществляется локально по мере проплавления. Расход теплоизолирующей смеси - 0,2 кг/т.
В табл. 1 представлены составы и основные свойства ассимилирующих смесей для низкоуглеродистых сталей, применяемых в ОАО «НЛМК».
Необходимо отметить, что применение высокоосновной ассимилирующей смеси № 1 обеспечивало хорошее качество непрерывнолитой заготовки по содержанию НВ только на первых трех-четырех плавках в серии. Далее происходило насыщение смеси включениями А1203, повышались вязкость и температура плавления смеси, уменьшалось количество жидкой фазы, соответственно снижалась ее ассимилирующая способность и, как следствие, повышалась загрязненность металла НВ на последних плавках в серии.
Для оценки ассимилирующей способности серийно применяемой смеси № 2 были отобраны и проанализированы пробы шлака из ПК на 2-й, 4-й и 10-й плавках в серии (табл. 2).
Содержание А1203 в шлаке резко возрастает за первые две плавки: средняя скорость прироста 3,17% на плавку, за следующие две плавки средняя скорость прироста понижается до 1,06% на плавку, начиная с 5-й плавки в серии средняя скорость ^ прироста А1203 еще снижается до 0,63% на плав° ку. Можно сделать вывод, что смесь уже к 4-й-5-й щ плавке в серии насыщается А1203 (рис. 1).
На тройной диаграмме состояния (рис. 2) £ штриховой линией показано изменение соста-5 ва шлака в ПК с учетом только поглощения НВ г А1203. Сплошной линией показано реальное из-
менение состава шлака (по данным табл. 2) под воздействием:
- поглощения шлаком НВ А1203 из металла;
- растворения футеровки ПК и стопоров в шлаке;
- попадания высокоосновного шлака из СК.
Рис. 1. Изменение содержания А1203 в шлаке при использовании ассимилирующей смеси № 2 (серийно применяемой)
Рис. 2. Изменение состава шлака в промежуточном ковше
1300 1200 У 1100 -
с?
& 1000 ^
I 900 £ 800 _]/ 700 600
1350 1300 О 1250 :
с?
Й 1200 & 1150 £ 1100 -1050 1000
0
10 20 Добавка Л1203, %
30
0
10 20 Добавка Л1203, %
30
10 15 20
Добавка Л1203, %
25
30
Рис. 3. Сравнение физических характеристик разработанных (№ 5, 4) и серийно применяемой (СП) смесей: а - температура деформации; б - температура начала плавления;в - вязкость при 1350 °С
2 I
Я *
Ср
(и <
о
и
3 4 5
Номер плавки в серии
25 -20
2 X
£ 15 р
е <
о
и
10
5 -0
0
2 3 4 5 6 7
Номер плавки в серии
8 9
10
Рис. 4. Изменение химического состава шлака; марка ШОС - № 4; марка стали 08Ю; продолжительность серий - 8 (а) и 10 (б) плавок
Разработка и лабораторное исследование свойств ассимилирующих смесей. Опираясь на результаты проведенных исследований, авторами разработаны два состава ассимилирующих смесей (табл. 3). Составы подобраны таким образом, чтобы под воздействием шлака, попадающего из СК, ассимилированных НВ и растворения футеровки конечный состав шлака в ПК как можно дольше находился в низкотемпературной области.
Химический состав разработанных смесей отличается от импортных аналогов значительно более низким содержанием Л12О3, что должно положительно повлиять на ассимилирующую способность смесей.
Для оценки ассимилирую -щей способности разработанных ШОС авторы, моделируя процесс насыщения смеси включениями Л12О3 в процессе разливки серии плавок, изготовили пробы с различным количеством Л12О3 (от 5 до 30%), после чего измерили температуру плавления полученных проб, а также вязкость при температуре 1350 °С (рис. 3).
Авторами было принято решение рекомендовать к промышленным испытаниям смесь под условным номером 4, так как вязкость и температура плавления этой смеси в меньшей степени увеличиваются с ростом содержания Л12О3.
Промышленные испытания разработанной смеси. С использованием разработанной шлако-образующей смеси в КЦ-1 ОАО «НЛМК» на УНРС № 4 и № 6 было разлито 38 плавок (четыре серии: 9; 8; 10 и 11 плавок). От двух серий плавок были отобраны пробы шлака из ПК. Изменение состава шлака приведено на рис. 4.
В табл. 4 указаны рассчитанные средние скорости поглощения включений Л12О3 из распла-
а
5
0
1
Таблица 3. Химические составы разработанных смесей, мас. %
Условный номер SiO2 AI2O3 CaO R2O MgO С 1*2 H2O CaO/SiO2
4 43,0-48,0 <5 27,0-32,0 7,0-11,0 <4,0 <2,0 <1,0 0,55-0,75
5 33,0-36,0 7,0-9,0 36,0-39,0 6,0-8,0 <4,0 <2,0 1,0—3,0 <1,0 1,00-1,15
Таблица 4. Средние скорости поглощения включений Al2O3
Номер ШОС Вид ШОС Число плавок в серии Средняя скорость поглощения Al2O3, % на плавку
1-2 3-5 6-8 9-10 за всю серию
4 Опытная 8 6,30 0,72 4,75 - 3,61
4 Опытная 10 6,17 3,02 1,26 0,79 2,68
2 Сравнительная 10 3,17 1,06 0,63 1,22
ва различными смесями по ходу разливки серии плавок.
Анализ качества холодного проката показал, что разработанная ассимилирующая смесь (условный номер 4) обеспечивает лучшее качество металла по дефекту «раскатанное загрязнение, плена». Эта смесь может быть рекомендована для использования в ПК при разливке сталей, предназначенных для производства холодного проката, в том числе легированных алюминием.
Выводы. Проанализированы применяемые в настоящее время в КЦ-1 ОАО «НЛМК» ассимилирующие смеси и технология их подачи в промежуточн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.