Розробка раціональних складів шлакоутворюючих сумішей на основі вторинних відходів для безперервного розливання слябів з підвищеною швидкістю

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Приазовський державний технічний університет

УДК 669.046.581

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.16.02 - Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів

Розробка раціональних складів шлакоутворюючих сумішей на основі вторинних відходів для безперервного розливання слябів з підвищеною швидкістю

Єпішев Максим Валерійович

Маріуполь - 2009

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Приазовському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Макуров Сергій Леонідович Приазовський державний технічний університет, професор кафедри "Теорія металургійних процесів"

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Дюдкин Дмитро Олександрович Донецький національний технічний університет, професор кафедри "Металургія стали" кандидат технічних наук Ісаєв Олег Борисович ВАТ "МК Азовсталь", м. Маріуполь, начальник сталеплавильної лабораторії.

Захист відбудеться “_30_” __жовтня__ 2009 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д12.052.01 при Приазовському державному технічному університеті за адресою: 87500, м. Маріуполь, вул. Університетська, 7, 5-й учбовий корпус, аудиторія А-2.

Із дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Приазовського державного технічного університету за адресою: 87500, м. Маріуполь, вул. Університетська, 7, 1-й учбовий корпус.

Автореферат розісланий “_26_” __вересня__ 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д12.052.01 доктор технічних наук, професор Маслов В.О.

Загальна характеристика роботи

Актуальність проблеми. Безперервне розливання сталі є найбільш ефективною ресурсо- і енергозбережною технологією завершуючого етапу сталеплавильного виробництва. Нині близько 35 % всієї сталі, що виробляють в Україні, розливається безперервним способом і щороку цей показник збільшується внаслідок будівництва нових і реконструкції старих МБЛЗ. Також особлива увага приділяється збільшенню продуктивності МБЛЗ за рахунок підвищення швидкості розливання. З підвищенням швидкості розливання виникають більш критичні умови формування зливка в кристалізаторі МБЛЗ: підвищується сила тертя між зливком і кристалізатором, збільшується тепловідведення, а тому прискорюється процес зростання кірки зливка, що призводить до підвищення ймовірності зародження і появи тріщин. Одним з факторів, що визначають умови формування зливка в кристалізаторі, є робота шлакоутворюючої суміші (ШУС) на меніску сталі та в зазорі між зливком і кристалізатором, головним чином як змащування і регулятор тепловідведення. Здатність суміші виконувати свої функції за даних умов розливання визначаються її раціональним складом і необхідним рівнем технологічних властивостей: в'язкість, температури твердіння, кількості кристалічної фази в затверділому шлаку та ін.

Вітчизняні підприємства віддають перевагу ШУС зарубіжних фірм-виробників внаслідок їх високої якості, стабільності технологічних властивостей і експлуатаційних показників.

Для створення конкурентноспроможній продукції вітчизняним виробникам ШУС необхідно володіти інформацією про те, чи відповідає рівень властивостей пропонованої продукції (ШУС) даним умовам розливання. Без такої інформації виробник ШУС діє "в сліпу" і методом "проб і помилок" може отримати лише дуже посередній результат.

В зв'язку з цим актуальне дослідження технологічних властивостей шлакоутворюючих сумішей, використовуваних для високопродуктивних слябовых МБЛЗ, вплив цих властивостей на якість поверхневих і підповерхневих зон безперервнолитої заготівки і стабільність процесу розливання сталі, а також розробка складів ШУС з урахуванням проведених досліджень на базі вітчизняної вторинної сировини.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами: Питання і проблеми, розглянуті в дисертаційній роботі, відповідають Державній програмі розвитку гірничо-металургійного комплексу України до 2010 року і Державній програмі енергозбереження. Виконання дисертаційної роботи пов'язане з планами науково-дослідницьких робіт Державного вищого навчального закладу "Приазовський державний технічний університет" (ПДТУ) і відповідає напряму наукових досліджень, що проводяться на кафедрі теорії металургійних процесів ПДТУ, по підвищенню якості безперервнолитих заготовок.

Мета роботи і задачі дослідження: Експериментальне і теоретичне дослідження технологічних властивостей шлакоутворюючих сумішей, а також умов їх роботи при безперервному розливанні слябів з підвищеною швидкістю (1,4 м/хв) з метою розробки нових компонентних складів сумішей на основі вітчизняних вторинних відходів.

Відповідно до мети роботи визначені наступні задачі:

- удосконалити методики дослідження властивостей ШУС (інтервалу плавлення, в'язкості, поверхневого натягу, здібності до виділення кристалічної фази), що визначають їх роботу в кристалізаторі МБЛЗ;

- дослідити фізико-хімічні властивості шлакоутворюючих сумішей, використовуваних для розливання слябів з підвищеною швидкістю з різних марок сталі і встановити залежності між цими властивостями і параметрами безперервного розливання, якістю поверхні отримуваних заготівок і стабільністю процесу розливання;

- визначити умови стабільного надходження рідкого шлаку в зазор між зливком і кристалізатором і формування в цьому зазорі твердої і рідкої плівки шлаку;

- дослідити роль ШУС в підвисанні зливка в кристалізаторі МБЛЗ, а також утворенні прориву металу;

- розробити склади ШУС для безперервного розливання слябів з підвищеною швидкістю на базі вторинних відходів з використанням виробничої бази вітчизняних виробників.

Об'єкт досліджень: процес формування кірки зливка в кристалізаторі при безперервному розливанні слябів з підвищеною швидкістю.

Предмет досліджень: вплив складу і фізико-хімічних властивостей шлакоутворюючих сумішей на якість поверхні слябової заготівки і стабільність процесу безперервного розливання сталі з підвищеною швидкістю.

Методи дослідження. Для вирішення поставлених задач використані розрахункові і експериментальні методи дослідження фізико-хімічних і теплофізичних властивостей шлакоутворюючих сумішей і шлаків, що утворюються з них. Для дослідження в'язкості розплавлених шлаків і температури їх твердіння використовували сконструйований автором електроротаційний віскозиметр з автоматичною реєстрацією результатів вимірювань на ПК. Поверхневий натяг рідких ШУС досліджували методом лежачої краплі. Фазовий і мінералогічний склад шлакових плівок досліджений оптико-мікроскопічним методом під оптичним мікроскопом «Амплівал» і методом рентгеноструктурного аналізу на дифрактометрі ДРОН-3. Кількість кристалічної фази в затверділих шлаках визначали по запропонованому автором спрощеному методу. Металографічні дослідження якості поверхні безперервнолитої заготівки проведені за існуючими стандартними методиками ЦНДІЧМ. При розробці складів ШУС використовували метод дробового факторного експерименту. Для обробки отриманих результатів і результатів промислових випробувань використовували методи математичної статистики.

Наукова новизна:

1. Вдосконалена методика вимірювання в'язкості шлаку шляхом створення електроротаційного віскозиметра на основі мікроконтролера ATMEGA8, що дозволило через стандартний інтерфейс RS-232 передавати реєстровані сигнали безпосередньо до комп'ютера і обробляти їх за допомогою програмного забезпечення. Вперше для підвищення точності вимірювання температури використані принципи подвійної інтеграції сигналу термопари і компенсації напруги зміщення операційного підсилювача.

2. Розроблений новий спрощений спосіб визначення кількості кристалічної фази, що виділилася, в затверділій ШУС, що дозволяє відразу після експерименту по вимірюванню в'язкості рідкої ШУС отримувати інформацію про її здатність кристалізуватися при твердінні. Така інформація необхідна для здійснення регулювання теплового потоку від зливка до кристалізатора шляхом зміни складу ШУС.

3. Вперше встановлений функціональний взаємозв'язок між температурою початку твердіння і вмістом кристалічної фази в затверділих шлаках , яка дозволила спростити розробку складів ШУС в процесі планування експерименту.

4. Отримали подальший розвиток уявлення про вплив технологічних властивостей ШУС на якість поверхні безперервнолітої заготовки, що полягають у встановленні конкретних діапазонів зміни в'язкості, температури твердіння і кількості кристалічної фази для безперервного розливання слябів з підвищеною швидкістю (1,4 м/мін) із перитектичних і низковуглецевих марок сталей, що дозволило зберегти якість поверхні на регламентуємому рівні при переході на розливання під новими сумішами.

Практична цінність. Проведені дослідження дозволили розробити компонентні склади ШУС на основі вітчизняної мінеральної сировини, які не поступаються за своїмі технологічними властивостями зарубіжним аналогам, що дозволило налагодити виробництво ШУС в умовах ТОВ «НВКП Солотвін» для розливання низковуглецевої та перитектичної марок сталі із підвищеною швидкістю на слябовых МБЛЗ. Розроблені ШУС пройшли успішні випробування в умовах киснево-конвертерного цеху ВАТ «Алчевський МК». Це дозволило знизити собівартость безперервнолитої заготівки за рахунок заміни дорогих шлакоутворюючих сумішей імпортного виробництва відносно дешевими сумішами вітчизняного виробництва.

Очікуваний економічний ефект від промислового використання шлакоутворюючих сумішей, рекомендованих до застосування, з боку ВАТ «Алчевський МК» складе ~ 2 грн/т сталі.

Особисти внесок дисертанта. Основні результати теоретичних і експериментальних досліджень отримані автором самостійно. У роботах, які опубліковані в співавторстві, авторові дисертації належить керівництво роботою із створення електроротаційного віскозиметра на основі мікроконтролера ATMEGA8 і підключенню його до ПК, проведення експериментальних досліджень з визначення інтервалу плавлення, в'язкості, температури твердіння, ступені кристалізації і поверхневого натягу ШУС, обробка і узагальнення результатів лабораторного і промислового експерименту.

Апробація роботи. Матеріали дисертаційної роботи були предсталені у вигляді доповіді та обговорені на 10 міжнародних і регіональних науково-технічних конференціях, а також двох міжвідомчих науково-технічних нарадах з проблем позапічної обробки і безперервного розливання сталі: Міжнародна науково-технічна конференція "Сучасні проблеми теорії і практики виробництва якісної сталі" (Маріуполь, 2004 р.); VII Міжнародна науково-технічна конференція "Тепло- і массообмінні процеси в металургійних системах" (Маріуполь, 2006 р.); Міжнародна науково-технічна конференція "Прогресивні технології в металургії сталі: XXI століття" (Донецьк, 2006 р.); міжвідомчі науково-технічні наради по проблемах позапічної обробки і безперервного розливання сталі (Донецьк, 2005 р., Краматорськ, 2006 р.); XI-XV Регіональні науково-технічні конференції (Маріуполь, 2004 - 2009 рр.); Міжнародна конференція "Сучасний технологічний комплекс сталеплавильного виробництва і пріоритетні напрями розвитку процесів позапічної обробки і безперервного розливання сталі в Україні" (Донецьк, 2008 р.); X Міжнародний конгрес сталеплавильщиків (Магнітогорськ, 2008 р.).

Матеріали доповідей опубліковані у вигляді 7 статей і 8 тез доповідей.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 13 наукових робіт, зокрема 8 статей в центральних журналах і збірниках з переліку, затвердженого ВАК України.

Структура і об'єм дисертації. Дисертація складається з вступу, 4 розділів, загальних висновків, списку літературних джерел із 108 найменувань і додатків, містить 145 сторінок машинописного тексту, 47 малюнків, 23 таблиці. шлакоутворюючий суміш сляб відходи

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтованана актуальність роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, позначені об'єкт і предмет дослідження, перераховані використані теоретичні і експериментальні методи дослідження, показана наукова новизна роботи і практична цінність отриманих результатів. Також розкривається особистий внесок автора в роботу і приведені дані по апробації і публікаціям результатів досліджень.

У першому розділі «Аналіз процесу формування поверхневої зони безперервнолитого зливка і ролі шлакоутворюючих сумішей в цьому процесі» на підставі огляду літературних джерел вивчено стан питання і поставлені задачі дослідження. Проаналізовані фактори, що впливають на процес формування кірки безперервнолитого зливка у верхній частині кристалізатора МБЛЗ. Відзначена провідна роль в цьому процесі шлакоутворюючої суміші. Показано, що шлакоутворююча суміш, будучи рідким змащуванням між зливком і кристалізатором МБЛЗ, а також, виконуючи роль регулювальника теплопередачі від зливка до кристалізатора, грає суттєву роль в процесі формування поверхневої зони безперервнолитого зливка. Виконання шлакоутворюючою сумішшю своїх технологічних функцій за даних умов розливання здійсненно лише у тому випадку , якщо ця суміш і гарнисаж, що утворюється з неї в зазорі між зливком і кристалізатором, володіють необхідними для даних умов розливання величинами основних фізико-хімічних і теплофізичних властивостей. Причому, звернена увага на те, що такі властивості як в'язкість і поверхневий натяг шлаку змінюються при розплавленні шлакоутворюючої суміші і транспортуванні шлаку, що утворився, в зазор між зливком і кристалізатором, оскільки при цьому відбувається зміна хімічного складу шлаку внаслідок його взаємодії з рідкою сталлю.

Проведений аналіз показав, що для збереження високої якості поверхні безперервнолитої заготівки при переході на нову ШУС необхідно, щоб використовувані ШУС володіли відповідними для даних умов розливання (швидкість розливання, марка сталі, перетин кристалізатора та ін.) властивостями, а саме: інтервал плавлення, в'язкість, температура початку твердіння, поверхневий натяг і кількість кристалічної фази в затверділому шлаку. Отримати достовірну інформацію про рівень цих властивостей ШУС можливо лише за допомогою комплексу сучасного експериментального обладнання. Така інформація дозволить розробити якісну ШУС на основі вітчизняної мінеральної сировини. На підставі проведеного аналізу зроблен висновок про доцільність подальших досліджень в цьому напрямі і поставлені конкретні задачі.

У другому розділі «Розробка і удосконалення експериментальних методів дослідження технологічних властивостей шлакоутворюючих сумішей для безперервного розливання сталі» вдосконалені існуючі методи дослідження технологічних властивостей шлакоутворюючих сумішей для безперервного розливання сталі.

Для дослідження в'язкості розплавлених шлаків був виготовлений електроротаційний віскозиметр на основі мікроконтролера ATMEGA8, що дозволило через стандартний інтерфейс RS-232 передавати реєстровані сигнали безпосередньо в комп'ютер і обробляти їх за допомогою програмного забезпечення. Розроблена установка володіє доброю відтворюваністю результатів вимірювань, достатньою точністю (3…5 %), широким діапазоном вимірювання в'язкості рідких шлаків (0,05...10 Па·с) і можливістю автоматичного запису результатів вимірювань. Реалізація принципів подвійного інтегрування сигналу термопари і компенсації напруги зміщення операційного підсилювача, а також удосконалення конфігурації тигля та шпінделя і використання молібдену для їх виготовлення дозволило значно підвищити точність вимірювання в'язкості і температури. Схема і блок-схема експериментальної установки зображені на 1.

Результати експериментів з вимірювання в'язкості ШУС є джерелом для отримання інформації про температуру початку виділення кристалічної фази в плівці шлаку. Температуру початку твердіння визначали по точці зламу на кривий "логарифм в'язкості - зворотна температура" (див. 2). Дослід показує, що не всі шлакоутворюючі суміші мають злам на вказаній кривій ( 2, б). Причина цього полягає в тому, що в цих сумішах при твердінні не виділяється кристалічна фаза, тобто такі суміші утворюють при твердінні склоподібну фазу. Цей факт використовували при проектуванні складів ШУС для різних умов розливання з метою регулювання величини теплового потоку від зливка до кристалізатора.

В результаті численних експериментів було встановлено, що в'язкість і температура твердіння залежать не тільки від хімічного складу шлакоутворюючої суміші, але і від швидкості охолодження розплаву шлаку, а значить, визначаються ще і кінетичними факторами ( 3-5).

Поверхневий натяг ШУС досліджували методом лежачої краплі в атмосфері аргону. Для цього заздалегідь сплавлені при температурі 1400 °С зразки суміші поміщали в молібденовий тигель, що має спеціальну циліндрічну конструкцію (діаметр тигля 15 мм, висота 6 мм) для надання краплі шлаку форми тіла обертання (це важливо для підвищення точності методу). Досягши необхідної температури, краплі фотографували. Отримані на фотографіях форми крапель шлаку обміряли за способом Дорсея.

Інтервал плавлення шлакоутворюючих сумішей визначали за стандартною методикою на високотемпературному мікроскопі МНО-2 (фірма-виготовлювач Карл Цейс Йена).

Для визначення кількості кристалічної фази в затверділому шлаці був розроблений наступний метод. Після вимірювання в'язкості рідкої ШУС її нагрівали до температури 1400 °С, витримували протягом 15 хв, а потім виливали в мідну чарунку для різкого охолодження і накривали нагрітою до 1000 °С пластинкою з нержавіючої сталі. Такі умови твердіння і охолодження шлаку аналогічні умовам охолодження шлаку в зазорі між зливком і кристалізатором.

В отриманих зразках шлаку вимірювали максимальну і мінімальну товщину кристалічного шару, як показано на 6.

Також в місцях, відповідних максимальній і мінімальній товщині кристалічного шару вимірювали товщину зразка шлаку. Потім ступінь кристалізації визначали з наступного співвідношення:

де С_кр - ступінь кристалічності шлаку %;

b_max і b_min - товщина кристалічного шару відповідно максимальна і мінімальна для даного зразка, мм;

B_max і B_min - товщина даного зразка в місцях, відповідних максимальній і мінімальній товщині кристалічного шару, мм.

Такий спосіб визначення кількості кристалічної фази в затверділій ШУС простий в реалізації і не вимагає великої кількості додаткового часу на проведення експерименту, оскільки може бути поєднаний з експериментом по вимірюванню в'язкості.

У третьому розділі «Дослідження впливу технологічних властивостей шлакоутворюючих сумішей на параметри безперервного розливання слябових заготовок» приведені результати дослідження впливу технологічних властивостей шлакоутворюючих сумішей на такі параметри безперервного розливання як тепловий потік і сила тертя в кристалізаторі, а також на якість поверхні заготівки, що отримують.

На базі сучасної двострумкової слябової МБЛЗ ВАТ "Алчевський МК" з використанням даних, що фіксуються системою стеження за кристалізатором "MoldExpert", для розливання перитектичних і низковуглецевих марок сталі встановлені оптимальні діапазони величин теплового потоку і сили тертя в кристалізаторі, при яких отримували задовільну якість поверхні заготівки і стабільність процесу розливання ( 7). Швидкість розливання у вибірці була однакова для обох груп марок сталі і складала 1,4 м/хв. Як випливає з результатів аналізу оптимальними величинами теплового потоку є: для розливання перитектичних марок сталі - 1,00...1,15 МВт/м², для розливання низковуглецевих марок сталі - 1,45…1,60 МВт/м². З результатів аналізу ( 8) також виходить, що число підвисань зливка в кристалізаторі та ураженість поверхні заготівки тріщинами значно збільшуються при значеннях сили тертя > 12 кН/м².

Також було встановлено, що величина теплового потоку від зливка до кристалізатора залежить від кількості кристалічної фази в плівці шлаку ( 9, а), а сила тертя в кристалізаторі - від в'язкості використовуваної ШУС ( 9, б). Із проведеного аналізу виходить, що для отримання необхідної якості поверхні заготівки і стабільності процесу безперервного розливання для перитектичних марок сталі необхідні ШУС, що мають при 1300 °С в'язкість 0,15…0,25 Па·с, температуру твердіння 1180...1220 °С і кількість кристалічної фази в затверділому шлаці - понад 80 %. Для розливання низковуглецевих марок сталі необхідні ШУС, що мають при 1300 °С в'язкість 0,30...0,40 Па·с, температуру твердіння 1140…1180 °С і кількість кристалічної фази в затверділому шлаці - 25…40 %.

В процесі дослідження використовуваних ШУС встановили функціональний взаємозв'язок ступеня кристалічності і температури початку твердіння шлаку ( 10).

Функціональна залежність ступеня кристалічності шлаку і температури початку твердіння має вигляд:

де С_кр - ступінь кристалічності шлаку, %; Т_затв - температура початку твердіння, °С.

Таким чином, непрямим показником ступеня кристалічності шлаку є температура початку твердіння. При температурі початку твердіння понад 1200 °С кількість кристалічної фази в шлаку буде перевищувати 90 %, а при температурі початку твердіння нижче 1150 °С кількість кристалічної фази в шлаку буде нижче 10 %. Дані факти використовувалися при проектуванні складів ШУС для розливання різних груп марок сталі (перитектичних і низковуглецевих).

Були вивчені фактори, які впливають на процес затікання рідкого шлаку в зазор між зливком і кристалізатором, що призводить до підвисання зливка в кристалізаторі та збільшує вірогідність утворення прориву металу. Для цього були відібрані зразки шлакової плівки з кристалізатора після прориву металу ( 11). Як видно із 11 (а) шлакова плівка має розриви. Такі розриви можуть утворюватися тільки у момент твердіння шлаку, тобто в районі меніска металу. Оскільки розриви мають радіальну форму, то було висунуто припущення що до їх утворення внаслідок інтенсивного газовиділення в районі меніску. Утворення пористої структури шлакової плівки створює високий термічний опір тепловому потоку від зливка до кристалізатора, що уповільнює процес кристалізації зливку. Внаслідок такого уповільнення кристалізації кірка зливку може мати недостатню (з точки зору міцності) товщину. До того ж, при інтенсивному газовиділенні кірка зливка має ще і пористу структуру, тому ймовірність підвисання зливка в кристалізаторі з подальшою небезпекою прориву металу різко зростає. Також була досліджена в'язкість вказаних зразків шлаку, внаслідок чого встановлено збільшення в'язкості рідкого шлаку внаслідок поглинання глиноземних неметалічних включеннь із рідкої сталі (при поглинанні 1…3 % НВ в'язкість рідкого шлаку зростає на 0,1…0,2 Па·с).

Четвертий розділ «Розробка складів шлакоутворюючих сумішей для розливання слябів з підвищеною швидкістю і їх промислове випробування».

Розробку складів ШУС для вказаних вище умов безперервного розливання проводили в умовах ТОВ «НВКП Солотвін» (м. Донецьк, Україна), яке є розробником і виробником теплоізолюючих і шлакоутворюючих сумішей, застосовуваних при розливанні сталі. При розробці складів ШУС використовувалися методи планування експерименту.

Як фактори оптимізації були вибрані компоненти шлакоутворюючої суміші (їх масові долі): зола ТЕС, вапно, цемент, сода, плавиковий шпат.

Параметрами оптимізації служили температура плавлення ШУС, в'язкість рідкого шлаку при 1300 °С, поверхневий натяг і температура початку твердіння. До переліку параметрів оптимізації не увійшов ступінь кристалічності шлаку, тому що було показано _ дана величина функціонально пов'язана з температурою твердіння шлаку.

Для встановлення зв'язку між фізичними (значення частинного відгуку) і психологічними (перевага того або іншого значення частинного відгуку) параметрами застосували функцію бажаності Харрінгтона. Для побудови шкали бажаності використовували готову таблицю відповідностей між часткою переваг та їх числовими характеристиками. Кожному інтервалу значень частинних відгуків поставили у відповідність певне значення відгуку за кодованою шкалою, які у свою чергу перетворили відповідно до функції бажаності Харрінгтона. Набутих значень перетворених частинних відгуків об'єднали в узагальнену функцію відгуку за допомогою виразу:

де y_ki - значення перетвореного за шкалою бажаності k-го приватного відгуку в i-тому досліді; Y_i - значення узагальненої функції відгуку в i-тому досліді.

Для вибору точки старту, тобто нульових рівнів факторів для складання матриці планування, було заздалегідь проведено 10 дослідів, в яких змінювалося 5 факторів: зміст в ШУС золи ТЕС, вапна, цементу, соди, плавикового шпату. Кожний фактор набував випадкових значень за рівномірним законом розподілу.

Після визначення точки старту визначили інтервали варіювання факторів виходячи з меж основності і вмісту основних компонентів існуючих ШУС відомих світових виробників. Для оцінювання коефіцієнтів рівняння моделі був вибраний дробовий факторний експеримент типу 2_V^5-2 (п'ятифакторний експеримент на трьох рівнях). Для побудови даної репліки потрібно 2^5-2 = 8 дослідів.

Після обробки результатів експерименту, отримали наступне рівняння моделі:

Для перевірки гіпотези про адекватність моделі використовували критерій Фішера (F-критерий) для відношення двох дисперсій: залишкової дисперсії до дисперсії відтворюваності .

В результаті розрахунку отримали, що експериментальне значення критерію Фішера менше табличного, тобто модель адекватна.

Вказану модель використали для розробки складів двох ШУС для розливання перитектичних і низковуглецевих марок сталі на основі компонентів. ШУС № 1 використовували при розливанні сталі марки 1L10 (перитектична), ШУС № 2 - при розливанні R1006 (низковуглецева). При введенні сумішей на дзеркало металу вони не грудкувалися, не спікались, добре розтікалися по поверхні металу, утворюючи рівномірний шар. Шлак, що утворювався на поверхні металу, мав товщину 12-14 мм, за периметром кристалізатора «шнури» не утворювалися. Аварійної ситуації під час розливання не було. Система "MoldExpert" показала, що сила тертя під сумішшю № 1 склала 10,5 кН/м², а тепловий потік по широких гранях - 1,1 МВт/м², що відповідає отриманим вище оптимальним величинам. При розливанні сталі R1006 під ШУС № 2 сила тертя була 9,8 кН/м², а тепловий потік по широких гранях - 1,48 МВт/м², що також відповідає оптимальним величинам.

Висновки

Дисертація містить нові науково обгрунтовані результати теоретичного і експериментального дослідження технологічних властивостей шлакоутворюючих сумішей для безперервного розливання слябів з підвищеною швидкістю, умов роботи цих сумішей і формування скориночки зливка в кристалізаторі слябовой МБЛЗ, які дозволили знизити собівартість безперервної заготівки за рахунок використання у складі нових сумішей вторинних відходів (золи Кураховськой ТЕС), що має істотне значення для металургії.

Основні наукові і теоретичні результати роботи:

1. Отримав подальший розвиток електроротаційний метод вимірювання в'язкості рідких шлаків, що полягає у використанні аналогово-цифрового перетворення сигналів двигуна і термопари, автоматичній обробці даних на ПК, принципів подвійної інтеграції сигналу термопари і компенсації напруги зміщення операційного підсилювача, а також удосконалення конфігурації тигля і шпінделя. Ці заходи дозволили досягти вимірювання в'язкості в діапазоні 0,01…10 Па·с з точністю ± 2 - 3 % при температурах до 1500 °С.

2. Розроблений спрощений спосіб визначення кількості кристалічної фази, яка виділилася в затверділій ШУС, що дозволяє відразу після експерименту по вимірюванню в'язкості рідкої ШУС отримувати інформацію про її здатність кристалізуватися при твердінні.

3. В результаті численних експериментів було встановлено, що в'язкість і температура початку твердіння залежать не лише від хімічного складу шлакотворної суміші, але і від швидкості охолоджування розплаву шлаку. Це дозволило обґрунтованано обґрунтовано вибрати необхідну постійну швидкість охолодження розплаву шлаку у віскозиметричному експерименті.

4. За результатами визначення температури початку твердіння і вмісту кристалічної фази в затверділих шлаках отримана функціональна залежність:

,

яка була використана для орієнтовного визначення кількості кристалічної фази в затверділому шлаку із такими обмеженнями. При температурі початку твердіння вище 1220 °С кількість кристалічної фази в шлаку буде близька 100 %, а при температурі початку твердіння нижче 1110 °С кристалічна фаза в шлаці відсутня.

5. Підвисання зливка в кристалізаторі з подальшим утворенням прориву металу при високому вмісті водню в металі є результатом впливу комплексу негативних факторів, основними із яких є:

- перешкода затікання рідкого шлаку в зазор між зливком і кристалізатором (СК-зазор) внаслідок досягнення рівності величини парціального тиску водню в зазорі величині атмосферного тиску;

- пористість структури шлаку в СК-зазоре знижує теплопередачу від зливка кристалізатору і уповільнює зростання кірки зливка;

- низька міцність кірки зливка внаслідок її пористої структури і недостатньої (з погляду міцності) товщини.

6. Показано, що використання для розливання перитектичних марок стали ШУС, що мають при 1300 °С в'язкість 0,15…0,25 Па·с, температуру початку твердіння 1180…1220 °С і кількість кристалічної фази в затверділому шлаці - більше 80 %, а для розливання низковуглецевих марок сталей ШУС, що мають при 1300 °С в'язкість 0,30…0,40 Па·с, температуру початку твердіння 1140…1180 °С і кількість кристалічної фази в затверділому шлаці - 25…40 % дозволяє отримати потрібну якіть поверхні заготівки і стабільності процесу безперервного розливання. Даний факт був використаний при розробці нових компонентних складів ШУС.

7. В результаті операції планування експерименту встановили ступінь впливу факторів оптимізації (масові долі компонентів ШУС) на узагальнену функцію відгуку, що є середнім геометричним перетворених за шкалою бажаності частинних відгуків (температури плавлення, в'язкості, поверхневого натягу і температури початку твердіння). Це дозволило розробити компонентні склади ШОС із необхідним рівнем технологічних властивостей.

8. Розроблені компонентні склади ШУС (ШУС 1 і ШУС 2) на основі наступних компонентів: зола Курахівської ТЕС, вапно, плавиковий шпат, сода, цемент марки 500, графіт. Дані ШУС не поступаються за своїми технологічними властивостями зарубіжним аналогам, що дозволило частково перейти на розливання під цими сумішами.

9. Використання рекомендованих до застосування шлакоутворюючих сумішей в умовах відділення безперервного розливання сталі ВАТ «Алчевський МК» дозволило отримати економічний ефект ~ 2 грн/т стали.

Основний зміст дисертації опубликовано в работах

1. Свойства шлакообразующих смесей для непрерывной разливки стали с повышенной скоростью / А.Н. Смирнов, С.Л. Макуров, М.В. Епишев, А.Ю. Цупрун // Металл и литье Украины.- 2006.- № 1.- С. 55-57.

2. Технологические свойства некоторых шлакообразующих смесей для непрерывной разливки стали / А.Н. Смирнов, С.Л. Макуров, М.В. Епишев, А.Ю. Цупрун, В.В. Панов // Металл и литье Украины.- 2006.- № 7-8.- С. 13-16.

3. Макуров С.Л. Минералогический состав и технологические свойства шлакообразующих смесей для непрерывной разливки стали / С.Л. Макуров, М.В. Епишев, С.А. Нагорный, В.А. Смирнов // 3-я міжнародна науково-практична конференція «Прогресивні технології у металургії сталі: XXI сторіччя», м. Донецьк, 31 жовтня - 2 листопада 2006 р.- Донецьк: ДонНТУ.- 2007.- С. 316-321.

4. Макуров С.Л. Исследование поверхностного натяжения шлакообразующих смесей для кристаллизатора МНЛЗ / С.Л. Макуров, М.В. Епишев, М.Г. Акритова // Вісник Приазов. держ. техн. ун-ту: Зб. наук. пр. - Мариуполь, 2007. - Вип. 17. - С. 46-49.

5. Влияние водорода на частоту прорывов металла при непрерывной разливке стали / А.Н. Смирнов, М.В. Епишев, В.В. Кислица и др. // Сб. наукових праць ДонНТУ.- 2007.- Вип. 9 (122).- С. 80-85.

6. Макуров С.Л. Исследование выделения кристаллической фазы в шлаковых пленках, образующихся из промышленных шлакообразущих смесей в зазоре между слитком и кристаллизатором МНЛЗ / С.Л. Макуров, М.В. Епишев // Вісник Приазов. держ. техн. ун-ту: Зб. наук. пр. - Мариуполь, 2008. - Вип. 18. - С. 47-50.

7. Макуров С.Л. Свойства шлакообразующих смесей для кристаллизатора блюмовой МНЛЗ / С.Л. Макуров, М.В. Епишев // ЧІII Региональная научно-техническая конференция, Мариуполь, ПГТУ, 2006.- С.

8. Макуров С.Л. Влияние поверхностных свойств шлакообразующих смесей для непрерывной разливки стали на формирование поверхностных дефектов непрерывнолитой заготовки / С.Л. Макуров, М.В. Епишев // Междунар. науч.-техн. конф. «Университетская наука - 2007», Мариуполь, 2007.- С 114.

9. Анализ возможности выделения кристаллической фазы в затвердевающих пленках шлакообразующих смесей для непрерывной разливки стали / С.Л. Макуров, М.В. Епишев, В.В. Кислица и др. // Междунар. науч.-техн. конф. «Университетская наука - 2007», Мариуполь, 2007.- С 112.

10. Епишев М.В. Исследование роли водорода в формировании условий для прорыва металла при непрерывной разливке / М.В. Епишев, В.В. Кислица, С.А. Нагорный // Междунар. науч.-техн. конф. «Университетская наука - 2007», Мариуполь, 2007.- С. 115.

11. Исследование физических свойств ШОС для кристаллизаторов слябовой МНЛЗ / А.Н. Смирнов, С.В. Шлемко, М.В. Епишев и др. // Сб. наукових праць ДонНТУ.- 2008.- Вип. 10 (141).- С. 10-18.

12. Смирнов А.Н. Механизм влияния водорода на образование прорыва при непрерывной разливке стали / А. Н. Смирнов, М.В. Епишев, К.Е. Писмарев // Сталь.- № 5.- С. 15-17.

Особистий внесок претендента в опублікованих в співавторстві роботах:

[1] _ Літературний та патентний пошук, участь в аналізі його результатів. [2] _ Експеріментальне дослідження властивостей ШУС та обробка результатів експеріменту. [3] _ Обробка результатів петрографічного дослідження. [4] _ Обґрунтування необхідності дослідження поверхневого натягу ШУС, проведення експеріменту, участь в обробці його результатів. [5] _ Обробка результатів промислових досліджень, теоретичні розрахунки, участь в аналізі результатів. [6] _ Участь в розробці нового методу дослідження кількості кристалічної фази в затверділих шлаках, проведення експеріменту, обробка результатів. [7] _ Експеріментальне дослідження властивостей ШУС та обробка результатів експеріменту. [8] _ Проведення експеріменту, участь в обробці його результатів. [9] _ Участь в розробці нового методу дослідження кількості кристалічної фази в затверділих шлаках, проведення експеріменту, обробка результатів. [10] _ Обробка результатів промислових досліджень, теоретичні розрахунки, участь в аналізі результатів. [11] _ Експеріментальне дослідження властивостей ШУС та обробка результатів експеріменту. [12] _ Обробка результатів промислових досліджень, теоретичні розрахунки, участь в аналізі результатів.

Анотація

Єпішев М.В. "Розробка раціональних складів шлакоутворюючих сумішей на основі вторинних відходів для безперервного розливання слябів з підвищеною швидкістю " - Рукопис

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.16.02 - "Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів" - Приазовський державний технічний університет, Маріуполь, 2009 р.

Дисертація присвячена розробці компонентних складів шлакоутворюючих сумішей для безперервного розливання слябів з підвищеною швидкістю (1,4 м/хв) на основі вітчизняних вторинних відходів шляхом експериментального і теоретичного дослідження їх технологічних властивостей, а також умов роботи сумішей в кристалізаторі слябовой МБЛЗ.

Вдосконалена методика вимірювання в'язкості шлаку шляхом створення електроротаційного віскозиметра на основі мікроконтролера ATMEGA8, що дозволило через стандартний інтерфейс RS-232 передавати реєстровані сигнали безпосередньо до комп'ютера та обробляти їх за допомогою оригінального програмного забезпечення.

Вперше для підвищення точності вимірювання температури використані принципи подвійної інтеграції сигналу термопари і компенсації напруги зміщення операційного підсилювача. Розроблено простий спосіб визначення кількості кристалічної фази, що виділилася в затверділій ШУС, який дозволяє відразу після експерименту з визначення в'язкості рідкої ШУС отримувати інформацію про її здатність кристалізуватися при твердінні. Показано, що підвисання зливка в кристалізаторі з подальшим утворенням прориву металу може бути викликане перешкодою затікання рідкого шлаку в зазор між зливком і кристалізатором внаслідок інтенсивного газовиділення при високому вмісті водню в металі.

Встановлено, що для отримання необхідної якості поверхні заготівки і стабільності процесу безперервного розливання для перитектичних марок сталі необхідні ШУС, що мають при 1300 °С в'язкість 0,15...0,25 Па·с, температуру твердіння 1180…1220 °С і кількість кристалічної фази в затверділому шлаку - понад 80 %. Для розливання низковуглецевих марок сталей необхідні ШУС, що мають при 1300 °С в'язкість 0,30…0,40 Па·с, температуру твердіння 1140…1180 °С і кількість кристалічної фази в затверділому шлаку - 25…40 %.

В результаті операції планування експерименту розроблені компонентні склади ШУС на основі вітчизняних вторинних відходів (зола Курахівської ТЕС), які не поступаються за своїми технологічними властивостями зарубіжним аналогам, що дозволило в умовах конвертерного цеху ВАТ «Алчевський МК» частково перейти на розливання під цими сумішами.

Очікуваний економічний ефект від промислового використання шлакоутворюючих сумішей, рекомендованих до застосування, з боку ВАТ «Алчевський МК» складе ~ 2 грн/т сталі.

Аннотация

Епишев М.В. "Разработка рациональных составов шлакообразующих смесей на основе вторичных отходов для непрерывной разливки слябов с повышенной скоростью " - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 - "Металлургия черных, цветных металлов и специальных сплавов" - Приазовский государственный технический университет, Мариуполь, 2009 г.

Диссертация посвящена разработке компонентных составов шлакообразующих смесей для непрерывной разливки слябов с повышенной скоростью на основе отечественных вторичных отходов путем экспериментального и теоретического исследования их технологических свойств, а также условий работы смесей в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ.

Усовершенствована методика измерения вязкости шлака путем создания электроротационного вискозиметра на основе микроконтроллера ATMEGA8, что позволило через стандартный интерфейс RS-232 передавать регистрируемые сигналы непосредственно в компьютер и обрабатывать их с помощью оригинального программного обеспечения.

Впервые для повышения точности измерения температуры использованы принципы двойного интегрирования сигнала термопары и компенсации напряжения смещения операционного усилителя.

Разработан простой способ определения количества выделившейся кристаллической фазы в затвердевшей ШОС, позволяющий сразу после эксперимента по измерению вязкости жидкой ШОС получать информацию о ее способности кристаллизоваться при затвердевании.

Показано, что подвисание слитка в кристаллизаторе с последующим образованием прорыва металла может быть вызвано препятствием затекания жидкого шлака в зазор между слитком и кристаллизатором вследствие интенсивного газовыделения при высоком содержании водорода в металле.

Установлено, что для получения требуемого качества поверхности заготовки и стабильности процесса непрерывной разливки для перитектических марок сталі необходимы ШОС, имеющие при 1300 ?С вязкость 0,15…0,25 Пас, температуру затвердевания 1180…1220 °С и количество кристаллической фазы в затвердевшем шлаке - более 80 %. Для разливки низкоуглеродистых марок сталей необходимы ШОС, имеющие при 1300 ?С вязкость 0,30…0,40 Пас, температуру затвердевания 1140…1180 °С и количество кристаллической фазы в затвердевшем шлаке - 25…40 %.

В результате операции планирования эксперимента разработаны компонентные составы ШОС на основе отечественных вторичных отходов (зола Кураховской ТЭС) не уступающие по своим технологическим свойствам зарубежным аналогам, что позволило в условиях конвертерного цеха ОАО «Алчевский МК» частично перейти на разливку под этими смесями.

Ожидаемый экономический эффект от промышленного использования рекомендуемых к применению шлакообразующих смесей со стороны ОАО «Алчевский МК» составит ~ 2 грн/т сталі.

Summary

Epishev Maxim Valerievich. "Development of rational compositions of mould powders on the basis of the second offcuts for the higher speed slab continuous casting.- Manuscript

Thesis for competition on a candidate degree in material science and engineering scientific on specialisation 05.16.02 - "Metallurgy of ferrous, nonferrous metals and special alloys".- Priazovskiy State Technical University, Mariupol, 2009.

Thesis is devoted development of component compositions of mould powders for the higher speed slab continuous casting on the basis of the second offcuts by experimental and theoretical research of their technological properties, and also terms of work of mixtures in the slab continuous casting mould.

The method of measuring of slag viscosity is improved by creation of electro-rotary viscometer on the basis of microcontroller of ATMEGA8, that allowed through the general-purpose interface of RS-232 to pass the registered signals directly in a computer and process them by software. First for the increase of exactness of temperature measuring principles of double integration of thermocouple signal and compensation of displacement voltage of operation strengthener are utillized. The simple method of determining of the crystalline degree in hardening mould fluxes is developed. It is allow right after an experiment on viscosity measuring of liquid mould flux to get information about its ability to be crystallized. As a result of operation of experiment planning component compositions of mould powder are developed on the basis of the secondary offcuts (ash of Kurakhovo) not remise on the technological properties to the foreign analogues, that allowed in the conditions of converter workshop of «Alchevskiy steel plant» partly to pass to the teem under these mixtures. The expected economic effect from the industrial use of the mould powders recommended to application from the side of «Alchevskiy steel plant» will make ~ 2 grv/т became.

Размещено на Allbest.ru

...