Исследование и разработка малофтористых шлакообразующих смесей для присадки в кристаллизаторы машин непрерывного литья заготовок

• Автор: Балахонов, Евгений Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 146 с.

Содержание
Введение ,

1. Обзор литературы

1.1. Технологические особенности непрерывной разливки

на и дефекты непрерывнолитой заготовки.

1.2. Влияние шлакового покрытия на возникновение дефектов.

1.2.1. Удаление неметаллических включений.

1.2.2. Затекание шлака в зазор и образование следов качания.

1.2.3. Смазка и теплоотвод в зазоре между коркой слитка и кристаллизатором.

1.3. Подбор составов шлаков для НРС.

1.3.1. Критерии и методы подбора шлаков.

1.3.2. Структура жидких силикатных расплавов и ее
влияние на свойства шлаков для I3
1.4. Выводы.
2. Теоретическое исследование состава и свойств шлаков для непрерывной разливки сталей
2.1. Обоснование методики теоретического исследования
2.2. Выбор объекта исследования
2.3. Исследование шлаковой системы СаО8Ю2АЬОз
2.4. Диаграммный метод исследования многокомпонентных шлаковых систем и его применение к анализу шлаков для НРС
2.4.1. Исследование системы i АЬОз 2
2.4.2. Исследование систем i А0з и
i АЬОз К
2.4.3. Концентрационные границы существования жидкой
фазы в исследованных системах
2.4.4. Степень полимеризации шлаков
2.5. Выводы
3. Исследование шлаковых расплавов для непрерывной разливки сталей
3.1. Влияние способа раскисления стали на состав
шлаковых расплавов в кристаллизаторе МЫЛЗ
3.2. Лабораторные исследования свойств шлаков
3.2.1. Вязкость жидких шлаков и ее измерение
3.2.2. Вязкость шлаков для непрерывной разливки
3.2.3. Температуры плавления шлаков
3.2.4. Жидкотекучесть шлакового расплава
3.2.5. Структура шлаков для непрерывной разливки
3.3. Выводы
4. Промышленные испытания малофтористых шлакообразующих
смесей
4.1. Приготовление гранулированных смесей
4.2. Испытание на слябовой МНЛЗ в ККЦ ММК
4.3. Качество полученных заготовок
4.4. Структура шлаков и ее влияние на теплопередачу в зазоре
4.5. Выводы
Заключение
Литература


Ас — изменение межфазного натяжения; си1^, см^ сг„_ш - межфаз-ное натяжение соответственно на границах раздела «шлак-включение», «металл-включение» и «металл-шлак». Шлаковый расплав, предназначенный для обеспечения благоприятных условий разливки металла, должен хорошо смачивать частицы твердых включений. АО<0, и сопровождается увеличением поверхности контакта расплава с твердыми включениями. АС - изменение свободной энергии; сг„_ш - межфазное натяжение «металл-шлак»; <9„_* - краевой угол смачивания на границе «металл-включение». Известно [], что шлаковые расплавы имеют высокие значения поверхностного натяжения. Значения а оксидов вблизи точки плавления составляют, мДж/м2: 0 ЭЮг; 0 МпО; 0 РеО; 0 АЬОз; 0 СаО-АЬОз; 5 СаОБЮг; MgO [-]. Это обусловлено строением оксидных расплавов, состоящих из крупных анионов кислорода в окта- и тетраэдрических пустотах, между которыми размещаются катионы металлов Ре2+, Са2+, Мп2*, М&*. В связи с меньшим потенциалом анионы кислорода энергетически предпочтительнее располагаются в поверхностном слое расплава. Их центры, хотя и незначительно, смещены к поверхности, а центры катионов Мег+ немного заглублены. Добавка в такой расплав другого оксида не оказывает существенного влияния на изменение концентрации кислорода в поверхностном слое, она проявляется лишь в замене катионов одного сорта катионами другого. В связи с этим, как отмечается [,], для приближенного описания изменения поверхностного натяжения оксидных расплавов может быть использован принцип аддитивности, широко применяемый при характеристике свойств керамических материалов [,]. Значение краевого угла смачивания © дает представление о смачиваемости поверхности жидкостью. Угол 0 может, в зависимости от природы рассматриваемой жидкости (или двух жидкостей) принимать значения от О до 0°. Считается, что хорошее смачивание имеет место при величине О°<0<9О° []. В работе [] приведены численные значения углов смачивания оксидных систем СаО-8Ю2, СаО-АЬОз, СаО-ЗЮг-А^Оз, Са0-А-СаР2 в различных пропорциях в контакте с жидкой сталью при температуре °С, которые имеют значения в интервале -°. Кроме того, приведены значения углов смачивания огнеупоров на основе А0з, вЮг, Zr, М§0, которые имеют значения 0-4°. Ю2, М&0 и др. При этом особо отмечается, что в металлических расплавах неметаллические включения образуют термодинамически неустойчивые системы. Переходу включений из металла в шлак соответствует снижение свободной энергии. К числу факторов, снижающих термодинамическую устойчивость неметаллических включений в жидком металле и способствующих переходу границы раздела «металл-шлак», относятся: высокое межфазное натяжение на границе «металл-включение»; высокое поверхностное натяжение жидкого металла и низкое поверхностное натяжение неметаллического включения [9]. Кинетически процесс удаления из стали неметаллических включений включает две стадии: 1) перенос включений на межфазную поверхность «металл-шлак»; 2) переход границы раздела фаз [9]. Первая стадия протекает как за счет всплывания включений в гравитационном поле по закону Архимеда, так и за счет конвективных потоков металла из погружного стакана в кристаллизаторе. Учитывая большую протяженность жидкой фазы при непрерывной разливке и скорость вытягивания заготовки, второй механизм имеет решающее значение для переноса включений из жидкой лунки металла к поверхности раздела «металл-шлак». В работе [1] приведены многочисленные данные экспериментов по моделированию потоков в верхней части кристаллизатора и сделан вывод, что характер их зависит главным образом от конструкции погружного стакана. Скорость конвективных потоков, по данным [9], достигает 0,4-0,6 м/с на глубину 1,0-1,2 м в жидкую лунку, а затем резко ослабевает. Скорость протекания второй стадии зависит от природы всплывающих включений. Исследованиями показано [,], что тугоплавкие неметаллические включения (например, АЬОз) удаляются из металла более эффективно, чем жидкие включения силикатов. В случае удаления таких включений граница раздела «металл-шлак» «прокалывается» включением без предварительной деформации, а поверхность расплава при этом не искажается.