Выбор рациональных составов шлакообразующих смесей для слябовых криволинейных МНЛЗ

В технологии непрерывной разливки стали известна во многом определяющая роль шлакообразующих смесей (ШОС), применяемых в кристаллизаторах МНЛЗ для обеспечения стабильности процесса литья и качества поверхности непрерывнолитых заготовок. Основными характеристиками ШОС являются:

• 1)    температура плавления смеси, °С;

• 2)    продолжительность плавления смеси, мин;

• 3)    скорость плавления смеси, кг/(м²·с);

• 4)    сыпучесть (растекаемость) смеси, мм;

• 5)    фракционный состав порошков, мкм и гранул, мм;

• 6)    насыпная масса, кг/м³;

• 7)    влажность, %;

• 8)    удельный расход, кг/т;

• 9)    теплопроводность смеси, Вт/(м·К);

• 10)    вязкость шлака при 1300 °С, Па·с;

• 11)    ассимилирующая способность шлака по отношению к неметаллическим включениям;

• 12)    межфазное натяжение на границе «шлак – металл», мН/м;

• 13)    теплопроводность жидкого шлака, Вт/(м·К) [1, 2].

Кроме того, использование ШОС должно обеспечить оптимальные и неизменные усилия вытягивания слитков из кристаллизатора, что возможно лишь при равномерной подаче ШОС в кристаллизатор с помощью различных механизированных и автоматизированных систем [3–5].

Существует большое разнообразие ШОС по химическим составам и свойствам, выбираемых с учетом сортамента, производительности, условий предприятия [6]. В связи с этим актуальна разработка рекомендаций по выбору рациональных составов и характеристик ШОС для слябовых криволинейных МНЛЗ, являющихся наиболее производительными.

Для решения поставленной задачи были проанализированы данные литературных источников [1–2, 6–14].

Согласно работам [2, 7, 8], по составу шлаковых расплавов применяемые при разливке стали смеси подразделяют на 3 группы, основу которых составляют тройные системы:

SiO2 – Al2O3 – FeO,(1)

SiO2 – Al2O3 – Na2O,(2)

CaO – SiO2 – Al2O3.(3)

Наиболее широко применяются ШОС, имеющие в основе систему CaO – SiO2 – Al2O3 с температурой начала плавления 1100–1200 °С.

Для придания ШОС необходимых физикохимических свойств, кроме указанной основы, в них вводят оксиды щелочных металлов, магния, бария, марганца другие. Влияние содержания компонентов ШОС на ее физические свойства показано в табл. 1 [10].

Добавки MgO в эту систему в количестве до 4–8 % эффективно снижают температуру плавления до 1222 °С. Дальнейшее увеличение содержания MgO приводит к возрастанию температуры течения шлаковой системы. Ввод Na 2 O и K 2 O в систему CaO–SiO 2 –MgO–Al 2 O 3 ведет к смещению эвтектики к более низким температурам (1085–1270 °С). Ввод фтора в систему также снижает ее температуру течения.

Склонность стали к образованию дефектов в зависимости от содержания углерода приведена в табл. 2.

Этим обусловлены различные требования к свойствам ШОС.

Непрерывно повышающиеся требования к эффективности использования ШОС привели к тому, что их состав связывают с химическим составом разливаемой стали [9–14].

Таблица 1

Влияние содержания компонентов ШОС на ее физические свойства [10]

*Степень влияния: ↓↓↓ – сильная; ↓↓ – средняя; ↓ – слабая.

Таблица 2

Склонность стали к образованию дефектов в зависимости от содержания углерода [13]