Введение к работе
з
Актуальность работы. В современном мире в условиях постоянной жёсткой конкуренции металлургические предприятия вынуждены искать пути снижения себестоимости продукции. Одним из направлений снижения затрат на ремонт футеровки сталеплавильных агрегатов является увеличение сроков службы огнеупорных футеровок. Конвертирование чугуна в кислородном конвертере сопровождается образованием шлаков, насыщенных значительным количеством железа, которые разрушают футеровку конвертера. Скорость износа футеровки, состоящей из периклазоуглеродистых огнеупоров, прямо пропорциональна концентрации диффундирующего компонента в твёрдой и жидкой фазах, то есть зависит от концентрации оксидов магния в шлаке. Поэтому снижения агрессивного воздействия высокожелезистых шлаков на футеровку можно достичь введением в плавку магнийсодержащих материалов (флюсов) до уровня насыщенности шлака оксидом магния. В этом случае (по теории химического равновесия оксидов магния в огнеупоре и в шлаке) растворение пе-риклазоуглеродистого огнеупора в шлаке практически прекращается.
Обычно в качестве магнезиальных материалов, в дальнейшем сталеплавильных флюсов, используют природные флюсы: обожжённый доломит, магнезит или доломитизированную известь и др. Использование природных флюсов позволило повысить стойкость футеровки конвертеров и, тем самым, увеличить производительность конвертеров, снизить расход огнеупоров на тонну стали. Недостатком использования в конвертерной плавке природных магнезиальных флюсов является наличие в них тугоплавких соединений (двух-кальциевый и трёхкальциевый силикаты, периклаз), которые медленно растворяются в шлаке, не обеспечивают получения насыщенного оксидом магния шлака, а также приводят к гетерогенизации шлакового расплава.
К настоящему времени появился ряд работ (Уральский НИИ металлов, Россия; Комбинат «Магнезит», Россия; ф-ма «Bao Steel», Китай; «Nippon Steel Corporation») по получению класса синтетических сталеплавильных флюсов, обладающих положительным влиянием на повышение стойкости футеровки кислородных конвертеров. Изучению структурных и механических свойств, а также разработке технологии получения новых синтетических флюсов посвящена настоящая диссертационная работа.
Работа выполнялась в соответствии с концепцией промышленного развития предприятия ООО «Бумпереработка» с 2005 г. по 2010 г.
Объект исследования: технологическая схема изготовления сталеплавильного флюса.
Предмет исследования: изучение структуры, механических свойств флюсов и определение скорости взаимодействия флюсов различного состава с жидким шлаковым расплавом.
Основная гипотеза диссертационного исследования: развитие производства синтетических флюсов, представляющих собой новый класс композиционных материалов, которые определяются как «гетерогенные термодинамические системы», состоящие из двух и более компонентов, отличающихся по химическому составу, физико-механическим свойствам и разделённых в материале чётко выраженной границей. Введение каждого из компонентов в состав композиционного материала придаёт ему требуемые свойства, которыми не обладает каждый из компонентов в отдельности.
Цель и задачи:
Глобальная цель -разработка составов и технологии изготовления синтетических сталеплавильных флюсов с повышенным содержанием оксидов магния, с определёнными физико-химическими свойствами и структурой, предназначенных для применения в конвертерной плавке.
Локальная цель 1 - получение новых знаний о минералогическом составе флюсов, об изменении структуры при нагреве флюсов, режиме растворения в шлаковом расплаве в зависимости от неизвестных ранее составов шихтовых материалов, используемых для получения брикетированных флюсов.
Локальная цель 2 - использование новых знаний в интересах развития производства высокомагнезиальных флюсов в виде брикетов.
Задачи:
литературно-аналитический обзор проблематики по получению сталеплавильных магнезиальных флюсов, их составов, структуры и механическим свойствам;
анализ предпосылок для совершенствования технологии изготовления синтетических магнезиальных флюсов с целью использования их в конвертерной плавке;
определение скоростей затвердевания и прочности брикетированных флюсов, изготовленных из различных магний и алюминий содержащих оксидных материалов с использованием разного вида и количества связующих веществ;
определение индекса смешивания шихтовых материалов в зависимости от применения смесителей различных конструкций;
определение скорости растворения различных марок флюсов в зависимости от скорости вращения образцов в шлаковом расплаве;
внедрение предлагаемых технических решений и оценка их эффективности в условиях действующего предприятия.
5 Научная новизна результатов исследования:
впервые созданы синтетические флюсовые брикеты с высоким содержанием оксидов магния, железа, алюминия, углерода и металлического алюминия, быстрорастворимые в шлаковом расплаве конвертерной плавки, по химическому составу и механическим свойствам отвечающие требованиям сталеплавильщиков;
в результате проведения лабораторных исследований определены скорости затвердевания и прочность брикетов в зависимости от неизвестных ранее составов шихтовых материалов и связующих веществ при изменении их количества;
с помощью петрографических и термографических методов исследования получены данные о минералогическом составе, микроструктуре и изменении фазового состояния при нагреве до температуры более 1000С различных марок флюсов;
методом вращающего диска на специальной высокотемпературной установке при температуре 1600С определены скорости и режим процесса растворения образцов флюсов разных марок в шлаковом расплаве;
определено изменение прочности брикетированных флюсов разных марок в зависимости от выдержки брикетов после брикетирования и изменение кажущейся плотности и открытой пористости при нагревании образцов флюсов до 1400 С.
Практическая значимость работы:
- разработана технология изготовления магнезиальных брикетированных флю
сов, которая отражена в технологических инструкциях: ТИ 200-0-01-04 «Про
изводство сталеплавильного флюса магнезиального брикетированного,
содержащего углерод и оксиды железа (ФМБУЖ)»; ТИ 200-0-01-07 «Произ
водство сталеплавильного флюса магнезиально-глинозёмистого, содержащего
оксиды алюминия (МГФ-1) и оксиды алюминия и углерод (МГФ-2)»;
разработаны технические условия на поставку флюсов металлургическим предприятиям: ТУ 0750-001-34533009-2007 «Флюсы магнезиальные брикетированные марок ФМБУЖ, МГФ-1, МГФ-2 для производства стали в конвертерах;
с целью повышения содержания оксидов магния сверх предела растворимости этого оксида в шлаковом расплаве конвертерной плавки, позволяющей повысить стойкость футеровки конвертеров, флюсы поставляются в количестве 12-15 тыс. т в месяц на следующие металлургические комбинаты: ОАО «ММК», ОАО «НТМК», ОАО «Чер МК»; ОАО «Мечел»; ОАО «ЗСМК»; ОАО «НЛМК», а также на металлургические комбинаты Украины;
экономическая эффективность от производства флюсов за 2006-2008 г.г. составила 26350 тыс. руб.
б Апробация работы: основные результаты работы доложены на международной конференции огнеупорщиков и металлургов (г. Москва, 2006 г., 2008 г.г.), на III конгрессе металлургов Урала (г. Челябинск, 2008 г.), на X международном конгрессе сталеплавильщиков (г. Магнитогорск, 2008 г.), на международной выставке «Металл-Экспо 2008» (г. Москва, 2008г.) - работа отмечена золотой медалью.
Публикации: по теме диссертации опубликовано 3 работы, получено 2 патента и 2 положительных решения по заявкам на изобретение.
Структура диссертационного исследования приведена на рис.1, где 1.1.1 - проблема количества и состава различных шихтовых материалов .смесей для изготовления магнезиальных флюсов;
-
- проблема технологических схем изготовления флюсов;
-
- проблема химического состава и механических свойств флюсов;
-
- аналоги процессов смешения, брикетирования различных материалов, подбор связующих веществ;
-
— аналоги химического состава флюсов, изготовляемые различными способами;
-
- выход на прототипы;
-
- практика прототипов;
-
- гипотезы для прототипа 0-го ранга;
-
- гипотезы для прототипа 1-го ранга;
-
- гипотезы для прототипов 2-го ранга.
Программа 5. Оценка эффективности разработанной технологии изготовления брикетированных магнезиальных флюсов ФМБУЖ и МГФ.
—__ . * і і і
Проект 5.1 Элементы внедрения | [ Проект 5.2 Экономическая оценка |
Выполненный заказ J, Новые знания, J, новые решения
Рис.1 Структура диссертационного исследования
