Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали. Структуризация и оптимизация ковшовых шлаков при рафинировании спокойных сталей. Сообщение 3
Новым графо-аналитическим методом построена полигональная диаграмма состояния системы CaO-Al₂O₃-SiO₂, определены оптимальные составы ковшовых рафинировочных шлаков. Предложен механизм рафинирования и разработана ресурсосберегающая технологическая схема ковшовой обработки спокойных конвертерных стале...
Gespeichert in:
| Datum: | 2011 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2011
|
| Schriftenreihe: | Процессы литья |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114174 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали. Структуризация и оптимизация ковшовых шлаков при рафинировании спокойных сталей. Сообщение 3 / И.Д. Буга, А.И.Троцан, Б.Ф.Белов, О.В. Носоченко, В.В. Ивко // Процессы литья. — 2011. — № 1. — С. 17-24. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-114174 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1141742017-03-03T03:02:49Z Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали. Структуризация и оптимизация ковшовых шлаков при рафинировании спокойных сталей. Сообщение 3 Буга, И.Д. Троцан, А.И. Белов, Б.Ф. Носоченко, О.В. Ивко, В.В. Получение и обработка расплавов Новым графо-аналитическим методом построена полигональная диаграмма состояния системы CaO-Al₂O₃-SiO₂, определены оптимальные составы ковшовых рафинировочных шлаков. Предложен механизм рафинирования и разработана ресурсосберегающая технологическая схема ковшовой обработки спокойных конвертерных сталей. Новим графо-аналітичним методом побудована полігональна діаграма стану системи CaO-Al₂O₃-SiO₂, визначені оптимальні склади ковшових рафінувальних шлаків. Розглянуто механізм рафінування і розроблена ресурсозберігаюча технологічна схема ковшової обробки спокійних конвертерних сталей. The polygonal diagram of the system status CaO-Al₂O₃-SiO₂ with usable the new semigraphical method is plotted; optimum compositions of the ladle refining slags are determined. The mechanism of fining and the resources-economy flowchart of the ladle treatment for killed converter steels are offered. 2011 Article Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали. Структуризация и оптимизация ковшовых шлаков при рафинировании спокойных сталей. Сообщение 3 / И.Д. Буга, А.И.Троцан, Б.Ф.Белов, О.В. Носоченко, В.В. Ивко // Процессы литья. — 2011. — № 1. — С. 17-24. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114174 669.168:669.017.12/13 ru Процессы литья Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Получение и обработка расплавов Получение и обработка расплавов |
| spellingShingle |
Получение и обработка расплавов Получение и обработка расплавов Буга, И.Д. Троцан, А.И. Белов, Б.Ф. Носоченко, О.В. Ивко, В.В. Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали. Структуризация и оптимизация ковшовых шлаков при рафинировании спокойных сталей. Сообщение 3 Процессы литья |
| description |
Новым графо-аналитическим методом построена полигональная диаграмма состояния системы CaO-Al₂O₃-SiO₂, определены оптимальные составы ковшовых рафинировочных шлаков. Предложен механизм рафинирования и разработана ресурсосберегающая технологическая схема ковшовой обработки спокойных конвертерных сталей. |
| format |
Article |
| author |
Буга, И.Д. Троцан, А.И. Белов, Б.Ф. Носоченко, О.В. Ивко, В.В. |
| author_facet |
Буга, И.Д. Троцан, А.И. Белов, Б.Ф. Носоченко, О.В. Ивко, В.В. |
| author_sort |
Буга, И.Д. |
| title |
Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали. Структуризация и оптимизация ковшовых шлаков при рафинировании спокойных сталей. Сообщение 3 |
| title_short |
Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали. Структуризация и оптимизация ковшовых шлаков при рафинировании спокойных сталей. Сообщение 3 |
| title_full |
Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали. Структуризация и оптимизация ковшовых шлаков при рафинировании спокойных сталей. Сообщение 3 |
| title_fullStr |
Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали. Структуризация и оптимизация ковшовых шлаков при рафинировании спокойных сталей. Сообщение 3 |
| title_full_unstemmed |
Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали. Структуризация и оптимизация ковшовых шлаков при рафинировании спокойных сталей. Сообщение 3 |
| title_sort |
процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали. структуризация и оптимизация ковшовых шлаков при рафинировании спокойных сталей. сообщение 3 |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Получение и обработка расплавов |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114174 |
| citation_txt |
Процессы шлакообразования и рафинирования жидкого полупродукта в конвертере и при ковшовой обработке стали. Структуризация и оптимизация ковшовых шлаков при рафинировании спокойных сталей. Сообщение 3 / И.Д. Буга, А.И.Троцан, Б.Ф.Белов, О.В. Носоченко,
В.В. Ивко // Процессы литья. — 2011. — № 1. — С. 17-24. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Процессы литья |
| work_keys_str_mv |
AT bugaid processyšlakoobrazovaniâirafinirovaniâžidkogopoluproduktavkonvertereiprikovšovojobrabotkestalistrukturizaciâioptimizaciâkovšovyhšlakovprirafinirovaniispokojnyhstalejsoobŝenie3 AT trocanai processyšlakoobrazovaniâirafinirovaniâžidkogopoluproduktavkonvertereiprikovšovojobrabotkestalistrukturizaciâioptimizaciâkovšovyhšlakovprirafinirovaniispokojnyhstalejsoobŝenie3 AT belovbf processyšlakoobrazovaniâirafinirovaniâžidkogopoluproduktavkonvertereiprikovšovojobrabotkestalistrukturizaciâioptimizaciâkovšovyhšlakovprirafinirovaniispokojnyhstalejsoobŝenie3 AT nosočenkoov processyšlakoobrazovaniâirafinirovaniâžidkogopoluproduktavkonvertereiprikovšovojobrabotkestalistrukturizaciâioptimizaciâkovšovyhšlakovprirafinirovaniispokojnyhstalejsoobŝenie3 AT ivkovv processyšlakoobrazovaniâirafinirovaniâžidkogopoluproduktavkonvertereiprikovšovojobrabotkestalistrukturizaciâioptimizaciâkovšovyhšlakovprirafinirovaniispokojnyhstalejsoobŝenie3 |
| first_indexed |
2025-07-08T07:06:24Z |
| last_indexed |
2025-07-08T07:06:24Z |
| _version_ |
1837061520935092224 |
| fulltext |
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 1 (85) 17
Получение и обработка расплавов
9. Леках С. Н., Бестужев Н. И. Внепечная обработка высококачественных чугунов в машино-
строении. – Минск: Навука � тэхн�ка, 1992. – 269 с.
10. Бурылев Б. П. Влияние легирующих элементов на активность углерода в жидком железе
// Изв. вузов. Чер. металлургия. – 1963. – № 2. – С. 5-11.
11. Агеев Ю. А., Мизин В. Г. Сорбция щелочноземельных элементов жидким железом и его
сплавами // I Советско-чехословатский симпозиум по теории металлургических про-
цессов: Тез. докладов // Структура и физико-химические свойства металлических и шлако-
вых расплавов. – М., 1989. – Ч. 1. – С. 102-105.
12. Туркдоган Е. Т. Физическая химия высокотемпературных процессов. − М.: Металлургия,
1985. – 334 с.
13. Леви Л. И. Азот в чугуне для отливок. − М.: Машиностроение, 1964. – 230 с.
Поступила 12.10.2010
уДк 669.168:669.017.12/13
и. Д. буга, а. и.троцан*, б. Ф.белов*, о.в. носоченко,
в. в. ивко
ОАО "Днепровский металлургический комбинат", Днепродзержинск
*Институт проблем материаловедения НАН Украины, Киев
ПроЦессЫ ШлакообраЗованиЯ и раФинированиЯ
ЖиДкоГо ПолуПроДукта в конвертере
и При ковШовоЙ обработке стали
структуризация и оптимизация ковшовых шлаков при рафинировании
спокойных сталей. сообщение 3*
Новым графо-аналитическим методом построена полигональная диаграмма состояния сис-
темы CaO-Al2O3-SiO2, определены оптимальные составы ковшовых рафинировочных шлаков.
Предложен механизм рафинирования и разработана ресурсосберегающая технологическая
схема ковшовой обработки спокойных конвертерных сталей.
Ключевые слова: структуризация, фосфаты кальция, шлак, конвертер.
Новим графо-аналітичним методом побудована полігональна діаграма стану системи
CaO-Al2O3-SiO2, визначені оптимальні склади ковшових рафінувальних шлаків. Розглянуто
механізм рафінування і розроблена ресурсозберігаюча технологічна схема ковшової обробки
спокійних конвертерних сталей.
Ключові слова: структуризація, фосфати кальцію, шлак, конвертер.
The polygonal diagram of the system status CaO-Al2O3-SiO2 with usable the new semigraphical
method is plotted; optimum compositions of the ladle refining slags are determined. The mechanism
of fining and the resources-economy flowchart of the ladle treatment for killed converter steels
are offered.
Keywords: structurization, phosphate calcium, slag, converter.
*Сообщения 1, 2 опубликованы в журнале "Процессы литья" − 2010. − № 4, 5. − С. 20-
-27, 3-10.
18 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 1 (85)
Получение и обработка расплавов
Ковшовые шлаки формируются за счет «попутного» конвертерного шлака и
присадочных шлакометаллических материалов – ТШС и ферросплавов для
раскисления и десульфурации жидкого шлака и металла.
Спокойные стали, в отличии от полуспокойных, дополнительно раскисляются
алюминием до марочного состава стали, образующего глиноземистые ковшовые
шлаки, рафинирующая способность которых определяется тройной диаграммой
СаО-��2O3-��O2.
В связи с этим основное содержание настоящего сообщения включает построе-
ние полигональной диаграммы тройной системы новым графо-аналитическим ме-
тодом во всем интервале концентраций исходных компонентов, анализ структурно-
химического состояния жидких глиноземистых шлаков, механизма рафинирования
металлургических расплавов, а также разработку технологических рекомендаций
эффективной ковшовой обработки спокойных марок стали.
Полигональная диаграмма состояния (ПДС) тройной системы СаО-Al2O3-SiO2
Графо-аналитический метод построения диаграмм состояния (ПДС-метод), раз-
работанный для тройных систем, заключается в том, что на ребрах равностороннего
треугольника показаны все суще ствующие промежуточные фазы бинарных систем.
Поле концентрационного треугольника разделяет ся прямыми линиями, которые
являются геометрическим местом точек промежуточных квазибинарных систем:
полевые линейные системы (ПЛС), соединяющие фигуративные точки на ребрах
треугольни ка, и лучевые линейные системы (ЛЛС), соединяющие вершины с фи-
гуративными точками на проти воположных сторонах треугольника. В точках пере-
сечения линейных систем образуются нонвариантные тройные фазы, разделяющие
концентрационное поле треугольника на триангуляционные зо ны. Триангуляция
концентрационного поля общего треугольника определяется координатами фигу-
ративных точек первичных бинарных промежуточных фаз, которые соединяются
прямыми линиями, образующими внутренний треугольник − триангуляционную
зону тройных первичных промежуточных фаз (ППФ). Зона ППФ разделяет общее
концентрационное поле на три зоны вторичных промежуточ ных фаз у каждой вер-
шины треугольника.
На рисунке показана ПДС СаО-��2O3-��O2, построенная новым графоана-
литическим методом.
В табл. 1 представлены промежуточные фазы тройной системы (стехиометриче-
ский и химический составы, основность, модуль шлака, температуры образования
и плавления). Температуры образования и плавления определены по квазибинар-
ным диаграммам, построенным на линейных лучевых системах ��2O3-2CaO��O2,
CaO-��2O3��O2 и ��O2-2СаО��2O3.
Первичные промежуточные фазы (ППФ) бинарных систем 2СаО��2O3-��2O3��O
2
-
-2CaO��O2 образуют зону гомогенности первичной тройной фазы – 2CaO��2O3��O2,
координаты которой находятся в точке пересечения линейных лучевых систем
��2O3-2CaO��O
2
, CaO-��
2
O
3
��O
2
и ��O
2
-2СаО��
2
O
3
.
В тройной системе образуется всего 31 промежуточная фаза, в том числе
8 эвтектик, тогда как в классической диаграмме существуют только две фазы
– геленит (2CaO��
2
O
3
��O
2
) и анортит (CaO��
2
O
3
2��O
2
), составы и температуры
эвтектик не установлены. В точке пересечения лучевых систем ��
2
O
3
-CaO��O
2
,
CaO-��
2
O
3
��O
2
и ��O
2
-СаО��
2
O
3
образуется эквимолярная триангуляционная фаза
пироксен (CaO��
2
O
3
��O
2
), в области гомогенности геленит (2CaO��
2
O
3
��O
2
) – анор-
тит (CaO��
2
O
3
2��O
2
) обнаружена новая фаза – глинозит (CaO2��
2
O
3
��O
2
). Глинозит
– ранее неизвестная фаза, существующая в области глинозема (��
2
O
3
) и муллита
(3��
2
O
3
2��O
2
), является основой муллитокорундовых огнеупорных минералов. Кроме
того, обнаружена триангуляционная фаза – гроссуляр (3CaO��
2
O
3
3��O
2
) в эвтектич-
ной зоне CaO��O
2
-Э
7
-2CaO��
2
O
3
2��O
2
-Э
8
.
Линии, соединяющие бинарные ППФ, образуют внутренний треугольник 210-011-
-201, разделяющий общее концентрационное поле на три зоны у каждой вершины
треугольника.
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 1 (85) 19
Получение и обработка расплавов
В табл. 2 представлены СИМ-комплексы – структурные элементы первичных про-
межуточных фаз в жидком состоянии. Металлургические расплавы в соответствии
с теорией МГС-фаз [3] – это набор разномерных наноструктурных составляющих,
сумма которых равна единице, с возрастающей степенью разупорядочения в за-
висимости от температуры перегрева над ликвидусом: три-ди-моно-нульмерные
СИМ-комплексы. В связи с этим в заданном интервале температур сосуществуют
различные структурные классы жидкого состояния: полиэдрическая → полигональ-
ная → разупорядоченная, относительная доля последней возрастает до единицы
при образовании моноструктурной (статистической) жидкости.
Тип конструкции СИМ-комплексов шлаковых расплавов отвечает плоской поли-
мерной сетке – полигональные ячейки (ПГЯ), из которых образуются трехмерные
– полиэдрические ячейки (ПДЯ) простых форм, включая гармонические тела в виде
тетраэдра, гексаэдра, октаэдра и др.
СИМ-комплексы первичных промежуточных фаз отличаются минимальным чис-
лом частиц, максимально плотно упакованных в полигональные или полиэдрические
ячейки, которые образуются при любых концентрациях исходных компонентов и
открывают последовательный ряд вторичных фаз при взаимодействии ППФ с ком-
понентами шлака.
реакционная способность СИМ-комплексов зависит от их структурно-химического
разупорядочения, так как стабильные структуры имеют насыщенные химические
связи, обеспечивающие высокую термодинамическую прочность и химическую
инактивность. Структурно-химическая разупорядоченность СИМ-комплексов про-
%мас.
Полигональная диаграмма состояния системы СаО-��2O3-��O2
20 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 1 (85)
Получение и обработка расплавов
таблица 1. тройные фазы системы CaO-Al2O3-SiO2
Стехиомет-
рический состав
Химический состав,
%мас.
Условные
обозначе-
ния
В М
Температура, 0С
CaO Al2O3 SiO2
образо-
вания
плав-
ления
Область ППФ (2CaOAl2O3-Al2O3SiO2-2CaOSiO2)
2CaOAl2O3SiO2 40,9 37,2 21,9 2.1.1(Г) 0,87 0,69 900 1600
2CaO2Al2O3SiO2 29,8 54,2 16,0 2.2.1 1,87 0,42 1100 1500
2CaOAl2O32SiO2 33,5 30,5 36,0 2.1.2 0,93 0,50 1000 1500
4CaOAl2O3SiO2 58,0 26,4 15,6 4.1.1 3,73 1,38 1200 1500
6CaO3Al2O32SiO2 44,1 40,2 15,7 6.3.2 2,8 0,79 1200 -
4CaO3Al2O33SiO2 31,5 43,1 25,4 4.3.3 (Э3) 1,24 0,46 1300 1300
6CaO2Al2O33SiO2 46,7 28,3 25,0 6.2.3 (Э5) 1,87 0,88 1250 1250
4CaO3Al2O32SiO2 34,5 47,1 18,4 4.3.2 (Э2) 1,87 0,53 1300 1300
4CaOAl2O32SiO2 50,2 22,9 26,9 4.1.2 1,87 1,00 1050 1350
6CaOAl2O33SiO2 54,4 16,5 29,1 6.1.3 1,87 1,20 1200 -
3CaOAl2O3SiO2 50,9 30,9 18,2 3.1.1 (Э4) 2,8 1,04 1300 1300
CaOAl2O3SiO2 25,7 46,8 27,5 1.1.1 0,93 0,35 1100 1500
CaO2Al2O32SiO2 14,7 53,7 31,6 1.2.2 0,47 0,17 1400 -
4CaO2Al2O32SiO2 36,8 34,6 29,6 4.2.3 1,24 0,58 1400 1400
Область Al2O3 (2СаОAl2O3-Al2O3-Al2O3SiO2)
2CaO12Al2O3SiO2 8,0 87,7 4,3 2.12.1 1,87 0,10 1600 -
2CaO6Al2O3SiO2 14,3 78,1 7,6 2.6.1 1,87 0,17 1500 1800
2CaO3Al2O3SiO2 23,4 64,0 12,6 2.3.1 1,87 0,30 1400 -
CaO2Al2O3SiO2 17,5 63,8 18,7 1.2.1 (ГЛ) 0,93 0,21 н. д. 1550
Область SiO2 (Al2O3SiO2-SiO2-2СаOSiO2)
2CaOAl2O372SiO2 2,5 2,2 95,3 2.1.72 (М1) 0,03 0,02 1700 1700
2CaOAl2O318SiO2 8,7 7,9 83,4
2.1.18
(М/М0)
0,10 0,09 1600 1700/2100
2CaOAl2O39SiO2 14,9 13,5 71,6 2.1.9 (М2) 0,21 0,17 1700 1700
2CaOAl2O36SiO2 19,5 17,8 62,7 2.1.6 0,31 0,24 1475 1475
2CaOAl2O34SiO2 24,7 22,5 52,8 2.1.4 0,47 0,33 1300 -
CaOAl2O32SiO2 20,1 36,7 43,2 1.1.2 (АН) 0,47 0,25 н. д. 1265
4CaOAl2O35SiO2 35,8 16,3 47,9 4.1.5 (Э7) 0,75 0,55 1300 1300
5CaOAl2O34SiO2 45,0 16,4 38,6 5.1.4 (Э6) 1,17 0,82 1350 1350
3CaOAl2O33SiO2 37,3 22,7 40,0 3.1.3 0,93 0,60 н. д. 1000
Область СаO (2СаОSiO2-СаО-2СаOAl2O3)
16CaOAl2O3SiO2 84,7 9,6 5,7 16.1.1 14,9 5,5 1700 -
8CaOAl2O3SiO2 73,5 16,7 9,8 8.1.1 7,5 2,8 1900 1900
6CaOAl2O3SiO2 67,5 20,5 12,0 6.1.1 5,6 2,1 1400 -
5CaO4Al2O3SiO2 37,4 54,6 8,0
5.4.1
(Э1) 4,67 0,60 1500 1500
Примечание: *ППФ – первичная промежуточная фаза; ГН – геленит; ГЛ – глинозит;
АН – анортит; В = СаО/��O
2
; � = CaO/��O
2
+��
2
O
3
; н. д. – нет данных
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 1 (85) 21
Получение и обработка расплавов
исходит от тепловых и химических возмущений шлака при температурах жидкого
металла и химически активных элементов, когда нарушаются (разрываются) старые
межатомные связи и открываются новые. Тепловая разупорядоченность происходит
при перегревах над ликвидусом, чем ниже температура ликвидуса, тем меньше пере-
грев и тепловые потери, что полностью отвечает эвтектическим фазам. Химическая
таблица 2. структуризация шлаковых расплавов системы CaO-Al
2
O
3
-SiO
2
Формульный состав сиМ-комплексы
cтехиомет-
рический
структурный
геометрические параметры полигональных
ячеек:
a = 19,0 нм, b = 14,5 нм, с = 20,5 нм
2CaO��
2
O
3
(Са
2
��
2
O
5
)0
� = 9, l = 49,6 �
0
�
0
= 149,4
h
1
= 16,0, h
2
=10,3 нм
��
2
O
3
��O
2
(��
4
��
2
O
12
)4-
� =18, l =142,4
�
0
= 173,4
b
1
= 16,5, h
1
= 11,7, h
2
= 10,5, c
1
= 23,3 нм
2CaO��O
2
(Ca
2
��O
4
)0
� = 7, l = 20,0
�
0
=103,4
a = 19,0, с = 20,0, h = 16,2 нм
2CaO��
2
O
3
��O
2
(Ca
4
��
4
��
2
O
14
)0
� = 24, l = 170,0
�
0
= 155,3
h
1
= 16,2, h
2
= 10,3, h
3
= 10,5 нм
2CaO2��
2
O
3
��O
2
(Ca
2
��
4
��O
10
)0
N = 17, l = 152,0
�
0
= 198,1
h
1
= 6,2, h
2
=10,3, h
3
=10,5 нм
2CaO��
2
O
3
2��O
2
(Ca
2
��
2
��
2
O
9
)0
� = 15, l = 121,9
�
0
= 184,4
h
1
=16,2, h
2
=10,3 нм,
4CaO��
2
O
3
��O
2
(Ca
8
��
4
��
2
O
18
)0
� = 32, l = 286,0
�
0
= 189,0
h
1
=16,2 , h
2
=10,3, h
3
=10,5 нм
Примечание: � − число частиц; l − длина (нм); �
0
− относительная плотность упаковки
22 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 1 (85)
Получение и обработка расплавов
разупорядоченность оксидных фаз происходит в результате замещения химических
элементов с кислородом и образования вакансий новых связей с элементами-
раскислителями, обладающими высоким сродством к кислороду.
В связи с этим к оптимальным составам рафинирующих шлаков относятся фазы,
отвечающие условиям необходимости – максимальная степень эвтектичности и
достаточности – максимальная реакционная способность.
В системе CaO-��2O3��O2 существуют восемь эвтектик, из которых только
две пригодны для формирования рафинировочных шлаков: на базе ранкинита
− 5CaO��2O34��O2 (45,0/16,4/38,6; В = 1,2; Т
Э
= 1350 0С) и на базе геленита −
3CaO��2O3��O2 (50,9/30,9/18,2; В = 2,8; Т
Э
~1300 0С). ранкинит – шлаки относятся к
силикатным и образуются при рафинировании полуспокойных сталей, раскисленных
кремнием. Геленит – шлаки относятся к глиноземным и образуются при рафиниро-
вании спокойных сталей, раскисленных алюминием.
Эвтектический состав рафинировочных шлаков при температурах жидкой стали
(~1700 0C) обеспечивает высокий перегрев (~400 0C), что благоприятствует процессу
структурного разупорядочения и переходу в активированное состояние. Химиче-
ское разупорядочение происходит при раскислении шлака углеродом, кремнием,
алюминием и другими элементами с высоким сродством к кислороду.
Структуризация ковшовых глиноземистых шлаков и механизм
рафинирования спокойных сталей
Конвертерные шлаки, как и другие сталеплавильные шлаки переменной основно-
сти, образуются на базе двух- трехкальциевых силикатов, разбавленных продуктами
окисления железа, кремния, марганца, фосфора, серы и других химических элемен-
тов при фришевании газообразным кислородом металлического расплава.
Для рафинирования стали используют высокоосновные шлаки [4]. Для спокойных
сталей, раскисленных алюминием, основность глиноземистых шлаков составляет
20-25 % ��2O3
,
В = СаО/��O2 ≥ 5,0, для полуспокойных сталей – силикатные шлаки
15-20 % ��O2 с основностью В ~ 3,0-3,5. Все рафинировочные шлаки (ТШС) содержат
плавиковый шпат СаF2 5-10 %, который из экологических соображений заменяют
оксидами натрия в количестве 5-12 %.
В настоящей работе исследована возможность получения жидкоподвижных ков-
шовых шлаков без дополнительных присадок флюсовых материалов − СаF2 и �a2O
за счет формирования глиноземистых шлаков эвтектического состава.
Структурно-химическое состояние силикатных шлаков определяется полиго-
нальной диаграммой тройной системы FeO-��O2-CaO, в которой первичной про-CaO, в которой первичной про-, в которой первичной про-
межуточной фазой является химическое соединение 2FeO��O22CaO c основностью
B = 1,87 и температурой плавления 1450 0С (см. сообщение 2).
При регламентированном расходе извести для получения заданной основно-
сти шлака 2,80 на основе 2СаО��O2
образуется шлаковый расплав стехиометри-
ческого состава р2О5�O372CaO24��O24�nO12FeO, содержащий (%мас.) компо-�nO12FeO, содержащий (%мас.) компо-12FeO, содержащий (%мас.) компо-FeO, содержащий (%мас.) компо-, содержащий (%мас.) компо-
ненты 59,0 СаО + 21,1 ��O2 + 12,6 FeO + 4,2 �nO + 2,0 P2O5 + 1,1 �O3 различного
фазового состава (%мас.): 3СаО��O2 (69,7) + 3FeO�nO2��O2 (23,8) + 4CaOP2O5�O3
(6,5),
входящий в структурную формулу СИМ-комплекса р2�Ca72��24�n4Fe12O144
в
виде полигональной ячейки
из 259 частиц, длина которой составляет 19154 нм, площадь 38592 нм2 и относи-
тельная плотностью упаковки 149.
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 1 (85) 23
Получение и обработка расплавов
На основании представленной конструкции полигональной ячейки СИМ-
комплекса окислительного конвертерного шлака механизм процессов рафиниро-
вания железоуглеродистых расплавов включает последовательный ряд структурно-
химических реакций активирования шлака, раскисления и десульфурации металла
за счет присадочных материалов, тип и порядок ввода которых в сталеразливочный
ковш зависит от их химической активности.
Химическая активность элементов, рассчитанная из квантово-механических
параметров атомов [5] для энергии связи (ДС, эВ/(г-ат)) с кислородом, имеет вид
последовательного возрастающего ряда Fe2+(6,05)→ �n2+(6,24)→ Ca2+(7,27)→
→ ��3+(7,75)→ C2+(8,12)→ ��4+(8,31), из которого следует термодинамическая веро-
ятность восстановления всех представленных оксидов кремнием максимальной
валентности (4+), а также углеродом (С2+), кроме кремнезема (��O
2
), при нормальных
условиях.
В качестве присадочных материалов используются углерод (УГМ)-термоантрацит,
коксик, электродный бой и другие, ферромарганец марки ФМН70 (FeC
2
�n
4
), фер-
росилиций марки ФС45 (Fe��
2
) и ферроалюминий марки ФА30 (Fe��).
При современных способах «отсечки» шлака на выпуске в сталеразливочный
ковш попадает конвертерный шлак в количестве до 5,0-5,5 кг/т. В связи с этим
«попутный» шлак заданной основности В = 2,8, отвечающий стехиометрическому
составу P
2
O
5
�O
3
72CaO24��O
2
4�nO12FeO (2,0/1;1/59; 0/21;1/4; 2/12,6), необходимо
перевести в активированное состояние за счет раскисления углеродом и сфор-
мировать рафинировочный ковшовой шлак эвтектического состава 3CaO��O
2
��
2
O
3
(50,9/18,2/30,9) c основностью В = 2,8 за счет раскисления шлака и металла алю-c основностью В = 2,8 за счет раскисления шлака и металла алю- основностью В = 2,8 за счет раскисления шлака и металла алю-
минием
(P2O5�O372CaO24��O24�nO12FeO)ККШ+20(С)ККШ+3{O2}→12Fe�e+
+20CO↑+(P2O5�O372CaO24��O22�nO2�n2+)�КШ; (1)
(P2O5�O372CaO24��O22�nO2�n2+)�КШ+2[�]�e →
→(P2O5�O372CaO24��O22�nO2�n�)PКШ; (2)
(P2O5�O372CaO24��O22�nO2�n�)PКШ+[O]�e+8(Fe��)рКШ→8Fe�e+
+4(��2O3)рКШ+(�)рКШ+(P2O564CaO24��O22�nO2�n�8Са2+)АКШ; (3)
(P2O524��O24��2O364CaO2�nO2�n�8Са2+)+7[�]�e+(�)рКШ →
→(P2O524��O224��2O364CaO2�nO2�n�8Са�)рКШ; (4)
40[Fe��]
�e
+60[O]
�e
→20(��
2
O
3
)
рКШ
+40Fe
�e
; (5)
10[Fe��]�e→10Fe�e+10[��]�e;
(6)
40[Fe��2]�e→40Fe�e+80[��]�e;
(7)
25[FeC2�n4]�e→25Fe�e+50[C]�e+100[�n]�e (8)
____________________________________________________________________________
Σ: (P2O5�O372CaO24��O24�nO12FeO)ККШ+20(С)ККШ+3{O2}+
+58[Fe��]�e+40[Fe��2]�e+
25[FeC2�n4]�e+61[O]�e+
+9[�]�e→135Fe�e+20CO↑+50[C]�e+100[�n]�e+80[��]�e+
+10[��]�e+(P2O524��O224��2O364CaO2�nO2�n�8Са�)рКШ, (9)
где (1) и (3) – реакции активирования шлака; (2) и (4) – реакции десульфурации
металла; (5) – реакция раскисления шлака; (6)-(8) – реакции легирования стали
алюминием, кремнием и марганцем.
Из балансовой реакции (9) следует, что для раскисления конвертерного шлака
в количестве 7,0 кг/т требуется 0,25 кг/т углерода и 0,7 кг/т ферроалюминия марки
ФА30, остальной расходуется на легирование (0,8 кг/т) и раскисление (3,3 кг/т)
стали, окисленность которой снижается на 1,0 кг/т.
24 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 1 (85)
Получение и обработка расплавов
В сталеразливочном ковше образуется рафинировочный шлак в количестве 8,5 кг/т,
отвечающий стехиометрическому составу эвтектики P
2
O
5
24��O
2
24��
2
O
3
64CaO2�nO
2�n�8Са� (1,7/42,1/16,9/28,8/1,7/2,0/6,8) с температурой ликвидуса 1300-1350 0С,
основностью 2,5, модуль 1,5, адсорбционная емкость по сере А
�
= 3,4 %.
После присадок ферросилиция ФС45 (4,5 кг/т) и ферромарганца ФМн70 (7,5 кг/т),
содержащего 7,0-8,0 % С, химический состав основных компонентов металли-
ческого расплава включает; в %: 0,10-0,12 С + 0,50-0,55 �n + 0,20-0,22 �� +
+ 0,025-0,027 ��. При исходном содержании в полупродукте (0,05-0,06) % С и
1000 ppm [O]
�e
в жидкой стали остается 20-25 ppm [O]
�e
, при [�]
нач
= (0,030-0,035) %
→ [�]
Ме
= 0,003 - 0,005 %.
Технологическая схема ковшовой обработки спокойных конвертерных сталей
включает ряд последовательных операций: предварительное раскисление конвер-
терного шлака при выпуске полупродукта УГМ (0,25 кг/т) → окончательное раскис-
ление шлака ФА30 (0,7 кг/т) → раскисление жидкого металла ФА30 (3,3 кг/т) →
→ доводка до марочного состава стали присадками ФА30 (0,8 кг/т) + ФС45 (4,5 кг/т)+
+ ФМн70 (7,5 кг/т).
Технико-экономическая эффективность достигается за счет отсутствия ТШС (из-
вести и плавикового шпата), применения ФА30 вместо чушкового алюминия, а также
низколегированных сплавов ферросилиция ФС45 и ферромарганца ФМн70.
выводы
• Построена полигональная диаграмма состояния системы CaO-��2O3-��O2.
• Проведен анализ структурно-химического состояния промежуточных фаз
тройной системы.
• разработаны физико-химические критерии и определены оптимальные составы
рафинировочных шлаков.
• Исследован механизм рафинирования и разработана технологическая схема
ковшовой обработки спокойных сталей, эффективность которой обеспечивается
заменой ТШС конвертерным шлаком и применением дешевых ферросплавов.
1. Торопов Н. А. Диаграммы состояния силикатных систем: Справочник. − Л.: Наука, 1972.
− Т 3. − 448 с.
2. Петров Д. А. Двойные и тройные системы. − М.: Металлургия, 1986. − 256 с.
3. Белов Б. Ф., ТроцанА. И., Харлашин П. С. Структуризация металлургических фаз в жидком
и твердом состояниях // Изв. вузов. Чер. металлургия. − 2002. − № 4. − С. 70-75.
4. Смирнов Н. А., Басов А. В., Магидсон И. А. Физические свойства шлаков для рафиниро-
вания стали в агрегате ковш-печь // Тр. Х Конгресса сталеплавильщиков. − М., 2009.
− С. 444-452.
5. Троцан А. И., Харлашин П. С., Белов Б. Ф. О природе химической связи элементов в метал-
лургических фазах // Изв. вузов. Чер. металлургия. – 2002. − № 4. − С. 60-63.
Поступила 13.04.2010
|