Исследование влияния тугоплавких частиц в шлаке на адгезию к огнеупору
В статье теоретически и экспериментально обоснована возможность регулирования соотношения низко- и высокотемпературных фаз в конечном конвертерном шлаке путем присадки оксидов кальция и магния, а также влияние добавки тугоплавких частиц различных фракций на изменение краевого угла смачивания и адгез...
Saved in:
| Published in: | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Date: | 2018 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2018
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166596 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование влияния тугоплавких частиц в шлаке на адгезию к огнеупору / Е.Н. Сигарев, Н.Н. Недбайло, А.А. Похвалитый, А.В. Довженко // Металл и литье Украины. — 2018. — № 11-12 (306-307). — С. 35-42. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859793856224034816 |
|---|---|
| author | Сигарев, Е.Н. Недбайло, Н.Н. Похвалитый, А.А. Довженко, А.В. |
| author_facet | Сигарев, Е.Н. Недбайло, Н.Н. Похвалитый, А.А. Довженко, А.В. |
| citation_txt | Исследование влияния тугоплавких частиц в шлаке на адгезию к огнеупору / Е.Н. Сигарев, Н.Н. Недбайло, А.А. Похвалитый, А.В. Довженко // Металл и литье Украины. — 2018. — № 11-12 (306-307). — С. 35-42. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Металл и литье Украины |
| description | В статье теоретически и экспериментально обоснована возможность регулирования соотношения низко- и высокотемпературных фаз в конечном конвертерном шлаке путем присадки оксидов кальция и магния, а также влияние добавки тугоплавких частиц различных фракций на изменение краевого угла смачивания и адгезию шлака к поверхности периклазоуглеродистого огнеупора.
У статті теоретично та експериментально обґрунтовано можливість регулювання співвідношення низько- та високотемпературних фаз у кінцевому конвертерному шлаку шляхом присадки оксидів кальцію та магнію, а також вплив добавки тугоплавких частинок різних фракцій на зміну крайового кута змочування та адгезію шлаку до поверхні периклазовуглецевого вогнетриву.
The article theoretically and experimentally substantiates the possibility of regulating the ratio of low and high temperature phases in the final converter slag by the addition of calcium and magnesium oxides, as well as the effect of adding refractory particles of different fractions on the change in the wetting angle and the adhesion of the slag to the surface of the periclasecarbon refractory.
|
| first_indexed | 2025-12-02T12:23:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
35ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
между зернами MgO, ускоряет образование низкотем-
пературных фаз и облегчает извлечение (вымывание)
огнеупорных зерен из матрицы огнеупора.
В результате исследований по определению адге-
зии шлаков различного химического состава к огнеу-
порам конвертера [5], показана возможность адгезии
шлака к частицам МgО в МgО-С огнеупора, при этом
не обнаружены признаки реакций между указанными
частицами в образцах огнеупора и слоем нанесенно-
го шлака. В то же время, установлено образование
газового промежутка на поверхности раздела между
слоем шлака и МgО-С матрицей огнеупора и гранулы
железа в слое шлака при высоком содержании (FеО).
Авторами работы [6] исследовано влияние основ-
ности на растворимость оксидов магния в шлаке. По-
казано, что основное влияние на растворимость MgO
оказывает состав шлака и особенно показатель его
основности (СаО) / (SiO2). Влияние оксидов железа
на растворимость MgO неоднозначно. Fe2O3 связы-
вает MgO в ферриты, тем самым снижая активность
оксида магния и повышая его растворимость. Закись
железа, с одной стороны, увеличивает долю свобод-
ного кислорода и, соответственно, активность MgO,
что должно снижать растворимость последнего. В то
же время, с другой стороны, ионы Fe2+ концентриру-
ются главным образом в RO-подсистеме, уменьшая
ионную долю катионов магния и, соответственно,
активность MgO. Превалирующее влияние той или
иной тенденции определяется основностью шлака,
общим содержанием и соотношением в нем двух- и
трехвалентного железа. Шлаки конвертерной плавки
характеризуются увеличением растворимости MgO с
повышением содержания оксидов железа.
В целом, положительные результаты по повыше-
нию устойчивости гарнисажного слоя достигаются
[4] при перенасыщении шлака MgO (до 10–14 %) в
конце продувки в конвертере, что обеспечивает по-
вышенное содержание дисперсной твердой фазы и
способность шлака образовать слой гарнисажа над-
лежащей толщины.
В
ведение. Эффективным способом для повыше-
ния стойкости периклазоуглеродистой футеровки
кислородных конвертеров на современном этапе
развития технологии остается прием раздувки га-
зовыми струями модифицированного магнезиальны-
ми добавками конечного конвертерного шлака, кото-
рый кристаллизуется с формированием на рабочей
поверхности огнеупоров агрегата шлако- и термо-
устойчивого гарнисажного слоя. Физико-химическое
состояние и температура плавления шлака, который
раздувается, краевой угол смачивания и величина
работы адгезии к поверхности огнеупора непосред-
ственно влияют на динамику и интенсивность фор-
мирования гарнисажного слоя заданной толщины [1].
Авторами работы [2] установлено, что конвертер-
ный шлак, содержащий более 48 % СаО при 6–8 %
MgO, не обеспечивает формирования слоя гарниса-
жа на периклазоуглеродистой футеровке, устойчиво-
го к эрозии, в результате нахождения на 90 % в зоне
насыщения СаО, и содержит значительное количе-
ство СаО·Fe2O3 и 2СаО·Fe2O3 с температурой плав-
ления 1215 и 1440 °С соответственно. Повышение
содержания MgO в шлаке до 10 % при снижении СаО
до 41,8 % перед раздувкой позволяет сместить со-
став шлака в область насыщения MgO, с образовани-
ем высокотемпературной фазы MgO·Fе2O3 (1750 °С)
и серии твердых растворов оксидов магния и железа
с температурой плавления около 2000 °С. Доля маг-
незиоферита и магнезиовюстита в этом случае до-
стигает 15–25 %, а легкоплавкой фазы и СаО·Fe2O3
сокращается до 3–7 % [2].
В соответствии с данными работы [3], легкоплавкие
фазы с повышенным содержанием FeO обеспечивают
адгезию между шлаком и огнеупором, а тугоплавкие
фазы – сопротивление эрозии и тепловому воздей-
ствию. Необходимо отметить, что в ходе исследования
износа MgO-C огнеупоров [4] были идентифицирова-
ны зерна оксида магния, отделившиеся от огнеупора и
погруженные в шлак. Показано, что жидкоподвижный
шлак проникает во внутризерновую силикатную связку
УДК 669.184.125
Е.Н. Сигарев, д-р техн. наук, зав. кафедрой металлургии черных металлов, e-mail: en_sigarev@ua.fm
Н.Н. Недбайло, аспирант кафедры металлургии черных металлов
А.А. Похвалитый, ст. преподаватель кафедры металлургии черных металлов
А.В. Довженко, аспирант кафедры металлургии черных металлов
Днепровский государственный технический университет, г. Каменское, Украина
Исследование влияния тугоплавких частиц в шлаке на
адгезию к огнеупору
В статье теоретически и экспериментально обоснована возможность регулирования соотношения низко- и
высокотемпературных фаз в конечном конвертерном шлаке путем присадки оксидов кальция и магния, а также
влияние добавки тугоплавких частиц различных фракций на изменение краевого угла смачивания и адгезию
шлака к поверхности периклазоуглеродистого огнеупора.
Ключевые слова: футеровка, адгезия, гарнисаж, конвертер, шлак.
36 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
рядок выше, чем вязкость жидкой стали, и возмож-
ность свободного течения по футеровке конвертера
с соответствующей температурой. Вязкость насы-
щенных известью высокоосновных шлаков в тем-
пературном интервале завершающего этапа плавки
(1650–1700 °С) в среднем в 1,56 раз выше вязкости
низкоосновных шлаков. Известно также [7], что суще-
ственно повышается вязкость шлака при наличии в
нем во взвешенном состоянии нерастворенных ча-
стиц размером 10-3-10-2 мм, которые вызывают уве-
личение внутреннего трения и уменьшают скорость
движения шлаковой пленки по футеровке. В высо-
коосновном конвертерном шлаке такими твердыми
частицами могут быть частицы MgO, СaО, Cr2O3 и
другие.
Необходимо отметить, что достоверные сведения
об условиях растекания по поверхности, величине
работы адгезии и изменении краевого угла смачива-
ния периклазоуглеродистого огнеупора конвертер-
ным шлаком, в зависимости от состава последнего,
в том числе модифицированного магнезиальными
добавками перед раздуванием на футеровку, крайне
ограничены.
Целью исследований было определение возмож-
ности прецизионного регулирования соотношения
низко- и высокотемпературных фаз в конечном кон-
вертерном шлаке путем внесения дополнительного
количества оксидов кальция и магния, определение
величины работы адгезии, а также влияния присадок
тугоплавких твердых добавок различных фракций на
изменение краевого угла смачивания (Θ) шлаком по-
верхности периклазоуглеродистого огнеупора.
Результаты работы. Исследование поверх-
ностных явлений в системе «конвертерный шлак-
периклазоуглеродистый огнеупор» проводили с ис-
пользованием экспериментального комплекса на ос-
нове печи Таммана, оптического пирометра ЭОП-66
и контрольно-измерительных приборов в условиях
сталеплавильной лаборатории кафедры металлур-
гии черных металлов Днепровского государственного
технического университета.
Для подготовки и проведения экспериментов ис-
пользованы основные положения методики опреде-
ления поверхностного натяжения методом лежащей
капли [8].
С использованием метода планирования экспери-
мента реализован полный факторный эксперимент.
В образцы порошкообразного конечного конвертер-
ного шлака исходного химического состава, %: СаО –
45,1; MgO – 3,9; SiO2 – 16,5; FeO + Fe2O3 – 26,3, при-
саживали порции чистых порошкообразных СаО (Х1)
и MgO (Х2), в соответствии с планом эксперимента
(табл. 1).
Исследуемый образец модифицированного до-
бавками оксидов Са и Mg конвертерного шлака
(табл. 1), изготовленный в виде цилиндра диаметром
8 мм и высотой 10 мм, устанавливали на подложку.
Использовали подложку, изготовленную из обожжен-
ного, извлеченного из рабочего слоя футеровки кис-
лородного конвертера после завершения кампании,
периклазоуглеродистого огнеупора (марки PC-14F).
Подложку с образцом шлака устанавливали в рабо-
Формирование прочного и термоустойчивого гар-
нисажного слоя обеспечивается при условиях дости-
жения рационального химического состава шлака,
насыщенного MgO, наличии высокотемпературной
фазы MgO⋅Fe2O3 и твердых растворов с различными
пропорциями MgO и FeO (с температурой плавления
на уровне 2000 °С).
Как показано выше, повышение адгезионной спо-
собности конвертерного шлака к периклазоуглеро-
дистому огнеупору может быть обеспечено за счет
регулирования соотношения низко- и высокотемпе-
ратурных фаз в гарнисажном слое. Вследствие хо-
рошего смачивания конвертерным шлаком поверхно-
сти MgO-С огнеупора работа его адгезии к зернам пе-
риклаза приближается к удвоенному поверхностному
натяжению шлака и составляет от 460 до 495 МДж/м2.
Такое значение работы адгезии может приводить к
вымыванию кристаллов периклаза из огнеупора дви-
жущимся потоком шлакометаллической эмульсии,
образующейся при продувке металла кислородом в
ходе конвертерной плавки.
Постановка задачи. По ходу нанесения шлаковой
пленки и после раздувки шлаковой ванны на границе
«шлак-огнеупор» формируется гарнисажный слой, в
котором оксид железа, по мере повышения его кон-
центрации, снижает вязкость шлака и разрушает си-
ликатную сеть огнеупора, что ускоряет обезуглерожи-
вание матрицы в соответствии с реакцией (FeO) + Cтв =
= Feмет + {CO}. Окисление графита матрицы повышает
пористость рабочего слоя огнеупора, в результате че-
го шлак проникает в объем последнего и способствует
дальнейшему вымыванию зерен периклаза в шлак. В
свою очередь, железо восстанавливается из оксидов,
диффундирует в зерна MgO и ускоряет образование
магниевого вюстита. Образовавшаяся фаза снижает
огнеупорность зерен оксида магния, обеспечивая кос-
венное растворение его зерен и развитие так называ-
емой «пассивной» коррозии.
Интенсивность движения слоя шлака, кото-
рый стекает по вертикально расположенной по-
верхности огнеупора по ходу раздувки шлаковой
ванны газовыми струями, согласно работам Охот-
ского В.Б., пропорциональна вязкости и степени
отклонения шлака от состояния насыщения его
MgO и может быть определена по выражению:
(MgO)нас = 0,987(MgO)рнас + 3,06.
Расчеты, выполненные авторами настоящего ис-
следования с использованием приведенного выше
выражения, показали, что с повышением температу-
ры (в диапазоне 1550–1650 °С) и основности шлака с
2,0 до 3,5 значения (MgO)нас изменяются в пределах
7,4–8,8 %. Для условий работы конвертеров конвер-
терного цеха ПАО «Днепровский меткомбинат», при
использовании по ходу плавки доломитизированной
извести, этот показатель для конечного шлака не-
сколько выше – 8,2-9,3 %, что способствует повыше-
нию стойкости футеровки, но приводит к осложнени-
ям с точки зрения обеспечения надлежащей степени
десульфурации и дефосфорации стали по ходу кон-
вертерной плавки.
Основные шлаки при температурах свыше
1600 °C имеют кажущуюся вязкость примерно на по-
37ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
чей зоне печи Таммана с графитовым тиглем. Печь
закрывали, и пропускали через реакционное про-
странство азот для соответствия условиям в рабочем
пространстве конвертера при проведении операции
ошлакования футеровки нанесением шлакового гар-
нисажа путем раздувания конечного шлака азотом.
В серии экспериментов с дополнительным вводом
в объем шлака твердых тугоплавких частиц подготов-
ка шлака заключалась в добавке частиц на основе ок-
сида Mg (Х3) различных фракций (диаметром от 0,83
до 3,60 мм, табл. 1). Целью ввода тугоплавких частиц
являлось исследование их влияния (в качестве за-
медлителей движения или дополнительных «центров
кристаллизации» шлака) на растекание капли шлака
по поверхности огнеупора. Количество тугоплавких
добавок составляло 8 % от массы образца шлака.
Процесс нагревания, плавления образца шлака
и растекания капли шлака по поверхности огнеупор-
ной подложки фиксировали с помощью цифровой
видеокамеры CASIO FX-25. Температуру плавления
образцов шлака определяли с использованием опти-
ческого пирометра. Для анализа полученных резуль-
татов применяли мультимедийный плеер и диспет-
чер рисунков «Microsoft Office».
Определение характера смачивания и растекания
шлака по поверхности огнеупора (рис. 1, а, б) выпол-
няли с использованием снимков, где фиксировали во
времени различные стадии процесса (начало плав-
ления, растекания жидкой фазы, динамику растека-
ния шлака и т. д.).
Для определения поверхностных характеристик
проводили измерения геометрических размеров кап-
ли шлака на поверхности огнеупора (рис. 1, в). Кра-
евой угол смачивания измеряли с точностью до 0,5о,
а линейные размеры капли шлака – с точностью до
0,1 мм.
Таблица 1
План и результаты экспериментов по определению краевого угла смачивания поверхности огнеупора
конечным конвертерным шлаком, модифицированным добавками
№
Х1, % Х2, % Х3, мм* θi,град. θсред.,
град. Х1 Х2 Х1 Х3 Х2 Х3 Х1 Х2 Х3 к. нат. к. нат. к. нат. θmin θmax
1 - 5,0 - 5,0 - 0,8 84,9 71,2 78,05 + + + -
2 + 20,0 - 5,0 - 0,8 62,9 72,7 67,80 - - + +
3 - 5,0 + 10,0 - 0,8 84,8 68,1 76,45 - + - +
4 + 20,0 + 10,0 - 0,8 83,8 74,1 78,95 + - - -
5 - 5,0 - 5,0 + 3,3 64,8 63,4 64,10 + - - +
6 + 20,0 - 5,0 + 3,3 68,0 70,9 69,45 - + - -
7 - 5,0 + 10,0 + 3,3 75,8 79,2 77,50 - - + -
8 + 20,0 + 10,0 + 3,3 74,9 71,8 73,35 + + + +
Примечание: * средний диаметр частиц в фракции; к. – кодированные, нат. – натуральные
а
1
3
4
1
3 2
б
h
d1
в
Картина плавления (а), растекания капли шлака по поверхности огнеупора (б) и схема определения краевого угла
смачивания (в): 1 – подложка из огнеупора; 2 – тигель печи; 3 – капля шлака; 4 – слой шлака на поверхности огнеупора;
d1 – максимальный диаметр капли шлака; h – расстояние от максимального диаметра до вершины капли; θ – краевой угол
смачивания; σж-г – поверхностное натяжение на границе раздела «шлак – газ»; σт-ж – поверхностное натяжение на границе
раздела «огнеупор – шлак»; σт-г – поверхностное натяжение на границе «огнеупор – газ»
Рис. 1.
38 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
Результаты определения краевых углов смачива-
ния поверхности огнеупора конечным конвертерным
шлаком, модифицированным добавками твердых ча-
стиц, приведены в табл. 2.
Величины значимости коэффициентов, опре-
деленные по выражению ai = |bi . ∆θ|, подтвердили
известное предположение, что для конвертерного
шлака, в исследованном диапазоне химического со-
става, наиболее существенным фактором изменения
краевого угла смачивания является содержание СаО
(ai = 46,125).
Постепенная миграция химического состава мо-
дифицированного шлака (табл. 1), с увеличением
содержания СаО и MgO, в области с повышенной
температурой плавления (рис. 2), свидетельствует в
пользу предложенного способа [9] рассредоточения
во времени введения добавок-модификаторов по хо-
ду раздувки шлаковой ванны с целью предотвраще-
ния быстрого перевода последней в малоподвижное
состояние с прекращением выноса шлаковых капель.
Макроструктуры зоны контакта «шлак – огнеупор»
для исходного конвертерного шлака (а) и распреде-
ление твердых частиц в полученных расплавлени-
ем на подложке каплях шлака, модифицированного
присадками тугоплавких частиц MgO фракций 0,63–
1,0 мм (б) и 2,0–3,0 мм (в) соответственно, приведе-
ны на рис. 3.
Газового промежутка между шлаком и рабочей
поверхностью огнеупора, в отличие от результатов
работы [5], не обнаружено, что, по-видимому, связа-
но с недостаточным промежутком времени выдерж-
ки образца шлака в печи после его расплавления и,
вследствие этого, ограничениями условий для разви-
тия обезуглероживания матрицы MgO-C.
По результатам обработки экспериментальных
данных, получена математическая модель для опи-
сания взаимосвязи изменения концентрации СаО и
MgO в шлаке с краевым углом смачивания:
и модель для определения влияния размера твердых
тугоплавких добавок (табл. 2) на изменение краевого
угла смачивания шлаком поверхности огнеупора:
Таблица 2
Результаты определения угла смачивания по-
верхности огнеупора модифицированным кон-
вертерным шлаком с добавлением твердых ча-
стиц MgO различных фракций
№ X3, мм
θi, град.
θсред., град.
θmin θmax
1 3,0–3,6 84,0 90,0 87,0
2 2,0–3,0 11,0 28,9 19,95
3 1,0–2,0 31,4 41,7 36,55
4 0,63–1,0 20,9 57,1 39,0
Изменение химического состава конвертерного
шлака при добавлении СаО и MgO в исходный конвертер-
ный шлак (т. «0» на диаграмме). Цифры у выделенных на
диаграмме точек соответствуют номерам состава экспери-
ментального шлака (табл. 1)
Рис. 2.
а
б
в
Макроструктура зоны контакта образцов исходного
(а) и модифицированного добавками (б, в) тугоплавких ча-
стиц (табл. 2) конвертерного шлака: 1 – тугоплавкие части-
цы; 2 – поры в слое шлака; 3 – зерна MgO в огнеупорной
подложке; 4 – шлак; ----- граница контакта «шлак – огнеу-
пор»
Рис. 3.
θ = 94,008 – 3,69 ⋅ CaO – 2,072 ⋅ MgO +
+ 0,362 ⋅ CaO ⋅ MgO, (1)
39ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
последним огнеупора и может негативно влиять на
растекание жидкого шлака по его поверхности при
формировании гарнисажного слоя;
– повышение содержания оксида магния в шлаке
более 12 % приводит к росту величины краевого угла
смачивания до 75–80 град., что также не способству-
ет достижению плотного равномерного покрытия гар-
нисажным слоем поверхности огнеупора.
Изменение величины работы адгезии определя-
ли следующим образом. Поверхностное натяжение
шлака на границе «шлак – газ» определяли с исполь-
зованием выражения:
где d2 – экваториальный диаметр капли, см; 1/H –
функция, зависящая от отношения диаметра капли к
ее высоте; ∆ρ – плотность образца шлака при темпе-
ратуре плавления, г/см3.
Величину работы адгезии модифицированного шла-
ка (табл. 1) оценивали с использованием уравнения [8]:
Результаты расчетов по уравнению (1) в виде по-
верхности отклика, которая характеризирует влияние
изменения содержания CaO и MgO в шлаке (табл. 1),
на краевой угол смачивания шлаком поверхности ог-
неупора, приведены на рис. 4.
Поверхность отклика, полученная с использова-
нием выражения (2), характеризующая комплексное
воздействие содержания СаО, MgO и размера ту-
гоплавких частиц в модифицированном шлаке для
фракций 0,63–1,0 мм и 3,0–3,6 мм (табл. 2) на изме-
нение краевого угла смачивания шлаком поверхно-
сти периклазоуглеродистого огнеупора, представле-
на на рис. 5 и рис. 6 соответственно.
В результате исследований установлено, что ввод
твердых частиц MgO фракции 0,63–1,0 мм в шлак
имеет большее влияние на вязкость и динамику рас-
текания последнего по поверхности огнеупора, что, в
целом, соответствует выводам работы [7].
Установленное по результатам экспериментов
разнонаправленное влияние размера твердых ча-
стиц MgO (рис. 5, рис. 6) на угол смачивания шлаком
огнеупора требует проведения дополнительных ис-
следований.
В результате выполненных исследований под-
тверждено, что содержание СаО, MgO и соотно-
шение низко- (СаО·Fe2O3) и высокотемпературных
(MgO·Fе2O3) фаз в модифицированном шлаке суще-
ственно влияют на смачивание шлаком поверхности
периклазоуглеродистого огнеупора.
По данным экспериментов, наибольшее влияние
на условия смачивания огнеупора модифицирован-
ным шлаком (табл. 1, 2), имеют следующие факторы:
– размеры присаживаемых в шлак твердых туго-
плавких частиц. Введение в объем шлака тугоплав-
ких частиц фракции более 3,0 мм приводит к пер-
манентному увеличению краевого угла смачивания
σж-г = d2⋅ 1/H ⋅ ∆ρ ⋅ g,
θ = 101,295 – 2,37 ⋅ CaO – 2,676 ⋅ MgO –
– 27,68 ⋅ D + 0,2686 ⋅ CaO ⋅ MgO +
+ 1,674 ⋅ CaO ⋅ D + 2,985 ⋅ MgO ⋅ D –
– 0,197 ⋅ CaO ⋅ MgO ⋅ D.
(2)
Поверхность отклика, характеризующая влияние
присадки СаО и MgO в шлак (табл. 1) на изменение крае-
вого угла смачивания шлаком поверхности огнеупора
Рис. 4.
Поверхность отклика, характеризующая влияние
присадки твердых частиц MgO фракции 0,63–1,0 мм на из-
менение краевого угла смачивания шлаком поверхности
огнеупора (табл. 2)
Влияние присадки твердых частиц MgO фракции
3,0–3,6 мм на изменение краевого угла смачивания шла-
ком поверхности огнеупора
Рис. 5.
Рис. 6.
(3)
40 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
с учетом величины краевого угла смачивания, опре-
деленного по выражению (2), а работу когезии – по
выражению:
Результаты расчетов работы адгезии для моди-
фицированного шлака с добавками частиц фракции
0,63–1,0 мм (табл. 2) представлены на рис. 7.
Установлено, что использование твердых ту-
гоплавких частиц различных фракций в качестве
присадки к шлаку, приводит к изменению величины
работы адгезии от 0,2 до 0,8 Н/м, в зависимости от
соотношения СаО и MgO в шлаке и, в целом, отра-
жает влияние исследованных факторов (табл. 1) на
условия формирования гарнисажного шлакового по-
крытия.
Управлять фактором адгезии, в условиях неболь-
шого диапазона колебаний величины Aког, возможно
путем изменения величины поверхностной энергии
рабочего слоя огнеупора. Это условие обеспечива-
ется при увеличении площади контакта между на-
несенным слоем гарнисажного шлака и периклазоу-
глеродистым огнеупором по ходу выгорания графита
матрицы с образованием СО и повышением пористо-
сти рабочей поверхности огнеупора.
Полученные в ходе исследований данные и мо-
дели могут быть использованы для прецизионного
регулирования соотношения низко- и высокотемпе-
ратурных фаз в конечном конвертерном шлаке перед
раздувкой последнего на футеровку конвертера.
Выводы
С использованием метода планирования экспе-
риментов выполнены высокотемпературные иссле-
дования по определению возможности изменения
химического состава и свойств конечного конвертер-
ного шлака перед нанесением на рабочую поверх-
ность периклазоуглеродистого огнеупора раздувкой
шлаковой ванны азотными струями. За счет внесе-
ния дополнительного количества оксидов кальция и
магния обеспечено изменение соотношения низко- и
высокотемпературных фаз в шлаке, изучено влияние
дополнительной присадки тугоплавких твердых ча-
стиц различных фракций на изменение краевого угла
смачивания модифицированным шлаком огнеупора.
Получены математические модели для расчета
влияния содержания СаО, MgO и размера присажи-
ваемых в шлак твердых тугоплавких частиц на основе
оксида магния на изменение краевого угла смачива-
ния шлаком поверхности периклазоуглеродистого ог-
неупора. Показана целесообразность использования
твердых тугоплавких добавок к конвертерному шлаку
перед раздуванием для предотвращения стекания
шлаковой пленки по поверхности огнеупора по ходу
формирования гарнисажного слоя. Установлено, что
использование тугоплавких частиц различного фрак-
ционного состава, приводит к изменению величины
работы адгезии шлака к огнеупору в диапазоне от
0,2 до 0,8 Н/м, в зависимости от содержания СаО и
MgO в шлаке. К наиболее рациональному диапазону,
в исследованных условиях, можно отнести фракцию
твердых частиц MgO диаметром 1,0–3,0 мм.
Аадг = σж-г ⋅ (1 + cosθ),
Аког = 2σж-г.
(4)
(5)
Поверхность отклика, характеризующая влияние
изменения химического состава и ввода твердых частиц
MgO фракции 0,63–1,0 мм в шлак на работу адгезии шлака
к огнеупору
Рис. 7.
1. Сигарев Е.Н., Сокол А.Н., Недбайло Н.Н. Компьютерное моделирование теплового состояния системы «гарнисаж –
футеровка» с учетом неравномерности ее толщины // Математическое моделирование. – 2016. – № 2 (35). – С. 70–73.
2. Sian C., Wenyan Y., Conglie Z. Slag splashing for BaoSteel’s 300 metricton BOF and crystallographic structure of its slag //
Iron and Steelmaker. – 2000. – № 7. – P. 39–41.
3. Использование высокомагнезиальных шлаков в конвертерной плавке / К.Н. Демидов, А.М. Ламухин, О.Ф. Шатилов и
др. // Труды VII конгресса сталеплавильщиков, г. Магнитогорск, 15–17 октября 2002 г. – М.: ОАО «Черметинформация»,
2003. – С. 186–193.
4. Обст К.-Х., Шюрман Э., Ман Г., Нолле Д. О растворимости окиси магния в кислородно-конвертерных шлаках // Черные
металлы. – 1980. – № 20. – С. 23–28.
5. Yuan Z., Wu Y., Zhao H., Matsuura H., Tsukihashi F. Wettability between molten slag and MgO-C refractories for slag splashing
process // ISIJ International. – 2013. – Vol. 53. – № 4. – P. 598–602.
ЛИТЕРАТУРА
41ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
1. Sigarev, E.N., Sokol, A.N., Nedbailo, N.N. (2016). Computer modeling of the thermal state of the “garbage-lining” system,
taking into account the unevenness of its thickness. Mathematical modeling, no. 2 (35), pp. 70–73 [in Russian].
2. Sian, C., Wenyan, Y., Conglie, Z. (2000). Slag splashing for BaoSteel’s 300 metricton BOF and crystallographic structure of
its slag. Iron and Steelmaker, no. 7, pp. 39–41 [in English].
3. Demidov, K.N., Lamukhin, A.M., Shatilov, O.F. et al. (2003). Use of high-magnesia slags in converter smelting. Proceedings
of the VII Congress of Steelmakers. Magnitogorsk, October 15–17, 2002. Moscow: JSC “Chermetinformation”, pp. 186–193
[in Russian].
4. Obst, K.-H., Shurman, E., Man, G., Nolle, D. (1980). On the solubility of magnesium oxide in oxygen-converter slags. Black
metals, no. 20, pp. 23–28 [in Russian].
5. Yuan, Z., Wu, Y., Zhao, H., Matsuura, H., Tsukihashi, F. (2013). Wettability between molten slag and MgO-C refractories for
slag splashing process. ISIJ International, Vol. 53, no. 4, pp. 598–602 [in English].
6. Takhautdinov, R.S. (2001). Steel production in the oxygen-converter shop of the Magnitogorsk Iron and Steel Works.
Magnitogorsk, 148 p. [in Russian].
7. Physical properties of slags, viscosity. URL: http://emchezgia.ru/fizhim/7_fiz_svoistva_shlakov.php [in Russian].
8. Sigarev, E.N., Panteykov, S.P., Nedbaylo, N.N., Baiduzh, Yu.V., Chubin, K.I. (2018). Method of applying slag on lining of
converters of combined blast. Patent of Ukraine no. 129813. Owner: Dniprovsky State Technical University. Filing date
29.05.2018, date from which valid rights 12.11.2018, publication of information 12.11.2018, Bull. no. 21 [in Ukrainian].
9. Koshevnik, A.Yu., Kusanov, M.M., Lubman, N.M. (1953). Measurement of the surface tension by the dimensions of a falling
drop. Journal of Physical Chemistry, Vol. XXVII, Iss. 12, pp. 1887–1890 [in Russian].
REFERENCES
Поступила 22.10.2018
Received 22.10.2018
6. Тахаутдинов Р.С. Производство стали в кислородно-конвертерном цехе Магнитогорского металлургического комби-
ната. – Магнитогорск, 2001. – 148 с.
7. Физические свойства шлаков, вязкость. URL: http://emchezgia.ru/fizhim/7_fiz_svoistva_shlakov.php.
8. Патент України на корисну модель № 129813 «Спосіб нанесення шлакового гарнісажу на футерівку конвертерів
комбінованого дуття» // Винахідники: Сігарьов Є.М., Пантейков С.П., Недбайло М.М., Байдуж Ю.В., Чубіна О.А. – влас-
ник: Дніпровський державний технічний університет. – Дата подання 29.05.2018, дата, з якої чинні права 12.11.2018,
публікація відомостей 12.11.2018, Бюл. № 21.
9. Кошевник А.Ю., Кусанов М.М., Лубман Н.М. Измерение поверхностного натяжения по размерам лежащей капли //
Журнал физической химии. – 1953. – Т. XXVII, Вып. 12. – С. 1887–1890.
Анотація
Є.М. Сігарьов, д-р техн. наук, зав. кафедри металургії чорних металів,
e-mail: en_sigarev@ua.fm; М.М. Недбайло, аспірант кафедри металургії
чорних металів; А.А. Похвалітий, ст. викладач кафедри металургії
чорних металів; О.В. Довженко, аспірант кафедри металургії чорних
металів
Дніпровський державний технічний університет, м. Кам’янське,
Україна
Дослідження впливу тугоплавких часток у шлаку на адгезію до вогнетриву
У статті теоретично та експериментально обґрунтовано можливість регулювання співвідношення низько- та
високотемпературних фаз у кінцевому конвертерному шлаку шляхом присадки оксидів кальцію та магнію, а також
вплив добавки тугоплавких частинок різних фракцій на зміну крайового кута змочування та адгезію шлаку до поверхні
периклазовуглецевого вогнетриву.
Ключові слова Футерівка, адгезія, гарнісаж, конвертер, шлак.
42 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
Summary
The article theoretically and experimentally substantiates the possibility of regulating the ratio of low and high temperature
phases in the final converter slag by the addition of calcium and magnesium oxides, as well as the effect of adding refractory
particles of different fractions on the change in the wetting angle and the adhesion of the slag to the surface of the periclase-
carbon refractory.
Lining, adhesion, garnissage, converter, slag.Keywords
E.N. Sigarev, Doctor of Engineering Sciences, Head of the Department of
Metallurgy of Ferrous Metals, e-mail: en_sigarev@ua.fm; N.N. Nedbailo,
Postgraduate student at the Department of Metallurgy of Ferrous Metals;
A.A. Pokhvalityi, Senior Lecturer at the Department of Metallurgy of Ferrous
Metals; A.V. Dovzhenko, Postgraduate student at the Department of
Metallurgy of Ferrous Metals
Dniprovsk State Technical University, Kamenskoye, Ukraine
Investigation of the effect of refractory particles in slag on adhesion to refractories
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-166596 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2077-1304 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T12:23:53Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сигарев, Е.Н. Недбайло, Н.Н. Похвалитый, А.А. Довженко, А.В. 2020-02-26T18:38:52Z 2020-02-26T18:38:52Z 2018 Исследование влияния тугоплавких частиц в шлаке на адгезию к огнеупору / Е.Н. Сигарев, Н.Н. Недбайло, А.А. Похвалитый, А.В. Довженко // Металл и литье Украины. — 2018. — № 11-12 (306-307). — С. 35-42. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166596 669.184.125 В статье теоретически и экспериментально обоснована возможность регулирования соотношения низко- и высокотемпературных фаз в конечном конвертерном шлаке путем присадки оксидов кальция и магния, а также влияние добавки тугоплавких частиц различных фракций на изменение краевого угла смачивания и адгезию шлака к поверхности периклазоуглеродистого огнеупора. У статті теоретично та експериментально обґрунтовано можливість регулювання співвідношення низько- та високотемпературних фаз у кінцевому конвертерному шлаку шляхом присадки оксидів кальцію та магнію, а також вплив добавки тугоплавких частинок різних фракцій на зміну крайового кута змочування та адгезію шлаку до поверхні периклазовуглецевого вогнетриву. The article theoretically and experimentally substantiates the possibility of regulating the ratio of low and high temperature phases in the final converter slag by the addition of calcium and magnesium oxides, as well as the effect of adding refractory particles of different fractions on the change in the wetting angle and the adhesion of the slag to the surface of the periclasecarbon refractory. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Исследование влияния тугоплавких частиц в шлаке на адгезию к огнеупору Дослідження впливу тугоплавких часток у шлаку на адгезію до вогнетриву Investigation of the effect of refractory particles in slag on adhesion to refractories Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование влияния тугоплавких частиц в шлаке на адгезию к огнеупору Сигарев, Е.Н. Недбайло, Н.Н. Похвалитый, А.А. Довженко, А.В. |
| title | Исследование влияния тугоплавких частиц в шлаке на адгезию к огнеупору |
| title_alt | Дослідження впливу тугоплавких часток у шлаку на адгезію до вогнетриву Investigation of the effect of refractory particles in slag on adhesion to refractories |
| title_full | Исследование влияния тугоплавких частиц в шлаке на адгезию к огнеупору |
| title_fullStr | Исследование влияния тугоплавких частиц в шлаке на адгезию к огнеупору |
| title_full_unstemmed | Исследование влияния тугоплавких частиц в шлаке на адгезию к огнеупору |
| title_short | Исследование влияния тугоплавких частиц в шлаке на адгезию к огнеупору |
| title_sort | исследование влияния тугоплавких частиц в шлаке на адгезию к огнеупору |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166596 |
| work_keys_str_mv | AT sigareven issledovanievliâniâtugoplavkihčasticvšlakenaadgeziûkogneuporu AT nedbailonn issledovanievliâniâtugoplavkihčasticvšlakenaadgeziûkogneuporu AT pohvalityiaa issledovanievliâniâtugoplavkihčasticvšlakenaadgeziûkogneuporu AT dovženkoav issledovanievliâniâtugoplavkihčasticvšlakenaadgeziûkogneuporu AT sigareven doslídžennâvplivutugoplavkihčastokušlakunaadgezíûdovognetrivu AT nedbailonn doslídžennâvplivutugoplavkihčastokušlakunaadgezíûdovognetrivu AT pohvalityiaa doslídžennâvplivutugoplavkihčastokušlakunaadgezíûdovognetrivu AT dovženkoav doslídžennâvplivutugoplavkihčastokušlakunaadgezíûdovognetrivu AT sigareven investigationoftheeffectofrefractoryparticlesinslagonadhesiontorefractories AT nedbailonn investigationoftheeffectofrefractoryparticlesinslagonadhesiontorefractories AT pohvalityiaa investigationoftheeffectofrefractoryparticlesinslagonadhesiontorefractories AT dovženkoav investigationoftheeffectofrefractoryparticlesinslagonadhesiontorefractories |