Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
20
Національна металургійна академія України МОН України
УДК669.184.666.762
Пищида Валерій Іванович
Удосконалення технології виробництва сталі у конвертерах для підвищення стійкості їх футеровки
.16.02 - Металуpгiя чоpних і кольорових металiв та спеціальних сплавів
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Дніпропетровськ-2008
Дисертація є рукописом.
Робота виконана в Національній металургійній академії України Міністерства освіти і науки України та на ВАТ «Дніпропетровський металургійний завод ім.Петровського».
Науковий керівник:
доктор технічних наук, професор
Бойченко Борис Михайлович,
Національна металургійна академія України,
м. Дніпропетровськ,
завідувач кафедри металургії сталі.
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор
Харлашин Петро Степанович,
Приазовський державний технічний університет,
декан металургійного факультету, завідувач кафедри металургії сталі,
м. Маріуполь;
доктор технічних наук, професор
Чернятевич Анатолій Григорович,
Дніпродзержинський державний технічний університет,
завідувач кафедри руднотермічних процесів
м. Дніпродзержинськ.
Захист відбудеться «08» квітня 2008р. в 12:30 годин на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.084.03 Національної металургійної академії України за адресою : 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національної металургійної академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр.Гагаріна, 4.
Автореферат розісланий «05» березня 2008р.
Учений секретар спеціалізованої
вченої ради Д 08.084.03,
доктор технічних наук, професор Л. В. Камкіна
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Специфіка ситуації в Україні така, що розвиток чорної металургії і рішення екологічних проблем у великій мірі визначаються станом киснево-конвертерного виробництва сталі. Важливу роль у розвитку конвертерних процесів грає зниження витрат на вогнетриви - вагомої ресурсо- і енергоємної статті у витратах по переділу. Це особливо актуально для українських заводів у зв'язку з відсутністю в країні власних запасів магнезиту.
У світовій практиці широке розповсюдження отримує використання периклазовуглецевої футеровки сталеплавильних агрегатів. Однак пряме перенесення світових досягнень у стійкості футеровки в конкретні умови конвертерного виробництва України неможливе, тому що інформація про технології виплавки сталі із периклазовуглецевою футеровкою розрізнена, у ряді важливих підходів суперечлива і, головне, не враховує умов значної зміни хімічного складу, якості і витрат шихтових матеріалів –чавуну, металевого брухту, вапняку, додаткових присадок у вітчизняних цехах. Тому вивчення й опис закономірностей зношування в конвертерах вогнетривів для визначення шляхів подальшого підвищення їхньої стійкості, уточнення й освоєння технології конвертерного процесу з використанням периклазовуглецевої футеровки є актуальним науковим і інженерним завданням.
Зв'язок роботи з науковими програмами й планами. Питання й проблеми, розглянуті в дисертаційній роботі, відповідають Державній програмі розвитку гірничо-металургійного комплексу України до 2010 року й Державній програмі енергозбереження. Дисертаційна робота виконана в Національній металургійній академії України і на ВАТ «Дніпропетровський металургійний завод ім.Петровського» відповідно до наказів №1 по заводу в 1997-2004р.р. у рамках науково-технічних тем: «Освоїти технологію експлуатації конвертерів, футерованих периклазовуглецевими вогнетривами», «Дослідження й розробка технології випалу доломітизованих вапняків у шахтних печах заводу й використання цього вапняка для підвищення вмісту оксидів магнію в конвертерних плавках», «Розробка конструкції штампованих кисневих фурм з тангенціальним розташуванням сопел і технології продувки плавок з їхнім застосуванням», «Освоїти технологію нанесення шлакового гарнисажу на футеровку конвертерів за допомогою роздувки його азотом через фурму», а також НДР «Аналіз технологічних умов служби периклазовуглецевої футеровки виробництва ВАТ «Запорожвогнетрив» в конвертерах ВАТ «Міттал Стіл Кривий Ріг (державний реєстраційний номер 0107U002842)», у яких автор брав безпосередню участь або був їхнім керівником. Дисертаційна робота відповідає науковим напрямкам кафедри металургії сталі НМетАУ, для якої він являвся здобувачем наукового ступеня кандидата технічних наук.
Мета й задачі дослідження. Основною метою роботи є зниження витрат вогнетривів при виплавці сталі й підвищення тривалості міжремонтної роботи конвертерних агрегатів за рахунок створення раціональних шихтового, шлакового, дуттьового й температурного режимів процесу й використання периклазовуглецевої футеровки розробленої автором конструкції.
Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі: аналітично дослідити загальні закономірності зношування вогнетривів при продувці розплаву в конвертерах; уточнити механізм зношування вогнетривів у різних зонах конвертера; на базі отриманих закономірностей зношування виробити вимоги конвертерного процесу до периклазовуглецевих вогнетривів; дослідити дуплекс-процес «кисневі конвертер з кислою футеровкою - конвертер з основною футеровкою»; перевірити результати теоретичних і практичних досліджень в умовах промислового виробництва; на підставі проведених науково-дослідних робіт удосконалити технологію конвертерного процесу, розробити раціональну конструкцію футеровки конвертерів та льоточного вузла і освоїти режим пуску конвертерів у роботу без випалу футеровки.
Об'єкт дослідження –технологія одержання сталі в кисневих конвертерах при продувці металевого розплаву киснем.
Предмет дослідження –фізико-хімічні процеси при взаємодії агресивних фаз конвертерної плавки з вогнетривкою кладкою агрегатів; шихтовий, шлаковий, тепловий і дуттьовий режими продувки, що забезпечують одночасно з основними задачами плавки гальмування процесів зношування вогнетривів.
Методи досліджень. У роботі використані комплексні методи досліджень, які включають: теоретичний аналіз закономірностей асиміляції вогнетривів продуктами конвертерної плавки; рентгеноспектральний, рентгеноструктурний і петрографічний аналізи зон взаємодії вогнетривів із шлаковою, газовою й металевою фазами конвертерного процесу; моделювання на ПЕОМ раціональних технологічних параметрів виробництва; натурні дослідження розрахункових технологічних варіантів; уточнення на промислових експериментах елементів технології, що забезпечують стійкість вогнетривкої футеровки на рівні 2000 плавок і більше.
Наукова новизна отриманих результатів. Уперше вирішена науково-технічна задача використання периклазовуглецевої футеровки при вітчизняних технологіях конвертерного виробництва сталі, для чого вперше формалізований у вигляді аналітичного вираження вплив пористості вогнетриву, діаметра пор, концентрації розчинників у шлаку, міжфазного натягу, змочуваності вогнетриву рідкими фазами плавки на швидкість внутрішніх масообмінних процесів для використання знайдених зв'язків при вдосконалюванні умов служби футеровки конвертерів.
Уперше виконані дослідження тонкої структури периклазовуглецевих вогнетривів, що експлуатувалися в конусній і шлаковій зонах конвертера, виявлені під шлаковою кіркою вторинні периклаз і вуглець, мікропори на місці вигорілої зв'язки і первинного периклазу, що прореагував із вуглецем; рекристалізація периклазу зі знеміцнюванням зерен. На основі отриманих даних обґрунтований механізм зношення вогнетривів у цих зонах і розроблені напрямки вдосконалення технології конвертерного процесу з метою зниження витрати вогнетривів. З них основні: зміна основності й температури шлаків по розрахунковому режиму, зниження окисленності шлаків до мінімально виправданої їх рідкотекучістю величини, забезпечення вмісту 8-10% MgО у кінцевих шлаках, низький вміст вуглецю (6-7%) у вогнетривах конічної зони й високий (15-17%) у шлаковій.
У результаті досліджень поведінки льоточних вузлів у конвертерах уточнений механізм їхнього зношення. Підвищення втрат напору рідкої сталі при її переміщенні в льоточному каналі викликає прямо пропорційне зростання сил тертя між рідиною й стінками льотки; вихрі, що утворюються, втягують у свій рух шар вогнетриву, що стикається з рідиною й особливо - зі шлаками.
Отримали подальший розвиток науковообгрунтовані вимоги конвертерного виробництва до периклазовуглецевих вогнетривів: чистота сировини, фракційний склад порошків, диференціація по вмісту вуглецю, спосіб формування, матеріал зв'язки, що дозволив одержати якісний вогнетрив.
Створено концепцію шихтового, шлакового, теплового й дуттьового режимів конвертерного процесу, що узагальнює й розвиває методи зниження витрат дефіцитних для України магнезитовмісних вогнетривів.
Уперше розроблені основи технології дуплекс-процесу «кисневий конвертер з кислою футеровкою - кисневий конвертер з основною футеровкою», що дозволяє знизити потребу країни в дефіцитних магнезіальних вогнетривах і в рідкому чавуні, використовувати в шихті матеріали із широким діапазоном фізико-хімічних властивостей.
Обґрунтованість і вірогідність наукових результатів, висновків і рекомендацій. Наукові положення дисертації, які стосуються закономірностей спрацювання вогнетривів при киснево-конвертерному процесі, теоретично обґрунтовані й експериментально підтверджені на лабораторних установках рентгеноспектрального й структурного аналізів, а також у промислових умовах з використанням методів фізико-хімічного моделювання, математичної статистики й узагальнення результатів.
Висновки і рекомендації дисертаційної роботи ґрунтуються на результатах дослідно-промислових випробувань і відпрацьовування технології в умовах конвертерного цеху ВАТ «Дніпропетровський металургійний завод ім. Петровського».
Наукове значення дисертаційної роботи. Дисертаційна робота розширює існуючі уявлення про взаємодію реагуючих фаз конвертерної ванни із вогнетривами й доповнює теоретичні основи шихтового, шлакового, теплового й дуттьового режимів конвертерного процесу.
Практичне використання отриманих результатів. Освоєно комплекс технологічних параметрів конвертерного процесу, що забезпечує підвищення стійкості футеровки агрегатів більше 2000 плавок і витрату вогнетривів менше 1,5 кг/т сталі в конвертерному цеху ВАТ «ДМЗ ім. Петровського». Комплекс ґрунтується на знайдених автором шихтовому, шлаковому й тепловому режимах з рішенням задачі створення сприятливих умов служби футеровки, нових схемах використання різних вогнетривів у футеровках і льоточних вузлах конвертерів, застосуванні нових дуттьових пристроїв. Уперше в країні освоєний пуск конвертерів у роботу без попереднього випалу їх футеровки. Економічний ефект становить 504,45 тис. грн. у рік, доля автора в якому становить 400,53 тис. грн. у рік. Число перефутеровок конвертерів скорочене на порядок, завдяки чому знижені витрати ручної праці й вирішені екологічні задачі.
Особистий внесок здобувача включає: постановку й формулювання наукового завдання, цілей і задач роботи; розробку нової методології досліджень і теоретичних основ процесів служби вогнетривів у кисневих конвертерах. Всі теоретичні дослідження виконані автором самостійно. Експериментальні роботи проведені при особистій участі автора як керівника робіт.
У роботах, наведених у дисертації й опублікованих зі співавторами, авторові належать: [1] - схема й аналітичний опис процесу розчинення вогнетривів у сталеплавильних шлаках; [2-5, 8] - опис закономірностей зношування вогнетривів у різних зонах футеровки в ході конвертерного процесу; [6-7] - наукове обґрунтування й розробка технології нового дуплекс-процесу «кисневі кислий конвертер - основний конвертер»; [9, 10-15] - наукове обґрунтування й удосконалення технології киснево-конвертерного процесу й конструкції агрегату при використанні периклазовуглецевої футеровки. Проведення лабораторних і промислових експериментів, впровадження результатів розробок здійснювалося при участі співробітників НМетАУ й ВАТ «ДМЗ ім. Петровського». Основні ідеї й наукові положення дисертаційної роботи розроблені автором особисто.
Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, включених у дисертаційну роботу, обговорені на: Восьмому конгресі сталеплавильників (Нижній Тагіл, 2004р.); Сьомому конгресі сталеплавильників (Магнітогорськ, 2002р.); Х-й Міжнародній науково-технічній конференції «Теорія й практика киснево-конвертерних процесів» (Дніпропетровськ, 2002р.); ХI-й Міжнародній науково-технічній конференції «Теорія й практика сталеплавильних процесів» (Дніпропетровськ, 2005р.); Республіканській конференції «Технічне переозброєння підприємств, нові технології, матеріали й устаткування для сталеплавильного виробництва в Україні» (Дніпропетровськ, 2001р.); Міжнародній конференції сталеплавильників «Сучасне обладнання, технологія позапічної обробки сталі й безперервного лиття заготівки» (Єнакієве, 2003р.); Республіканському семінарі «Питання експлуатації периклазовуглецевих вогнетривів» (Дніпродзержинськ, 2001р.); Республіканській конференції металургів, присвяченій 115-й річниці ВАТ «ДМЗ ім. Петровського» (Дніпропетровськ, 2002р.); Міжнародній науковій конференції «Сучасні проблеми теорії й практики виробництва якісної сталі» (Маріуполь, 2004р.); Konferencje «Teoria i inzyneria Procesov Metalurgiczhych» (Польща, Краків, 2003р.); IV Miedzynarodova Sesja Naukova «Nowe technologie i osiaghiecia w metalurgii i inzynierii materialowej» (Польща, Ченстохов, 2004р.); 5-th Interational Simposium of Croatian Metallurgiсal Society SHMD (Хорватія, Загреб, 2002р.); 6-th Interational Simposium of Croatian Metallurgiсal Society SHMD (Хорватія, Шибеник, 2004р.).
Публікації. Основні результати роботи викладені в 15 статтях у наукових журналах і збірниках, 14 доповідях на конгресах і наукових конференціях.
Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 7 розділів, загальних висновків, 1 додатку. Викладена на 151 сторінках, включає 29 табл., 69 рис., список використаних джерел з 114 найменувань.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульовані мета і завдання досліджень, встановлені об’єкт і предмет роботи, методи дослідження, наукова новизна, практичне значення отриманих результатів, приведені дані по апробації та відомості про публікацію результатів досліджень.
У першому розділі викладений стан питання й постановка задач дослідження.
Показано, що пряме перенесення світових досягнень високої стійкості футеровки в конвертерне виробництво України з гарантованими техніко-економічними показниками неможливе, тому що інформація про технології виплавки сталі в нових умовах розрізнена й в окремих положеннях суперечлива і, головне, не враховує умов значної зміни хімічного складу, якості і витрат шихтових матеріалів –чавуну, металевого брухту, вапняку, додаткових присадок в вітчизняних цехах.
Зроблені тільки перші кроки у вивченні закономірностей зношування нових вогнетривів у конвертерах.
Виходячи з викладеного, задачами даного дослідження стали:
1) вивчення й опис закономірностей зношування в конвертерах вогнетривів для визначення шляхів подальшого підвищення їхньої стійкості;
) перші в країні дослідження й освоєння на основі їхніх результатів технології конвертерного процесу з використанням периклазовуглецевої футеровки.
У другому розділі описані загальні закономірності процесів зношування вогнетривів у конвертерних шлаках.
На підставі рентгеноструктурних, спектральних і мікроскопічних досліджень дана загальна схема масообмінних процесів при взаємодії з рідкими шлаками контрольованого шару вогнетриву товщиною lо(рис.1).
Рис. 1. Схема масообмінних процесів при розчиненні вогнетриву в рідкому шлаку
lн –товщина незміненої зони вогнетриву;
mт –частка об'єму, зайнята твердою речовиною, що розчиняється;
mP,0 –об'ємна частка пор, що можуть бути заповненими рідиною;
mт* –об'ємна частка твердої речовини після заповнення пор розчинником;
mР ,M -пористість максимальна наприкінці розчинення;
Ст, СR –концентрація в рідині відповідно речовини, що розчиняється, і розчинника, кг/м3; індекси «0», «S» і «1» означають належність до станів: вихідного, насичення й поза вогнетривом.
Внаслідок пористості твердого тіла через визначений проміжок часу t після контакту із розчинюючою його рідиною наступає стан просочення. Відзначимо цей стан індексом *. Він з балансів маси й обсягу взаємодіючих речовин може бути описаний рівняннями:
, (1)
. (2)
Осереднений по об'єму вогнетриву в області lн<l<lо вміст речовини , що розчиняється, виражено формулою:
. (3)
У рівняннях (1-3) хv –об'ємний вміст речовини, хv = М/V; V –об'єм твердого тіла, м3, у якому міститься маса речовини М, що розчиняється, кг; Uт, Ст,т –відповідно його маса в одиниці об'єму, концентрація й щільність, кг/м3; - осереднена пористість вогнетриву в області lн<l<lо; ц0=lн/lо.
Внутрішні масообмінні процеси формалізовані шляхом конструювання формули для коефіцієнта в у рівнянні Фіка j1=-в·gradC, як добуток коефіцієнта вільної диффузії на параметри, які враховують особливості руху розчинника в порах, тріщинах й по межах зерен. Одержано вираз для швидкості масообміну j:
, кг/(м2с), (4)
де А - коефіцієнт, що враховує особливості взаємодії в порі, визначається з рівняння:
, (5)
nR,T –маса розчинника R, що витрачається на одиницю маси твердого тіла; dеф − ефективний (осереднений) діаметр пори, м; у - поверхневий натяг проникаючої рідини, Дж/м2; - кут змочування; - динамічна в'язкість рідини, Па·с; h - довжина просоченої ділянки капіляра, м.
Із (4) і (3) слідує, що основними факторами, що впливають на внутрішній масоперенос у твердому тілі, є його пористість і ефективний діаметр пор, концентрація розчинника перед зоною просочення, градієнт концентрації розчинника CR,1/h у цій зоні, міжфазний натяг і змочуваність тіла проникаючою рідиною. Шляхи уповільнення процесу зношування вогнетривів –це заходи щодо зниження величин перерахованих факторів при зростанні в'язкості проникаючої рідини .
У третьому розділі наведений механізм зношування периклазовуглецевих вогнетривів у конвертерах. Для цього виконані мікро-, макро-, рентгеноструктурні й спектральні дослідження зразків периклазовуглецевих вогнетривів, відібраних з різних районів конвертерної футеровки,що відслужила протягом 2000 плавок.
Шлакова кірка на робочій поверхні конусної частини конвертера в результаті термоциклічних навантажень покривається сіткою тріщин, які надалі закупорюються вторинними периклазом і вуглецем у вигляді досить монолітної маси, причому маса другого більше маси першого (рис.2).
Рис.2. Трубчасті округлі пори, що заросли вторинним периклазом
Роль шлакової кірки (гарнисажу) у захисті вогнетривів горловини від механічного руйнування, як бачимо, дуже велика. Шлакова кірка неміцно пов'язана з основним вогнетривом - між ними є перехідний шар товщиною 0,5-1,5 мм, що складається з голок вторинного периклазу, між якими спостерігаються лусочки графіту.
У цьому шарі вторинного периклазу вже більше, ніж лусочок графіту. Шар дуже пухкий, і зв'язування його із вогнетривом здійснюється за допомогою крупних зерен первинного периклазу - на них утримується коркова зона вогнетриву.
За допомогою рисунка 3 добре просліджується рекристалізація зерна первинного периклазу в результаті частого термоциклювання, що супроводжує службу вогнетривів конусної зони конвертера. Великі кристали руйнуються на дрібні самостійні, їхній розмір приблизно в 20 разів менше, ніж початковий і того ж порядку, що кристалів периклазу, що розподілені у зв'язці. Зв'язок їхній один з одним слабкий. Самі зерна стають неміцними.
Рис.3. Рекристалізація первинного периклазу
У зразках із цапфових ділянок футеровки конвертера по лінійному маршруту «робоча поверхня вогнетриву - його незмінена зона» зі збільшенням х400 зроблений ряд послідовних знімків з фіксацією всіх зон вогнетриву, що ідуть один за одним. Вони представлені на рис.4. У найбільш характерних точках (1-11) цього лінійного маршруту рентгенівським зондом визначили якісний і кількісний склади фаз, що прореагували (табл.1).
1 4 2 3 6 5 8 7 11 10 9
змінена зона незмінена зона
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500, мкм
Рисунок 4 –Структура периклазовуглецевого вогнетриву з шлакової зони конвертера на ділянці «робоча поверхня - незмінена зона» (пояснення в тексті)
На межі робочої й найменш зміненої зони є дрібні корольки металу. Це - перша фаза зношування периклазовуглецевого вогнетриву за реакцією: (FeО )+ [C] = [Fe] + {CO}. Навіть маленька пора дозволяє зародитися й виділитися пухирцю СО. Тому пористість вогнетриву повинна бути мінімальною, щоб гальмувалося зародження й розвиток пухирців СО. Не менш важливим є відсутність наскрізних пор, що забезпечує «запирання» газом каналів і уповільнення надходження по них нових порцій рідкого шлаку.
На підставі виконаних нами рентгеноспектральних і мікроскопічних досліджень механізм зношування периклазовуглецевого вогнетриву в шлаковому поясі конвертера представляється наступним.
Присутність кожного з розчинників матеріалу вогнетриву (оксиди заліза, марганцю, кремнію, алюмінію) виявляється в різних кількостях у всіх ділянках його зміненої зони, за винятком освітленої зони, що безпосередньо стикається з незміненою. Останнє вказує, що в авангарді мігруючих у вогнетрив розчинників розташовуються оксиди заліза й, частково, марганцю, іони яких мають невеликі розміри: RFe2+ = 0,083нм; RFe3+= 0,067нм; RO2- = 0,132нм ( для порівняння - RSiO44-=0,279нм).
Таблиця 1
Склади фаз, що прореагували, у зміненій зоні вогнетриву
|
Силікати, тип |
№ на мал.1 |
Концентрація оксидів, % мас |
|
MgО |
Si2О |
CaО |
TiО |
Cr2O3 |
Al2O3 |
MnО |
FeО+ Fe2O3 |
∑ |
||
|
1 |
– |
,7 |
,8 |
– |
– |
,5 |
– |
,0 |
||
|
2 |
,2 |
,3 |
,5 |
– |
– |
,0 |
,4 |
,6 |
||
|
7 |
,0 |
,2 |
,0 |
– |
– |
,2 |
,3 |
,3 |
||
|
9 |
,3 |
,9 |
,3 |
– |
– |
– |
,7 |
,8 |
||
|
MgO-FeO-Fe2O3 |
6 |
,5 |
– |
,1 |
– |
– |
,6 |
,0 |
,8 |
|
|
3 |
,8 |
,3 |
,1 |
– |
,8 |
,7 |
,5 |
,8 |
||
|
4 |
– |
,5 |
,0 |
,1 |
,3 |
,1 |
,3 |
,7 |
||
|
8 |
,9 |
– |
,5 |
– |
,1 |
,3 |
,2 |
,0 |
||
|
10 |
,4 |
– |
,3 |
– |
,5 |
– |
,8 |
,0 |
||
|
5 |
,6 |
– |
,9 |
– |
– |
,5 |
,2 |
,8 |
||
|
11 |
Fe металеве |
100 |
100 |
Вони взаємодіють, у першу чергу, із дрібними (що мають більшу питому поверхню) частками графіту, антиоксиданту, які розташовуються між зернами периклазу, потім - зі скелетом, що перебуває там же, - залишком зв'язки. Проникаючий у вогнетрив шлак розкислюється, і його рух по порах, мікротріщинах, границях зерен периклазу вповільнюється в результаті підвищення в'язкості рідкої фази й випадання кристаликів тугоплавких орто- і трикальцієвого силікатів зі шлаків на внутрішній поверхні цих каналів. Одночасно рух розчинників у капілярах сповільнює і підведення CO, що утворюється при розкисленні (FeО) і (MnО) вуглецем. Це явище найбільш помітне при відсутності у вогнетриві наскрізних каналів для виходу газів на стику робочого й арматурного шарів футеровки. Наскрізні канали практично відсутні у вогнетривах, отриманих на пресах «куванням».
Завдяки зазначеним явищам товщина освітленої зміненої зони периклазовуглецевого вогнетриву з вихідною пористістю 3-5% дуже невелика (0,5-1,1мм). Ця зона на зломі цегли виглядає дійсно освітленою внаслідок відсутності в ній вуглецю й наявності «білої» фази. Але змінена (освітлена) зона при цьому ще повністю виконує свої вогнетривкі функції, оскільки описані продукти взаємодії в ній тугоплавкі.
Лише з поступовим вимиванням із неї пухирців СО по капілярах, що збільшилися в діаметрі через відхід вуглецю, надходять нові порції FeО (MnО). Починає розчинятися MgО з появою «білої» фази складу, %: FeО = 70-75; MgО = 15-25; (SiО2+MnО+CaО) –інше. Оксид магнію з переходом у новий стан одержує можливість з'єднуватися із кремнеземом з утворенням відносно легкоплавких (у порівнянні із двох- і трикальцієвим силікатом) мервиніта й монтичеліта.
Чим ближче до шлакового шару й далі - від незміненої зони вогнетриву, тим більшою мірою зерна периклазу насичуються розчинниками з утворенням твердих розчинів мінливого складу (Fe, Mg, Mn, Ca)О (або RO-фази), легкоплавких стосовно до температур виплавки сталі; тим дрібніші незасвоєні частки периклазу, що залишаються.
У результаті в контактній зі шлаками зоні вогнетриву при перебігу плавки периклаз або перебуває в складі сполучень, температура плавлення яких наближається до температури ванни, або його дрібні зерна роз'єднані рідким розплавом - і надходять у шлаки, збагачуючи його оксидом магнію біля межі з вогнетривом. У зонах вогнетривів, що протистоять шлакам, вміст вуглецю у вогнетривах варто витримувати високим, вживаючи заходів по рівномірному розподілу графіту між зернами периклазу, тонкій його дисперсності для того, щоб проникаючий у капіляри вогнетриву шлак тривалий час (після розкислення його вуглецем) їх закупорював. Але в зонах вогнетривів, де графіт і, у цілому, вуглець кладки в більшій або меншій мірі може бути окислений газовою фазою, вміст вуглецю необхідно витримувати пропорційно частці впливу на вогнетрив конвертерного шлаку.
Результати проведеного дослідження й розрахунки за рівнянням (4) дозволяють стверджувати про визначальну роль активності оксидів заліза в зношуванні периклазовуглецевої футеровки в процесі киснево-конвертерної плавки.
У четвертому розділі розроблені вимоги до периклазовуглецевих конвертерних вогнетривів. Вони наступні: висока чистота по SiО2 і, особливо, оксидам заліза; щільні зерна; щільне їхнє пакування, для чого виготовляти їх треба із чотирьох-п'яти фракцій порошків; у вогнетривах для горловини вміст вуглецю необхідний в межах 5-7%, для шлакової зони 15-18%; низька пористість і відсутність наскрізних пор; дрібні фракції використаного графіту й антиоксиданту для того, щоб пори, які утворилися на їхньому місці при окислюванні, мали мінімальний діаметр; низька змочуваність рідкими фазами плавки.
Установлено, що при зниженні вмісту сторонніх домішок (особливо Fе2О3) у магнезиті (до концентрацій менш 1,5%) і графіті в 2 рази, за інших рівних умов стійкість футеровки підвищується більш, ніж в 3 рази. Таким чином, одна з перших вимог –чистота вогнетривкої сировини. Велика роль у службі вогнетривів частки в їхній шихті плавленого магнезиту: у ньому кристали мgо великого розміру й менша поверхня зіткнення їх з розчинниками, самі кристали дуже щільні. Способи підготовки мас для формування вогнетривів повинні забезпечити: однорідність їхнього складу; ізотропію властивостей; високі фізико-керамічні показники. Кращий спосіб формування - ударний багаторазовий, якщо він передбачає вакуумний відсос газів з вогнетривкої шихти перед і при пресуванні; зусилля пресування виробів довжиною більше 900 мм доцільні більше 1500 т. Кращі - дорогі синтетичні (фенол-формальдегідні) смоли: вони створюють оптимальну в'язкість вогнетривкої шихти для одержання щільного сирцю. Вони мають високий ступінь полімеризації, утворюють тривимірну структуру вуглецевмістного каркасу, забезпечуючи тим найвищу термостійкість і великий вихід коксового залишку.
У п’ятому розділі дана оцінка альтернативи використання кислих вогнетривів у конвертерах.
Уперше розроблений і освоєний у промислових умовах новий дуплекс-процес кисневої продувки передільного чавуну в кислому, а потім, в основному конвертері. Операції процесу: продувка в конвертері з динасовою футеровкою тривалістю 5-10 хв, злив напівпродукту в ківш, перелив металу з ковша в конвертер з основною футеровкою, доведення в останньому сталі до заданого складу й температури. Основна мета: підвищення стійкості першого конвертера за рахунок кислої футеровки й другого - шляхом скорочення тривалості продувки на 30-60% і реалізації в ньому малошлакової технології. Тривалість ф1 першої операції (у кислому конвертері) залежала від вмісту сірки в чавуні: при його зниженні ф1 збільшували.
Дуплекс-процес «кисневі конвертер з кислою футеровкою –конвертер з основною футеровкою» дозволяє зменшити потребу в основних вогнетривах магнезіального складу, знизити витрати чавуну й вапна.
Створений дуплекс-процес прийнятий в арсенал технології конвертерного цеху для використання у випадках дефіциту на заводі основних вогнетривів.
У шостому розділі обґрунтована технологічна доцільність використання периклазовуглецевої футеровки в конвертерному цеху ВАТ «ДМЗ ім.Петровського».
Стійкість футеровки 67-т конвертерів ВАТ «ДМЗ ім.Петровського» на початку даних досліджень мало змінювалася протягом десятиліть і перебувала на низькому рівні - у межах 250-350 плавок. У результаті витрати на вогнетриви були значною статтею витрат по переділу.
Описані в попередніх розділах результати дослідження дозволили вперше в країні використати периклазовуглецеві вогнетриви. За спеціальною програмою на ПЭОМ розроблена перша конструкція периклазовуглецевої футеровки для умов конвертерного цеху ВАТ «ДМЗ ім.Петровського» і попередня технологічна інструкція проведення плавок.
Незважаючи на відносно несприятливі для вогнетривів умови їхньої служби в 67-т конвертерах, кожна з перших трьох випробуваних під ретельним контролем на початку досліджень футеровок забезпечила стандартну стійкість на рівні 1200-1220 плавок і стабільну роботу цеху. Витрати на вогнетриви (на 1т сталі) були знижені майже в 3 рази і цехом було ухвалене рішення освоювати конвертерний процес із застосуванням периклазовуглецевої футеровки.
У сьомому розділі викладені результати вдосконалення технології конвертерного процесу при використанні периклазовуглецевої футеровки.
Масове використання периклазовуглецевої футеровки в перші місяці супроводжувалося широким інтервалом змін стійкості конвертерів - від 483 до 1205 плавок. Це означало, що указані розходження (при однаковому складі і фізико-хімічних параметрах вогнетривів) визначаються розходженнями в технологічних параметрах продувки.
Для побудови моделей конвертерних плавок з периклазовуглецевою футеровкою, що дозволяють для кожного виробничого замовлення по марках сталей находити оптимальні витрати шлакоутворюючих, охолоджувачів, розріджувачів шлаку, потрібний дуттьовий режим і направлених на забезпечення сприятливих умов служби вогнетривів, виконали на ПЕОМ статистичну обробку накопиченої на ~ 5 тис. плавок інформації. Розроблена на ПЕОМ і адаптована до умов заводу модель конвертерних плавок, що враховує головні вимоги до їхнього проведення. В основу моделі закладені отримані залежності й знайдені в попередніх розділах закономірності зношування вогнетривів. Результати моделювання як приклади ілюструються рівняннями (6-10), вони введені в технологічну інструкцію у вигляді таблиць.
Рівняння для розрахунку шихтового режиму й прогнозування результатів конвертерної плавки при роботі на периклазовуглецевій футеровці з присадками магнезіальних брикетів і сирого доломіту:
Мбрух=117,74-48,76(Мдол –,29)-27,69(Мбрикет –,29)+20,73(Siчав–,58) кг/т сталі, (6)
Мчав =993,37+48,76(Мдол –,29) +27,69(Мбрикет –,29) -20,73(Siчав –,58) кг/т, (7)
Мвап =74,63+82,92(Siчав –,58), кг/т, (8)
(МgО)=8,13+1,68(Мдол –,5) +7,53(Мбрикет –,5) -5,25(Siчав –,7), %, (9)
(СаО+МgО)/SiО2=3,28 + 0,32(Мдол –,5) + 0,45(Мбрикет –,5) –,68(Siчав –,7). (10)
Чим більшою мірою за умовами роботи цеху вдавалося виконувати розроблені рекомендації із шихтового, шлакового й температурного режимів, тим вище була стійкість футеровки при мінімально можливій витраті передільного чавуну.
Розроблено комплекс технологічних параметрів конвертерного процесу, що забезпечив підвищення стійкості футеровки понад 2000 плавок.
Комплекс включає наступні елементи конвертерного процесу: створені нами шихтовий, шлаковий і тепловий режими; удосконалену конструкцію футеровки; поліпшення умов служби льоточних вузлів конвертерів; застосування модернізованих дуттьових пристроїв; роботу конвертерів без попереднього випалу футеровки.
На основі регулярної (через 150-200) плавок топографії внутрішньої порожнини конвертера й вивчених стадій зношування окремих зон створена вдосконалена конструкція футеровки. Топографію здійснювали за допомогою інтерферометра або механічним шляхом.
На рисунку 5 наведені виявлені при цьому залежності швидкості зношування від вмісту вуглецю в шлаковій зоні й верхній частині горловини конвертера. Характер кривих 1 і 2 (див. рис.5) підтвердив розроблені нами підходи до впливу концентрації вуглецю у вогнетриві на швидкість протікання кожної зі стадій його витрачання.
Відповідно до виявлених автором залежностей й практичних ліній зношування кладки в ході кампанії конвертера суттю найбільш виправданої в останні роки футеровки є наступні параметри: однорядна (робочий шар - з однієї цегли довжиною 1000мм) зі вмістом вуглецю, % в: верхній частині горловини 6-7, нижній її зоні 10-13, шлаковому поясі 15-17 (з антиоксидантами, краще з магнієм у кількості 5% від маси вогнетриву), районі металевої ванни 8-10 і днища 6-8. Останні два параметри пояснюються значно меншим зношуванням вогнетривів у контакті з металом, і, виходить, допустимістю застосування дешевих вогнетривів.
Рис. 5. Зв'язок зношування периклазовуглецевого вогнетриву зі вмістом у ньому вуглецю:
- у шлаковій зоні конвертера; 2 - у верхній частині горловини;
кожна точка - усереднені дані 20 вимірів
Виконано аналіз умов роботи льоточного вузла конвертерів і визначені шляхи його вдосконалення. До початку досліджень автора район льоточного отвору в конвертерах викладали зі штучних вогнетривів, при цьому струмінь сталі витікав по ламаній траєкторії. Стійкість вогнетривів у такому вузлі не перевищувала 30-40 плавок, після чого необхідно було провадити гарячий ремонт його й короба.
Установлено, що сила тертя у льоточному вузлі в перпендикулярному до потоку сталі напрямку, віднесена до одиниці поверхні, що розділяє шари рідини або рідини й стінок каналу, може бути описана рівнянням:
ф= , Па, (11)
де L, r – відповідно довжина й радіус льотки, м; х –відстань від осі до розглянутої точки поперечного перетину потоку, м; - сумарні втрати напору при русі струменя сталі в каналі, Па, визначаються з вираження:
, Па. (12)
В (12) і л- коефіцієнти місцевого опору й тертя; і –відповідно швидкість, м/с і щільність рідкої сталі, кг/м3.
З рівняння (11) виходить, що будь-яке підвищення втрат напору рідкої сталі при її русі в льоточному каналі Р викликає пропорційне зростання сил тертя між її шарами і між рідиною й стінками льоточного вузла. Останнє, в основному, і спричиняє зношування вогнетривів у каналі. Вихри, що утворюються, обертаються навколо свого центру і як би "зачерпують" матеріал навколишнього середовища, а біля стінок - дотичний зі сталлю шар вогнетривів. Таким чином, зношування вогнетривів у льоточному каналі інтенсивно зростає, як виходить з (11-12), при збільшенні всіх статей втрат напору струменя, які обов'язково варто мінімізувати.
Найбільша стійкість 400-450 плавок досягнута при застосуванні конструкції, представленої на рис.6, що має канали без вигинів, із гладкими внутрішніми стінками, усуває зайву турбулізацію потоку за рахунок практично вертикального витікання сталі з конвертера на більшій частині тривалості зливу.
Рис.6 Схема високостійкого льоточного вузла:
1 - квадратні блоки із круглими отворами; 2 - котушки;
3, 4 - фігурні блоки спеціального профілю;
- сталевий стопорний стрижень
Колективом дослідників під керівництвом автора розроблена конструкція наконечників дуттьових фурм, середня стійкість яких склала 455 плавок проти 145 плавок для звичайних, оптимальний кут б нахилу сопел, з точки зору стійкості футеровки, склав 12°. Отримані результати дали підставу перевести конвертерний цех на продувні пристрої названої конструкції з б=12о.
Установлено, що робота конвертера з периклазовуглецевою футеровкою без випалу дозволяє не тільки охороняти вуглець і антиоксидант робочого шару вогнетривів, що нагрівається, від контакту з повітрям, загальмувати зношування цього шару, але й окислити феноли й формальдегіди оксидами шлаків при продувці чавуну й перетворити їх у невразливі для природи оксиди вуглецю й водню, що відходять із конвертерними газами.
Позитивні результати на ДМЗ можуть бути набагато перевершені при перенесенні досвіду експлуатації у великовантажні конвертерні агрегати, тому що малим агрегатам властива відносно висока частота перепаду температур у робочому просторі, що супроводжується термолущенням і термосколюванням, периклаз, й порівняльна близькість до футеровки реакційної продувної зони. Відповідні розрахунки показали, що застосування знайдених для 67-т конвертерів технологічних режимів і вогнетривів може забезпечити стійкість футеровки 150-250 -т конвертерів не менше ніж 4800 плавок.
Економічний ефект від впровадження результатів досліджень у конвертерному цеху ВАТ «ДМЗ ім. Петровського» склав 504,45 тис.грн. у рік, з часткою автора - 400,53тис.грн. у рік.
ВИСНОВКИ
1. У зв'язку з відсутністю єдиної системи поглядів на закономірності зношування вогнетривів у кисневих конвертерах і тим, що високостійкі периклазовуглецеві вогнетриви в конвертерних цехах України не використовувалися, дисертаційна робота спрямована на поповнення теоретичної й практичної інформації із цих питань. Вивчення й опис закономірностей зношування в конвертерах вогнетривів для визначення шляхів подальшого підвищення їхньої стійкості, уточнення й освоєння технології конвертерного процесу з використанням периклазовуглецевої футеровки являється актуальним науковим і інженерним завданням.
Дана робота базується на результатах виконаного рентгеноструктурного, рентгеноспектрального й мікроскопічного дослідження вогнетривів, що експлуатувалися в конвертерах, проведення промислових експериментів з урахуванням отриманих закономірностей, обробки даних на ПЕОМ, аналітичного опису зношування вогнетривів з наступним уточненням технології конвертерного процесу з периклазовуглецевою футеровкою для поліпшення основних його техніко-економічних показників.
. Уперше отримані аналітичні вираження для опису впливу пористості вогнетриву, діаметра його пор, концентрації розчинника в шлаку, міжфазного натягу, змочуваності вогнетриву на швидкість внутрішніх масообмінних процесів і тим самим на зношування футеровки конвертера.
3. Уперше виконані дослідження тонкої структури периклазовуглецевих вогнетривів, які експлуатувалися в конусній і шлаковій зонах конвертера, дозволили описати закономірності їхнього зносу, що визначають загальну стійкість футеровки. На основі отриманих даних обґрунтований механізм зношування вогнетривів у цих зонах і розроблені напрямки вдосконалення технології конвертерного процесу з метою зниження витрати вогнетривів. З них основні: зміна основності й температури шлаків по розрахунковому режиму, зниження окисленості шлаків до мінімально виправданої їх рідкотекучістю величини, забезпечення вмісту 8-10% MgО у кінцевих шлаках, низький вміст вуглецю (6-7%) у вогнетривах конусної зони й високий (15-17%) у шлаковій.
Отримані результати є підставою для вдосконалення технології конвертерного процесу й виготовлення вогнетривів.
. На базі вивчених закономірностей і тривалої практики проведення сталеплавильних плавок одержала подальший розвиток концепція вимог конвертерного виробництва до периклазовуглецевих вогнетривів.
На основі топографії внутрішньої порожнини конвертера в ході кампанії й знайдених закономірностей зношування периклазовуглецевих вогнетривів уперше створена вдосконалена схема його футеровки. Її відрізняють наступні параметри: однорядна; вміст вуглецю, %: у верхній частині горловини 6-7, нижній її зоні 10-13, у шлаковому поясі 15-17 (із антиоксидантами), районі металевої ванни 8-10 і днища 6-8.
. Уперше розроблені основи технології й освоєний промисловий дуплекс-процес з продувкою киснєм „кислою футеровкою - конвертер з основною футеровкою”, що дозволяє скоротити дефіцит основних вогнетривів, що особливо важливо для України, а також знизити витрати чавуну, вапна, плавикового шпату.
. За допомогою моделі конвертерної плавки на промислових експериментах знайдені шихтовий, шлаковий, температурний і дуттьовий режими конвертерного процесу з периклазовуглецевою футеровкою, що забезпечують виконання задач дослідження. Режими введені в технологічну інструкцію ТІ № 233-СТ КК-02-2002.
. Вивчено причини зношування льоточних каналів конвертерів, запропонована раціональна конструкція льоточного вузла з каналом без вигинів, із гладкими внутрішніми стінками. Уперше забезпечена стійкість випускного отвору конвертерів на рівні 400 плавок і більше за рахунок усунення зайвої турбулізації потоку сталі й практично вертикального її витікання з конвертера на більшій частині тривалості зливу.
. Уперше в Україні розроблений і освоєний режим пуску конвертерів в експлуатацію без випалу їх футеровки, що вирішує екологічні задачі й зберігає вуглець у робочому шарі кладки неокисленим до початку кампанії конвертера по футеровці.
.У результаті досліджень конвертерним цехом ВАТ “ДМЗ ім.Петровського” був освоєний комплекс технологічних параметрів, що забезпечує підвищення стійкості футеровки більше 2000 плавок при поліпшенні інших показників виробництва. Економічний ефект склав 504,45 тис.грн. у рік з часткою автора 400,53 тис.грн. у рік.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Пищида В.И., Бойченко Б.М., Тарнавский М.С. Модель процесса растворения огнеупоров в конвертерных шлаках // Теория и практика металлургии. - 2003. - №5-6. - с.124-128.
. Пищида В.И., Бойченко Б.М., Величко М.Т., Душа В.М., Тарнавский М.С. О механизме износа периклазоуглеродистых огнеупоров в конвертере // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - №8. - с.98-101.
. Пищида В.И., Бойченко Б.М., Низяев К.Г., Кравец С.Н., Тарнавский М.С., Шибко А.В. Служба периклазоуглеродистых огнеупоров в горловине конвертера // М:. Новые огнеупоры. - 2005. - №2. - с.23-25.
. Бойченко Б.М., Пищида В.И., Низяев К.Г., Кравец С.Н. Служба периклазоуглеродистых огнеупоров в шлаковом поясе конвертера // М.: Новые огнеупоры. - 2005. - №1. - с.29-31.
. Пищида В.И., Бойченко Б.М., Кравец С.Н., Тарнавский М.С., Шпак В.И. К вопросу о требованиях к периклазоуглеродистым конвертерным огнеупорам // Металлургическая и горнорудная промышленность. –. - №7. – с.219-222.
6. Старов Р.В., Дрозд В.И., Пищида В.И. Испытания кислых огнеупоров для футеровки кислородных конвертеров // Металлургическая и горнорудная промышленность.-2002, №7.-С.225-227.
. Пищида В.И., Старов Р.В., Бойченко Б.М. Дуплекс процесс: кислородные кислый-основной конвертеры // Металлургическая и горнорудная промышленность. -2002.-№7.-С.227-231.
. Пищида В.И., Величко А.Г., Бойченко Б.М., Тарнавский М.С., Черевко В.П., Душа В.М. // Служба периклазоуглеродистых огнеупоров в кислородных конвертерах, Наукові праці ДонНТУ. - Серія „Металугія”. -2002. - Випуск 40. –с.72-76.
9. Пищида В.И., Бойченко Б.М., Тарнавский М.С. Периклазоуглеродистая футеровка в 67т конвертерах // Современные проблемы металлургии. Сб. трудов НМетАУ. Том3.- С.272-283. –Днепропетровск. - 2001.
. Пищида В.И. Бойченко Б.М., Шибко А.В., Кравец С.Н., Тарнавский М.С., Душа В.М. Особенности технологии выплавки стали в конвертерах с периклазоуглеродистой футеровкой // Металл и литьё Украины.- 2002. - №3-4. - С.22-25.
. Бойченко Б.М., Пищида В.И., Тарнавский М.С., Душа В.М. Конвертерный процесс с периклазоуглеродистой футеровкой // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 2002.- №7.- С.211-215.
. Пищида В.И., Кравец С.Н., Шибко А.В., Резун В.Е., Бойченко Б.М., Величко А.Г., Душа В.М., Миняйло Л.Ю. Снижение затрат на производство стали в ОАО "ДМЗ им. Петровского" за счёт совершенствования технологии // Металл и литьё Украины. -2003.- №5. - С.16-17.
. Пищида В.И., Бойченко Б.М., Величко А.Г., Шибко А.В., Душа В.М. Зависимость стойкости футеровки конвертеров от параметров сталеплавильного процесса // Металл и литьё Украины. -2003.- №5.- С.18-19.
. Пищида В.И., Бойченко Б.М., Кравец С.Н., Тарнавский М.С., Шпак В.И. Совершенствование лёточного узла кислородных конвертеров// Металл и литьё Украины.- 2004.- №5.- С.18-20.
. Величко А.Г., Гришин В.С., Грядунов В.А., Пищида В.И.. Шибко А.В., Кравец С.Н., Морозенко Е.В. Усовершенствование конструкции наконечника кислородной фурмы для конвертерного производства // Металл и литьё Украины. - 2002. - №3-4. - С.32-33.
АНОТАЦІЯ
пищида В. І. «Удосконалення технології виробництва сталі в конвертерах для підвищення стійкості їх футеровки». - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.16.02 „Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів”. Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2008.
Дисертація присвячена експериментальному й теоретичному дослідженню фізико-хімічних процесів у кисневих конвертерах з метою вдосконалення умов служби їх вогнетривкої футеровки.
Уперше вирішена науково-технічна задача використання периклазовуглецевої футеровки за вітчизняних технологій конвертерного виробництва сталі.
Уперше формалізований вплив пористості вогнетриву, діаметра його пор, концентрації розчинників у шлаку, міжфазного натягу, змочуваності вогнетриву рідкими фазами плавки на швидкість внутрішніх масообмінних процесів, що визначають зношування футеровки в конвертерах.
На основі отриманих результатів і вперше виконаних досліджень тонкої структури периклазовуглецевих вогнетривів, що експлуатувалися в конусній і шлаковій зонах конвертера, описаний механізм зношування вогнетривів у найбільш зношуваних зонах, рекомендовані практиці шляхи вдосконалення технології плавки.
У конвертерному цеху ВАТ "ДМЗ ім.Петровського" освоєний комплекс технологічних параметрів, що забезпечує підвищення стійкості футеровки агрегатів більше 2000 плавок. Комплекс ґрунтується на знайдених автором шихтовому, шлаковому й дуттьовому режимах, нових схемах використання різних вогнетривів у футеровці й льоточних вузлах конвертерів, пуску агрегатів у роботу без попереднього випалу їх футеровки. Отримано економічний ефект від зниження витрат на вогнетриви в 2,5 рази.
Ключові слова: фізико-хімічні процеси в кисневих конвертерах, стійкість футерівки, периклазо-вуглецеві вогнетриви, тонка структура вогнетривів, нові схеми використання вогнетривів.
АННОТАЦИЯ
пищида В.И. «Совершенствование технологии производства стали в конвертерах для повышения стойкости их футеровки». –Рукопись.
Дисертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 „Металлургия черных и цветных металлов и специальных сплавов”. Национальная металургическая академия Украины, Днепропетровск, 2008.
Диссертация посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию физко-химических процессов в кислородных конвертерах с целью совершенствования условий службы их огнеупорной футеровки.
Впервые решена научно-техническая задача использования периклазоуглеродистой футеровки при отечественных технологиях конвертерного производства стали.
Впервые формализовано влияние пористости огнеупора, диаметра его пор, концентрации растворителей в шлаке, межфазного натяжения, смачиваемости огнеупора жидкими фазами плавки на скорость внутренних массообменных процессов, определяющих износ футеровки в конвертерах.
На основе полученных результатов и впервые выполненных исследований тонкой структуры периклазоуглеродистых огнеупоров, эксплуатировавшихся в конусной и шлаковой зонах конвертера описан механизм износа огнеупоров в наиболее изнашиваемых зонах, рекомендованы практике пути совершенствования технологии плавки.
В конвертерном цехе ОАО "ДМЗ им.Петровского" освоен комплекс технологических параметров, обеспечивающий повышение стойкости футеровки агрегатов более 2000 плавок. Комплекс основывается на найденных автором шихтовом, шлаковом и дутьевом режимах, новых схем использования различных огнеупоров в футеровке и леточных узлах конвертеров, пуске агрегатов в работу без предварительного обжига их футеровки. Получен экономический эффект от снижения затрат на огнеупоры в 2,5 раза.
Ключевые слова: физико-химические процессы в кислородных конвертерах, стойкость футеровки, периклазо-углеродистые огнеупоры, тонкая структура огнеупоров, новые схемы использования огнеупоров.
Summary
Pyshchyda V.I. “Improvements on Steel Production Technology in Converters to Enhance the Resistance of Converter Lining”.- Manuscript.
The present dissertation paper is to submit for the scientific degree of a candidate of technical sciences (a degree comparable to PhD degree) on speciality 05.16.02 “Metallurgy of Ferrous, Non-ferrous and Special Alloys”, National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnepropetrovs`k, 2008.
This paper is devoted to the experimental and theoretical research of physical and chemical processes, which take place in oxygen converters. The paper aims at improving heat-resistant lining service of oxygen converters.
The author is the first to solve the scientific and technical task of applying periclase-carbon lining for Ukrainian technologies in converter practice.
The paper is the first formalize the influence of such factors as refractory brick porosity, its pore diameter, concentration of solvents in slag, interphase tension, wettability of refractory bricks in liquid phases of a heat, on the velocity of internal mass exchange processes, which determine the lining wearing.
The original investigations of fine structure of periclase-carbon lining in cone and slag zones of converters first appear in this research work and the mechanisms of refractory wearning in the most critical zones for lining are described. On the basis of these investigation results, the practical techniques of the technology improvement are proposed.
In a converter shop of LTD “Dnepropetrovsk Metallurgical Plant named after Petrovsky”, the original complex of the technological parameters, which provides prolonging of lining life up to 2,000 heats, is established. The complex is based on the author`s original charge, slag, and blowing regimes, new schemes of various refractory brick combinations applied in lining and tapping knots of converters, and experience of launching the metallurgical units without primary drying of their lining materials. The economic effect obtained with the improvements decreases expenses on lining by 2,5 times.
Key words: physical and chemical processes in oxygen converters, resistance of lining, periclase-carbon refractories, fine structure of refractories, new schemes of refractory application.