УДК 621.745.4
, аспирант, (48
*****@***ru (Россия, Тула, ТулГУ)
, к. т.н., доцент, (4872)
*****@***ru, (Россия, Тула, ООО “НПМП Интермет-Сервис")
ПЕРЕМЕШИВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ВАННЫ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГАЗОТВОРНОГО ПОТЕНЦИАЛА СИНТИКОМА
Представлен новый синтетический композиционный материал – синтиком. Оценка его газотворной способности отражена в таблицах. Он ускоряет нагрев металлической ванны, обеспечивает барботаж ванны пузырьками СО в заключительный период плавки.
Ключевые слова: синтиком, газотворная способность, жидкий период плавки.
В России малым научно-производственным предприятием ООО “НПМП Интермет-Сервис" в сотрудничестве с ведущими научно-исследовательскими и проектными организациями, учебными заведениями, в том числе, Тульским государственным университетом, крупнейшими металлургическими предприятиями был разработан принципиально новый синтетический композиционный материал оксид-металл, получивший общее название синтиком. Этот материал состоит из металлической основы – железоуглеродистого сплава (передельный чугун) и недорогого наполнителя (оксид железа, углеродсодержащие материалы, элементы-восстановители, шлакообразующие компоненты), вводимого в определенном соотношении в жидкий чугун и равномерно распределяемого по объему во время его разливки в литейные формы.
В настоящее время черная металлургия столкнулась с проблемой дефицита металлолома, ухудшением его качества и резким возрастанием цен на него. Синтиком, являясь заменителем качественного стального лома, позволяет решить данную проблему. Но основной особенностью синтикома является наличие в нем углерода и кислорода (до 6 и 7,5 % соответственно). Благодаря этому в синтиком при нагреве и расплавлении обеспечивает быстрое реагирование углерода с собственным кислородом, входящим в слиток синтикома в составе оксидов.
Синтиком обладает высокой газотворной способностью. В отличие от чугуна окисление углерода синтикома, образование СО и поступление в рабочее пространство дуговой сталеплавильной печи (ДСП) происходит с момента начала плавления и продолжается весь период плавления.
В таблице 1 приведен химический состав синтикома марок СК5 – СК30 и синтикома с дополнительным содержанием углерода марок СК5У-СК30У. Для приведенного состава материалов расчетным путем определено количество монооксида углерода, выделяющегося при окислении углерода собственным кислородом оксидов железа и количество монооксида углерода, образующегося при полном окислении всего углерода кислородом оксидов железа. Результаты расчетов [1] приведены в таблице 2.
Таблица 1
Химический состав синтикома
Марка синтикома | Выход синтикома из 1 т чугуна, кг | Содержание исходных компонентов,% (масс.) | |||||||
чугун | в том числе | оксиды железа | в том числе | пустая порода | углерод содержащий материал | ||||
железо | углерод | железо | углерод | ||||||
СК5 | 1052,63 | 95 | 91,01 | 3,99 | 4,67 | 3,27 | 1,40 | 0,33 | - |
СК5У | 1052,63 | 95 | 91,01 | 3,99 | 4,67 | 3,27 | 1,40 | - | 0,33 |
СК10 | 1111,11 | 90 | 86,22 | 3,78 | 9,34 | 6,54 | 2,80 | 0,66 | - |
СК10У | 1111,11 | 90 | 86,22 | 3,78 | 9,34 | 6,54 | 2,80 | - | 0,66 |
СК15 | 1176,5 | 85 | 81,43 | 3,57 | 14,0 | 9,81 | 4,20 | 1,00 | - |
СК15У | 1176,5 | 85 | 81,43 | 3,57 | 14,0 | 9,81 | 4,20 | - | 1,00 |
СК20 | 1250,0 | 80 | 76,69 | 3,36 | 18,68 | 13,08 | 5,60 | 1,33 | - |
СК20У | 1250,0 | 80 | 76,69 | 3,36 | 18,68 | 13,08 | 5,60 | - | 1,32 |
СК25 | 1333,3 | 75 | 71,85 | 3,15 | 23,35 | 16,34 | 7,00 | 1,67 | - |
СК25У | 1333,3 | 75 | 71,85 | 3,15 | 23,35 | 16,34 | 7,00 | - | 1,65 |
СК30 | 1428,6 | 70 | 67,06 | 2,94 | 28,02 | 19,61 | 8,41 | 2,0 | - |
СК30У | 1428,6 | 70 | 67,06 | 2,94 | 28,02 | 19,61 | 8,41 | - | 1,98 |
Газотворная способность синтикома марок СК5-СК25 изменяется в пределах 20-59 нм3/т при окислении части углерода синтикома собственным кислородом и возрастает до 74-98 нм3/т при окислении всего углерода синтикома собственным кислородом и кислородом, поступившим из газовой фазы. Для углеродистого синтикома марок СК5У-СК30У эти показатели изменяются в диапазоне 20-85 и 80-98 нм3/т соответственно.
Таблица 2
Количество монооксида углерода, выделившегося на 1т синтикома различного состава при окислении углерода оксидами железа и кислородом дутья
Марка синтикома | Выход синтикома из 1 т чугуна, кг | Чугун | Марка синтикома | Выход синтикома из 1 т чугуна, кг | Чугун |
СК5 | 1052,63 | 95 | СК15У | 1176,5 | 85 |
СК5У | 1052,63 | 95 | СК20 | 1250,0 | 80 |
СК10 | 1111,11 | 90 | СК20У | 1250,0 | 80 |
СК10У | 1111,11 | 90 | СК25 | 1333,3 | 75 |
СК15 | 1176,5 | 85 | СК25У | 1333,3 | 75 |
СК15У | 1176,5 | 85 | СК30 | 1428,6 | 70 |
В работах [2, 3] представлены результаты компьютерного моделирования технологического процесса выплавки стали в 160 ДСП с загрузкой в 2 бадьи. Металлошихта первой бадьи состояла из равномерно перемешанных 80 т стального лома, 10 т передельного чугуна и 10 т синтикома, а металлошихта второй бадьи состояла из равномерно перемешанных 65 т стального лома и 10 т синтикома.
Технологический цикл плавки включал в себя 20 фаз работы ДСП под током. Твердые копии экрана фаз плавки, отвечающие расплавлению первой и второй бадьи представлены на рис. 1, 2.
Рис. 1. Распределение температурного поля в ДСП после расплавления первой бадьи [3]
Рис. 2. Распределение температурного поля в ДСП после расплавления второй бадьи [3]
Изменение потока монооксида углерода, выделяющегося из синтикома в ходе плавки при восстановлении железа из оксида углеродом, т. е. при реагировании собственного углерода и кислорода, представлено на рис. 3.
Рис. 3. Изменение суммарного по объему ДСП потока монооксида углерода, выделяющегося из синтикома в ходе плавки [3]м3
Одной из особенностей действующей технологии электроплавки является пониженное содержание С в конечный период плавки. Нагрев и рафинирование происходят в условиях отсутствия кипения. Металл и шлак плохо греются. Методом борьбы с этой проблемой является использование синтикома и его высокой газотворной способности.
Синтиком ускоряет нагрев металлической ванны, обеспечивает барботаж ванны пузырьками СО в заключительный период плавки, рис. 3.
Таким образом, синтиком является универсальным материалом с весьма широким спектром применения и большими технологическими возможностями. Синтиком снижает окисление (угар) железа, снижает содержание О в расплаве металла, повышается качество металла, уменьшает количества шлака.
Список литературы
1. Шахпазов синтетические композиционные материалы и технология выплавки стали с их использованием / , .- М.: Интерконтакт Наука, 200с.
2. , , Протопопов модель процесса выплавки стали в электрической дуговой печи / , , // Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып.5. С.157-166.
3. , , Протопопов модель процесса выплавки стали в электрической дуговой печи / , , // Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып.5. С.167-176.
