Для заказа доставки работы
воспользуйтесь поиском на сайте http://www.mydisser.com/search.html
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ
«ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
На правах рукописи
УДК 669.046.581
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СВОЙСТВ ШЛАКООБРАЗУЮЩИХ СМЕ-
СЕЙ С ЦЕЛЬЮ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗА-
ГОТОВКИ
Специальность 05.16.02
«Металлургия черных и цветных металлов и специальных сплавов»
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Мариуполь – 2013
2
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
Введение…………………………………………………….……………... 5
Раздел 1. Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования.. 11
1.1 Защита металла в кристаллизаторе
Методы определения краевого угла смачивания……………………..
11
1.1.1 Некоторые дефекты непрерывнолитой заготовки. Физико-
химические свойства шлакообразующих смесей………………………
12
1.1.2 Составы шлаков, применяемых при непрерывной разливке стали 17
1.1.3 Общая характеристика ШОС, применяемых на ПАО
«МК Азовсталь»……………………………………………………………
22
1.2 Анализ методов определения физико-химических
свойств………………………………………………………………………
28
1.2.1 Методы определения краевого угла смачивания………………….. 28
1.2.2 Методы изучения плотности……………………………………….. 30
1.2.3 Методы определения поверхностного натяжения металлургиче-
ских расплавов …………………………………………….
32
1.2.4 Экспериментальные методы определения вязкости………………. 37
Выводы по разделу………………………………………………………... 37
Раздел 2. Методики расчета для экспериментального определения по-
верхностных, вязкостных и плавкостных свойств распла-
вов……………………………………………………………………
40
2.1 Методики изучения поверхностных свойств расплавов……………. 39
2.1.1 Способ контроля симметричности капли, и определения макси-
мального диаметра и высоты капли над экваториальным диаметром
………………………………………………………………….
32
2.1.2 Аналитическое описание численного решения дифференциаль-
ного уравнения Лапласа эмпирическими формула-
ми………………………………………………………………….
45
3
2.1.3 Алгоритм расчета поверхностного натяжения расплавов по фор-
ме неподвижной капли………………………………………………..
54
2.1.4 Способ определения краевого угла смачивания промышленных
металлургических расплавов………………………………………………
60
2.1.5 Экспериментальная установка для измерения поверхностного на-
тяжения и краевого угла смачивания на основе цифровой обработки
видеоизображений………………………………………………………….
64
2.1.6 Исследование межфазных свойств…………………………………. 69
2.1.7 Цифровая обработка видеоизображений для определения пара-
метров лежащей капли………………………………………………..
70
2.2 Методика исследования вязкостных и плавкостных свойств шла-
ковых расплавов………………………………………………………..
76
2.2.1 Методика проведения исследований расплавов…………………... 76
2.2.2 Алгоритм вибротермографирования шлаковых расплавов……….. 80
Выводы по разделу 81
Раздел 3. Экспериментальное исследование поверхностных, вязкост-
ных и плавкостных свойств……………………………………
83
3.1 Исследование поверхностных и межфазных свойств расплавов….. 83
3.2 Исследование вязкостных и плавкостных свойств шлакообразую-
щих смесей………………………………….……………..
89
3.2.1 Принятые условия выполнения экспериментов с вибротермогра-
фированием шлаков……………………………………….
89
3.2.2 Изучение вязкостных и плавкостных свойств…………………… 93
Выводы по разделу………………………………………………………... 104
Раздел 4. Разработка составов ШОС на цементной основе с по-
ниженной температурой плавления…………………………………….
106
4.1 Разработка базового состава на основе анализа химических соста-
вов легкоплавких промышленных ШОС……………………………
106
4
4.2 Разработка новых составов шлакообразующих смесей на основе
цемента с различными разжижающими добавками……………………...
108
4.3 Определение оптимального состава ШОС на цементной основе.
Методика и результаты лабораторных исследований…………………...
112
Выводы по разделу………………………………………………………... 122
Раздел 5. Исследование полученных шлакообразующих смесей во
время производственных испытаний …………………………………….
124
5.1 Производственные испытания безнефелиновых ШОС с понижен-
ной температурой плавления ……………………………………
123
5.2 Сравнение опытной смеси с импортными аналогами………………. 145
5.3 Расчет ожидаемого экономического эффекта……………………….. 147
Выводы по разделу………………………………………………………... 148
Общие выводы……………………………………………………………... 149
Список использованных источников……………………………………... 152
Приложения………………………………………………………………… 169
5
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. При непрерывной разливке стали одним из на-
правлений улучшения качества заготовки, повышения выхода годного и сни-
жения себестоимости металлопродукции является подбор составов, обеспечи-
вающих необходимые свойства шлакообразующих смесей (ШОС), подаваемых
на поверхность жидкой стали в кристаллизатор. Это актуально в связи с увели-
чением средней скорости разливки и производительности МНЛЗ, расширением
размерного и марочного сортамента отливаемых слябов. Особенно это важно с
точки зрения замены дорогостоящих импортных ШОС, которые часто исполь-
зуют производители в последнее время, отечественными без ухудшения каче-
ства непрерывнолитой заготовки. Научный подход к разработке новых составов
ШОС на основе отечественных материалов и корректировке применяемых сме-
сей по тем или иным параметрам, должен сопровождаться углубленными ис-
следованиями их физико-химических и технологических свойств. Поэтому усо-
вершенствованию методов исследования, изучению физико-химических
свойств шлакообразующих смесей и их расплавов уделяется постоянное и зна-
чительное внимание. Среди них особо важное значение уделяется методам изу-
чения поверхностных, вязкостных и плавкостных свойств ШОС. В этом на-
правлении является актуальным усовершенствование методик, применение со-
временных способов обработки информации, возможностей персонального
компьютера (ПК) и методов вычислительной математики.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Вопросы
и проблемы, рассмотренные в диссертационной работе, соответствуют Госу-
дарственной программе развития горно-металлургического комплекса образо-
вания и науки Украины и плану проведения госбюджетной научно-
исследовательской работы «Розробка нових складів ШУС для оптимізації тех-
нологічних параметрів безперервного розливання сталі з метою поліпшення
якості литої заготівки» (№ 000U001264). Работа связана с направлением ис-
следований в рамках госбюджетных НИР, которые проводит кафедра «Метал-
лургия стали» и соответствует планам научно-исследовательских работ При-
6
азовского государственного технического университета («Технологічні особли-
вості виплавки та розливки сталі зі скороченням матеріальних та енергетичних
витрат» № 000U006576).
Цель и задачи исследования. Целью данной диссертационной работы
является повышение качества непрерывнолитой заготовки стали за счет подбо-
ра рациональных составов ШОС с необходимыми значениями поверхностных,
вязкостных и плавкостных свойств смесей, применяемых во время непрерыв-
ной разливки стали.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
1. Усовершенствовать способы исследования физико-химических
свойств ШОС (поверхностного натяжения, плотности, краевых углов смачива-
ния, межфазного натяжения, вязкости при определенных температурах, плав-
костных свойств) и экспериментальные установки.
2. Изучить поверхностные, вязкостные и плавкостные свойства ис-
пользуемых в производстве ШОС с целью изыскания путей совершенствования
их составов, направленных на понижение температуры плавления шлаков и
повышение их жидкотекучести, улучшения качества непрерывнолитых загото-
вок, снижения токсичности и стоимости смесей.
3. Разработать оптимальные составы порошковых ШОС для защиты
зеркала металла во время непрерывной разливки, которые не содержат дорого-
стоящих импортных компонентов, менее токсичны и имеют более низкую тем-
пературу плавления по сравнению с применяемыми.
4. Провести промышленные испытания разработанной ШОС опти-
мального состава при разливке малоуглеродистых и низколегированных марок
стали.
Объект исследования. Шлакообразующие смеси для непрерывной раз-
ливки стали.
Предмет исследования. Поверхностные, вязкостные и плавкостные
свойства ШОС.
7
Методы исследования. Для достижения поставленных задач использова-
ны метод лежащей капли; метод вибротермографирования, реализованный на
вибрационном вискозиметре-термографе с программным управлением темпе-
ратурным режимом вакуумной печи сопротивления и компьютерной обработ-
кой опытных данных; численные методы (метод наименьших квадратов; интер-
поляционный метод Ньютона для неравноотстоящих значений аргумента, ме-
тод аппроксимации натуральным кубическим сплайном), методы математиче-
ского планирования экспериментов (метод последовательного симплекс-
планирования экспериментов. Загрязненность стали неметаллическими вклю-
чениями оценивалась по методике, разработанной ЦНИИЧМ в соответствии с
ГОСТ 1778-70 (метод «П»)). Статистическую обработку полученных результа-
тов выполняли на ПК с использованием стандартных пакетов MathCAD 2001
Pro и Excel 2007.
Научная новизна полученных результатов.
1. Усовершенствован метод лежащей капли путем дополнительного фикси-
рования горизонтальной проекции капли, что позволило контролировать сим-
метричность капли во время проведения эксперимента и судить о целесообраз-
ности дальнейшего проведения эксперимента. Краевой угол смачивания опре-
делен с точностью 0,5-1% (ранее точность метода находилась в пределах 1 –
3%), плотность с точностью 0,05-0,1% (до этого точность метода 0,5 – 1%) и
поверхностное натяжение с точностью до 0,3-0,5% (ранее точность метода на-
ходилась в пределах 1 – 3%).
2. Разработана новая методика расчета плотности и поверхностного натяже-
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
