Видалення неметалевих включень з розплаву сталі у проміжному ковші за рахунок їх абсорбції шлаковою фазою

У цьому дослідженні показано, що утворення неметалевих включень у процесі виробництва сталі є неминучим і якщо не контролювати їх кількість, то можуть виникнути проблеми, що пов’язані з продуктивністю та виробництвом. Доведено, що шлак являє собою один з доступних ресурсів для здійснення контролю неметалевих включень у розплаві сталі. При цьому у роботі показано, що розподіл та адсорбція можуть визначати спроможність шлаку поглинати неметалеві включення. В результаті проведених досліджень встановлено умови коли неметалеві включення залишаються на межі поділу фаз розплав сталі – шлак у проміжному ковші МБРЗ при безперервному розливання сталі. В роботі показано, що затримка неметалевої фази на межі поділу розплав сталі – шлак може призвести до захоплення частинок неметалевих включень у глибину розплаву. Дослідженнями встановлено основні параметри , що впливають на процес адсорбції неметалевих включень шлаковою фазою, а саме, розмір частинок, швидкість їх спливання, поверхневий натяг на межі поділу фаз метал-шлак, а також в’язкість шлаку. Показано, що швидкість захоплення твердих частинок оксидних включень з розплавленої сталі розплавленим шлаком залежить від швидкості стікання металевої плівки з їх поверхні (що відбувається при певних швидкостях частинок), величини поверхневого натягу на межі поділу фаз розплав сталі -шлак та швидкості розчинення їх у шлаковій фазі. З використанням математичних розрахунків показано ймовірність процесу адсорбції оксидних включень розміром від 10 до 100 мкм зі швидкістю спливання від стоксовської до 0,3 м/с до границі поділу фаз розплав сталі – шлакова фаза. Розрахунки показали, що руйнування та стік металевих плівок з поверхні неметалевих включень відбувається досить швидко і тому їм можна нехтувати. Фізичне моделювання показало, що на процес відокремлення неметалевих включень від поверхні металу, а потім і перехід у шлакову фазу залежить від величини поверхневої енергії на межі поділу фаз неметалеве включення – шлак. Показано, що мінімальне значення поверхневого натягу для відокремлення неметалевої фази повинно становити 0,41 Н/м. З використанням скануючого лазерного мікроскопу було проведено дослідження кінцевої стадії видалення неметалевих включень шлаковою фазою, а саме процес адсорбції неметалевої фази і шлаковою фазою. Дані досліджень свідчать, що спостерігається кореляція між в’язкістю шлаку та його перенасиченням відносно неметалевих включень. Встановлено час розчинення неметалевих включень у шлаковій фазі в залежності від їх розміру.

This study shows that the formation of non-metallic inclusions in the steelmaking process is inevitable and if their quantity is not controlled, problems related to productivity and production can arise. It has been proven that slag is one of the available resources for controlling non-metallic inclusions in molten steel. At the same time, the work shows that distribution and adsorption can determine the ability of slag to absorb non-metallic inclusions. As a result of the conducted research, the conditions were established when non-metallic inclusions remain at the boundary of the phase separation between molten steel and slag in the tundish during continuous overflow of steel. It is shown in the paper that the delay of the non-metallic phase at the boundary between the steel melt and the slag can lead to the entrapment of non-metallic inclusion particles in the depth of the melt. Research has established the main parameters that affect the process of adsorption of non-metallic inclusions by the slag phase, namely, the size of the particles, the speed of their floating, the surface tension at the metal-slag phase separation boundary, as well as the viscosity of the slag. It is shown that the rate of capture of solid particles of oxide inclusions from molten steel by molten slag depends on the rate of flow of the metal film from their surface (which occurs at certain particle velocities), the amount of surface tension at the interface between the molten steel and slag phases, and the rate of their dissolution in the slag phase. With the use of mathematical calculations, the probability of the process of adsorption of oxide inclusions with a size of 10 to 100 μm with a floating speed from Stokes to 0.3 m/s to the border of the phase separation between molten steel and slag phase is shown. Calculations showed that the destruction and flow of metal films from the surface of non-metallic inclusions occurs quite quickly and therefore they can be neglected. Physical modeling showed that the process of separation of non-metallic inclusions from the metal surface, and then the transition to the slag phase, depends on the value of the surface energy at the boundary of the non-metallic inclusion – slag phase separation. It is shown that the minimum value of the surface tension for the separation of the non-metallic phase should be 0.41 N/m. With the use of a scanning laser microscope, a study of the final stage of removal of non-metallic inclusions by the slag phase was carried out, namely the process of adsorption of the non-metallic phase and the slag phase. Research data show that there is a correlation between slag viscosity and its supersaturation with respect to non-metallic inclusions. The dissolution time of non-metallic inclusions in the slag phase was determined depending on their size.