blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2019-10-769-773blackmet-1732Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ШЛАКОВ СИСТЕМЫ CaO – SiO2 – B2O3 , СОДЕРЖАЩЕЙ 15 % Al2O3 И 8 % MgOPHYSICAL PROPERTIES OF SLAGS OF CaO – SiO2 – B2O3 SYSTEM CONTAINING 15 % OF Al2O3 AND 8 % OF MgOБабенкоА. А.BabenkoA. A.

д.т.н., главный научный сотрудник 

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Dr. Sci. (Eng.), Chief Researcher

babenko@gmail.comШартдиновР. Р.ShartdinovR. R.

младший научный сотрудник

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Junior Recearcher

russianpersen@mail.ruУполовниковаА. Г.UpolovnikovaA. G.

к.т.н., старший научный сотрудник

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

upol.ru@mail.ruСметанниковА. Н.SmetannikovA. N.

инженер-исследователь

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Research Engineer

artem.smetannikov.89@mail.ruГуляковВ. С.GulyakovV. S.

к.т.н., старший научный сотрудник

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

Институт металлургии УрО РАНРоссияInstitute of MetallurgyRussian Federation2019021120196210769773Copyright © Бабенко А.А., Шартдинов Р.Р., Уполовникова А.Г., Сметанников А.Н., Гуляков В.С., 20192019Бабенко А.А., Шартдинов Р.Р., Уполовникова А.Г., Сметанников А.Н., Гуляков В.С.Babenko A.A., Shartdinov R.R., Upolovnikova A.G., Smetannikov A.N., Gulyakov V.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1732

Методом  симплексных  решеток  планирования  эксперимента  изучено  влияние  химического  состава  оксидной  системы  CaO – SiO2 – B2O3 , содержащей 15 % Al2O3 и 8 % MgO на вязкость и температуру кристаллизации (здесь и далее указаны % (по массе)).  Показано, что добавки оксида бора в шлаки изучаемой оксидной системы расширяют диапазон состава шлаков с низкой температурой кристаллизации и вязкостью. Шлаки основностью 2,0 – 3,0, содержащие 1 – 3 % B2O3 , характеризуются низкой (1400 – 1450 °С) температурой  кристаллизации и обладают высокой текучестью. Вязкость таких шлаков при их нагреве до 1550 и 1600  °С не превышает 0,20 и  0,15  Па·с  соответственно. Увеличение содержания B2O3 до 4 – 6 % в шлаках основностью 2,0 – 3,0 сопровождается снижением температуры кристаллизации до 1350 – 1425 °С с сохранением низкой (не более 0,15 Па·с) вязкости при температуре нагрева системы 1550 и  1600  °С. Смещение формируемых шлаков, содержащих 1 – 6 % B2O3 , в область повышенной до 3,0 – 5,0 основности сохраняет достаточно высокую  их текучесть. При этом с ростом концентрации оксида бора явно прослеживается тенденция смещения изучаемой оксидной системы  в  область низких температур кристаллизации. Температура кристаллизации шлаков основностью 3,0 – 4,0, содержащих 6 % B2O3 , достигает 1400 °С и практически не превышает 1475 °С для шлаков основностью 4,0 – 5,0, содержащих 1 – 2 % B2O3 . При температуре 1600  °С  вязкость шлаков изменяется от 0,15 Па·с при основности 3,0 и содержании оксида B2O3 5 – 6 % до 0,25 Па·с при основности 4,0  –  5,0  и  содержании оксида B2O3 1 – 3 %. Снижение температуры исследуемой оксидной системы на 50 °С сопровождается незначительным (не  более 0,05 Па·с) повышением вязкости.

Influence of the chemical composition of CaO – SiO2 – B2O3 oxide system containing 15 % Al2O3 and 8 % MgO (in this expression  and hereinafter indicated by mass %) on viscosity and crystallization  temperature was studied using experiment method of simplex lattice  planning. Addition of B2O3 to the slags of oxide system expands the  range of slags composition with a low crystallization temperature and  viscosity. Slags with a basicity of 2  –  3, containing 1  –  3  % of B2O3  are characterized by a low crystallization temperature, varying from  1400 to 1450  °С and have high flowability. The viscosity of such slags  when heated to 1550 and 1600  °C does not exceed 0.20 and 0.15  Pa·s,  respectively. An increase in B2O3 content to 4  –  6  % in slags with a  basicity of 2  –  3 is accompanied by a decrease in crystallization temperature to 1350  –  1425  °C with keeping low, not more than 0.15  Pa·s,  viscosity in the range of heating temperatures at 1550 and 1600  °C.  The displacement of formed slags containing 1  –  6  % of B2O3 to the  area of increased basicity up to 3  –  5 preserves their relatively high  fluidity. In this case, with an increase in B2O3 concentration, there is a  clear tendency for the studied oxide system to shift to the region of low  crystallization temperatures. Crystallization temperature of slags with  basicity of 3  –  4 containing 6  % of B2O3 reaches 1400  °С and practically does not exceed 1475  °С of slags with basicity of 4  –  5 containing 1  –  2  % of B2O3 . At temperature of 1600  °C, the viscosity of such  slags varies from 0.15  Pa·s with a basicity of 3 and a content of 5  –  6  %  of B2O3 to 0.25  Pa·s in the basicity range of 4  –  5 with B2O3 content  of 1  –  3  %. A decrease in temperature of the studied oxide system by  50  °C is accompanied by a slight (no more than 0.05  Pa·s) increase in  viscosity.

вязкость температура кристаллизации планирование эксперимента локальный симплекс шлак оксид бора диаграмма состав – свойствоviscosity crystallization temperature experimental design local simplex slag boron oxide composition-property diagramРабота выполнена в рамках исполнения государственного задания ИМЕТ УрО РАНReferencesДюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Производство стали. В 3 т. Т. 3. Внепечная металлургия стали. – М.: Теплотехник, 2010. – 544 с.Dyudkin D.A., Kisilenko V.V. Proizvodstvo stali. T. 3. Vnepechnaya metallurgiya stali [Steel production. Vol. 3. Ladle metallurgy  of steel]. Moscow: Teplotekhnik, 2010, 544 p. (In Russ.).Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.Н. Теория металлургических процессов. Учеб. пособие для студ. металлург. спец. вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 463 с.Popel’  S.I.,  Sotnikov A.I.,  Boronenkov  V.N.  Teoriya metallurgicheskikh protsessov [Theory of metallurgical processes]. Moscow:  Metallurgiya, 1986, 463 p. (In Russ.).Соколов Г.А. Внепечное рафинирование стали. – М.: Металлургия, 1977. – 208 с.Sokolov G.A. Vnepechnoe rafinirovanie stali [Ladle refining of  steel]. Moscow: Metallurgiya, 1977, 208 p. (In Russ.).Физико-химические методы исследования металлургических процессов / П.П. Арсентьев, В.В. Яковлев, М.Г. Крашенинников, Л.А. Пронин, Е.С. Филиппов. – М.: Металлургия, 1988. – 511 с.Arsent’ev P.P., Yakovlev V.V., Krasheninnikov M.G., Pronin L.A.,  Filippov E.S. Fiziko-khimicheskie metody issledovaniya metallurgicheskikh protsessov [Physico-chemical methods in study of metallurgical processes]. Moscow: Metallurgiya, 1988, 511 p. (In Russ.).Явойский В.И., Явойский А.В. Научные основы современных процессов производства стали. – М.: Металлургия, 1987. – 184 с.Yavoiskii  V.I.,  Yavoiskii  A.V.  Nauchnye osnovy sovremennykh protsessov proizvodstva stali [Scientific basis of modern steel production processes]. Moscow: Metallurgiya, 1987, 184 p. (In Russ.).Wang H.M., Zhang T.W., Zhu H., Yan Y.Q., Zhao Y.N. Effect of B2O3 and CaF2 on viscosity of ladle refining slag // Advanced Materials Research. 2011. Vol. 295-297. P. 2647 – 2650.Wang H.M., Zhang T.W., Zhu H., Yan Y.Q., Zhao Y.N. Effect of  B2O3 and CaF2 on viscosity of ladle refining slag. Advanced Materials Research. 2011, vol. 295-297, pp. 2647–2650.Ko K.Y., Park J.H. Effect of CaF2 addition on the viscosity and structure of CaO-SiO2-MnO slags // ISIJ International. 2013. Vol. 53. No. 6. P. 958 – 965.Ko K.Y., Park J.H. Effect of CaF2 addition on the viscosity and  structure of CaO-SiO2-MnO slags. ISIJ International. 2013, vol. 53,  no. 6, pp. 958–965.Choi S.Y., Lee D.H., Shin D.W., Choi S.Y., Cho J.W., Park J.M. Properties of F-free glass system as a mold flux: viscosity, thermal conductivity and crystallization behavior // Non-Cryst. Solids. 2004. Vol. 345-346. P. 157 – 160.Choi S.Y., Lee D.H., Shin D.W., Choi S.Y., Cho J.W., Park J.M.  Properties of F-free glass system as a mold flux: viscosity, thermal  conductivity and crystallization behavior. Non-Cryst. Solids. 2004,  vol. 345-346, pp. 157–160.Nakada H., Nagata K. Crystallization of CaO-SiO2-TiO2 slag as a candidate for fluorine free mold flux // ISIJ Int. 2006. Vol. 46. No. 3. P. 441 – 449.Nakada H., Nagata K. Crystallization of CaO-SiO2-TiO2 slag as a  candidate for fluorine free mold flux. ISIJ Int. 2006, vol. 46, no. 3,  pp. 441–449.Persson M., Seetharaman S., Seetharaman S. Kinetic studies of fluoride evaporation from slags // ISIJ Int. 2007. Vol. 47. No. 12. P. 1711 – 1717.Persson M., Seetharaman S., Seetharaman S. Kinetic studies of  fluoride evaporation from slags. ISIJ Int. 2007, vol. 47, no. 12,  pp.  1711–1717.Физические свойства расплавов системы CaO-Al2O3-SiO2- -MgO-CaF2 / А.А. Акбердин, И.С. Куликов, В.А. Ким и др. – М.: Металлургия, 1987. – 144 с.Akberdin A.A., Kulikov I.S., Kim V.A. etc. Fizicheskie svoistva rasplavov sistemy CaO-Al2O3-SiO2-MgO-CaF2 [Physical properties  of the melts of CaO-Al2O3-SiO2-MgO-CaF2 system]. Moscow: Metallurgiya, 1987, 144 p. (In Russ.).Hongming W., Tingwang Z., Hua Z. Effect of B2O3 on melting temperature, viscosity and desulfurization capacity of CaO-based refining flux // ISIJ International. 2011. Vol. 51. No. 5. P. 702 – 708.Hongming W., Tingwang Z., Hua Z. Effect of B2O3 on melting temperature, viscosity and desulfurization capacity of CaO-based refining flux. ISIJ International. 2011, vol. 51, no. 5, pp. 702–708.Акбердин А.А., Киреева Г.М., Медведовская И.А. Влияние B2O3 на вязкость шлаков системы CaO – Al2O3 – SiO2 // Известия АН СССР. Металлы. 1986. № 3. С. 55, 56.Akberdin A.A., Kireeva G.M., Medvedovskaya I.A. Effect of B2O3  on viscosity of the slags of CaO – Al2O3 – SiO2 system. Izvestiya AN SSSR. Metally. 1986, no. 3, pp. 55–56. (In Russ.).Бабенко А.А., Истомин С.А., Протопопов Е.В., Сычев А.В., Рябов В.В. Вязкость шлаков системы CaO – SiO2 – Al2O3 – MgO – – B2O3 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. № 2. С. 41 – 43.Babenko A.A., Istomin S.A., Protopopov E.V., Sychev A.V., Rya bov  V.V. Viscosity of CaO – SiO2 – Al2O3 – MgO – B2O3 slag system.  Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2014, no. 2, pp. 41–43. (In Russ.).Wang Hong-ming, Li Gui-rong, Li Bo, Zhang Xue-jun, Yan Yongqi. Effect of B2О3 on melting temperature of CaO-based ladle refining slag // ISIJ International. 2010. Vol. 17. No. 10. P. 18 – 22.Wang Hong-ming, Li Gui-rong, Li Bo, Zhang Xue-jun., Yan Yongqi. Effect of B2О3 on melting temperature of CaO-based ladle refining slag. ISIJ International. 2010, vol. 17, no. 10, pp. 18–22.Wamg H., Li G., Dai R. САS-OB: refining slag modification with В2О3 – CaO and СаF2 – CаО // Ironmaking and Steelmaking. 2007. Vol. 34. No. 4. P. 350 – 353.Wamg H., Li G., Dai R. САS-OB: refining slag modification with  В2О3 – CaO and СаF2 – CаО. Ironmaking and Steelmaking. 2007,  vol. 34, no. 4, pp. 350–353.Zhang Lei, Wang Wanlin, Xie Senlin, Zhang Kaixuan, Sohn Il. Effect of basicity and B2O3 on the viscosity and structure of fluorinefree mold flux // Journal of Non-Crystalline Solids. 2017. Vol. 460. No. 4. P. 113 – 118.Zhang Lei, Wang Wanlin, Xie Senlin, Zhang Kaixuan, Sohn Il. Effect of basicity and B2O3 on the viscosity and structure of fluorinefree mold flux. Journal of Non-Crystalline Solids. 2017, vol. 460,  no. 4, pp. 113–118.Sun Y.Q., Liao J.L., Zheng K., Wang X.D., Zhang Z.T. Effect of B2O3 on the Structure and Viscous Behavior of Ti-Bearing Blast Furnace Slags // JOM. 2014. Vol. 66. No. 10. P. 2168 – 2175.Sun Y.Q., Liao J.L., Zheng K., Wang X.D., Zhang Z.T. Effect of  B2O3 on the structure and viscous behavior of Ti-bearing blast furnace slags. JOM. 2014, vol. 66, no. 10, pp. 2168–2175. Планирование эксперимента при исследовании физико-химических свойств металлургических шлаков. Методическое пособие / В.А. Ким, Э.Н. Николай, А.А. Акбердин и др. – Алма-Ата: Наука, 1989. – 116 с.Kim V.A., Nikolai E.N., Akberdin A.A. etc. Planirovanie eksperimenta pri issledovanii fiziko-khimicheskikh svoistv metallurgicheskikh shlakov. Metodicheskoe posobie [Experiment planning in  study of physicochemical properties of metallurgical slag. Method  book]. Alma-Ata: Nauka, 1989, 116 p. (In Russ.).Ким В.А., Акбердин А.А., Куликов И.С. и др. Использование метода симплексных решеток для построения диаграмм типа состав – вязкость // Изв. вуз. Черная металлургия. 1980. № 9. С. 167, 168.Kim V.A., Akberdin A.A., Kulikov I.S. etc. Application of simplex  lattice method for constructing composition-viscosity diagrams. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1980, no. 9, pp. 167–168. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.