blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2022-8-555-562blackmet-2367Research ArticleПо материалам конференции «Металлургия – 2021»Based on the materials of the conference “Metallurgy – 2021”Исследование процессов обезуглероживания периклазоуглеродистых и алюмопериклазоуглеродистых ковшевых огнеупоровDecarburization of periclase-carbon and aluminum-periclase-carbon ladle refractoriesЯкушевичН. Ф.YakushevichN. F.

Николай Филиппович Якушевич, д.т.н., профессор-консультант кафедры металлургии цветных металлов и химической технологии

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Nikolai F. Yakushevich, Dr. Sci. (Eng.), Prof.-Consultant of the Chair “Non-Ferrous Metallurgy and Chemical Engineering”

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

Yakushevich@cmet.sibsiu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8098-5895ЗапольскаяЕ. М.Zapol’skayaE. M.

Екатерина Михайловна Запольская, соискатель степени к.т.н.

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Ekaterina M. Zapol’skaya, Candidates for a degree of Cand. Sci. (Eng.)

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

beloglazova-ekat@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7985-5666ТемлянцевМ. В.TemlyantsevM. V.

Михаил Викторович Темлянцев, д.т.н., профессор, проректор по учебной и воспитательной работе

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Mikhail V. Temlyantsev, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Vice-Rector for Educational Work

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

uchebn_otdel@sibsiu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7554-2168ПротопоповЕ. В.ProtopopovE. V.

Евгений Валентинович Протопопов, д.т.н., профессор кафедры металлургии черных металлов

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Evgenii V. Protopopov, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair of Ferrous Me­tallurgy

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

protopopov@sibsiu.ruТемлянцеваЕ. Н.TemlyantsevaE. N.

Елена Николаевна Темлянцева, к.т.н., доцент, и.о. заведующего кафедрой теплоэнергетики и экологии

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Elena N. Temlyantseva, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof., Acting Head of the Chair “Thermal Power and Ecology”

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

elena.temlyantseva@yandex.ruПриходькоМ. С.Prikhod’koM. S.

Максим Сергеевич Приходько, аспирант кафедры металлургии черных металлов, Сибирский государственный индустриальный университет, старший менеджер Проекта Дирекции по управлению проектами, АО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат»

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Россия, 654043, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, шоссе Космическое, 16

Maksim S. Prikhodko, Postgraduate of the Chair of Ferrous Metallurgy, Siberian State Industrial University, Senior Project Manager of the Pro­ject Management Directorate, JSC EVRAZ United West Siberian Metallurgical Combine

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

16 Kosmicheskoe Route, Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654043, Russian Federation

Maxim.Prikhodko@evraz.comСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian FederationСибирский государственный индустриальный университет; АО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат»РоссияSiberian State Industrial University; JSC “EVRAZ – Joint West Siberian Metallurgical Plant”Russian Federation202201092022658555562Copyright © Якушевич Н.Ф., Запольская Е.М., Темлянцев М.В., Протопопов Е.В., Темлянцева Е.Н., Приходько М.С., 20222022Якушевич Н.Ф., Запольская Е.М., Темлянцев М.В., Протопопов Е.В., Темлянцева Е.Н., Приходько М.С.Yakushevich N.F., Zapol’skaya E.M., Temlyantsev M.V., Protopopov E.V., Temlyantseva E.N., Prikhod’ko M.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/2367

В настоящей работе исследованы процессы обезуглероживания периклазоуглеродистых и алюмопериклазоуглеродистых ковшевых огнеупоров. Процессы обезуглероживания протекают уже на стадии сушки и разогрева футеровки после ремонта, при ее тепловой обработке на газовых или электрических стендах. Эти процессы наносят непоправимый ущерб огнеупорам еще до ввода ковша в непосредственную эксплуатацию (до контакта с расплавленной сталью). Одним из направлений повышения стойкости углеродсодержащих огнеупоров против окисления является применение антиоксидантов (Al, SiC, Si и др.), которые вводят в состав сырьевой смеси на стадии изготовления. Их действие основано на приоритетном окислении по сравнению с углеродом. Антиоксиданты действуют в определенном температурном интервале, что открывает широкие возможности по разработке энерго- и ресурсосберегающих температурных режимов тепловой обработки футеровки. Проведен термогравиметрический анализ периклазоуглеродистых и алюмопериклазоуглеродистых безобжиговых смолосвязанных огнеупоров марок AMC 78-8/7HG, RI-MC175LC (фирма RI); MayCarb 284-AX (фирма MAYERTON), используемых при выполнении рабочих слоев футеровок сталеразливочных ковшей. Термогравиметрический анализ образцов огнеупоров осуществили на дериватографе LABSYS evo TG DTA DSC 1600 при нагреве до температуры 1100 °С со скоростью 15 °С/ мин. Рентгенофазовый анализ выполняли на рентгеновском дифрактометре XRD-6000. Результаты термогравиметрического анализа представлены в виде дериватограмм. Установлено, что максимальная скорость окисления углерода во всех случаях достигается при температуре 700 – 750 °С. Следовательно, в целях реализации малообезуглероживающего первого разогрева ковша после ремонта для огнеупоров исследуемых марок рекомендуются температурные режимы, включающие низкотемпературные (до 500 °С) выдержки футеровки.

In this paper, the processes of decarburization of periclase-carbon and aluminum-periclase-carbon ladle refractories were investigated. Decarburization processes take place already at the stage of drying and heating the lining after repair, during its heat treatment on gas or electric stands. These processes cause irreparable damage to refractories even before the ladle is put into direct operation (before contact with molten steel). One of the ways to increase resistance of carbon-containing refractories against oxidation is the use of antioxidants (Al, SiC, Si, etc.), which are introduced into the composition of the raw mixture at the manufacturing stage. Their action is based on priority oxidation compared to carbon. Antioxidants act in a certain temperature range, which opens up wide opportunities for development of energy- and resource-saving temperature modes for lining heat-treatment. The authors made mogravimetric analysis of periclase-carbon and aluminum-periclase-carbon non-ignited resin-bonded refractories of AMC 78-8/7HG, RI-MC175LC (RI); MayCarb 284-AX (MAYERTON) grades used in the execution of working layers of steel ladle linings. Thermogravimetric analysis of refractory samples was carried out on a LABSYS evo TG DTA DSC 1600 derivatograph when heated to a temperature of 1100 °C at a speed of 15 °C/min. X-ray phase analysis was performed on an XRD-6000 X-ray diffractometer. The results of thermogravimetric analysis are presented in the form of derivatograms. It was established that the maximum rate of carbon oxidation in all cases is reached at a temperature of 700 – 750 °C. Therefore, in order to implement a low-carbonizing first heating of the ladle after repair, temperature modes are recommended for refractories of the studied brands, including low-temperature (up to 500 °C) lining exposure.

углеродсодержащие огнеупорысталеразливочный ковшантиоксидантыобезуглероживание футеровкиcarbon-containing refractoriessteel ladleantioxidantsdecarburization of liningИсследование выполнено на оборудовании ЦКП «Материаловедение» Сибирского государственного индустриального университета.The study was carried out on the equipment of the Materials Science Center of the Siberian State Industrial University.ReferencesТемлянцев М.В., Матвеев М.В. Обезуглероживание периклазоуглеродистых огнеупоров при тепловой обработке футеровок сталеразливочных ковшей // Металлург. 2010. № 8. С. 60–62.Temlyantsev M.V., Matveev M.V. Decarbonization of periclase-carbon refractories during heat treatment of the linings of steel-pouring ladles. Metallurgist. 2010, vol. 54, no.7-8, pp. 536–539. https://doi.org/10.1007/s11015-010-9335-9Turkdogan E.T. Ladle deoxidation, desulphurisation and inclusions in steel – Part 1: Fundamentals // Archiv für das Eisenhüttenwesen. 1983. Vol. 1. No. 54. P. 1–10. https://doi.org/10.1002/srin.198305191Turkdogan E.T. Ladle deoxidation, desulphurisation and inclusions in steel – Part 1: Fundamentals. Archiv für das Eisenhüttenwesen. 1983, vol. 1, no. 54, pp. 1–10. https://doi.org/10.1002/srin.198305191Темлянцев М.В., Матвеев М.В. Исследование обезуглероживания периклазоуглеродистых огнеупоров при разогреве футеровок сталеразливочных ковшей перед приемом расплава // Извес­тия вузов. Черная металлургия. 2010. Т. 53. № 10. С. 38–40.Temlyantsev M.V., Matveev M.V. Decarburization of periclase-carbon refractories when heating steel ladles lining of before melt output. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2010, vol. 53, no. 10, pp. 38–40. (In Russ.).Ahuja R., Sahai Y. Fluid flow and mixing of melt in steelmaking tundishes // Ironmaking and Steelmaking. 1986. Vol. 13. No. 5. P. 241–247.Ahuja R., Sahai Y. Fluid flow and mixing of melt in steelmaking tundishes. Ironmaking and Steelmaking. 1986, vol. 13, no. 5, pp. 241–247Темлянцев М.В., Матвеев М.В., Темлянцева Е.Н. Исследование влияния различных факторов на обезуглероживание периклазоуглеродистых ковшовых огнеупоров // Известия вузов. Черная металлургия. 2011. Т. 54. № 10. С. 32–36.Temlyantsev M.V., Matveev M.V., Temlyantseva E.N. Influence of various factors on decarburization of periclase-carbon ladle refractories. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2011, vol. 54, no. 10, pp. 32–36. (In Russ.).Протопопов Е.В., Темлянцев М.В., Запольская Е.М., Максакова К.Е., Дегтярь В.А. Исследование высокотемпературного обезуглероживания алюмопериклазоуглеродистых ковшевых огнеупоров // Известия вузов. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 12. С. 24–28. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2014-12-24-28Protopopov E.V., Temlyantsev M.V., Zapol’skaya E.M., Maksakova K.E., Degtyar’ V.A. Research on high-temperature decarburization of alum-periclase-carbon ladle refractories. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2014, vol. 57, no. 12, pp. 24–28. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2014-12-24-28Pivinskii Yu.E. HCBS ceramic concretes in the XXI century – problems and prospects for applying technology in the field of silicate materials science. Part 1 // Refractories and Industrial Ceramics. 2011. Vol. 52. No. 2. P. 107–115. https://doi.org/10.1007/s11148-011-9376-zPivinskii Yu.E. HCBS ceramic concretes in the XXI century – problems and prospects for applying technology in the field of silicate materials science. Part 1. Refractories and Industrial Ceramics. 2011, vol. 52, no. 2, pp. 107–115. https://doi.org/10.1007/s11148-011-9376-zКащеев И.Д., Сизов В.И., Панин О.А. Свойства периклазоуглеродистых огнеупоров с добавками металлических порошков // Огнеупоры. 1989. № 8. С. 7–9.Kashcheev I.D., Sizov V.I., Panin O.A. Properties of periclase-carbon refractories with additives of metal powders. Ogneupory. 1989, no. 8, pp. 7–9. (In Russ.).Очагова И.Г. Повышение стойкости к окислению высокоуглеродистых бетонов с применением смеси антиоксидантов // Новос­ти черной металлургии за рубежом. 2011. № 1. С. 88–91.Ochagova I.G. Increasing the oxidation resistance of high-carbon concrete with the use of antioxidants mixture. Novosti chernoi me­tallurgii za rubezhom. 2011, no. 1, pp. 88–91. (In Russ.).Andreev V.V., Lubyanoi D.A., Samsonov Yu.N., Kaminskaya I.A., Lubyanaya S.V. Development of extra-furnace treatment technology for blast-furnace iron in order to manufacture replacement metallurgical equipment with improved operating life // Metallurgist. 2014. Vol. 58. No. 5-6. P. 492–495. https://doi.org/10.1007/s11015-014-9939-6Andreev V.V., Lubyanoi D.A., Samsonov Yu.N., Kaminskaya I.A., Lubyanaya S.V. Development of extra-furnace treatment technology for blast-furnace iron in order to manufacture replacement metallurgical equipment with improved operating life. Metallurgist. 2014, vol. 58, no. 5-6, pp. 492–495. https://doi.org/10.1007/s11015-014-9939-6Pluschkell W. Metallurgical reaction techniques for adjusting very low contents of C, P, S and N in steel // Stahl und Eisen. 1990. Vol. 110. No. 5. P. 61–70.Pluschkell W. Metallurgical reaction techniques for adjusting very low contents of C, P, S and N in steel. Stahl und Eisen. 1990, vol. 110, no. 5, pp. 61–70.Симонов К.В., Коптелов В.Н., Будрина Г.В. и др. Влияние антиокислительных добавок на свойства периклазоуглеродистых огнеупоров на нетоксичной связке // Огнеупоры. 1989. № 10. С. 32–34.Simonov K.V., Koptelov V.N., Budrina G.V., etc. The effect of antioxidant additives on properties of periclase-carbon refractories on a non-toxic bundle. Ogneupory. 1989, no. 10, pp. 32–34. (In Russ.).Да Сильвейра В., Фальк Г., Клазен Р. Коллоидная обработка антиоксидантов для манипулирования микроструктурой в MgO–C-кирпиче // Огнеупоры и техническая керамика. 2010. № 10. С. 32–41.Da Sil’veira V., Fal’k G., Klazen R. Colloidal processing of antioxidants for microstructure manipulation in MgO–C-bricks. Ogneupory i tekhnicheskaya keramika. 2010, no. 10, pp. 32–41. (In Russ.).Socha L., Hudzieczek Z., Michalek K., Pilka V., Piegza Z. Verification of physical modelling of steel desulphurization in the plant conditions of the homogenization station. In: METAL 2014 – 23rd Int. Conf. on Metallurgy and Materials, Conf. Proceedings. 2014. P. 64–71.Socha L., Hudzieczek Z., Michalek K., Pilka V., Piegza Z. Verification of physical modelling of steel desulphurization in the plant conditions of the homogenization station. In: METAL 2014 – 23rd Int. Conf. on Metallurgy and Materials, Conf. Proceedings. 2014, pp. 64–71.Manning C.P., Fruehan R.J. Emerging technologies for iron and steelmaking // JOM. 2001. Vol. 53. No. 10. P. 36–43. https://doi.org/10.1007/s11837-001-0054-3Manning C.P., Fruehan R.J. Emerging technologies for iron and steelmaking. JOM. 2001, vol. 53, no. 10, pp. 36–43. https://doi.org/10.1007/s11837-001-0054-3Zhang L., Thomas B.G. State of the art in the control of inclusions during steel ingot casting // Metallurgical and Materials Transactions B. 2006. Vol. 37. No. 5. Р. 733–761. https://doi.org/10.1007/s11663-006-0057-0Zhang L., Thomas B.G. State of the art in the control of inclusions during steel ingot casting. Metallurgical and Materials Transactions B. 2006, vol. 37B, no. 5, pp. 733–761. https://doi.org/10.1007/s11663-006-0057-0Ouchi C. Development of steel plates by intensive use of TMCP and direct quenching processes // ISIJ International. 2001. Vol. 41. No. 6. P. 542–553. https://doi.org/10.2355/isijinternational.41.542Ouchi C. Development of steel plates by intensive use of TMCP and direct quenching processes. ISIJ International. 2001, vol. 41, no. 6, pp. 542–553. https://doi.org/10.2355/isijinternational.41.542Paul S.K., Ray A. Influence of inclusion characteristics on the for­ma­bility and toughness properties of a hot-rolled deep-drawing qua­lity steel // Journal of Materials Engineering and Performance. 1997. Vol. 6. No. 1. P. 27–34. https://doi.org/10.1007/s11665-997-0028-xPaul S.K., Ray A. Influence of inclusion characteristics on the for­ma­bility and toughness properties of a hot-rolled deep-drawing qua­lity steel. Journal of Materials Engineering and Performance. 1997, vol. 6, no. 1, pp. 27–34. https://doi.org/10.1007/s11665-997-0028-xWilson A.D. Clean steel technology – fundamental to the development of high performance steels // ASTM Special Technical Publication. 1999. No. 1361. P. 73–88. https://doi.org/10.1520/stp12375sWilson A.D. Clean steel technology – fundamental to the development of high perfomance steels. ASTM Special Technical Publication. 1999, no. 1361, pp. 73–88. https://doi.org/10.1520/stp12375sПроизводство ферросилиция. Справочник / Под ред. Ю.П. Снитко. Новокузнецк, 2000. 426 с.Production of Ferrosilicon. Guide. Snitko Yu.P. ed. Novokuznetsk, 2000, 426 p. (In Russ.).Кашлев И.М., Солдатов А.И., Брыляков В.И., Кузин В.В. Свя­зую­щие для производства электродной массы. В кн.: Совершенствование производства ферросилиция. Материалы заводской научно-технической конференции. Новокузнецк, 1997. С. 115–126.Kashlev I.M., Soldatov A.I., Brylyakov V.I., Kuzin V.V. Binders for production of electrode mass. In: Improvement of Ferrosilicon Production. Materials of the Factory Sci. and Tech. Conf. Novo­kuznetsk, 1997, pp. 115–126. (In Russ.).

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