Китайские ученые разработали новую технологию предотвращения засорения погружных разливочных стаканов при непрерывной разливке стали
2026-03-11
В процессе непрерывной разливки стали погружной разливочный стакан (SEN — Submerged Entry Nozzle) играет ключевую роль в обеспечении стабильности технологического процесса и качества заготовок. Он предотвращает вторичное окисление и азотирование стали, регулирует поток расплава и способствует всплытию неметаллических включений. Однако одной из наиболее серьезных проблем остается образование наростов и засорение внутренней поверхности стакана оксидом алюминия (Al₂O₃), что может привести к нарушению потока металла, ухудшению качества стали и даже остановке разливки.
В большинстве китайских металлургических предприятий длинные стаканы используются без предварительного подогрева. При контакте с жидкой сталью внутренняя поверхность мгновенно нагревается до температуры расплава, в то время как наружная поверхность остается значительно холоднее. Это вызывает значительные термические напряжения и может привести к образованию продольных трещин. Поэтому материалы для таких стаканов должны обладать высокой термостойкостью и устойчивостью к термическому удару.
Ранее широко применялись стаканы из плавленого кварца благодаря их высокой термостойкости и химической стабильности. Однако они плохо сопротивляются воздействию щелочных шлаков и могут реагировать с оксидами железа и марганца в стали, образуя низкоплавкие соединения. С развитием технологии непрерывной разливки стали постепенно стали использоваться алюмо-углеродистые стаканы (Al₂O₃-C), которые обладают лучшей устойчивостью к коррозии и более широкой применимостью для различных марок стали. Для предотвращения окисления углерода на поверхности таких изделий наносят специальное антиокислительное покрытие.
Основные требования к погружным стаканам включают:
-
обеспечение необходимой пропускной способности жидкой стали при заданной скорости разливки;
-
равномерное распределение теплового потока в кристаллизаторе;
-
содействие быстрому плавлению защитного шлака;
-
облегчение всплытия неметаллических включений и предотвращение их захвата;
-
предотвращение сильного колебания уровня металла в кристаллизаторе;
-
удобство установки и эксплуатации.
Одной из главных проблем эксплуатации является засорение внутренней поверхности стакана оксидом алюминия, особенно при разливке алюминиево-раскисленных сталей, сталей с высоким содержанием алюминия, титана или редкоземельных элементов. Основные продукты засорения — α-Al₂O₃ и его соединения с FeO. Эти отложения образуются в результате реакций между продуктами раскисления стали и компонентами огнеупорного материала, а затем спекаются при высокой температуре.
Для борьбы с засорением разработаны два основных направления:
1. Материальные решения
-
использование композитных материалов CaO-ZrO₂-C, способствующих образованию низкоплавких алюминатов, которые уносятся потоком стали;
-
применение материалов Al₂O₃-BN-C, поскольку нитрид бора плохо смачивается жидкой сталью и препятствует прилипанию частиц Al₂O₃.
2. Конструкционные решения
-
стаканы с кольцевыми пористыми вставками для продувки аргоном;
-
стаканы с локальными газопроницаемыми вставками;
-
конструкции со щелевой подачей аргона;
-
ступенчатые конструкции для стабилизации потока и снижения осаждения включений.
Еще одной проблемой является интенсивная эрозия зоны шлаковой линии, где погружной стакан контактирует одновременно со сталью и защитным шлаком. Основными механизмами разрушения являются окисление графита и растворение оксида циркония в шлаке. Для повышения стойкости применяются следующие меры:
-
повышение плотности и чистоты электроплавленого ZrO₂;
-
оптимизация содержания углерода (обычно 15–20%);
-
использование высококачественного чешуйчатого графита;
-
нанесение защитных покрытий или использование защитных колец из ZrB₂;
-
изменение положения контакта со шлаком путем регулирования уровня промежуточного ковша.
Особый интерес вызвала разработка китайской исследовательской группы под руководством профессора Ли Хунся. Ученые впервые установили, что частицы оксида алюминия в расплавленной стали могут обладать электрическим зарядом при высоких температурах. На основе этого открытия была предложена новая теория миграции включений к стенкам стакана под действием электростатических сил.
Используя междисциплинарный подход (физика, электрохимия, дефектная химия, материаловедение и металлургия), исследователи разработали инновационную технологию подавления образования наростов и удаления крупных неметаллических включений. Новая технология уже проходит промышленную апробацию и демонстрирует перспективные результаты для производства высококачественных сталей, включая автомобильные и подшипниковые стали.
Эксперты отмечают, что дальнейшее внедрение этих решений может значительно повысить стабильность непрерывной разливки, улучшить качество стали и увеличить эффективность металлургического производства.
Связанные новости
Китай, 116001, Далянь г, Чжуншань район, Всемирный
торговый центр, этаж №12.
