111 Введение Цирконистографитовый мате- риал широко применяется в шлаковом поясе погружных корундографитовых стаканов при непрерывной разливке стали. Погружной стакан находится между промежуточным ковшом и кри- сталлизатором. Кристаллизатор запол- нен расплавленным металлом, который сверху защищен от окисления шлаком. Во время разливки шлак расходуется и постоянно обновляется добавлением шлакообразующей смеси (ШОС). При- менение цирконисто-графитового ма- териала обусловлено тем, что он более устойчив к расплаву шлака, чем корун- дографитовый, периклазо-графитовый и шпинелеграфитовый материалы [1]. Цирконистографитовый материал – это композиционный материал, кото- рый состоит из зерен диоксида цир- кония и чешуек природного графита, связанных между собой коксовым остатком от фенолформальдегидной смолы. Цирконистографитовый мате- А. В. Яговцев, Н. В. Обабков Уральский федеральный университет, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19. E-mail: obabkovn@gmail.com Взаимодействие цирконистографитового материала с расплавленым шлаком и воздушной средой Цирконистографитовый материал применяется при непрерывной разлив- ке стали. От устойчивости к шлаку зависит продолжительность разливки. Был использован дробный факторный эксперимент 25–1 для определения влияния состава огнеупора (содержание графита, карбида кремния, карбида бора) на окисляемость и взаимодействие с шлакообразующей смесью (C/S = 1, F = 8 %) при 1400 °С. Установлено, что карбид бора обладает лучшими антиокисли- тельными свойствами по сравнению с карбидом кремния. Добавка карбида бора в количестве 3 масс. % снижает устойчивость цирконистографитового огнеупора к шлаку. Значения толщины обезуглероженного слоя находятся в пределах 1–7 мм. Добавки карбида бора и карбида кремния снижают тол- щину окисленного слоя. Экспериментально установлено, что карбид бора обладает лучшими антиокислительными свойствами, чем карбид кремния, поэтому в изучаемых цирконистографитовых материалах действие SiC менее эффективно, чем B 4 C. У Д К 6 61 .8 83 1 © Яговцев А. В., Обабков Н. В., 2014 112 CTA | № 3 | 2014 риал, корундографитовый и перикла- зографитовый материалы очень похо- дят друг на друга наличием графита, присутствием коксового остатка (сте- клоуглерода) – разница лишь только в заполнителе. Шлаковый пояс погружного стака- на во время эксплуатации подвергает- ся следующим воздействиям: окисле- ние кислородом воздуха углеродистой составляющей (графита, стеклоугле- рода), растворение оксидной состав- ляющей в шлаке, растворение углеро- дистой составляющей в металле. Для защиты графита от окисления в состав огнеупора вводят различные антиокси- данты, металлы и (или) карбиды, ко- торые окисляются с увеличением объ- ема, закрывая поры для дальнейшего проникновения кислорода. Кислород играет важную роль в устойчивости цирконистографитово- го материала к шлаку. Известно что, в инертной среде при температуре 1550 °C взаимодействия циркони- стографитового материала со шлаком (шлакообразующей смесью) не наблю- дается, а наблюдается в окислительной среде при 1450 °С [2]. Состав цирконистографитового оказывает влияние на устойчивость к шлаку. Экспериментальная часть Был реализован дробный фактор- ный эксперимент типа 25–1 [3]. Уровни факторов эксперимента и интервалы их варьирования представлены в табл. 1, 2. Пресс-порошок смешивали в лабо- раторном смесителе. На лабораторном прессе прессо- вали образцы в виде цилиндров с ди- аметром 50 мм. С торца в цилиндре формовали углубление. Образцы были высушены в сушильном шкафу при 240 °С для отверждения фенолфор- мальдегидной смолы. Коксование про- водили в колпаковой печи при 980 °С. Для тестирования образцов огне- упоров была выбрана коммерческая шлако-образующая смесь с основно- стью (CaO/SiO2) = 1 и содержанием фтора 8 масс. %. Смесь поместили в углубления цилиндров. Цилиндры со Таблица 1 Уровни факторов и интервалы их варьирование (план 25–1) Факторы Уровни факторов Обозначение Наименование –1 +1 X1 Содержание ZrO2-CaO (крупность –32 меш), масс.% 40 56 X2 Содержание графита, масс. % 10 20 X3 Содержание SiC, масс. % 0 5 X4 Содержание B4C, масс. % 0 3 X5 Содержание органического связующего с отвердителем, масс. % 6,5 7,5 Содержание ZrO2-CaO (крупность –325 меш), масс. % Остальное А. В. Яговцев, Н. В. Обабков 113 2014 | № 3 | CTA Взаимодействие цирконистографитового материала с расплавленым шлаком и воздушной средой смесью установили в печь сопротивле- ния. Выдержка образцов при 1400 °С составила 1,5 часа. Далее образцы рас- пилили на две части и сфотографиро- вали (табл. 3). В строке 1 – образцы без антиокси- дантов. В строке 2 – образцы с карбидом кремния. В строке 3 –образцы с карбидом бора. В строке 4 – образцы с карбидами кремния и бора. В столбцах А и Б – образцы с 10 % графита. В столбцах В и Г – образцы с 20 % графита. В столбцах Б и Г – образцы с повы- шенным содержанием крупной фрак- ции диоксида циркония. Изображения с макрострутурой образцов обработали при помощи про- граммы SIAMS Photolab и определили площадь разъеденную шлаком, так- же определили толщину окисленного слоя (Hокисл). Оценку шлакоустойчи- вости (Ушг) полученных цирконистог- рафитовых материалов определяли по изменению геометрических размеров: из определенных площадей вычли на- чальную площадь 510 мм2. Результаты и обсуждение Результаты измерения площади и толщины окисленного слоя были ста- тистически обработаны. Получены следующие уравнения регрессии (зна- чения факторов даны в кодированном виде): Ушг = 29 – 2Х1 – 8Х2 – 5Х3 + 2Х4 + + 4Х5 – 2Х1Х2 + 2Х1Х3 – 1Х2Х3 + 5Х2Х4 – – 3Х3Х4 Таблица 2 Матрица планирования эксперимента 25–1 № состава X0 X1 X2 X3 X4 X5 = X1X2X3X4 1 +1 –1 –1 –1 – 1 +1 2 +1 +1 –1 –1 – 1 – 1 3 +1 –1 +1 – 1 – 1 – 1 4 +1 +1 +1 – 1 – 1 +1 5 +1 –1 –1 +1 – 1 –1 6 +1 +1 –1 +1 – 1 +1 7 +1 –1 +1 +1 – 1 +1 8 +1 +1 +1 +1 – 1 –1 9 +1 –1 –1 – 1 +1 – 1 10 +1 +1 –1 – 1 +1 +1 11 +1 –1 +1 – 1 +1 +1 12 +1 +1 +1 – 1 +1 –1 13 +1 –1 –1 +1 +1 +1 14 +1 +1 –1 +1 +1 – 1 15 +1 –1 +1 +1 +1 – 1 16 +1 +1 +1 +1 +1 +1 114 CTA | № 3 | 2014 Hокисл = 3,3 – 0,4X2 – 0,4X3 – 2,3X4 + + 0,4X2X4 + 0,4X3X4 Результаты измерений и вычисле- ний по уравнениям регрессии пред- ставлены в табл. 4. Значения толщины обезуглерожен- ного слоя находятся в пределах 1–7 мм. Добавки карбида бора и карбида кремния снижают толщину окисленно- го слоя. Экспериментально установле- но, что карбид бора обладает лучшими антиокислительными свойствами, чем карбид кремния, поэтому в изучаемых цирконистографитовых материалах действие SiC менее эффективно, чем B4C. Добавка карбида кремния и графи- та снижает взаимодействие материала с оксидным расплавом. В то же время введение B4C снижает устойчивость цирконистографитового материала к шлаку. В процессе высокотемператур- Таблица 3 Макроструктура образцов после испытания в разрезе А Б В Г 1 Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4 2 Состав 5 Состав 6 Состав 7 Состав 8 3 Состав 9 Состав 10 Состав 11 Состав 12 4 Состав 13 Состав 14 Состав 15 Состав 16 А. В. Яговцев, Н. В. Обабков 115 2014 | № 3 | CTA Взаимодействие цирконистографитового материала с расплавленым шлаком и воздушной средой Таблица 4 Матрица планирования эксперимента 25–1 № опыта УШГ Толщина окисленного слоя, Нокисл, мм Среднее Расчет по модели Среднее Расчет по модели 1 47 48 7 7,0 2 38 38 7 7,0 3 16 14 6 5,5 4 13 15 5 5,5 5 30 29 6 5,5 6 42 43 5 5,5 7 16 19 4 4,0 8 12 9 4 4,0 9 40 43 1 1,0 10 48 45 1 1,0 11 47 46 1 1,0 12 23 24 1 1,0 13 30 28 1 1,0 14 18 20 1 1,0 15 21 21 1 1,0 16 24 24 1 1,0 ного окисления карбида бора образу- ется B2O3, который легко растворяется шлакообразующей смесью, обнажая поверхность для дальнейшего окисле- ния. Высокое значение парного эффек- та взаимодействия факторов Х2 и Х4 (содержания графита и карбида бора) можно объяснить тем, что зола, содер- жащаяся в графите, имеет температуру плавления 1340 °С [4], а образующий- ся при окислении карбида бора оксид бора снижает эту температуру. Также известно, что оксидные расплавы (сте- кла), содержащие B2O3, хорошо смачи- вают графит, а смачивание приводит к более интенсивному массообмену. 1. Koga S., Amano J., Morikawa K., Asano K. J. Techn. Assoc. Refract., 2006, 26, 184. 2. Suvorov S. A., Vikhrov E. A. Refract. Industr. Ceram., 2010, 51, 187. 3. Adler P., Markova E. V., Granovsky J. V. Planning of experiments in search of optimal conditions. M.: Nauka, 1976. 279 p. 4. Suvorov S. A., Musevich V. A. Refract. Industr. Ceram., 2007, 48, 118. 116 CTA | № 3 | 2014 A. V. Jagovcev, N. V. Obabkov Ural Federal University, 19, Mira street, 620002, Ekaterinburg E-mail: obabkovn@gmail.com Interaction of ZG-refractory with mold flux and ambient air Zirconia graphite refractory is used in continuous casting of steel. Slag corrosion resistance influence on time of casting. With factorial experiment 25-1 influence mixture of refractory (content of graphite, silicon carbide, boron carbide) on oxidation resistance and interaction with mould powder (C/S = 1, F = 8 %) at 1400 °C. Boron carbide is better antioxidant than silicon carbide. Boron carbide 3 % mass decrease slag corrosion resistance of ZG-refractory. The thicknesses de-carbonized layer are within 1–7 mm Additives of boron carbide and silicon carbide reduce the thickness of the oxidized layer. It was established experimentally that the boron carbide has the best antioxidant properties than silicon carbide therefore, in the study circolatorio materials action SiC less effective than B 4 C. А. В. Яговцев, Н. В. Обабков