CC BY
240
МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ
УДК 621.74.047
Шевченко Е.А., Столяров А.М., Шаповалов А.Н.
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАЗЛИВКИ СТАЛИ НА КАЧЕСТВО НЕПРЕРЫВНОЛИТОГО СЛЯБА И ЛИСТОВОГО ПРОКАТА
Аннотация. В условиях ОАО «Уральская Сталь» слябовые непрерывнолитые заготовки толщиной 270 мм имеют искажение профиля в виде выпуклости узких граней. Причинами этого дефекта являются нарушения температурно-скоростного режима разливки стали. При производственной необходимости поддержания средней скорости разливки металла изучено влияние перегрева металла в промежуточном ковше и протяженности поддерживающей системы узких граней заготовки под кристаллизатором на выпуклость узких граней сляба. С увеличением выпуклости возрастает степень развития внутренних дефектов сляба и отбраковка горячекатаного листа. Необходимо продолжить исследования по предотвращению искажения профиля непрерывнолитого сляба толщиной 270 мм.
Ключевые слова: непрерывнолитой сляб, узкие грани, выпуклость, макроструктура, горячекатаный лист, качество.
В ОАО «Уральская Сталь» разливка стали производится на одноручьевой слябовой МНЛЗ фирмы «SMS Demag». Машина криволинейного типа с вертикальным участком имеет базовый радиус 10,5 м, кристаллизатор высотой 900 мм, зону вторичного охлаждения из 17 секций, металлургическую длину 30,3 м. В сортаменте разливаемой низкоуглеродистой стали преобладает сталь марок 09Г2С, 10ХСНДА и класса прочности К52. Слябы одинаковой ширины 1200 мм, толщиной 190 и 270 мм отливаются со средней скоростью 1,25 и 0,9 м/мин соответственно. Наиболее проблемным является получение качественных не-прерывнолитых заготовок толщиной 270 мм и изготавливаемых из них горячекатаных листов толщиной 8-50 мм.
При изучении 300 угловых темплетов, вырезанных из слябов сечением 270x1200 мм, было установлено, что 95 % (отн.) всех темплетов имеют выпуклость узких граней величиной от 2 до 15 мм [1]. Характерный вид данного дефекта представлен на рис. 1.
Известно [2-4], что появление выпуклости узких граней непрерывнолитых заготовок может вызываться несоблюдением температурно-скоростного режима разливки металла. С целью проверки этого положения был проанализирован массив данных из 325 плавок. На рис. 2 приведены данные о скорости вытягивания заготовок толщиной 270 мм из низкоуглеродистой стали с различной величиной перегрева металла в промежуточном ковше над температурой ликвидус.
Из рис. 2 по расположению поля точек видно, что между фактической скоростью вытягивания сля-бовой заготовки из кристаллизатора и величиной перегрева металла в промежуточном ковше отсутствует требуемая согласно технологической инструкции четкая убывающая зависимость. Горячий металл часто разливается с недопустимо высокой скоростью. Это можно объяснить стремлением персонала иметь дос-
таточно высокую производительность одноручьевой МНЛЗ, чтобы не сдерживать производительность всего цеха. При этом определяющим фактором для регулирования скорости разливки являются показания температурных датчиков системы раннего распознавания прорывов в кристаллизаторе машины.
Рис. 1. Вид углового темплета из сляба сечением 270*1200 мм (сталь марки 17Г1С-У) с выпуклостью узкой грани величиной ^ып
Раздел 3
в я
"Й 0,90
м
II 0,70 н
со
Ц 0,50 О
5 15 25 35
Величина перегрева металла, °С
Рис. 2. Данные о скорости вытягивания слябов сечением 270*1200мм из кристаллизатора при разливке низкоуглеродистого металла с различной величиной перегрева над температурой ликвидус в промежуточном ковше МНЛЗ
При необходимости поддержания постоянной скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора важной составляющей температурно-скоростного режима является температура разливаемого металла.
При анализе качества металла угловых темпле-тов, вырезанных из слябов толщиной 270 мм 303 плавок, была установлена зависимость величины выпуклости узких граней слябов от перегрева стали в промежуточном ковше МНЛЗ (рис. 3) [5].
\\\\\\\\\\\ \sws\ss\s\ \\\\ч\\\\\\ \\\\\\ч\\\\ \\\чч\\ч\\\ ,\\\\\\\\\\\ \\\\\\\\\\\ \\\\\\\\ч\\ \Ч\\\\Ч\\\\ \Ч\Ч\\Ч\\\\
\\\ч\\\\\\\
\\\\\\\\ч\\ \\\ч\ч\ч\\\
\\S\4SWSW
\ч\ч\ч\\ч\\ \\\\\\\\\\\ \\\\\ч\\\\\ \\\\ч\\\\\\ \\\\\Ч\\\\\ \\\\\\\\\\ \\\\\ч\\\\ \\\\\\\\\\\ \\\\\ч\\\\\ \\\\\ч\ч\\\ \\\\\ч\\\\\ \\\\\Ч\\\\\ \\\\\Ч\\\\' \S\W4N\SV 'лулулуг
10...20 21...30
Величина перегрева металла в промежуточном ковше, °С
| | - 09Г2С;
10ХСНДА;
-К52
Рис. 3. Зависимость величины выпуклости узких граней непрерывнолитых слябов толщиной 270 мм от перегрева металла над температурой ликвидус в промежуточном ковше МНЛЗ
При увеличении перегрева металла в среднем на 10°С выпуклость узких граней слябов возрастает наиболее сильно при разливке стали марки 09Г2С - примерно в 2,4 раза и несколько меньше - в 1,5 и 1,7 раза при разливке стали марки 10ХСНДА и класса прочности К521.
Выпуклость узких граней непрерывнолитой заготовки является внешним признаком увеличения степени развития целого ряда внутренних дефектов: осевой рыхлости, осевой химической неоднородности, осевых трещин, трещин, перпендикулярных разным граням заготовки. Анализ качества макроструктуры 176 темплетов из слябов толщиной 270 мм (табл. 1) подтвердил прогноз.
Таблица 1
Результаты оценки макроструктуры слябов толщиной 270 мм
Марка стали Величина перегрева металла, °С
Дефект* или класс 10-20 более 20
прочности Степень развития дефекта**, баллы
09Г2С 0,5.. .1,5 1,20 1,0.2,0 1,70
ОР 10ХСНДА 1,0.1,5 1,22 1,0.1,5 1,33
К52 0,5.1,5 1,20 1,0.2,5 1,50
09Г2С 0,5.1,0 1,0 1,0.1,5 1,30
ОХН 10ХСНДА 0,5.1,5 1,07 1,0.2,0 1,22
К52 0,5.1,0 0,78 0,5.2,0 1,15
09Г2С 0,5.1,0 0,6 0,5.1,0 0,8
ОТ 10ХСНДА 0.1,0 0,43 0.1,0 0,53
К52 0.1,0 0,39 0.1,0 0,52
09Г2С 0,5.1,0 0,8 0,5.1,5 1,15
ТПу 10ХСНДА 0,5.1,5 0,76 0,5.1,5 0,94
К52 0,5.1,0 0,5.1,5
0,76 0,87
09Г2С 0,5.1,0 0,75 0,5.1,5 0,95
ТПш 10ХСНДА 0,5.1,5 0,87 0,5.1,5 1,11
К52 0.1,5 0,78 0.1,5 0,95
ОР - осевая рыхлость; ОХН - осевая химическая неоднородность; ОТ - осевые трещины; ТПу - трещины, перпендикулярные узким граням сляба; ТПш - трещины, перпенди^лярные широким граням сляба.
** В числителе - интервал изменения, в знаменателе - среднее значение.
Средние значения всех дефектов макроструктуры слябов толщиной 270 мм, отлитых из стали разного химического состава с перегревом 10-20°С в промежуточном ковше, меньше, чем при разливке металла с величиной перегрева более 20°С.
Величина отбраковки толстых горячекатаных листов, прокатанных из слябов толщиной 270 мм из стали разных марок, имевшей перегрев в промежуточном ковше МНЛЗ более 25°С над температурой ликвидус, возрастает на 0,8-1,2% (абс.). Основными причинами отбраковки листов являются внутренние
22
Теория и технология металлургического производства
МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ
несплошности, обнаруживаемые при ультразвуковом контроле листов, а также поверхностные трещины.
Важным параметром, влияющим на состояние узких граней отливаемой заготовки, является протяженность поддерживающей системы, зависящая от количества роликов, расположенных на раме кристаллизатора. По проекту для поддержки узкой грани заготовки на выходе из кристаллизатора применялся только один ролик. В дальнейшем количество роликов было увеличено до четырех [6, 7].
В табл. 2 представлены данные о качестве металла 300 угловых проб из слябов сечением 270x1200 мм, отлитых с короткой и удлиненной поддерживающей системы узких граней заготовки под кристаллизатором.
Таблица 2
Результаты изучения качества металла угловых проб
Параметр Поддерживающая система узких граней сляба
короткая (один ролик) удлиненная (четыре ролика)
Количество изученных темплетов, шт. 150 150
Выпуклость узкой грани: среднее значение, мм дисперсия, мм2 критерий F критическое значение критерия Fo,o5 критерий t критическое значение критерия Ь,05 10,62 2,32 5,80 2,14
1,085 1,31 27,92 1,97
Увеличение протяженности поддерживающей системы узкой грани сляба под кристаллизатором привело к снижению средней величины выпуклости узкой грани с 10,62 до 5,80 мм. Существенное превышение расчетных значений критерия t над его критическим значением свидетельствуют о статистически значимом различии между сравниваемыми выборками с вероятностью не менее 95 %. При этом отбраковка горячекатаного листа снизилась в среднем на 20% (отн.).
Таким образом, в условиях ОАО «Уральская Сталь» слябовые непрерывнолитые заготовки толщиной 270 мм имеют искажение профиля в виде выпук-
лости узких граней. Причинами этого дефекта являются нарушения температурно-скоростного режима разливки стали. При производственной необходимости поддержания средней скорости разливки металла изучено влияние перегрева металла в промежуточном ковше и протяженности поддерживающей системы узких граней заготовки под кристаллизатором на выпуклость узких граней сляба. С увеличением выпуклости возрастает степень развития внутренних дефектов сляба и отбраковка горячекатаного листа. Необходимо продолжить исследования по предотвращению искажения профиля непрерывнолитого сляба толщиной 270 мм.
Литература
1. Шевченко Е.А., Столяров А.М., Шаповалов А.Н. Изучение качества слябовой заготовки, отлитой на криволинейной МНЛЗ с вертикальным участком // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013. №1 (41). С. 27-30.
2. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В., Смирнов А.Н. Производство стали. Т. 4. Непрерывная разливка металла. М.: Теплотехник, 2009. 528 с.
3. Смирнов А.Н., Куберский С.В., Штепан Е.В. Непрерывная разливка стали. Донецк: ДонНТУ, 2011. 482 с.
4. Машины непрерывного литья заготовок. Теория и расчёт / Л.В. Буланов, Л.Г. Корзунин, Е.П. Парфёнов и др. Казань: Идеал-Пресс, 2003. 319 с.
5. Шевченко Е.А., Столяров А.М., Шаповалов А.Н. Влияние температуры разливаемого металла на качество не-прерывнолитого сляба и листового проката // Теория и технология металлургического производства: межрегион. сб. науч. тр. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. Вып.12. С. 68-74.
6. Шевченко Е.А., Столяров А.М., Шаповалов А.Н. Улучшение качества узких граней слябовой непрерывноли-той заготовки // Наука и производство Урала: межрегион. сб. науч. тр. Новотроицк: НФ НИТУ «МИСиС», 2013. Вып. 9. С. 57-61.
7. Шевченко Е.А., Столяров А.М., Шаповалов А.Н. Рациональная длина поддерживающей системы узких граней непрерывнолитого сляба для условий ОАО «Уральская Сталь» // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2013. №1. С.38-41.
Сведения об авторах
Шевченко Евгений Александрович - аспирант института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519) 29-84-30. E-mail: nfmisis-nis@yandex.ru
Столяров Александр Михайлович - д-р техн. наук, проф. института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519) 29-84-30. E-mail: mchm@magtu.ru
Шаповалов Алексей Николаевич - канд. техн. наук, доц. Новотроицкого филиала НИТУ «МИСиС». E-mail: alshapo@yandex.ru
♦ ♦ ♦
