CC BY
87
УДК 621.746.5.047
Шевченко Е.А., Столяров А.М., Шаповалов А.Н.
ИЗУЧЕНИЕ КАЧЕСТВА СЛЯБОВОЙ ЗАГОТОВКИ, ОТЛИТОЙ НА КРИВОЛИНЕЙНОЙ МНЛЗ С ВЕРТИКАЛЬНЫМ УЧАСТКОМ
Аннотация. Повышенный перегрев металла в промежуточном ковше МНЛЗ вызывает снижение качества макроструктуры непрерывнолитых слябов и производимых из них толстых горячекатаных листов.
Ключевые слова: непрерывнолитой сляб, качество макроструктуры, перегрев металла в промежуточном ковше.
Shevchenko E.A., Stolyarov A.M., Shapovalov A.N.
THE QUALITY SLAB BILLET, CASTED ON CURVED CCM WITH VERTICAL SECTION, IN STUDIED
Abstract. Metal's increased overheating in caster tundish CCM causes reduced quality macrostructure of continuously produced slabs and made of them thick hot-rolled sheets.
Keywords: continuous casting slab, quality macrostructure, overheating of the metal in the tundish.
В ОАО «Уральская Сталь» слябовая непрерывнолитая заготовка с размерами поперечного сечения 190, 270x1200 мм отливается на одноручьевой МНЛЗ фирмы «SMS Demag». Машина криволинейного типа с вертикальным участком имеет базовый радиус 10,5 ми металлургическую длину 30,305 м. Вместимость сталеразливочного и промежуточного ковшей равняется 120 и 25 т. Высота вертикального кристаллизатора с поддерживающей роликовой системой на выходе составляет 900 мм. Зона вторичного охлаждения состоит из 17 секций. В 2011 году на данной МНЛЗ было отлито 883 тыс. т слябов в основном из стали марок 09Г2С и 10ХСНДА, а также класса прочности К52-1. При этом отбраковка горячекатаного листа толщиной 8-50 мм по дефектам непрерывнолитого сляба толщиной 190 и 270 мм оказалась значительной и составила соответственно 1,98 и 4,76% (отн.). Таким образом, наиболее проблемным оказалось получение качественного листа из слябов толщиной 270 мм. При анализе составляющих отбраковки горячекатаного листа, произведенного из слябов толщиной 270 мм, был установлен значительный вклад ультразвукового контроля проката, например, для листов из стали марки 09Г2С - в 45°% случаев. Качество листового проката во многом определяется качеством исходной непрерывнолитой заготовки. Поэтому в работе было изучено качество слябовой непрерывнолитой заготовки толщиной 270 мм.
С этой целью был проанализирован массив производственных данных около 1300 плавок стали марок 09Г2С, 10ХСНДА и класса прочности К52-1. Параметры плавок представлены в табл. 1.
Из приведенной в таблице информации следует, что разливаемая на МНЛЗ сталь приведенного сортамента имела достаточно высокое содержание растворенных газов: азота - до 0,012% и водорода - до 9,2 ppm. Температура металла в промежуточном ковше находилась в интервале от 1519 до 1550°С, при этом скорость вытягивания слябов из кристаллизатора изменялась на 0,2 м/мин.
Величина перегрева стали марок 09Г2С, 10ХСНДА и класса прочности К52-1 над средними значениями температуры ликвидус равнялась соот-
ветственно 8-34, 9-36 и 5-34°С при допустимых технологической инструкцией значениях 10-25°С. На рис. 1 представлено частотное распределение величин перегрева стали разного химического состава в промежуточном ковше МНЛЗ.
Наиболее часто, примерно в 28%, случаев наблюдалось превышение величины перегрева над его максимальным регламентированным значением при разливке стали марки 10ХСНДА и в менее 10% случаев - при разливке стали марки 09Г2С и класса прочности К52-1.
Таблица 1
Параметры плавок при отливке слябов сечением 270x1200 мм
Параметр Марка стали или класс прочности
09Г2С 10ХСНДА К52-1
Количество плавок, шт. 344 438 521
Содержание в металле: азота, % водорода, ppm 0,006-0,012 4,8-9,1 0,006-0,012 4,6-9,2 0,006-0,012 5,2-8,3
Температура металла в промежуточном ковше", °С 1521-1547 1533 1519-1546 1533 1521-1550 1535
Температура ликвидус (среднее значение), °С 1513 1510 1516
Величина перегрева металла в промежуточном ковше", °С 8-34 20 9-36 23 5-34 19
Скорость вытягивания сляба из кристаллизатора", м/мин 0,8-1,0 0,90
* В числителе - интервал изменения, в знаменателе - среднее значение
Такая высокая температура разливаемого металла могла явиться причиной ухудшения качества отливаемых слябовых заготовок в том случае, если не было произведено соответствующее снижение скорости вытягивания слябов из кристаллизатора.
Величина перегрева металла в промежуточном ковше МНЛЗ, °С
І - 09Г2С;
- 10ХСНДА;
-К52-1
Рис. 1. Частотное распределение перегрева стали разного химического состава над температурой ликвидус в промежуточном ковше МНЛЗ
При анализе качества металла угловых темплетов, вырезанных из слябов толщиной 270 мм 303 плавок, было установлено, что 65% (отн.) всех темплетов имеют выпуклость узких граней заготовок величиной 2-12 мм. На рис. 2 приведена зависимость величины выпуклости узких граней слябов от перегрева стали в промежуточном ковше МНЛЗ.
Величина перегрева металла в промежуточном ковше МНЛЗ, °С
- 09Г2С;
-1ОХСНДА; {
- К52-1
Рис. 2. Зависимость величины выпуклости узкой грани слябовых непрерывнолитых заготовок толщиной 270 мм от перегрева стали разных марок и класса прочности в промежуточном ковше МНЛЗ
Из представленных данных видно, что с превышением величины перегрева металла в промежуточном ковше над температурой ликвидус возрастает и выпуклость узких граней заготовки. Так, 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 К52-1.
Известно [1-3], что 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. 2) в целом подтвердил сделанный прогноз.
Таблица 2
Результаты оценки макроструктуры слябов толщиной 270 мм
Марка стали или класс Величина перегрева металла, °С
Дефект' 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
К52-1 0,5-1,5 1,20 1,0-2,5 1,50
09Г2С 0.5-1.0 1,0-1,5
1,0 1,30
ОХН 10ХСНДА 0,5-1,5 1,07 1,0-2,0 1,22
К52-1 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
К52-1 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
К52-1 0,5-1,0 0,76 0,5-1,5 0,87
09Г2С 0,5-1,0 0,5-1,5
0,75 0,95
ТПш 10ХСНДА 0,5-1,5 0,87 0,5-1,5 1,11
К52-1 0-1,5 0-1,5
0,78 0,95
* ОР - осевая рыхлость; ОХН - осевая химическая неоднородность; ОТ - осевые трещины; ТПУ - трещины, перпендикулярные узким граням сляба; ТПШ - трещины, перпендикулярные широким граням сляба.
** В числителе - интервал изменения, в знаменателе -среднее значение.
Данные табл. 2 свидетельствуют о том, что при разливке перегретого металла возрастает степень развития всех изученных дефектов: осевой рыхлости, осевой химической неоднородности, трещин, перпендикулярных узким и широким граням сляба. Так, при разливке металла с перегревом более 20°С над температурой ликвидус по сравнению с металлом, имею-
щим перегрев 10-20°С, осевая рыхлость увеличивается в среднем на 42 и 25% (отн.) для стали марки 09Г2С и класса прочности К52-1, а осевая химическая неоднородность возрастает на 30 и 47% (отн.). На 44% (отн.) увеличивается степень развития трещин, перпендикулярных узким граням, в слябах из стали марки 09Г2С и на 28% (отн.) степень развития трещин, перпендикулярных широким граням, в заготовках из стали марки 10ХСНДА.
Средние значения всех приведенных 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. Для оценки статистической значимости различия в степени развития дефектов была проведена проверка гипотезы о равенстве средних значений выборок.
В табл. 3 приведены данные сравнения средних значений степени развития внутренних дефектов слябов, отлитых из металла с разным перегревом.
Из приведенных данных видно, что все расчетные значения 1:-критерия превышают его критические величины (1:0,05). Это позволяет сделать вывод о том, что гипотеза о равенстве средних значений осевой рыхлости, осевой химической неоднородности, осевых трещин, трещин, перпендикулярных узким граням сляба, и трещин, перпендикулярных широким граням заготовки, для выборок с разной величиной перегрева металла в промежуточном ковше МНЛЗ отвергается. Следовательно, с вероятностью 95% можно утверждать, что увеличение перегрева металла в промежуточном ковше в среднем на 10°С вызывает статистически значимое возрастание степени развития вышеперечисленных внутренних дефектов в непрерывнолитых слябах толщиной 270 мм.
Большая степень развития внутренних дефектов непрерывнолитых заготовок, отлитых из перегретого выше требуемого предела металла, вызывает и повышенную отбраковку толстого горячекатаного листа. На рис. 3 приведены данные об отбраковке листов, прокатанных из слябов разных марок с различным перегревом в промежуточном ковше.
£ 5
0 8
2 4
оа
§
1 з
о § 2 в р
Ч 1
:.. :
у.. -...
- . .
..... . ...
.......
......
........
09Г2С 10ХСНДА К52-1
Марка стали или класс прочности с величиной перегрева в промежуточном ковше
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 несплошно-сти, обнаруживаемые при ультразвуковом контроле листов, а также рванины и трещины.
Таблица 3
Сравнение степени развития внутренних дефектов слябов, отлитых из стали с разной величиной перегрева в промежуточном ковше МНЛЗ
Величина перегрева металла в промежу-
Параметр точном ковше, ° С
10-20 более 20 10-20 более 20 10-20 более 20
Марка стали или класс прочности 09Г2С 10ХСНДА К52-1
Количество тем-плетов, шт. 74 12 10 35 29 16
ОР:
Среднее значение 1,20 1,70 1,22 1,33 1,20 1,50
Дисперсия 0,069 0,097 0,081 0,063 0,082 0,10
Р-критерий 1,40 1,28 1,22
Р 0,05 1,92 2,17 2,04
1-критерий 2,53 2,55 2,42
к),05 1,99 2,02 2,02
ОХН:
Среднее значение 1,0 1,3 1,07 1,22 0,78 1,15
Дисперсия 0,083 0,046 0,111 0,079 0,061 0,129
Р-критерий 1,83 1,41 2,12
Р 0,05 2,48 2,17 2,04
1-критерий 2,56 2,45 2,46
10,05 1,99 2,02 2,07
ОТ:
Среднее значение 0,6 0,8 0,43 0,53 0,39 0,52
Дисперсия 0,060 0,106 0,058 0,079 0,042 0,132
Р-критерий 1,77 1,35 3,16
Р 0,05 1,92 2,85 2,04
1-критерий 2,31 2,27 2,33
10,05 1,99 2,02 2,09
ТПУ:
Среднее значение 0,8 1,15 0,76 0,94 0,76 0,87
Дисперсия 0,123 0,097 0,067 0,076 0,081 0,133
Р-критерий 1,27 1,13 1,65
Р 0,05 2,48 2,85 2,04
1-критерий 2,10 2,35 2,11
10,05 1,99 2,02 2,02
ТПШ:
Среднее значение 0,75 0,95 0,87 1,11 0,78 0,95
Дисперсия 0,090 0,112 0,067 0,090 0,091 0,129
Р-критерий 1,24 1,35 1,42
Р 0,05 1,92 2,85 2,04
1-критерий 2,15 2,19 2,16
10,05 1,99 2,02 2,02
Рис. 3. Данные по отбраковке толстых горячекатаных листов из непрерывнолитых слябов толщиной 270 мм
Таким образом, в результате проведенного исследования установлено, что перегрев металла в
6
0
о
промежуточном ковше МНЛЗ выше допустимого технологической инструкцией верхнего предела ведет к снижению качества макроструктуры непрерывнолитых слябов и производимых из них горячекатаных листов.
Список литературы
1. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В., Смирнов А.Н. Производство стали. Т.4. Непрерывная разливка металла. М.: Теплотехник, 2009. 528 с.
2. Смирнов А.Н., Куберский С.В., Штепан Е.В. Непрерывная разливка стали. Донецк: ДонНТУ, 2011. 482 с.
3. Мельничук Е.А., Королев А.С., Селиванов В.Н. Анализ деформации затвердевающей оболочки непрерывнолитого сляба // Теория и тех-
нология металлургического производства: межрегион. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Колокольцева. Вып. 11. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та, 2011. С 83-87.
References
1. Dyudkin D.A., Kisilenko V.V., Smirnov A.N. Production of steel. V4. Continuous casting of metals. M.: Heat Engineering. 2009. 528 p.
2. Smirnov A.N., Kuberskaya S.V., Stepan E.V. Continuous casting: Donetsk: Donetsk National Technical University. 2011. 482 p.
3. Melnychuk E.A. Korolev A.S., Selivanov V.N. Analysis of strain hardening shell slab continuous casting // Theory and technology of metallurgical production: Mezhregion. Sat scientific. mp. / Ed. V.M. Kolokoltsev. No. 11. Magnitogorsk Magnitogorsk Acad. State. tech. University Press, 2011. P. 83-87.
