CC BY
50
МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ
УДК 621.74.047
Столяров А.М., Мошкунов В.В., Потапова М.В., Мурапталова Р.Р.
ИЗУЧЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ СОРТОВОЙ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ
Аннотация В работе изучается влияние различных факторов на степень развития краевых точечных загрязнений сортовой непрерывнолитой заготовки. Решающим фактором снижения загрязненности сортового непрерывнолитого металла оксидными неметаллическими включениями является применение способа разливки металла закрытой струей. Для уменьшения степени развития краевых точечных загрязнений необходимо также иметь содержание серы в разливаемом металле не более 0,006 %, отношение содержания марганца к содержанию серы - не менее 80, содержание фосфора - не более 0,010 %.
Ключевые слова: непрерывная разливка стали, сортовая заготовка, неметаллические включения, технология разливки, параметры.
Дефекты непрерывнолитых заготовок подразделяются на дефекты формы [1-2], поверхностные и внутренние [3-6]. Внутренние дефекты характеризуют качество макроструктуры литого металла. Загрязненность металла неметаллическими включениями оценивается степенью развития точечной неоднородности в слябовой заготовке и краевых точечных загрязнений в сортовой заготовке. Описание краевых точечных загрязнений и взаимосвязи данного дефекта с другими дефектами макроструктуры приведено в ранее опубликованной работе [7]. В данной работе изучается влияние различных факторов на степень развития краевых точечных загрязнений сортовой непре-рывнолитой заготовки.
Сортовая непрерывнолитая заготовка производится в электросталеплавильном цехе ПАО «ММК» [8-9]. Она отливается на двух пятиручьевых МНЛЗ радиального типа. Преобладающим сечением заготовки является квадрат со стороной 150 мм. В работе был исследован массив производственных данных объемом 2323 плавки. В массив вошел металл очень широкого сортамента как по содержанию углерода, так и по качеству металла, а также степени легирования. Весь металл разливался на сортовых МНЛЗ в отливки с размерами поперечного сечения 150*150 мм.
Производственные данные были подвергнуты корреляционно-регрессионному анализу для изучения влияния на степень развития краевых точечных загрязнений химического состава металла (содержания углерода, кремния, марганца, серы, отношения содержания марганца к содержанию серы, содержания фосфора, азота, алюминия), температуры металла в промежуточном ковше МНЛЗ, температуры ликвидус
стали, величины перегрева металла в промежуточном ковше над температурой ликвидус, скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора. В результате выполненного анализа были установлены линейные зависимости краевых точечных загрязнений (КТЗ, баллы) от следующих факторов:
- содержание углерода в металле ([С], %);
- содержание в металле серы ([5], %);
- отношение содержания марганца к содержанию серы ([Мп]/[5]);
- содержание фосфора в металле ([Р], %);
- содержание в металле алюминия ([А1], %);
- температура металла в промежуточном ковше
^п^ С);
- температура ликвидус разливаемой стали (^ике,
°С);
- скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора м/мин).
Установленные зависимости характеризуются уравнениями:
КТЗ = 0,699 - 0,869 [С], г = - 0,4011; (1)
КТЗ = 0,113 + 40,72 [5], г = 0,5722; (2)
КТЗ = 0,616 - 0,0012 [Ып]/[5], г = - 0,3805; (3) КТЗ = 25,01[Р] - 0,03, г = 0,3101; (4)
КТЗ = 0,474 - 19,2 [А/], г = - 0,2265; (5)
КТЗ = 0,0105 Пк - 15,63, г = 0,3951; (6)
КТЗ = 0,0103 Глике - 15,13, г = 0,3970; (7)
КТЗ = 0,978 w - 1,90, г = 0,3876. (8)
Отрицательные значения коэффициента парной корреляции (г) свидетельствуют об убывающих зависимостях краевых точечных загрязнений от содержания углерода (1), отношения содержания марганца к содержанию серы (3) и содержания алюминия (5), остальные зависимости (2), (4), (6) - (8) являются возрастающими.
© Столяров А.М., Мошкунов В.В., Потапова М.В., Мурапталова Р.Р.,2018
Сравнение абсолютных величин расчетных значений коэффициента парной корреляции с его критическими значениями: г005 = 0,1946; г001 = 0,2540 и г0001 = 0,3211 показывает, что все полученные зависимости статистически значимы. Так, зависимости (1) - (3), (6) - (8) существуют с вероятностью 99,9 %, а зависимости (4) и (5) - с вероятностью 99 и 95 % соответствен-
Зависимости (2) и (4) подтверждают негативное влияние содержания таких вредных примесей, какими
являются сера и фосфор, на загрязненность литого металла неметаллическими включениями. Графическое изображение этих зависимостей в виде гистограмм, которые являются более наглядными в сравнении с точечными рисунками, представлено на рис. 1 и 2
Из этих рисунков следует, что для получения степени развития краевых точечных загрязнений в сортовой заготовке не выше 0,5 балла необходимо иметь содержание серы в разливаемом металле не более 0,006 %, а фосфора - не более 0,010 %.
я и н е н з я
ы в
е
а &
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0,1 | 1625 I < 0,005
0,2
234
0,0050,006
0,6
92
0,0070,008
1,6
1,2
112
260
0,0090,010
> 0,010
Содержание серы в металле, %
Рис. 1. Зависимость степени развития краевых точечных загрязнений в сортовой непрерывнолитой заготовке от содержания серы в металле: цифры внутри столбиков - количество исследованных плавок.
1,0
н
е н
з я
ы в
вае &
0,5
0,0
< 0,009 0,009-0,010
Содержание фосфора в металле, %
> 0,010
Рис. 2. Зависимость степени развития краевых точечных загрязнений в сортовой непрерывнолитой заготовке от содержания фосфора в металле: цифры внутри столбиков - количество исследованных плавок.
С целью уменьшения вредного влияния серы на На рис. 4 и 5 показаны возрастающие зависимо-
загрязненность металла неметаллическими включе- сти степени развития краевых точечных загрязнений ниями следует получать отношение [Ми]/[8] в стали от скорости вытягивания заготовки из кристаллизато-
не менее 80 (рис. 3).
ра и температуры ликвидус металла.
н
е н
з я
еы
ыл
нл
ча
еч б
ч
о
т
ы в
вае &
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
105
< 40
0,3
| 147
40-59 60-79 80-99
Отношение [Ыи]/[8]
0,1 I1733 I > 100
Рис. 3. Зависимость степени развития краевых точечных загрязнений в сортовой непрерывнолитой заготовке от отношения [Мп]/^]: цифры внутри столбиков - количество исследованных плавок
1,0
н е н
еы
ыл
нл
ча
еч б
ч
о
т
е
ы
в
вае &
0,5
0,0
0,48
0,07
< 2,2 2,2-2,3 > 2,3
Скорость вытягивания заготовки, м/мин
1214
Рис. 4. Зависимость степени развития краевых точечных загрязнений в сортовой непрерывнолитой заготовке от скорости ее вытягивания: цифры внутри столбиков - количество исследованных плавок.
н
е н
з я
е ы н ч е ч о т
ы в
вае арК
1.0
0,5
0,0
< 1480 1480 - 1499 > 1500
Температура ликвидус металла, °С
Рис. 5. Зависимость степени развития краевых точечных загрязнений в сортовой непрерывнолитой заготовке от температуры ликвидус металла: цифры внутри столбиков - количество исследованных плавок.
1,0
н
е н
з я
еы
ыл
нл
ча
еч б
ч
о
т
ы в
вае арК
0,5
0,0
< 0,25
0,02 984
0,25-0,60 > 0,60
Содержание углерода в металле, %
Рис. 6. Зависимость степени развития краевых точечных загрязнений в сортовой непрерывнолитой заготовке от содержания углерода в металле: цифры внутри столбиков - количество исследованных плавок
С ростом скорости вытягивания заготовки прямо пропорционально увеличивается длина лунки жидкого металла внутри изогнутой заготовки, что препятствует всплыванию неметаллических включений из жидкой
сердцевины слитка на зеркало металла в кристаллизаторе.
Из двух значимых температурных факторов: температуры металла в промежуточном ковше МНЛЗ и
температуры ликвидус металла на рис. 5 рассмотрено влияние на степень развития краевых точечных загрязнений только температуры ликвидус металла, так как именно ее значение является определяющим для температуры металла в промежуточном ковше МНЛЗ.
При уменьшении температуры ликвидус металла ниже 1500 °С загрязненность заготовки неметаллическими включениями существенно снижается.
Наиболее сильное влияние на температуру ликвидус металла оказывает содержание углерода в разливаемой стали. С увеличением содержания углерода уменьшается температура ликвидус и снижается загрязненность металла неметаллическими включениями (рис. 6).
Это может объясняться тем, что весь средне- и высокоуглеродистый металл, а также часть низкоуглеродистого металла разливается из промежуточного ковша МНЛЗ в кристаллизатор закрытой струей через погружной стакан с покровным шлаком в кристаллизаторе. В то время как часть низкоуглеродистого металла, обычно обыкновенного качества с содержанием растворенного алюминия не более 0,006 %, разливается открытой струей, что ведет к вторичному окислению металла кислородом атмосферного воздуха и повышению загрязненности сортовой заготовки оксидными неметаллическими включениями (рис. 7).
С целью уточнения влияния способа разливки стали на загрязненность металла неметаллическими включениями из общего массива были выделены плавки в количестве 307 шт. одинакового химического состава - стали марки Ст.3сп, разливка которой осуществлялась двумя способами: открытой и закрытой струей. Результаты оценки качества макроструктуры литого металла представлены на рис. 8. Степень развития краевых точечных загрязнений в заготовке, отлитой открытой струей, в 7,8 раз выше, чем в металле при разливке закрытой струей. Это свидетельствует о преобладании в составе неметаллики включений оксидного типа.
Таким образом, в результате проведенного исследования было установлено, что решающим фактором снижения загрязненности сортового непрерывнолито-го металла оксидными неметаллическими включениями является применение способа разливки металла закрытой струей. Для уменьшения степени развития краевых точечных загрязнений необходимо также иметь содержание серы в разливаемом металле не более 0,006 %, отношение содержания марганца к содержанию серы - не менее 80, содержание фосфора -не более 0,010 %.
0,42
1545
0,13
778
< 0,006 > 0,006
Содержание алюминия в металле, %
0,5 | 0-4
н
е н
з я
грза
еы ыл нл ча еч б
ечот
е ы в
вае
£ ОЛ 0,0
Рис. 7. Зависимость степени развития краевых точечных загрязнений в сортовой непрерывнолитой заготовке от содержания алюминия в металле: цифры внутри столбиков - количество исследованных плавок
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
1.41
236
0,18 ■
открытая струя
закрытая струя
Способ заливки металла в кристаллизаторы
Рис. 8. Зависимость степени развития краевых точечных загрязнений в сортовой непрерывнолитой заготовке из стали марки Ст.3сп от способа заливки металла из промежуточного ковша в кристаллизаторы: цифры внутри столбиков - количество исследованных плавок
Список литературы
1. Изучение искажения поперечного сечения не-прерывнолитого сляба / Е.А. Шевченко, А.М. Столяров, А.Н. Шаповалов, К.В. Баранчиков // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2014. №1. С. 34 - 37.
2. 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.
3. Столяров А.М., Юречко Д.В., Селиванов В.Н. Формирование переходного участка непрерыв-нолитого сляба из стали разных марок. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. 94 с.
4. Мошкунов В.В., Столяров А.М. Применение мягкого обжатия непрерывнолитого сляба на криволинейной МНЛЗ с вертикальным участком // Теория и технология металлургического производства: межрегион. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2010. Вып.10. С. 57-62.
5. Ботников С. А. Современный атлас дефектов непрерывнолитой заготовки и причины воз-
никновения прорывов кристаллизующейся корочки металла. Волгоград: ООО «САТЕ», 2011. 97 с.
6. О способах воздействия на процесс формирования стальной непрерывнолитой заготовки / Столяров А.М., Сомнат Басу, М.В. Потапова, С.В. Дидович // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. №1 (45). С. 24-27.
7. Мурапталова Р.Р., Столяров А.М., Потапова М.В. Краевые точечные загрязнения сортовой непрерывнолитой заготовки // Теория и технология металлургического производства. 2017. №4(23). С. 23-25.
8. Бигеев В.А., Столяров А.М., Валиахметов А.Х. Металлургические технологии в высокопроизводительном электросталеплавильном цехе: учеб. пособие. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2014. 308 с.
9. Столяров А.М., Великий А.Б., Юречко Д.В. Повышение эффективности разливки стали на высокопроизводительных сортовых МНЛЗ. Магнитогорск: МГТУ, 2009. 126 с.
Сведения об авторах
Столяров Александр Михайлович - д-р техн. наук, проф. кафедры технологии металлургии и литейных процессов Института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Магнитогорск, Россия. E-mail: mchm@magtu.ru
Мошкунов Владимир Викторович - канд. техн. наук, специалист НТЦ ПАО «ММК». Магнитогорск, Россия.
Потапова Марина Васильевна - канд. техн. наук, доц. кафедры технологии металлургии и литейных процессов Института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Магнитогорск, Россия. E-mail: mchm@magtu. ru
Мурапталова Рамиля Рамилевна - бакалавр кафедры технологии металлургии и литейных процессов Института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Магнитогорск, Россия. E-mail: mchm@magtu. ru
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
STUDY OF NON-METALLIC INCLUSIONS POLLUTION IN COCAST SORTED BILLET
Stolyarov Alexander Mikhailovich - D.Sc. (Eng.), Professor, Technology of Metallurgy and Foundry Processes Department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation. Phone: 8(3519)29-85-73. E-mail: mcm@magtu.ru
Moshkunov Vladimir Viktorovich - Ph.D. (Eng.), specialist of STC PJSC "MMK"
Potapova Marina Vasilyevna - Ph.D. (Eng.), Associate Professor, Technology of Metallurgy and Foundry Processes Department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation. Phone: 8(3519)29-85-73. E-mail: mari-na potapova8@mail.ru
Muraptalova Ramilya Ramilevna - bachelor degree student, Technology of Metallurgy and Foundry Processes Department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation. Phone: 8(3519)29-85-73. E-mail: mcm@magtu.ru.
Abstract: The influence of various factors on the degree of edge point contaminants development in a continuous casting billet is studied. The usage of a method for casting metal with a closed jet is a main decisive factor for reducing of continuously cast metal contamination with non-metallic oxide inclusions. To reduce the degree of development of edge point pollution, it is also necessary to achieve a sulfur content in the spilled metal not more than 0.006%, a ratio of manganese content to sulfur content of at least 80, and a phosphorus content of not more than 0.010%.
Keywords: continuous casting of steel, high-quality billets, non-metallic inclusions, casting technology, parameters.
Ссылка на статью:
Изучение загрязненности неметаллическими включениями сортовой непрерывнолитой заготовки / Столяров А.М., Мошкунов В.В., Потапова М.В., Мурапталова Р.Р.// Теория и технология металлургического производства. 2018. №1(24). С. 14-20.
Stolyarov A.M., Moshkunov V.V., Potapova M.V., Muraptalova R.R. Study of non-metallic inclusions pollution in cocast sorted billet. Teoria i tecnologia metallurgiceskogoproizvodstva. [The theory and process engineering of metallurgical production]. 2018, vol. 24, no. 1, pp. 14-20.
