CC BY
50
агтг^ г: мяшжц
-2 (65), 2012
/113
It is shown that immersed glasses Fosulis of construc -tion of TECHCOM considerably improve quality of special steels.
Э. ШУМАХЕР, в. ЭНДЕРС, TECHCOM GMBH, И. БОНДАРЕНКО, ОАО «БМЗ»
УДК 669.21
погружные стаканы fosulis конструкции techcom улучшают качество специальных сталей
В настоящее время вопросы снижения загрязненности стали неметаллическими включениями, повышения структурной и химической однородности и улучшения качества поверхности непре-рывнолитого слитка наиболее актуальны при производстве качественного конструкционного металла, для изготовления рельс, шарикоподшипников, металлокорда. Особенно важно обеспечить условия технологии, направленные на нивелирование процессов перехода неметаллических включений в металл и развитие ликвационных процессов на последнем этапе производства стали - при непрерывной разливке, так как этот технологический этап заканчивается кристаллизацией слитка и все негативные эффекты фиксируются в готовом продукте. Задача в большей мере решается путем торможения центрального потока металла, поступающего в кристаллизатор, организацией гидродинамики потоков металла минимизурующих вовлечение включений и шлакообразующей смеси вглубь слитка, равномерно распределяющим объемы металла по сечениям заготовки. Главным образом, в современной практике это успешно решается с помощью электромагнитного перемешивания (ЭМП). Однако реализация данного метода требует дорогостоящего оборудования, а при последующей установке в процессе модернизации МНЛЗ в некоторых случаях и изменений конструкции кристаллизатора и стола качания. Известны другие предложения по решению данной задачи в дополнение к ЭМП: организация вихревого движения жидкого металл на стадии его нахождения в канале погружного стакана за счет извне прилагаемого магнитного поля с переносом вращательного движения в объем кристаллизатора [1], применение глуходонного стакана с веерообразным расположением выходных каналов [2]. Недостаток первого способа - низкая эффективность из-за ма-
лого количества вращательного движения, вносимого потоком. В числе недостатков второго способа можно назвать ускоренное гашение вращения металла в кристаллизаторе не круглого сечения, а также появление бурлящего возмущения поверхностных слоев мениска, особенно в угловых зонах кристаллизатора. В целом попытки заменить ЭМП при непрерывной разливке до настоящего времени не нашли широкого применения. Немецкая фирма Techcom GMBH совместно с Московским Институтом стали и сплавов (МИСиС) разработала новый способ непрерывной разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизатор с помощью погружного стакана конструкции Fosulis [3].
В этом способе потоку стали придают вращательное движение в ограниченном объеме кристаллизатора и в таком состоянии подают в объем металла кристаллизатора. Погружной глуходон-ный стакан снабжен юбкой, закрепленной на нижней наружной части стакана выше выходных боковых каналов, расположенных веерообразно по периметру поперечного сечения стакана. При этом юбка имеет внутреннюю цилиндрическую (или другую) поверхность и ее нижний край находится ниже дна стакана (рис. 1).
В этом случае значительный объем стали в состоянии вращения подается в объем жидкого ме-
Рис. 1. Общий вид стакана Fosulis
ml rj^c:г:п^штптп
/ 2 (65), 2012-
талла кристаллизатора, тем самым, существенно увеличивается количество движения вращения, вносимое в кристаллизатор. Гидродинамическая ситуация при использовании стакана Fosulis детально изучена на холодной водной модели [4]. В экспериментах фиксировали угловую скорость и направление вращения воды в различных участках кристаллизатора и глубину проникновения задействованного вращательным движением объема в объем кристаллизатора в зависимости от формы и размеров юбки, осевого отклонения выходных отверстий, глубины погружения стакана и др. Наибольшие значения начальной угловой скорости вращения воды в объеме кристаллизатора имеют место сразу на выходе вращающегося потока из-под юбки. Это вращение по мере перемещения вглубь кристаллизатора вначале частично затухает, затем стабилизируется примерно на постоянном уровне, характерном для соответствующего диаметра юбки. Движение вращения потока воды с относительно стабильной угловой скоростью охватывает всю глубину кристаллизатора (800 мм). Отмечено полное торможение потока воды в кристаллизаторе благодаря переводу поступательного его движения во вращательное.
Производственные испытания разработанного стакана начались в 2009 г. на металлургическом заводе LSW Lech-Stahlwerke GmbH (Германия), специализирующемся главным образом на производстве высококачественных и специальных сталях для автомобильной промышленности. Опробование проводили на 4-ручьевой криволинейной МНЛЗ со стопорной регулировкой истечения металла при формате заготовки 240x240 мм, скорость разливки 0,8-0,9 м/мин. Основываясь на результатах и выводах исследований на холодных моделях, были разработаны погружные стаканы-моноблоки для условий LSW. Первая серия предусматривала подтверждение соответствия нового погружного стакана условиям техники безопасности, при этом пробы для определения технологического эффекта не отбирались. В этих целях была выбрана конструкционная сталь марки 33MnCrB5. Погружным стаканом FOSULIS был оборудован один ручей. Промежуточный ковш с рабочим огнеупорным слоем из сухих масс был в течение 2 ч нагрет до 1300 °С. Погружные стаканы-моноблоки при этом были дополнительно изолированы минеральной ватой. Перед началом разливки изоляция была удалена. Старт в автоматическом режиме, как и разливка серии из четырех плавок длительностью по 60 мин, прошли без замечаний. Результаты визуального обследования погружного стакана по окончании серии, учитывая агрессивность разливаемой
стали, показали удовлетворительное его состояние и было принято решение об опробовании стаканов на дорогих марках стали. На следующем этапе опробования разливали подшипниковую сталь марки 100Сг6. Формат заготовки 240^240 мм, скорость разливки 0,75-0,8 м/мин. Погружными стаканами Fosulis были оборудованы два ручья, на двух других устанавливали ранее применявшиеся стаканы, и тем примечательны сравнительные результаты этого этапа опробования. Промежуточный ковш, футерованный сухими массами, разогревали в течение 2,5 ч до температуры 1300 °С. Разлит был один ковш с отбором проб по всем четырем ручьям на первых трех заготовках. Пробы исследовали по технологии ультразвукового просвечивания под водой и методом металлографии. Результаты приведены в табл. 1.
Т а б л и ц а 1. Результаты микро- и макроанализа конструкционного металла
Показатель Индекс VAPEX FOSULIS
Makro.- RG USTT 1,9 0,7
Mikro.- RG К1 5,8 1,9
М 7,0 5,0
Результаты опробования указывают на уменьшение количества неметаллических включений при использовании погружных стаканов технологии Fosulis практически в 1,4 и 3,0 раза. Это является следствием торможения продольных потоков и переводом их в потоки вращательные, вследствие чего уменьшаются ликвационные процессы в кристаллизующейся стали и улучшается тепло-отвод в поперечном направлении. При следующих опробованиях уже все четыре ручья оборудовали погружными стаканами Fosulis. По двум сериям получены результаты лабораторных исследований. В первой серии были разлиты две плавки стали марки 100Сг6. Продукт проката этих плавок (круг 33,5 мм) в 100%-ном объеме контролировали ультразвуковым методом. Результат - 0% выбраковки (при обычных до 6%). Вторая серия состояла из четырех плавок: первая плавка - сталь ZF7, остальные три плавки - сталь 20МпСг5 +НН.
Со всех шести плавок были взяты пробы после обжатия и исследованы ультразвуковыми методами на нарушения сплошности. Для определения микроскопической степени чистоты К3 (К4) по DIN50602 с конечного продукта каждой плавки были взяты по шесть шлифов. Применение погружных стаканов Fosulis показало на всех шести плавках очень хорошие результаты по степени чистоты как в макро-, так и микроскопическом диапазоне.
г г^гтгггтгггг /11 к
-2 (65), 2012 I llv
Т а б л и ц а 2. Результаты микро- и макроанализа шарикоподшипникового и конструкционного металлов
Позиция Плавка Марка USTTE, mm/dm3 Степень чистоты по оксидам DIN50602
1 3.1 100Cr6 2,32 K3 = 0,0
2 3.2 100Cr6 2,25 K3 = 0,0
3 4.1 ZF7B 3,02 K4 = 0,0
4 4.3 20MnCr5 +HH 0,67 K3 = 3,9
5 4.4 20MnCr5 +HH 2,93 K3 = 0,5
6 4.5 20MnCr5 +HH 7,06 K3 = 0,0
В настоящее время ведутся более масштабные испытания стакана на ряде металлургических заводах Европы.
На предприятии Georgsmarienhutte (Германия) в марте 2012 г. проведены первые испытания глу-ходонного погружного стакана Fosulis. Первые серии испытаний осуществлены при разливке стали качественного сортамента. По предварительным результатам оценки качества стали отмечено существенное снижение количества неметаллических включений, максимально на 90%! Данные по глубокому металлографическому исследованию будут представлены после окончания испытаний в июле 2012 г.
На заводе Donawitz (Австрия) стакан Fosulis испытывали при разливке транспортного рельсового металла. Предварительные результаты позволяют сделать вывод о целесообразности использования стакана типа Fosulis для разливки транспортного металла.
В связи с данными выводами разрабатывается конструкция стакана Fosulis для разливки рельсового металла в условиях ОАО «ЧМК». Рельсовый металл будет разливаться на новой МНЛЗ-5 на сечения 250x250 и 300x360 мм. ОАО «ЧМК» в сентябре 2012 г. вводит в эксплуатацию рельсобалоч-ный стан (РБС) по производству рельс длиной до 100 м. Это будет первое предприятие такого типа в СНГ. Проблема качества металла и непрерывно-литой заготовки для данного РБС будет стоять достаточно актуально.
Запатентованный фирмой Techcom GMBH и прошедший промышленные испытания стакан Fosulis актуален для разливки сталей с жесткими требованиями по сегрегации химических элемен-
Рис. 2. Погружной стакан Fosulis разливки кордовой стали в условиях ОАО «БМЗ»
тов и содержанию неметаллических включений. В связи с этим для Белорусского металлургического завода, специализирующегося на выпуске качественной кордовой стали, разработан и находится в процессе изготовления погружной стакан Fosulis. В июне-июле 2012 г. на ОАО «БМЗ» планируется крупномасштабное исследование влияния торможения потоков металла в кристаллизаторе при использовании стакана Fosulis на сегрегацию углерода в высокоуглеродистой (до 1% углерода) качественной кордовой стали и снижение загрязненности ее неметаллическими включениями. Исследования будут проведены с применением современных методов оценки сегрегации, состава и количества неметаллических включений на электронных микроскопах по методике, отработанной и действующей на ОАО «БМЗ». Предполагается значительное повышение технологических свойств кордовой катанки вследствие снижения степени сегрегации углерода и количества неметаллических включений.
Литература
1. Б е й т е л ь м а н Л. Улучшение качества сортовых заготовок путем электромагнитного перемешивания стали в кристаллизаторе // Сталь. 1997. № 4. С. 21-24.
2. К о л л б е р г С., Л е ф г р е н П. Повышение производительности МНЛЗ и качества непрерывнолитых слябов // Черные металлы. 2005. Ноябрь. С. 40-45.
3. Пат. 2236326 РФ.
4. Х л о п о н и н В. Н., Ш у м а х е р Э., З и н к о в с к и й И. В. Механическое перемешивание и торможение металла в кристаллизаторе МНЛЗ. // Сталь. 2010. N1. С. 33-37.
