Определение первого порога проницаемости двухфазной зоны в непрерывнолитых слябах из трубной стали Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

УДК 621.746.5.047 Мошкунов В.В., Столяров A.M.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРВОГО ПОРОГА ПРОНИЦАЕМОСТИ ДВУХФАЗНОЙ ЗОНЫ В НЕПРЕРЫВНО ЛИТЫХ СЛЯБАХ ИЗ ТРУБНОЙ СТАЛИ

Аннотация. В результате проведенных экспериментов при разливке трубной стали на слябовой МНЛЗ кислородно-конвертерного цеха ОАО «ММК» уточнены значения относительного содержания жидкости в двухфазной зоне для первого порога проницаемости этой зоны.

Ключевые слова: непрерывнолитой сляб, мягкое обжатие, лунка жидкого металла, двухфазная зона, первый порог проницаемости.

Все новые слябовые МНЛЗ имеют оборудование для осуществления мягкого обжатия отливаемых заготовок. В результате мягкого обжатия непрерывно-литой заготовки на небольшую величину - максимум до 8 мм происходит сближение фронтов кристаллизации, создается гидродинамическое давление расплава, что улучшает условия подпитки расплавом локальных участков двухфазной зоны и позволяет компенсировать уменьшение объема металла при его усадке в процессе затвердевания. Результатом этого является снижение пористости и химической неоднородности осевой части сляба.

Известно [1], что наибольшая эффективность от использования мягкого обжатия достигается в том случае, если оно осуществляется на строго определенном участке, расположенном в конечной части лунки жидкого металла между двумя порогами проницаемости двухфазной зоны. Первый порог или «граница выливаемости» характеризует начало затруднения подпитки жидким расплавом двухфазной зоны. По мнению разных авторов, этот порог наступает при наличии 0,80-0,65 жидкости в двухфазной зоне заготовки. Считается, что на данную величину оказывают влияние различные факторы: химический состав разливаемой стали, скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора, интенсивность вторичного охлаждения заготовки, конструктивные особенности конкретной МНЛЗ.

В кислородно-конвертерном цехе ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» эксплуатируется слябовая МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным участком [2, 3]. Одноручьевая машина имеет базовый радиус 11 ми вертикальный участок длиной около 2,7 м. На машине могут отливаться слябовые заготовки толщиной 190, 250 и 300 мм и шириной 1400-2700 мм. Машина в зоне вторичного охлаждения (ЗВО) имеет оборудование для осуществления мягкого обжатия сляба. Выбор места осуществления мягкого обжатия на технологическом канале МНЛЗ производится на первом или втором

уровнях автоматизированной системы МНЛЗ. Данная система в динамическом режиме рассчитывает протяженность лунки жидкого металла и определяет номер сегмента ЗВО, в котором расположен конец лунки. Мягкое обжатие сляба рекомендуется производить в двух предыдущих сегментах. Для повышения эффективности мягкого обжатия его необходимо начинать на том участке сляба, внутри которого относительное содержание жидкости в двухфазной зоне соответствует первому порогу проницаемости этой зоны. С целью уточнения относительного содержания жидкости в двухфазной зоне для первого порога проницаемости было проведено исследование по специально разработанной методике.

Согласно этой методике необходимо выполнить следующие условия: режим мягкого обжатия непрерывнолитой заготовки отключается с установлением термического конуса, соответствующего естественной усадке стали при ее затвердевании; скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора должна быть постоянной в течение 30 и 40 мин для слябов толщиной соответственно 250 и 300 мм; изменение температуры металла в промежуточном ковше не должно превышать десять градусов.

Эксперимент проводится в следующей последовательности: на технологическом канале МНЛЗ выбираются роликовые сегменты, в которых согласно расчетным данным, выдаваемым автоматизированной системой в режиме реального времени, располагается двухфазная зона сляба с относительным содержанием жидкости менее 0,80; при помощи перемещения гидроцилиндров осуществляется поочередное открытие выбранных сегментов поднятием верхней рамы на 3 мм, начиная с наиболее удаленного от кристаллизатора сегмента; производится постоянный контроль силы, развиваемой гидроцилиндрами на входе и выходе в открытых сегментах; фиксируется момент быстрого роста силы как на входе, так и на выходе из сегмента и соответствующее этому моменту расчетное содержание жидкости в двухфазной зоне сляба,

Определенные первого порога проницаемости двухфазной зоны.

Мошкунов В.В., Столяров А.М.

которое характеризует первый порог проницаемости двухфазной зоны.

Данные о четырех опытных плавках, проведенных после корректировки расчетных данных, выдаваемых автоматизированной системой МНЛЗ о протяженности лунки жидкого металла в непрерывнолитом слябе, представлены в таблице.

Данные опытных плавок

Параметр Опытные плавки

1 2 3 4

Марка стали 20 20 й 09Г2С

Содержание

элемента, %:

углерод 0,163 0,164 0,10 0,08

кремнии 0,285 0,280 0,26 0,71

марганец 0,436 0,524 0,91 1,58

сера 0,004 0,002 0,003 0,003

фосфор 0,012 0,014 0,008 0,010

хром 0,103 0,064 0,040 0,040

никель 0,036 0,037 0,026 0,030

медь 0,063 0,059 0,056 0,070

алюминий 0,047 0,035 0,030 0,040

титан 0,003 0,003 0,015 0,020

азот 0,004 0,005 0,005 0,005

ниобий 0,001 0,001 0,027 0,004

ванадий 0,006 0,008 0,039 0,003

кальций 0,002 0,002 0,002 0,003

водород (ррт) 2,0 2,0 2,1 2,5

Размеры поперечного

сечения сляба, мм:

толщина 250 250 250 300

ширина 2050 2050 2050 1650

Скорость вытягивания

сляба из кристаллиза- 0,9 1,0 1,0 0,8

тора, м/мин

Температура металла

в промежуточном 1540 1537 1538 1530

ковше, °С

Температура ликвидус стали, °С 1517 1518 1519 1514

Номера поднятых 11, 10 12, 11 13, 14,13,

сегментов ЗВО 12,11, 10 12,11, 10

В качестве примера рассмотрим один из проведенных опытов. В четвертом опыте отливались слябы толщиной 300 мм из стали марки 09Г2С со скоростью 0,8 м/мин. Данный опыт отличается от предыдущих тем, что при его проведении поочередно было открыто самое большое количество сегментов ЗВО - пять, начиная с 14-го и заканчивая 10-м. Как и в предыдущих опытах, продолжительность открытия каждого сегмента и промежуток времени между закрытием предыдущего и открытием следующего сегментов были по три минуты. На рис. 1 и 2 показаны результаты четвертого опыта.

Из анализа рисунков следует, что в 14-м и 13-м сегментах ферростатического давления расплава нет. Об этом свидетельствует стабильно низкое усилие, развиваемое гидроцилиндрами после поднятия сегментов, 100 кН - на входе и 400 кН - на выходе (см. рис. 1). Напротив, в 11-м и 10-м сегментах явно выражено ферростатическое давление расплава: усилия гидроцилиндров достаточно высокие, они выросли с 700-800 кН на входе в 11-й сегмент до 1000 кН на выходе и с 950 кН на входе в 10-й сегмент до 1200 кН на выходе из него.

г 2.31

1 е

А св 3 28 о и

2 и

3 я

5 £25 2 к

и Он

Я я 2-1

2 § ^ ^ 21 о н и и

19 1500 £1300 |1100 § 900 о 700 500 300 100

3100

1^2600

и

§2100

о

£1600 ^ 1100 600 100

4 14-й сегмент 0

1 13-й сегмент 0,2 0,4

-Г- 12-и се гмент --------- ------- - 0,6

I 11-й сегмент 0,8

I 10-й сегмент

в> «п. ,

\

\ ( ^ вход в сегме нт У "

/ *

^ Ч А 1—

ВЫ год из с егмента V ¡V

н

—_. —

\

V .выход

<

/ ВХОД Г \

\ ~ 1 г

1

о

5

10 15 20 25 30 35 40 Продолжительность опыта, мин цифры у пунктирных линий - относительное содержание жидкости в двухфазной зоне лунки

Рис. 1. Изменение усилий гидроцилиндров открытых 14-го и 13-го сегментов ЗВО и длины отлитой заготовки в четвертом опыте

При поднятии 12-го сегмента (см. рис. 2) сначала наблюдается кратковременный провал усилий гидроцилиндров на входе и выходе до 550 кН, а затем как на входе, так и на выходе усилия быстро увеличиваются до 800 кН на входе и 750 кН на выходе. Это говорит о развивающемся ферростатическом давлении расплава. По расположению сплошной горизонтальной линии, показывающей удаленность входа в 12-ый сегмент от поверхности жидкого металла в кристаллизаторе, относительно пунктирных линий, характеризующих двухфазную зону с относительным содержанием жидкости в двухфазной зоне 0,6 и 0,8, можно определить (показано стрелками), что на входе в 12-й сектор на 29-32 мин эксперимента

S d 33 ëgbi ü S С § g ¡28

£ 8 S

о К 2

й х о 23

s

g &21 С M

19

( 2000

i 1600

\ 1200

: 800 i

400

i 1800 I 1600

i 1400 ! 1200 ; 1000 800 600

> 2400 • 2200 i 2000 i 1800

> 1600 ; 1400 ' 1200

1000 800

14-й сегмент

13-й сегмент

0

0,2 0.4

Т2-й~сёгмент

0.75

11-й сегмент

10-й сегмент

1

выход из сегмента i \

_ _ _ 1 Ч у

._______ - V 1

/ 1 ,

вхол в сегмент ^ —- '

0.6 118

1

выход IV

/ г

M 1 V -

1 1 1 i 1

вход UJ

ВЫХОД и

/

V 1

1

!—^ .

ВХОД W

• j

0

35

40

5 10 15 20 25 30 Продолжительность опыта, мин цифры у пунктирных линий — относительное содержание жидкости в двухфазной зоне лунки

Рис. 2. Изменение усилий гидроцилиндров открытых 12-го, 11-го и 10-го сегментов и длины отлитой заготовки в четвертом опыте

относительное содержание жидкости в двухфазной зоне составляло 0,75. Именно такая величина характеризует первый порог проницаемости двухфазной зоны заготовки в данном опыте.

По результатам всех четырех опытов было установлено, что первый порог проницаемости двухфазной зоны в заготовках из трубной стали, отлитых на данной МНЛЗ, наступает при наличии в двухфазной зоне относительного содержания жидкости от 0,56 до 0,75 и в среднем равняется 0,67.

Таким образом, в результате проведенных экспериментов при разливке трубной стали на слябовой МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным участком кислородно-конвертерного цеха ОАО «ММК» уточнены значения относительного содержания жидкости в двухфазной зоне для первого порога проницаемости этой зоны.

Список литературы

1. Еланский Г.Н. Разливка и кристаллизация стали. М.: МГВМИ, 2010. С. 128.

2. Мошкунов В.В., Столяров A.M., Казаков A.C. Определение длины лунки жидкого металла в непрерывнолитых слябах из трубной стали с использованием эффекта «искусственного раздутия» заготовки // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. №1 (37). С. 24-26.

3. Мошкунов В.В., Столяров A.M., Казаков A.C. Снижение осевой химической неоднородности трубной стали в результате мягкого обжатия непрерывнолитого сляба // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. №2 (38). С. 24-25.

Сведения об авторах

Мошкунов Владимир Викторович - аспирант кафедры металлургии черных металлов ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.8(3519)29-84-49. E-mail: [email protected].

Столяров Александр Михайлович - д-р техн. наук, проф. кафедры металлургии черных металлов ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.8(3519)29-84-49. E-mail: [email protected].

INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH

DETERMINATION OF THE FIRST LIMIT OF CONDUCTIVITY IN THE DOUBLE-PHASE ZONE OF PIPE-STEELS SLABS

Moshkunov Vladimir Victorovich - post-graduate student, Metallurgy of Ferrous Metals department, Nosov Magnitogorsk state technical university. Phone: 8(3519)29-84-49. E-mail: [email protected].

Stolyarov Alexander Mihajlovich - D.Sc. (Eng.), professor, Metallurgy of Ferrous Metals department, Nosov Magnitogorsk state technical university. Phone: 8(3519)29-84-49. E-mail: [email protected].

Abstract. Experiments resulted in pipe-steel casting in the oxygen-converter slabbing mill of OJSC «Magnitogorsk Iron and Steel Works» values of the relative content of liquid in the double-phase zone were clarified. These values characterized the first limit of conductivity of the pipe-steels.

Keywords: Continuously cast slab, soft reduction, solidus front, the double-phase zone, the first limit of conductivity

References

1. Elanskiy G.N. Razlivka i kristallizatsiya stall. [Casting and crystallization of steel]. Moscow: MSNMU, 2010, p. 128.

2. Moshkunov V.V., Stoliarov A.M., Kazakov A.S. Opredelenie dliny lunki

zhidkogo metalla v nepreryvnolitykh slyabakh iz trubnoj stalis ispol'zovaniem ehffekta «iskusstvennogo razdutiya» zagotovki. [Determination of the length to point of solidification in strands of Peritectic Low Alloyed steels for pipes with using "Mini whale" effect]. Vestnk Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova. [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2012, no.1 (37), pp. 24-26. Moshkunov V.V., Stoliarov A.M., Kazakov A.S. Snizhenie osevoj khimicheskoj neodnorodnosti trubnoj stali v rezul'tate myagkogo obzhatiya nepreryvnolitogo slyaba. [Longitudinal chemical inhomogeneity of continuously cast slab from tube steel improvements as a result of soft reduction]. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova. [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2012, no. 2 (38), pp. 24-25.