CC BY
102
РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
УДК 621.74.047
Парсункин Б.Н., Андреев С.М., Галеев P.P.
УЛУЧШЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ МАКРОСТРУКТУРЫ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ РАЗЛИВКИ
Аннотация. Рассматривается универсальная технологическая схема энергосберегающего производства горячекатаного проката из непрерывнопитых заготовок с улучшенной внутренней макроструктурой. Улучшение макроструктуры обеспечивается путем удаления в жидком виде из централънсгй (осевой) зоны непрерывнолитой заготовки некондиционного металла при порезе непрерывнолитого слитка на мерные длины и последующим обжатием заготовок в прокатной клети, установленной на выходе МНЛЗ.
Регулируемое эффективное технологически обоснованное удапение запороченного металла из центральной зоны непрерывнолитой заготовки обеспечивается соответствующим управлением охлаждением металла в зоне вторичного охлаждения, управлением скоростью разливки непрерывнолитого слитка и управлением мягким обжатием перед порезом на мерные длины.
Ключевые слова: непрерывная разливка, осевые дефекты, обжатие слитка, непрерывнолитая заготовка, запороченный металл, внутренняя макроструктура
Введение
При технологии разливки стали в изложницы головные и хвостовые наиболее запороченные части слитка после прокатки на обжимных станах уходили в обрезь на повторную переплавку.
Появление высокопроизводительного конвертерного производства стали явилось причиной широкого распространения машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), которые позволяют получить непрерывнолитые заготовки точно заданного размера с высокой производительностью и практически с отсутствием обрези, неизбежно появляющегося запороченного металла особенно в центральной части отливаемой заготовки.
Переход от разливки в слитки к непрерывной разливке неизбежно ужесточил требования к качеству горячекатаного проката. Появившиеся в сталеплавильном производстве промежуточные технологии ковшевой доводки стали и циркуляционного вакуумирования не решают полностью проблемы получения высококачественного горячекатаного проката для специализированного массового производства в оборонной, трубной, судостроительной и других отраслях промышленного производства.
В представленной работе рассматривается универсальная технология производства непрерывнолитых заготовок обычного (существующего) качества и высококачественных заготовок с улучшенной внутренней макроструктурой. Повышение качества за счет уменьшения внутренних дефектов обеспечивается удалением в жидком виде центральной запороченной части заготовки при регулируемом порезе с незавершенным процессом кристаллизации и последующим обжатием в прокатной клети на выходе МНЛЗ.
О Парсункин Б.Н., Андреев С.М, Галеев Р.Р, 2017
Дефекты внутренней макроструктуры непрерывнолитых заготовок и причины их возникновения
При крупномасштабном производстве горячекатаного проката используется технология разливки стали на МНЛЗ с последующей прокаткой непрерывнолитых заготовок на станах горячей прокатки.
Поступающий в кристаллизатор МНЛЗ металл содержит равномерно распределенные по объему неметаллические включения оксидов элементов, используемых для раскисления и легирования. Это приводит к неоднородности структуры непрерывнолитых заготовок, являющейся причиной возникновения различных дефектов.
Важнейшими из дефектов являются:
- трещины, классифицируемые по расположению в теле непрерывнолитой заготовки и по температурной области образования;
- пористость или осевая рыхлость;
- осевая химическая неоднородность;
- поверхностные дефекты.
По существующей методике дефекты непрерывнолитых заготовок определяются по серным отпечаткам с поверхности темплетов, изготовленных по специальной технологии поперечных срезов заготовок. Дефекты оцениваются субъективно по баллам в соответствии с ОСТ 14-0473. Если оценка конкретного дефекта превышает два балла, то такой металл считается продукцией пониженного качества (некондиционным) и имеет меньшую цену на рынке готовой продукции.
Проценты от 485 темплетов слябовых заготовок из углеродистых (0,11-0,5% [С]) марок стали с дефектами внутреннего строения (два балла и больше), отлитых на МНЛЗ № 3 Кислородно-конвертерного цеха ОАО «ММК» в 2002 г., при производстве около 220 тыс т в месяц в период освоения машины представлены в таблице [1].
Анализ полученных данных показывает, что более 25% внутренних дефектов приходится на осевую (центральную) зону непрерывнолитой заготовки, причем значительная часть дефектов связана с химической неоднородностью.
Все типы дефектов, особенно трещины, классифицируются по расположению в теле непрерывнолитой заготовки и по температурной области образования этих дефектов.
Трещины высокотемпературной области кристаллизации (800-И200°С) - околосолидуемые, в основном образуются по междендридным пространствам и возникают в температурном интервале хрупкости (ТИХ), Характеризующимся минимальной пластичностью расплава [2]. Присутствие любых элементов в стали, понижающих температуру солидуса, повышает трещиночувствительность [3].
Осевые внутренние трещины - «расслой», расположенные вдоль осевой линии ликвации, представляют значительную опасность для сплошности непрерывнолитой заготовки. Причиной их образования являются напряжения, возникающие между внешними и внутренними слоями заготовки, когда внутренняя зона охладилась, сократившись в объеме.
Очагами образования таких трещин являются неметаллические включения, ликвирующие в осевую зону при диффузии по границам аустенитных зерен легкоплавких элементов и их окислов.
Проценты от 485 темплетов слябов из углеродистых марок с
В осевой зоне непрерывнолитой заготовки встречается повышенный уровень пористости. Этот дефект называется осевой рыхлостью, возникает при нарушении стабильности разливки, когда повышается вероятность возникновения «мостов» - зон закристаллизовавшегося металла, препятствующих подпитке жидким металлом еще не затвердевших участков осевой зоны.
На структуру и служебно-потребительские свойства непрерывнолитых заготовок влияет множество факторов, воздействие некоторых из них не выяснено до сих пор. В представленной работе для устранения дефектов в осевой зоне для получения высококачественных непрерывнолитых заготовок для специальных видов горячекатаной продукции предлагается осуществлять порезку непрерывнолитых заготовок на мерные длины при регулируемом незавершенном процессе кристаллизации, когда запоро-ченный металл удаляется из осевой зоны в жидком виде. Целостность структуры заготовки при этом обеспечивается обжатием металла в мощной прокатной клети, размещенной на выходе МНЛЗ или в расположенной рядом черновой группе широкополосного стана горячей прокатки. Непре-рывнолитые заготовки при такой технологии будут иметь высокое теплосодержание, что обеспечит энергосберегающий режим широкополосного горячекатаного проката для оборонной, трубной, судостроительных отраслей промышленного производства.
Таблица
1И с дефектами внутреннего строения двух и более баллов и
Вид дефекта внутреннего строения слябовой заготовки Количество, шт Процент слябов
Осевая рыхлость 25 5.3
Осевая химическая неоднородность 93 19.2
Осевая трещина 5 1.0
Трещины перпендикулярные широкой грани 7 1.4
Трещины гнездообразные 12 2.5
Точечная неоднородность 18 3.7
Поверхностные дефекты 81 16.8
Универсальная технологическая схема производства горячекатаного проката из непрерывнолитых заготовок с улучшенной внутренней макроструктурой
Технология разливки стали на МНЛЗ обеспечивает самую высокую производительность и используется в настоящее время наиболее широко. Одновременно эта технология является достаточно затратной, поскольку допускает значительную потерю теплосодержания разливаемой жидкой стали. Затраты условного топлива по дальнейшему переделу непрерывнолитых заготовок, в зависимости от организации технологического процесса, могут измениться от 35 до 70 кг условного топлива на тонну в зависимости от температурного состояния заготовок, поступающих в нагревательные печи станов горячей прокатки.
Универсальная технологическая схема энергосберегающего производства горячекатаного проката из
непрерывнолитых заготовок с улучшенной и обычной типовой внутренней макроструктурой представлена на рисунке.
Металл из сталеразливочного ковша 1 с регулируемым расходом подается в промежуточный ковш 2 и из него с регулируемым расходом в водоохлаждаемый кристаллизатор 3. Вытягиваемый из кристаллизатора непрерывнолитой слиток с помощью опорно-изгибающей валковой системы 5 подвергается воздушно - водяному охлаждению в зоне вторичного двустороннего охлаждения (ЗВО) 4.
Для обеспечения регулируемого и управляемого удаления наиболее запороченной жидкой центральной части непрерывнолитой заготовки при последующем порезе на мерные длины системой газокислородной резки 7 используется прокатная клеть мягкого предварительного обжатия 6.
Дополнительная обработка
Универсальная технологическая схема энергосберегающего производства горячекатаного проката из непрерывнолитых заготовок с улучшенной и обычной типовой внутренней макроструктурой
Решение этой сложной задачи обеспечивается за счет совместного функционирования трех взаимосвязанных систем управления технологическим режимом:
- система управления подачей и распределением по секциям водовоздушного охлаждения во всей ЗВО;
- система управления скоростью разливки, т.е. скоростью вытягивания заготовки из кристаллизатора и продвижения заготовки по всей технологической линии разливки МНЛЗ;
- система управления мягким обжатием заготовки с неза-кристаллизовавшейся (жидкой) центральной частью для обеспечения рационально технологически обоснованного удаления наиболее запороченного металла под действием
ферростатического давления при порезе заготовок на мерные длины.
Прием жидкого металла на всей мерной максимально возможной длине заготовки осуществляется в водоохла-ждаемом металлосборнике 9, вода в который под давлением подается из водовода 13. Образующиеся скра-пины подаются на классификатор 10, где отделяются от воды и загружаются в вагоны 11 для отправки на переплавку.
Охлаждающая вода из металлосборника поступает после отстоя для повторного использования 12.
Разрезанные на мерные длины непрерывнолитые за-
готовки подвергаются окончательному обжатию в прокатной клети 8 для удаления жидкого металла из центральной части и придания требуемой улучшенной макроструктуры заготовки по всему сечению и длине непрерывнолитой заготовки.
Опора слябовой заготовки на всей максимально возможной её длине осуществляется с использованием двусторонней автономной валковой системы с центральным разъемом для пропуска жидкого металла 14.
В прокатную клеть 8 для окончательного обжатия на выходе из МНЛЗ заготовки подаются только после полного пореза на мерную длину, т.е. отделенные от общего слитка.
Непрерывнолитые заготовки с достаточно высоким теплосодержанием могут непосредственно поступать на вход черновой группы валков стана горячей прокатки или на склад заготовок [4].
Остывшие заготовки непосредственно или после дополнительной обработки для устранения поверхностных дефектов со склада подаются для нагрева в методические печи (печи проходного типа). После нагрева заготовки попадают на вход черновой прокатной группы стана. Полученный подкат через промежуточный рольганг подается на вход чистовой группы стана, и после регулируемого охлаждения для получения требуемой структуры получают готовый продукт в виде горячекатаного проката.
При изменении условий охлаждения возможно получение непрерывнолитых заготовок по традиционной технологии с типовой макроструктурой.
Наиболее целесообразно применение рассмотренной технологии производства горячекатаного проката с улучшенными эксплуатационными свойствами в составе литейно-прокатного комплекса при переработке массивных непрерывнолитых заготовок из труднодеформируемых специальных марок стали [5].
Очевидными негативными факторами рассматриваемой технологии являются:
- значительные (от 5-7%) потери металла с пониженными эксплуатационными свойствами, ранее считавшегося кондиционным;
- некоторое усложнение конструкции МНЛЗ, связанное с дополнительным обжатием и охлаждением или утилизацией некондиционного металла.
Несомненными достоинствами рассмотренной технологии производства горячекатаного проката являются:
- повышение качества и потребительских свойств произво-
димого горячекатаного проката;
- сокращение длины технологической линии разливки МНЛЗ;
- более высокое теплосодержание непрерывнолитых заготовок, передаваемых для дальнейшей переработки, что способствует значительному энергосбережению.
Использование рассмотренной технологии производства высококачественного горячекатаного проката из непрерывнолитых заготовок с улучшенной макроструктурой требует убедительного обоснования как с эксплуатационной, так и экономической точки зрения. Необходимо при этом особо тщательно учитывать конкретные условия производимого горячекатаного проката.
Список литературы
1. Разливка стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) кислородно-конвертерного цеха. Технологическая инструкция ТИ: 101СТ - ККЦ - 10 -2007 г. 60 с.
2. Zhu Zhiyan, Wang Xinghua, Wang Wanjun, Zhang Jong-ming. Распределение толщины корочки в кристаллизаторе и расстояние между дендритами в корочке непрерывнолитого сляба // Beijing keji daxue xuebao - journal of university of science and technology Beijing. 2000 №6. C. 515-519.
3. Управление качеством непрерывнолитых заготовок: монография /Д.Х. Девятов, О.С. Логунова, В.Д. Тутарова [и др.].Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006.367 с.
4. Моделирование и оптимизация температурного поля непрерывнолитого слитка / И.О. Мищенко ,А.В. Дуб, Е.В. Макарычева, В.Г. Ордин // Известия вузов. Черная металлургия. 2006.№З.С. 15-21.
5. Динамическое управление температурным состоянием заготовок МНЛЗ / А.Е. Батраева, E.H. Ишметьев, С.Н. Андреев, Б.Н. Парсункин, З.Г. Салихов, А.Ю. Светлов // Известия вузов. Черная металлургия.2007.№11.С. 20 -25.
6. Влияние режима мягкого обжатия на макроструктуру непрерывнолитых слябов разной толщины / И.О. Басак, A.M. Столяров, В.В. Мошкунов, A.C. Казаков // Теория и технология металлургического производства. 2015. №1(16). С. 44-47.
7. Долматова О.Л., Столяров A.M. Анализ возможностей повышения производительности одноручьевой слябовой МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным участком // Теория и технология металлургического производства. 2016. №2(19). С. 18-22.
Сведения об авторах
Парсункин Борис Николаевич - д-р техн. наук, проф. каф. автоматизированных систем управления, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».
Андреев Сергей Михайлович - канд. техн. наук, зав. каф. автоматизированных систем управления, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: [email protected].
Галеев Руслан Рафаилович - студент каф. автоматизированных систем управления, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: [email protected].
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
IMPROVEMENT OF SLAB INTERNAL MACROSTRUCTURE BY MODIFICATION OF TECHNOLOGICAL CONDITIONS OF CONTINUOUS CASTING
Parsunkin Boris Nikolaevich - D. Sc. (Eng.), Professor of the Automated Control Systems Department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation.
Andreev Sergey Mikhailovich - Ph. D. (Eng.), Chief of the Automated Control Systems Department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation. E-mail: [email protected].
Galeev Ruslan Rafailovich - student of Chief of the Automated Control Systems Department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russian Federation. E-mail: [email protected].
Abstract. A universal technological scheme of energy-saving production of hot-rolled steel from continuously cast slab with an improved internal macrostructure is under consideration. Improvement of the macrostructure is ensured by removing in the liquid form from the central (axial) zone a continuous casting of the substandard metal when the continuous cast ingot is cut into measured lengths and then the blanks are compressed in the rolling stand installed at the caster exit.
An adjustable, efficient, technologically sound removal of the chipped metal from the central zone of the continuously cast billet is provided by appropriately controlling the cooling of the metal in the secondary cooling zone, controlling the casting speed of the continuous cast ingot and controlling the soft compression before cutting into the measured lengths.
Keywords: axial defects, reduction of slab, continuous casting, sintered metal, internal macrostructure ♦ ♦ ♦
Ссылка на статью:
Парсункин Б.Н., Андреев С.М., Галеев P.P. Улучшение внутренней макроструктуры непрерывнолнтых заготовок путем изменения технологических условий разливки // Теория и технология металлургического производства. 2017. №1(20). С. 31-35.
Parsunkin B.N., Andreev S.M., Galeev R.R. Improvement of slab internal macrostructure by modification of technological conditions of continuous casting. Teoria I tehnologia metallurgiceskogo proizvodstva. [The theory and process engineering of metallurgical production], 2017, vol. 20, no. 1, pp. 31-35.
