Влияние температуры разливаемого металла на качество непрерывно-литого сляба и листового проката Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Таблица 3

Состав никелевого покрытия в анализируемой точке (см. рисунок, а)

Химический состав,% масс.

Fe Co Ni Mo ИТОГО

80,60 3,06 15,23 1,09 100

Данный способ переработки никелевых шлакоотвалов заявлен на получение патента на изобретение.

УДК 621.74.047

Е.А. Шевченко, A.M. Столяров

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» А.Н. Шаповалов

ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"», Новотроицкий филиал

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РАЗЛИВАЕМОГО МЕТАЛЛА НА КАЧЕСТВО НЕПРЕРЫВНО-ЛИТОГО СЛЯБА И ЛИСТОВОГО ПРОКАТА

В электросталеплавильном цехе ОАО «Уральская Сталь» с 2004 года эксплуатируется одноручьевая слябовая МНЛЗ фирмы «SMS Demag». Машина криволинейного типа с вертикальным участком имеет базовый радиус 10,5 м, шесть точек загиба и четыре точки правки слябовой заготовки. На МНЛЗ отливаются слябы с размерами поперечного сечения 190, 270*1200 мм. Металлургическая длина машины составляет 30,305 м. Вместимость сталераз-ливочного и промежуточного ковшей равняется 120 и 25 т соответственно. Вертикальный кристаллизатор имеет высоту 900 мм с поддерживающей системой на выходе. Зона вторичного охлаждения (ЗВО) состоит из 17 секций. Максимальная скорость вытягивания сляба из кристаллизатора по механизмам равняется 2 м/мин. Производительность МНЛЗ в 2011 году составила 883 тыс. т заготовок. На слябовой МНЛЗ в основном разливалась сталь марок 09Г2С, 10ХСНДА и класса прочности К52-1. Несмотря на продолжительный срок эксплуатации машины - около восьми лет и проведенную модернизацию оборудования, отсортировка горячеката-

ного листового проката толщиной от 8 до 50 мм по дефектам непрерывно-литого сляба является значительной. Так, в 2011 году отсортировка проката из слябов толщиной 190 и 270 мм равнялась соответственно 1,98 и 4,76% (отн.). Из этих данных следует, что наиболее проблемной является отливка качественных слябов толщиной 270 мм. Известно, что соблюдение необходимого температурного режима непрерывной разливки стали является важным условием получения качественных отливок. В работе исследуется влияние температуры металла в промежуточном ковше МНЛЗ на качество слябов толщиной 270 мм и производимых из них листов.

При проведении исследования был составлен и проанализирован массив производственных данных, насчитывающий около 1300 плавок стали марок 09Г2С, 10ХСНДА и класса прочности К52-1. Данные о параметрах плавок представлены в табл. 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,% 0,006-0,012 0,006-0,012 0,006-0,012

водорода, ррт 4,8-9,1 4,6-9,2 5,2-8,3

Температура металла

в промежуточном ковше, °С: минимальная 1521 1519 1521

максимальная 1547 1546 1550

средняя 1533 1533 1535

Температура ликвидус (среднее значение), °С 1513 1510 1516

Величина перегрева метал-

ла в промежуточном ковше, °С:

минимальная 8 9 5

максимальная 34 36 34

средняя 20 23 20

Скорость вытягивания сляба

из кристаллизатора, м/мин:

минимальная 0,80

максимальная 1,00

средняя 0,90

Из приведенной в таблице информации следует, что разливаемая на МНЛЗ сталь двух марок и одного класса прочности имела достаточно высокое содержание растворенных газов: азота -до 0,012% и водорода - до 9,2 ррт. Диапазон изменения температуры металла в промежуточном ковше составлял от 26 до 29°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 соответственно равнялась 8-34, 9-36 и 5-34°С при допустимых, согласно технологической инструкции, значениях 10-25°С. На рис. 1 представлено частотное распределение величин перегрева трех разновидностей стали.

Величина перегрева металла, °С Е2К52-1; О09Г2С; КЭЮХСНДА

Рис. 1. Частотное распределение величин перегрева стали марок 09Г2С, 10ХСНДА и класса прочности К52-1 в промежуточном ковше МНЛЗ

Наиболее часто, примерно в 29% случаев, наблюдалось превышение величины перегрева над максимальным регламентированным значением при разливке стали марки 10ХСНДА и в менее 10% случаев - при разливке стали марки 09Г2С и класса прочности К52-1.

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.

При отливке слябов толщиной 270 мм 303 плавок были отобраны угловые темплеты для изучения влияния параметров разливки на величину выпучивания узких граней заготовок. Анализ качества отобранных темплетов показал, что 65% всех темплетов имеют выпучивание узких граней величиной 2-12 мм. На рис. 2 показаны данные о влиянии величины перегрева металла в промежуточном ковше на выпучивание узких граней слябов толщиной 270 мм.

I

га т

Т

>

С .0 т

га

I

2--.

ш ш

10...20

21...30

Величина перегрева металла в промежуточном ковше, °С

Шь 09Г2С;

10ХСНДА;

К52-1

Рис. 2. Влияние величины перегрева стали марок 09Г2С, 10ХСНДА и класса прочности К52-1 в промежуточном ковше МНЛЗ на величину выпучивания узких граней слябов толщиной 270 мм

Из рисунка видно, что при увеличении перегрева металла в промежуточном ковше в среднем на 10°С выпучивание узких граней слябов возрастает наиболее сильно при разливке стали марки 09Г2С - примерно в 2,4 раза, в 1,5 и 1,7 раза - при разливке стали марки 10ХСНДА и класса прочности К52-1 соответственно. Выпучивание происходит вследствие ферростатического давления расплава на затвердевшую корочку заготовки недостаточной толщины, что объясняется нерациональным температурно-скоростным режимом разливки металла.

8

6

4

0

Известно [1, 2], что выпучивание узких граней непрерывно-литой заготовки является внешним признаком увеличения степени развития целого ряда внутренних дефектов: осевой рыхлости, осевой химической неоднородности, осевых трещин, трещин, перпендикулярных разным граням заготовки, и др. Анализ качества макроструктуры 257 темплетов из слябов толщиной 270 мм (табл. 2) в целом подтвердил данные прогнозы.

Данные табл. 2 свидетельствуют о том, что при разливке перегретого металла возрастает степень развития всех изученных дефектов, особенно осевой рыхлости, осевой химической неоднородности, трещин, перпендикулярных узким и широким граням сляба. Так, при разливке металла с перегревом более 20°С над температурой ликвидус 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 43% (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.

Большая степень развития внутренних дефектов непрерывно-литых 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.

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 являются внутренние несплошности, обнаруживаемые при ультразвуковом контроле листов, а также рванины и трещины.

Таким образом, в результате проведенного исследования установлено, что перегрев металла в промежуточном ковше МНЛЗ выше допустимого технологической инструкцией верхнего предела ведет к нарушению температурно-скоростного режима непрерывной разливки стали и вызывает снижение качества как литого металла, так и производимого из него горячекатаного листа.

Таблица 2

Результаты оценки макроструктуры слябов толщиной 270 мм, отлитых из стали марок 09Г2С, 10ХСНДА и класса прочности К52-1 с различной величиной перегрева металла в промежуточном ковше

Дефект* Марка стали или класс прочности Величина перегрева металла,°С

10-20 более 20

Степень развития дефекта", баллы

ОР 09Г2С 0,5-1,5 1,20 1,0-2,0 1,7

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 1,5

ОХН 09Г2С 0,5-1,0 1,0 1,0-1,5 1,3

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

ОТ 09Г2С 0,5-1,0 0,6 0,5-1,0 0,8

10ХСНДА 0-1,0 0,43 0-1,0 0,53

К52-1 0-1,0 0,39 0-1,0 0,52

ТПУ 09Г2С 0,5-1,0 0,8 0,5-1,5 1,15

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

ТПШ 09Г2С 0,5-1,0 0,75 0,5-1,5 0,95

10ХСНДА 0,5-1,5 0,87 0,5-1,5 1,11

К52-1 0-1,5 0,78 0-1,5 0,94

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.

09Г2С

10ХСНДА

К52-1

Марка стали или класс прочности

Величина перегрева металла в промежуточном ковше °С: 10-25; более 25

Рис. 3. Данные по отбраковке толстых горячекатаных листов из непрерывнолитых слябов толщиной 270 мм в 2011 году

Список литературы

1. Ботников С.А. Современный атлас дефектов непрерывнолитой заготовки и причины возникновения прорывов кристаллизующейся корочки металла. 2 изд. Волгоград, 2011. 220 с.

2. Влияние дефектов макроструктуры непрерывнолитой слябовой заготовки на качество листового проката в условиях ОАО «Уральская Сталь» /Е.А. Шевченко, А.Н. Шаповалов, В.Д. Ту-тарова, Д.С. Сафонов // Литейные процессы: межрегион. сб. науч. тр. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. Вып.10. С. 73-79.