СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛЬНОГО ПРОКАТА ИЗ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК
METHOD FOR PRODUCTION OF ROLLED IRON FROM UNINTERRUPTEDLY-CASTED STOCKS

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве стального листового и сортового проката из непрерывнолитых заготовок.
Известен способ производства стального проката из непрерывнолитых заготовок, включающий непрерывную разливку стали через медный кристаллизатор с прямоугольной формой поперечного сечения, углы которого скруглены по радиусу. Непрерывнолитые заготовки в дальнейшем подвергают нагреву и горячей прокатке [1].
Недостатки известного способа состоят в том, что непрерывнолитая заготовка имеет низкое качество поверхности, неравномерную дендритную литую структуру. Это ухудшает качество готового проката, требует снижения скорости прокатки из-за опасности разрушения раската в стане.
Известен также способ производства стального проката из непрерывнолитых заготовок, включающий выплавку стали, непрерывную разливку в заготовки квадратного сечения, нагрев непрерывнолитых заготовок до температуры 1100-1280°С и их многопроходную горячую прокатку в валках с калибрами с суммарной вытяжкой не менее 36 [2].
Недостатки известного способа состоят в том, что границы дендритов литой структуры металла в зонах, прилегающих к прямым углам заготовок квадратного сечения, в процессе нагрева заготовок перед прокаткой интенсивно окисляются, а после нагрева быстро остывают, теряя пластичность. В результате этого готовый прокат имеет дефекты, а скорость прокатки приходится снижать из-за опасности разрушения раската в стане.
Наиболее близким аналогом по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства стального проката из непрерывнолитых заготовок, включающий непрерывную разливку стали с регламентированной скоростью через кристаллизатор прямоугольного сечения, с разделением получаемого слитка на заготовки мерной длины, их нагрев и горячую прокатку в полосы заданной формы и размеров [3].
Недостатки данного способа состоят в следующем. На поверхностях непрерывнолитых заготовок при неоптимальных температуре разливки и режимах качания кристаллизатора образуются дефекты, которые отрицательно сказываются на качестве проката. Также зоны металла в угловых частях заготовок прямоугольного сечения после нагрева имеют окисленные границы дендритов. Эти же участки наиболее интенсивно остывают перед и в процессе прокатки. На захоложенных участках (продольных ребрах заготовок) образуются дефекты в виде трещин и разрывов, что ухудшает качество проката и приводит к разрушению раската в прокатном стане. В результате снижается производительность прокатки.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества проката и производительности прокатки.
-1
Для решения поставленной технической задачи в известном способе производства проката, включающем непрерывную разливку стали через кристаллизатор с последующим разделением на заготовки, их нагрев и горячую прокатку, согласно изобретению разливку осуществляют в кристаллизатор со скругленными углами при температуре стали, превышающей температуру ликвидуса на 10-45°С, при этом кристаллизатору вдоль оси разливки сообщают колебания с частотой 40-380 мин и амплитудой 5-14 мм. Кроме того, разливку стали осуществляют через кристаллизатор прямоугольного, например квадратного, сечения. Кроме того, радиус скруглений углов кристаллизатора выбирают 0,1-0,4 от длины меньшей стороны прямоугольника. Кроме того, горячую прокатку заготовок осуществляют с коэффициентом суммарной вытяжки не менее 20.
-1
Сущность изобретения состоит в следующем. Экспериментально установлено, что при непрерывной разливке стали с температурой, на 10-45°С превышающей температуру ликвидуса, и колебании кристаллизатора вдоль оси разливки с частотой 40-380 мин и амплитудой 5-14 мм обеспечивается формирование качественной заготовки прямоугольного или квадратного сечения со скругленными углами, радиус округления которых составляет 0,1-0,4 от длины меньшей стороны прямоугольника или стороны квадрата. (Следует упомянуть, что квадрат есть равносторонний прямоугольник). При этом на гранях заготовки отсутствуют трещины и надрывы, неметаллические включения и пористость не «выжимается» при кристаллизации расплава от периферии в осевую зону заготовки, снижается уровень ликвации химических элементов и показатель осевой рыхлости. Скругленность углов с регламентированными параметрами обеспечивает формирование более равномерного фронта кристаллизации и упорядоченный рост дендритов без образования четких границ при встрече разнонаправленных кристаллитов. В результате регламентированной температуры непрерывной разливки стали и колебаний кристаллизатора со скругленными углами повышается деформируемость непрерывнолитого металла при горячей прокатке, снижается минимально допустимый суммарный коэффициент вытяжки, необходимый для обеспечения полной проработки литой структуры и обеспечения высоких механических свойств проката.
Скругленность углов исключает перегрев металла в угловых зонах и окисленность границ дендритов в процессе нагрева заготовки прямоугольного и квадратного сечения перед прокаткой. Кроме того, нагретая заготовка со скругленными углами при остывании перед и в процессе прокатки не имеет «захоложенных» ребер, характерных для заготовки со строго прямыми углами. За счет этого исключается образование дефектов проката в виде трещин и разрывов.
Экспериментально установлено, что если температура разливки стали в кристаллизатор со скругленными углами будет выше температуры ликвидуса менее чем на 10°С, при контакте расплава с холодными стенками кристаллизатора не исключается налипание стали на скругленные стенки. Колебания кристаллизатора с налипшей на скругленные участки стенки стали вдоль оси разливки приведет к разрывам застывающей оболочки, образованию пустот. На участках скругленных углов непрерывнолитых заготовок образуются трещины и надрывы. Это ухудшает качество проката, приводит к разрушению полосы в валках, снижению производительности прокатки. Повышение температуры разливки выше температуры ликвидуса более чем на 45°С замедляет продолжительность кристаллизации, вследствие чего из зон скругленных углов «выжимаются» неметаллические включения и легкоплавкие примеси в осевую часть непрерывнолитой заготовки. Это ухудшается качество проката.
-1
-1
При колебании кристаллизатора вдоль оси разливки с амплитудой более 14 мм и частотой менее 40 мин не исключается «зависание» литой заготовки. При «зависании» верхняя часть слитка, налипшая на скругленные участки стенки кристаллизатора, остается неподвижной, в то время как нижняя часть продолжает двигаться. Это приводит к разрыву затвердевшей оболочки слитка со скругленными углами и выливанию жидкой стали из кристаллизатора. Кроме того, увеличение амплитуды колебаний более 14 мм, как и увеличение частоты колебаний более 380 мин, увеличивает износ внутренних (контактных) плоских и, особенно, скругленных участков стенок кристаллизатора, что ухудшает качество поверхности непрерывнолитой заготовки и готового проката.
Снижение амплитуды колебаний кристаллизатора менее 5 мм приводит к замедлению кристаллизации стали в кристаллизаторе со скругленными углами, увеличению степени ликвации химических элементов в заготовке, а также увеличении ее пористости. Это ухудшает качество готового проката.
-1
При амплитуде колебаний менее 5 мм и частоте более 380 минохлаждение расплава и затвердевание корочки в зоне скругленных углов становятся неустойчивыми, не исключены разрывы непрерывнолитой заготовки и создание аварийных ситуаций.
В случаях, когда радиус скруглений составляет менее 0,1 длины меньшей стороны прямоугольника (или стороны квадрата), сохраняется эффект захоложенности продольных ребер непрерывнолитой заготовки. Это ведет к дефектообразованию при горячей прокатке, аварийным остановкам прокатного стана из-за разрушения полосы в валках. При увеличении радиуса скруглений более 0,4 длины меньшей стороны прямоугольника (или стороны квадрата) снижается устойчивость заготовки в валках. Это приводит к застреваниям заготовки в линии прокатного стана, снижению производительности прокатки.
Предложенные режимы производства проката позволяют уменьшить допустимый коэффициент суммарной вытяжки, при которой достигается получение высококачественного проката, до λ=20. Однако при коэффициенте суммарной вытяжки λ менее 20 микроструктура стали в готовом прокате сохраняет (наследует) остатки литых кристаллитов. В результате ухудшается качество готового проката.
Примеры реализации способа
Для производство сортового проката производят выплавку стали марки СтЗсп. Выплавленную сталь подвергают непрерывной разливке на криволинейной МНЛЗ с водоохлаждаемым медным кристаллизатором квадратного сечения с длиной стороны S=150 мм. Углы кристаллизаторов выполнены скругленными. Радиус скруглений в k=0,25 раз меньше длины стороны S квадратного кристаллизатора, т.е.
R=k·S=0,25·150 мм = 37,5 мм.
л
Непрерывную разливку заготовок производят при температуре Т=1485°С, что на величину δ=27°С превышает температуру ликвидуса Т=1458°С стали марки СтЗсп.
-1
В процессе разливки кристаллизатору квадратного сечения сообщают колебательное движение вдоль вертикальной оси (вдоль оси разливки) с частотой f=240 мин (240 колебаний в минуту) и с амплитудой А=10 мм.
а
Непрерывнолитые заготовки квадратного сечения разрезают в поперечном направлении с помощью газокислородной резки на мерную длину 9 м. Полученные заготовки нагревают в методической печи до температуры Т=1230°С и осуществляют их прокатку на среднесортном стане 350 в полосы круглого сечения диаметром d=34 мм с величиной суммарной вытяжки λ=26. Благодаря такой технологии достигается повышение качества сортовых профилей и горячекатаных полос выход годного максимальный и составляет Q=98,5% при производительности прокатного стана Рг=310 т/ч.
Для производства листового проката производят выплавку стали марки 08Ю. Выплавленную сталь подвергают непрерывной разливке на криволинейной МНЛЗ с водоохлаждаемым медным кристаллизатором в слябы с прямоугольным сечением S×B=250×l350 мм.
Углы кристаллизатора выполнены скругленными. Радиус скруглений R в k=0,30 раз меньше меньшей стороны S кристаллизатора, прямоугольного сечения, т.е.:
R-k·S=0,30·250 мм = 75,0 мм.
л
Непрерывную разливку заготовок производят при температуре Т=1472°С, что на величину δ=40°С превышает температуру ликвидуса T=1432°C стали марки 08Ю.
-1
В процессе разливки кристаллизатору сообщают колебательное движение вдоль вертикальной оси (вдоль оси разливки) с частотой f=170 мин (170 колебаний в минуту) и с амплитудой А=7 мм.
а
Получаемый слиток разрезают в поперечном направлении с помощью газокислородной резки на слябы с мерной длиной 12 м. Непрерывнолитые слябы нагревают в методической печи до температуры Т=1220°С и осуществляют их прокатку на непрерывном широкополосном стане 1700 в полосы толщиной h=3,8 мм с величиной суммарной вытяжки λ=65.
Благодаря такой технологии достигается повышение качества листового проката: выход годного максимальный и составляет Q=98,6% при производительности прокатного стана Рг=490 т/ч.
Варианты реализации способа и показатели их эффективности представлены в таблице.
Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4, №8-10) достигается повышение качества листового и сортового проката, а также производительности прокатки. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1, 5, 7, 11) имеет место ухудшение качества проката, по причине чего снижается выход годного, а также достигается более низкая производительность сортопрокатного и листопрокатного станов. Также более низкое качество и производительность прокатки имеют место в случае реализации способа-прототипа (варианты №6 и 12).
Режимы производства проката и их эффективность
№ п/п
δ, С°
f, мин<sup>-1</sup>
А, мм
k
λ
Q, %
Pr, т/ч
Сортовая заготовка
1.
9
39
4
0,09
19
86,2
270
2.
10
40
5
0,10
20
98,0
308
3.
27
240
10
0,25
34
98,5
310
4.
45
380
14
0,40
50
98,4
309
5.
46
390
15
0,50
60
85,1
250
6.
0
не регл.
не регл.
-
90
80,4
244
Слябовая заготовка
7.
8
38
4
0,08
18
85,4
410
8.
10
40
5
0,10
20
98,6
490
9.
25
170
7
0,30
50
98,6
495
10.
45
380
14
0,40
65
98,5
490
11.
47
390
16
0,45
80
82,1
380
12.
50
не регл.
не регл.
-
90
80,5
405
-1
Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что непрерывная разливка стали при температуре на 10-45°С выше температуры ликвидуса в кристаллизатор прямоугольного и квадратного сечения со скругленными углами, радиус округления которых составляет 0,1-0,4 от длины меньшей стороны прямоугольника (или квадрата), при колебании кристаллизатора вдоль оси разливки с частотой 40-380 мин и амплитудой 5-14 мм, а также горячей прокаткой заготовок и слябов с суммарной вытяжкой не менее 20, обеспечивают повышение качества и производительности прокатки сортового и листового проката. В качестве базового объекта принят способ-прототип. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства сортового и листового проката на 10-14%.
Литература
1. Патент Российской Федерации №2320453, МПК B22D 11/041, 2008 г.
2. Патент Российской Федерации №2291205, МПК C21D 8/06, С22С 38/14, 2007 г.
3. Патент Российской Федерации № 2316401, МПК В21В 1/46, 2008 г. - прототип.