СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ ТРЕЩИН В ЗАТВЕРДЕВШЕЙ ОБОЛОЧКЕ СЛЯБА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ
METHOD FOR DIAGNOSIS OF LONGITUDINAL CRACKS IN HARDENED SHELL SLAB IN CRYSTALLISER

Изобретение относится к области металлургии, в частности к непрерывной разливке металла на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
Наличие дефекта продольной трещины на поверхности непрерывнолитой заготовки не позволяет отправить слябовую заготовку в прокатку. Для устранения трещины осуществляют огневую зачистку сляба. При этом возникают дополнительные затраты, связанные с оплатой труда, потерей металла и прочими расходами.
Процесс формирования продольной трещины на поверхности непрерывнолитой заготовки можно разделить на два этапа:
- зарождение трещины в виде ликвационных полосок или микротрещин из-за неравномерного теплоотвода в кристаллизаторе;
- разрыв формирующейся корочки на выходе из кристаллизатора под действием ферростатического давления и механического воздействия на нее роликов ЗВО.
Диагностирование возникновения продольной трещины выполняют на этапе ее формирования в кристаллизаторе по изменению температуры поверхности сляба, причем локальную температуру отливаемой заготовки измеряют расположенными в стенке кристаллизатора термоэлементами. Термоэлементы устанавливают ниже уровня металла в кристаллизаторе в виде матрицы, состоящей, по крайней мере, из трех рядов и множества столбцов.
После диагностирования продольной трещины выполняют различные технологические операции, направленные на предотвращение распространения продольной трещины, такие как: снижение скорости разливки и удаление переохлажденных участков шлака с мениска металла в кристаллизаторе.
Известен способ прогнозирования продольных трещин в отливаемой заготовке при непрерывной разливке по изменению температуры поверхности сляба, причем локальную температуру отливаемой заготовки измеряют расположенными в стенке кристаллизатора термоэлементами (CN 101985166). Термоэлементы располагаются ниже уровня металла в кристаллизаторе в виде матрицы, состоящей, по крайней мере, из трех рядов и множества столбцов. Для диагностирования возникновения продольных трещин одновременно оцениваются разность показаний термоэлементов, находящихся в одном ряду, и характер изменения во времени показаний термопар, находящихся в одном столбце.
Известен способ диагностирования продольных трещин в затвердевшей оболочке сляба в кристаллизаторе по изменению температуры поверхности сляба, причем локальную температуру отливаемой заготовки измеряют расположенными в стенке кристаллизатора термоэлементами (WO 2012043985). Термоэлементы располагаются ниже уровня металла в кристаллизаторе в виде матрицы. При этом все множество термоэлементов разделено на две группы: первая группа термоэлементов - область кристаллизатора, в которой не возникают продольные трещины (крайние области широких стенок кристаллизатора, примыкающие к узким стенкам), вторая группа - область кристаллизатора, где возникают продольные трещины (центральная область широких стенок кристаллизатора в районе погружного стакана). Диагностирование продольных трещин выполняется по разнице показаний термоэлементов первой и второй группы.
Недостатком указанных способов является то, что при диагностировании продольных трещин не учитывают химический состав разливаемой стали, а само диагностирование производится по результатам сравнения рассчитанных диагностических параметров с конкретными предварительно определенными пороговыми значениями. Однако известно, что на склонность плавки к трещинообразованию существенное влияние оказывает количественное содержание различных химических элементов в составе разливаемой плавки, таких как S, С, Mn и т.д.
В результате, для плавок, не склонных к трещинообразованию, могут формироваться ложные диагнозы, в то же время для плавок, склонных к трещинообразованию, возникновение отдельных трещин может не диагностироваться.
Таким образом, задачей представленного изобретения является повышение достоверности диагностирования продольных трещин.
Решение указанной задачи обеспечено тем, что в способе диагностирования продольных трещин в затвердевшей оболочке сляба в кристаллизаторе, включающем измерение температуры поверхности сляба с помощью термоэлементов, встроенных в стенки кристаллизатора и разделенных на первую группу, расположенную в области погружного стакана, и вторую группу, расположенную в области, удаленной от погружного стакана, диагностирование продольных трещин по разнице показаний термоэлементов первой и второй группы, дополнительно выполняют химический анализ разливаемой стали, для которой определяют параметр S, характеризующий склонность к образованию продольных трещин и основанный на статистических данных по трещинообразованию разлитых ранее плавок, с последующей корректировкой порогового значения разницы показаний термоэлементов первой и второй группы в сторону уменьшения для плавок, склонных к трещинообразованию, или в сторону увеличения для плавок, не склонных к трещинообразованию.
Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.
1
2
n
1. Первоначально по результатам химического анализа разливаемой стали формируется вектор X(x, x, …, x) значений массовых долей химических элементов, содержащихся в расплаве, по которому рассчитывают параметр S, характеризующий склонность марки стали с химическим составом X к образованию продольных трещин в процессе разливки на МНЛЗ. Для этого:
1.1. На основании статистических данных по трещинообразованию на отлитых заготовках формируются две обучающие выборки
и , где
1
ij
D - массив k×n значений массовых долей х химических элементов, содержащихся в k плавках, разлитых на МНЛЗ с продольными трещинами на слябах, где x - массовая доля i-го химического элемента, содержащегося в j-ой плавке;
2
ij
D - массив l×n значений массовых долей х химических элементов, содержащихся в l плавках, разлитых на МНЛЗ без продольных трещин на слябах, где x - массовая доля i-го химического элемента, содержащегося в j-ой плавке.
1
2
Каждая строка из массивов D и D представляет собой точку в n-мерном пространстве координат, а совокупность указанных точек формируют две области в упомянутом пространстве, соответствующие химическому составу стали с различной склонностью к трещинообразованию слябов при разливке на МНЛЗ.
1
2
1
2
n
λn+1
n
1.2. Линейным методом разделения диагнозов выполняется построение n-мерной плоскости, разделяющей сформированные области D и D. В соответствии с линейным методом разделения положение указанной плоскости в n-мерном пространстве однозначно определяется весовым вектором λ(λ, λ, …, λ, ), где λ - весовые коэффициенты.
1
2
n
1.3. Величина параметра S, характеризующего склонность марки стали с химическим составом X(x, х, …, x), определяется исходя из следующего выражения:
1
1
2
2
n
n
n+1
S=λх+λx+…λx+λ,
n
где x - значение массовой доли химического элемента, содержащегося в стали, полученное в результате замера химического состава, непосредственно перед разливкой на МНЛЗ.
1
2
n
Если S>0, то склонность к образованию продольных трещин на поверхности сляба с химическим составом стали X(x, x, …, x) высокая, если S<0, то низкая.
ПОР
ПОРmin
ПОР
ПОРmax
1.4. Для плавок с высокой склонностью образования продольных трещин (S>0) на слябе выбирают минимальное пороговое значение разницы показаний термоэлементов ΔТ=ΔТ, при превышении которого диагностируют возникновение продольной трещины. Для плавок с низкой склонностью к образованию продольных трещин на слябе (S<0) выбирают максимальное пороговое значение разницы показаний термоэлементов ΔТ=ΔТ, при превышении которого диагностируют возникновение продольной трещины.
2. На втором этапе выполняют непосредственное диагностирование возникновения продольных трещин в отливаемой заготовке с учетом параметра S, рассчитанного на первом этапе:
2.1. Формируют массив показаний термоэлементов за период времени Т. Массив представляет собой буфер FIFO, обновляющийся с приходом каждой новой посылки показаний термоэлементов;
2.2. Для каждого термоэлемента первой группы (в области погружного стакана) определяют значение последнего локального максимума температуры и последнего локального минимума температуры;
2.3. Определяют разницу между значениями локальных экстремумов и текущими показаниями термоэлемента, полученных в п. 2.2;
2.4. Если значения разностей, рассчитанных в п. 2.3, превышают критические значения, то по данному термоэлементу выставляют флаг наличия захолаживания. Флаг остается активным до тех пор, пока длина отлитой заготовки с момента обнаружения захолаживания не превысит высоту кристаллизатора;
2.5. Если хотя бы для двух термоэлементов какого-либо столбца первой группы установлены флаги обнаружения захолаживания - для данного столбца выставляется флаг подозрения на наличие продольной трещины в районе встройки термоэлементов столбца;
2.6. По показаниям термоэлементов второй группы (фоновая область) отдельно для базовой и не базовой стенок кристаллизатора послойно рассчитывают средние значения;
2.7. Для столбцов, обозначенных флагом подозрения на наличие продольной трещины в районе встройки термопар столбца, послойно рассчитывают разницу между средним значением фоновых термопар и текущим значением показаний термопар столбца;
ПОР
2.8. Если хотя бы для двух термопар столбца рассчитанная в п. 2.7 разница превышает пороговое значение ΔТ, скорректированное на первом этапе (п. 1.4) - устанавливают флаг наличия продольной трещины в районе встройки термопар столбца.
Данный алгоритм был опробован на МНЛЗ №6 в ККЦ ОАО «ММК». В качестве примера приведен расчет определения момента возникновения дефекта «продольная трещина» выявленного в процессе разливки плавки в слябы толщиной 250 мм и шириной 2600 мм, со следующим химических составом: [С]=0,10%, [Si]=0,25%, [Mn]=1,50%, [S]=0,005%, [Р]=0,011%, [Al]=0,041%.
ПОРmin
По результатам химического анализа разливаемой плавки был произведен расчет параметра S, который составил 0,01. Поэтому, данная плавка характеризуется высокая склонностью к образованию дефекта «продольная трещина» и соответственно выбирается пороговое значение разницы температур ΔТ=3 оС.
При разливке металла непрерывно формируется массив показаний температур с 14 столбцов термоэлементов, расположенных в три ряда на базовой и не базовой стенке кристаллизатора. К термоэлементам первой группы относится с 6 по 9 столбцы, а к фоновой области относятся с 1 по 5 и с 10 по 14 столбцы для базовой и не базовой стенки кристаллизатора. При этом в первой группе термопар производится постоянный расчет локального максимума и минимума температуры, и сравнивается с текущими показаниями температуры с термоэлементов.
В момент разливки сляба было обнаружено, что по не базовой стенке кристаллизатора в столбце №7 происходит локальное «захолаживание» температуры по верхнему и среднему ряду термоэлементов
max
в
кр
Верхний слой: T-t=139,3-122,9=16,4°С>Т=6,4°С;
min
в
кр
T-t=130,0-122,9=7,1°С>Т=3,5°С;
max
c
кр
Средний слой: T-t=104,5-91.2=13,3°С>Т=6,0°С;
min
c
кр
T-t=96.1-91,2-4,9°С>Т=3,5°С;
max
н
кр
Нижний слой: T-t=86,2-76,7=9,5°С>Т=6,4°С;
min
н
кр
T-t=80.0-76,7=3,3°С<Т=3,5°С,
min
max
где T и T - локальные экстремумы температуры за период времени Т, °С;
в
c
н
t, t, t - текущие показание температуры измеренное термоэлементами в момент разливки сляба, °С.
Среднее значение температуры в фоновой области по каждому ряду термоэлементов в момент разливки данного сляба:
срв
Верхний слой: Т=128,9°С;
средс
Средний слой: Т=95,3°С;
срн
Нижний слой: Т=81,6°С.
ПOPmin
Разница между средними значениями температуры в фоновой области термоэлементов и текущими значениями показаний температуры с термоэлементов в столбце №7 в момент разливки данного сляба сравнивается с пороговым значением ΔT:
срв
в
ПОPmin
Т-t=128,9-122,9=6,0°С>ΔT=3,0°С;
средс
c
ПОPmin
Т-t=95,3-91,2=4,1°С>ΔT=3,0°С;
срн
н
ПОPmin
Т-t=81,6-76,7=4,9°С>ΔT=3,0°С.
Так как разница между средними значениями температуры в фоновой области термоэлементов и текущими значениями показаний температуры с термоэлементов в столбце №7 превысило пороговое значение, то данному слябу устанавливается флаг о наличии дефекта поверхности «продольная трещина» в области термоэлементов столбца №7.
На данный сляб был установлен флаг о возможном наличии дефекта поверхности «продольная трещина», и он был направлен на контроль качества поверхности. При контроле качества на поверхности сляба наличие дефекта поверхности «продольная трещина» было подтверждено.