Особенности процесса затвердевания и формирования структуры слябов крупного сечения, отливаемых на криволинейной МНЛЗ

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2004 р. Вип. № 14

УДК 621.746.62:669.189

Корниенко А.И.1, Казачков Е.А.2, Федосов A.B.3

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ЗАТВЕРДЕВАНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ СЛЯБОВ КРУПНОГО СЕЧЕНИЯ ОТЛИВАЕМЫХ НА КРИВОЛИНЕЙНОЙ МНЛЗ

Рассмотрены особенности строения непрерывнолитого слитка, отливаемого на криволинейной МНЛЗ. Проведен ряд исследований с целью оценки эффективности асимметричного охлаждения широкого сляба с уменьшением расхода воды по малому радиусу в IV-IX зонах вторичного охлаждения МНЛЗ. Применение асимметричного способа охлаждения позволило улучшить качество осевой зоны толстолистового проката.

Качество и уровень механических, свойств непрерывнолитого сляба определяется физической и химической структурой затвердевшей заготовки. Известно, что непрерывнолитые слитки, отливаемые на криволинейных МНЛЗ, имеют несимметричную макроструктуру относительно широких граней слитка. Для слитков большой толщины (250...300 мм) зоны ориентированной структуры по большому радиусу в 1,4 - 2,5 раза меньше, чем по малому. Также наблюдается смещение теплового центра относительно оси слитка. Структурная неоднородность в криволинейных слитках обуславливает и их химическую неоднородность, что в совокупности ухудшает механические свойства непрерывнолитого сляба и является причиной появления внутренних дефектов слитка. [1]

На формирование несимметричной структуры непрерывнолитого слитка, в условиях криволинейной МНЛЗ, оказывают влияние следующие факторы:

- криволинейная грань меньшего радиуса г охлаждается водой, поступающей сверху, а грань большего радиуса R охлаждается водой, поступающей снизу. Это создает разные условия вынужденного движения пленки воды вдоль охлаждаемых поверхностей противоположных криволинейных граней и приводит к различным коэффициентам теплоотдачи при одинаковых значениях плотности орошения. [2]

- постепенный переход криволинейной заготовки из вертикального в горизонтальное положение, сопровождается развитием и усилением гравитационных процессов осаждения отделившихся дендритов на нижний фронт кристаллизации, препятствуя, таким образом, росту столбчатых кристаллов по большому радиусу. [1,2]

- возникновение и развитие замкнутых конвективных потоков по периметру слитка вследствие различной температуры поверхности по большому и малому радиусу. [3,5]

Изменение условий теплоотвода в зоне вторичного охлаждения непрерывнолитого слитка является, пожалуй, наиболее гибким и удобным технологическим фактором для создания условий симметричной кристаллизации слитка. Это можно осуществить путем создания условий асимметричного охлаждения за счет уменьшения подачи воды в зоне вторичного охлаждения на малый радиус непрерывнолитого слитка.

Целью данной работы являлось исследование особенностей формирования структуры криволинейной заготовки и выявления влияния асимметричного охлаждения сляба на формирование структуры заготовки.

Для оценки влияния условий асимметричного охлаждения на макроструктуру и химическую неоднородность криволинейной заготовки исследовали два варианта охлаждения: асимметричное охлаждение (частичное отключение водяного охлаждения в зонах IV-IX по малому радиусу) на опытном ручье, симметричное охлаждение (по технологической инструкции) на контрольном ручье. 'ЗАО «Контакт», канд. техн. наук 2ПГТУ, д-р техн. наук, проф. 3ПГТУ, аспирант

Экспериментальную часть работы выполнили в условиях ККЦ на криволинейных МНЛЗ с сечением заготовки (250-300)х1650 мм2 и ТЛС 3000 и 3600 МК им. Ильича и МК. «Азовсталь».

Для исследования условий формирования неоднородности, особенностей затвердевания, в т. ч. методом авторадиографии, отобрали и обработали 36 полутемплетов (16 продольных и 20 поперечных) и 19 поперечных темплетов, а также 64 образца для определения параметров кристаллизации и качества толстолистового проката.

Исследование макроструктуры производили по серным отпечаткам (по Бауману) и на протравленных темплетах сравнением натурального вида темплетов со схематическими эталонами ОСТ 14-4-72.

С целью оценки эффективности опытных и контрольных (по технологической инструкции) режимов охлаждения производили измерения температуры поверхности противоположных широких граней слябов. В 1-Ш зонах рассогласование температуры (Т11г=Т11-Тг) составляет от -5 до -20 К (ТЯ, Тг - температуры поверхности широких граней большого и малого радиусов соответственно, °С). Это объясняется тем, что зазор между формирующейся оболочкой и стенкой кристаллизатора по большому радиусу меньше , чем по малому радиусу[2,4], соответственно в кристаллизаторе теплоотвод от широкой грани слитка будет выше, а температура поверхности ниже. В 1У-1Х зонах рассогласование температуры составляет от +10 до +80 °С (для 09Г2С). Средние значения рассогласования температуры на выходе из бункера (окончание жидкой фазы) составляют 30...55 °С.

Это, связано с двумя факторами: во-первых, с прямым контактом охлаждающей воды в ПЫХ зонах с поверхностью сляба по малому радиусу, т.е. с несовершенством существующих систем и режимов охлаждения, (в том числе и системы управления тепловым режимом) для криволинейных МНЛЗ; во-вторых, с условиями гравитационного («осаждающего») механизма затвердевания слябов, отливаемых на криволинейных МНЛЗ.

Очевидно, в связи с вышеизложенным, возможно компенсировать неадекватные условия затвердевания созданием асимметричных условий охлаждения. Так на рис. 1 приведено изменение рассогласования температуры поверхности при реализации опытных режимов асимметричного охлаждения: снижение расходов воды с IV ЗВО малого радиуса на 25,50 и 90 %.

Горизонтальный

150

а и

х в К о а

3

и 100

а £

50

-50

I .п. ш , IV . у . VI . VII п VIII тх Н

1

___ 2 --X

/ ___о- -о---- 3

4 --о

— о "- д

1-

5 10 15 20

Расстояние от мениска, м

Рис. 1 - Изменение рассогласования температуры поверхности сляба: охлаждение по ТИ (базовый вариант) Ст. Зсп; 2 - охлаждение по ТИ (базовый вариант) Ст. 09Г2С; 3,4,5 - снижение расхода воды (с IV ЗВО малого радиуса) на 25, 50 и 90 %

соответственно. Ст. 09Г2С

Использование режима асимметричного охлаждения с уменьшением расхода воды по малому радиусу с IV ЗВО на 25...50 % обеспечивает стабильное рассогласование температуры

не превышающее +35 К. Значительное уменьшение рассогласования температур широких граней слитка привело к созданию условий кристаллизации более близких к симметричным, что в свою очередь нашло отражение в изменении макроструктуры слитка (рис. 2).

Рис. 2 - Макроструктура непрерывнолитых слитков при различных условиях охлаждения. 1 - Опытный ручей; 2 - Базовый вариант (по ТИ).

Таким образом при переходе на асимметричный режим охлаждения зоны: (а) - зона неориентированных мелкозернистых равноосных кристаллов практически не изменила размеров, (б, в) - зона ориентированной структуры уменьшилась по малому радиусу и увеличилась по большому, (г) - зона неориентированных равноосных кристаллов смесилась в направлении оси заготовки. Увеличение расстояния от окончания зоны ориентированной структуры по малому радиусу до теплового центра за счет снижения рассогласования температуры поверхности широких граней обеспечивает заметное снижение (от 9,0 до 6,5 см/см2) относительной протяженности сульфидов в осевой зоне (в тепловом центре).

Провели также опытное опробование различных режимов охлаждения в объеме 12 плавок с полным хронометражем технологии, измерением рассогласования температуры широких граней в конце зоны охлаждения и определением структурной, физической и химической неоднородности опытных и контрольных темплетов. Результаты приведены в таблице.

Таблица - Экспериментальные данные по структурной, физической и химической неоднородности опытных плавок.

Параметры Средние значения параметра при режимах разливки:

Технологические А Б В Г д

соотношение расходов воды по малому и большому радиусам 1,0 0,75 0,50 0,25 0,10

температура разливки, °С 1540 1546 1530 1530 1530

линейная скорость разливки, м, ми и 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

удельный расход воды в ЗВО, л/кг 0,40 0,35 0,40 0,28 0,20

рассогласование температуры широких граней (окончание зоны охлаждения), иС 49 21 25 12 6

Структурная неоднородность

ориентированная структура по малому радиусу, мм 147,0 139,8 134,7 123,4 104,4

неориентированная структура, мм 82,0 81,3 61,7 104,2 114,0

ориентированная структура по большому радиусу, мм 67,0 77,0 99,2 67,5 77,3

эксцентриситет теплового центра, мм 0,5 1,675 1,5 6,98 7,6

расстояние от окончания ориентированной структуры по малому радиусу до теплового центра, мм 0,6 7,73 10,95 17,2 35,6

Физическая и химическая неоднородность, балл

осевая химическая неоднородность 1,5 1,5 1,5 1,0 0,5

осевая трещина 1,0 0 0 0 0

осевая рыхлость 2,0 2,0 2,5 2,0 1,0

трещины перпендикулярные граням 1,0 0,5 1,0 0,5 0,5

гнездообразные трещины 0,5 0,5 0,5 0 0

Исследовали влияние рассогласования температуры поверхности широких граней слябов, и их структурной неоднородности на качество осевой зоны толстолистового проката. Качество осевой зоны листов оценивали по относительной протяженности сульфидных включений, а также по относительному сужению разрывных образцов по толщине в соответствии с ИСО 7773.

На рис. 3 приведена зависимость относительного сужения разрывных образцов по толщине от рассогласования температуры поверхности широких граней слябов из стали 09Г2С.

При рассогласовании температуры поверхности широких граней слябов не более 10 °С относительное сужение образцов по толщине составляет от 16 до 35 %, что соответствует классу 3 (ТУ 14-1-44-31).

% >>

о <и о X Л Ч о Н К о О

и

н О

40

30

20

10

•

• 7/ 7/ /7 V, 7/

/ / •/ / / • д Ч; ¿¿с V/ 7/ У/,

• • • • «а, • • ф • • • _ • •

10 20 30 40 50

Рассогласование температуры поверхности широких граней, °С

60

Рис. 3 - Зависимость относительного сужения от рассогласования температуры поверхности широких

граней слябов из стали 09Г2С * Требования ТУ 14-1-4431-88 класс 3

а также

увеличению длинны жидкой лунки. В связи с этим рекомендуется использовать асимметричное охлаждение с уменьшением расхода воды по малому радиусу на 15-25 %. Технически решение этой проблемы осуществимо путем оптимизации существующих режимов охлаждения в ЗВО МНЛЗ.

Выводы За счет снижения

рассогласования температуры

поверхности противоположных широких граней и увеличения протяженности зоны

неориентированной структуры по малому радиусу (увеличения расстояния от окончания зон ориентированной структуры по малому радиусу до теплового центра) можно в значительной степени улучшить качество осевой зоны толстолистового проката. Однако следует отметить, что уменьшение интенсивности

охлаждения по малому радиусу в 1У-1Х зонах вторичного охлаждения может привести к нежелательному разогреву поверхности слитка по малому радиусу,

Перечень ссылок

1. Особенности литой структуры непрерывно литых слитков крупного прямоугольного сечения / В.М. Паршин, Е.А. Казачков, А.И. Корниенко и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1987. - №11. - С. 43-46.

2. Непрерывная разливка стали на радиальных установках. / В.Г. Сладкоштеев, Р. В. Потанин, О. Н. Суладзе и др. - М.: Металлургия, 1974.- 288 с.

3. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. / В.А. Ефимов II - М.: Металлургия, 1976. -252 с.

4. Теория и практика непрерывного литья заготовок ./ А.Н. Смирнов, А.Я. Глазков, В.Л. Пилющенко и др. - Донецк: ДонГУ.-2000. - 370 с.

5. Арсентьев П.П. Структура и свойства непрерывнолитой стальной заготовки. / П.П. Арсентьев II - Производство чугуна и стали. - Т. 16 (Итоги науки и техники ВИНТИ АН СССР).- М.: 1985.- С. 142-197.

Статья поступила 29.03.2004