Эффективность мягкого обжатия слябовой непрерывно-литой заготовки

Таким образом, проведенные исследования показали, что для стабильного получения содержания водорода на уровне 22,5 ррт необходимо получать химический состав до обработки на установке вакуумирования стали и корректировать время вакууми-рования в сторону увеличения в первые плавки после замены промежуточного ковша, а также в месяцы, когда наблюдается повышенная влажность воздуха.

Использование этих решений позволит получать металл с гарантировано низкими содержаниями водорода с минимальными затратами.

УДК 621.746.5.047:669.14

В.В. Мошкунов, А.М. Столяров

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

ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЯГКОГО ОБЖАТИЯ СЛЯБОВОЙ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ

Одним из основных дефектов макроструктуры слябовой непрерывно-литой заготовки является осевая рыхлость. При прокатке слябов она трансформируется в щелевые нарушения сплошности металла, расположенные внутри проката или труб. Осевая рыхлость формируется на заключительной стадии процесса кристаллизации заготовки. При сближении двух фронтов кристаллизации начинается образование перемычек - «мостов» из столбчатых или равноосных кристаллов в двухфазной зоне. «Мосты» препятствуют поступлению жидкого металла в замкнутые полости, что вызывает образование пор при усадке кристаллизующегося металла, лишенного «подпитки» расплавом. Усадочные дефекты располагаются на большой оси слябовой заготовки в виде ликва-ционных полос между столбчатыми и крупными равноосными кристаллами (шнуровая или Л-образная ликвация). На серных отпечатках с продольных темплетов шнуровая ликвация имеет вид шнура толщиной 6-12 мм и представляет собой металл с развитой усадочной пористостью и повышенным содержанием ликвирующих примесей.

Степень развития осевой рыхлости зависит от высоты МНЛЗ, скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора, интенсивно-

сти охлаждения и химического состава разливаемой стали. Осевая рыхлость меньше на вертикальных МНЛЗ из-за высокого ферро-статического давления расплава внутри лунки, при низких скоростях и интенсивном охлаждении, так как соответственно снижается протяженность лунки жидкого металла и растет скорость кристаллизации. С увеличением содержания углерода в разливаемой стали усадка металла при его затвердевании повышается:

Содержание углерода,% 0,1 0,35 0,45 0,7 Усадка,% 2 3 4,3 5,3

Следовательно, в заготовках из высокоуглеродистой стали степень развития осевой рыхлости наибольшая.

Технологический принцип мягкого обжатия заключается в том, что в конце затвердевания непрерывно-литая заготовка проходит через зону обжатия, настроенную на конус. При этом заготовка сдавливается и этим компенсируется усадка при затвердевании с образованием более мелкой и однородной структуры металла.

Наибольший эффект получается при разливке углеродистых сталей, для которых коэффициент снижения концентрации пор в интервале скоростей 0,8-1,2 м/мин равен 2,0-2,27. Величина этого коэффициента при разливке низкоуглеродистой стали существенно ниже - 1,17-1,48.

Однако следует помнить, что после завершения процесса мягкого обжатия при достижении второго порога проницаемости двухфазной зоны, когда еще остается 0,2-0,3 доли жидкой фазы, оставшийся расплав кристаллизуется с уменьшением объема и образованием пор, подавить которые невозможно.

В процессе наладки системы мягкого обжатия на МНЛЗ №2 ОАО «Северсталь» были разработаны режимы для разливки стали девяти марок при отливке слябов, имеющих две разные толщины. Результаты анализа осевой рыхлости 142 темплетов показали, что при мягком обжатии количество темплетов с низким баллом один и менее составило 66,4%, а без обжатия - 32,4%.

Изучена ликвация марганца, кремния и хрома в слябах толщиной 210-280 мм, отлитых на МНЛЗ с технологическим радиусом 10 м фирмы «Voestalpine Stahl GmbH». Анализ качества темплетов с 53 плавок трубной стали показал, что при использовании мягкого обжатия улучшается внутренняя структура заготовки, что, в первую очередь, выражается в существенном снижении пористости, а также в небольшом уменьшении осевой ликвации. Коэффициент внутрикристаллической ликвации марганца, кремния и хрома повышается при увеличении содержания углерода в металле. В стали с содержанием углерода порядка 0,15% расчетный коэффици-

ент осевой ликвации всех трех элементов практически одинаков и равен 2,25.

В фирме «SMS Demag Inc.» в Питтсбурге (штат Пенсильвания, США) исследовали осевую ликвацию и пористость в зависимости от целого ряда факторов и пути уменьшения этих явлений в непрерывно-литых слябах. При этом основные факторы, влияющие на ликвацию и пористость, отнесены как к конструктивным решениям и техническому обслуживанию МНЛЗ, так и к технологическим параметрам разливки. Первые факторы: расстояние между роликами (шаг роликов), соотношение между разъемными и не разъемными роликами, материал роликов, отклонение шага роликов от требуемой величины, прогиб роликов, прогиб рамы сегмента, диаметр роликов, механически регулируемая тепловая конусность при мягком обжатии заготовки. К технологическим факторам авторы отнесли: скорость разливки, перегрев стали, тип и интенсивность вторичного охлаждения, состояние и настройку форсунок, содержание углерода, серы, фосфора в стали, тепловую конусность направляющих роликов или сегмента, толщину заготовки. Авторами подчеркивается многофакторность влияния процесса разливки на качество литой заготовки.

При рассмотрении механизма влияния мягкого обжатия заготовки на степень развития осевой химической неоднородности Са-мойлович Ю.А. считает, что вследствие осуществления мягкого обжатия происходит подавление выпучивания оболочки непрерывно-литой заготовки на конечной стадии ее затвердевания. Вызванное воздействием обжатия заготовки гидродинамическое движение расплава сопровождается перераспределением примеси по объему двухфазной зоны. При этом в зону усадки под влиянием разрежения втягивается некоторый избыток растворимой примеси, то есть происходит изменение скорости диффузионных процессов. Разработанная автором компьютерная программа позволяет исследовать влияние технологических параметров непрерывной разливки с учетом мягкого обжатия и физических свойств стали на степень развития осевой химической неоднородности непрерывно-литых заготовок. При моделировании разливки стали с содержанием углерода 0,09 и 0,6% было установлено, что мягкое обжатие заготовки позволяет снизить осевую химическую неоднородность на 50-55%.

На основании всего вышеизложенного можно заключить, что наибольший эффект от применения мягкого обжатия по улучшению строения осевой зоны непрерывно-литого сляба достигается при разливке стали с высоким содержанием углерода на заготовки большой толщины при повышенных скоростях вытягивания.

0 1 1 ! [С]=0,06% 1 1 п 1 П 1 А 1 У т • А • ,-, 1\ 1 /\

/ 14 1 \ _Д \ 1 у \_X__ Ял 1 Л // уГ \\' / \ // \ \\| / \ // \| / \| о—о 1

[С]=0,10%

о-о— "  П*00000*00^

0 550 100 150 200 250 300

Расстояние от верхней до нижней грани сляба по толщине, мм

Изменение степени зональной химической неоднородности углерода по толщине слябовых непрерывно-литых заготовок с мягким обжатием (толстая линия) и без обжатия (тонкая линия) в процессе разливки трубной стали с разным содержанием углерода: пунктирные линии - положение фронтов кристаллизации в момент начала обжатия заготовки

Эффект от применения мягкого обжатия может быть достигнут и при разливке низкоуглеродистого металла. Так, в ККЦ ОАО «ММК» при разливке трубного металла с содержанием углерода не более 0,15% на МНЛЗ №6 отмечено снижение степени развития

дефектов осевая рыхлость и осевая химическая неоднородность примерно на 0,5 балла. Мягкое обжатие слябов толщиной 300 мм на величину, равную 4,4 мм, позволило снизить зональную химическую неоднородность осевой части заготовки. На рисунке показано изменение степени зональной химической неоднородности углерода по толщине слябов, отлитых с мягким обжатием и без него.

Вертикальными пунктирными линиями на поле верхнего и нижнего рисунков показано положение фронтов кристаллизации в момент начала мягкого обжатия заготовки, полученное расчетным методом.

В металле с меньшим (0,06%) и большим (0,10%) исходным содержанием углерода имеются общие закономерности в его распределении по толщине отлитого сляба из трубной стали. В направлении от периферии к центру заготовки наблюдается постепенное увеличение содержания углерода и изменение знака степени зональной ликвации этого элемента с отрицательного на положительный. По оси заготовки степень зональной химической неоднородности углерода достигает максимальных значений. Чем больше исходное содержание углерода в разливаемой стали, тем выше максимальная величина степени зональной химической неоднородности. В нижней половине всех слябов отмечается самое низкое содержание углерода, что, очевидно, объясняется оседанием на нижний фронт кристаллизации в жидкой лунке заготовки наиболее чистых по содержанию растворенных примесей кристаллов.

Мягкое обжатие слябовых заготовок позволило существенно уменьшить как максимальную степень зональной химической неоднородности - в 2,5-3,4 раза, так и наибольший интервал изменения этого параметра - в 2,0-2,2 раза. Это можно объяснить тем, что в результате обжатия заготовки снижается пористость ее центральной части, что вызывает и уменьшение степени развития химической неоднородности центральной части заготовки. Известно, что между осевой химической неоднородностью и осевой рыхлостью непрерывно-литой заготовки существует статистически значимая прямо пропорциональная зависимость.