Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Мошкунов
Владимир Викторович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ МЯГКОГО ОБЖАТИЯ
ПРИ РАЗЛИВКЕ ТРУБНОЙ СТАЛИ НА СЛЯБОВОЙ МНЛЗ
Специальность 05.16.02 -
Металлургия черных, цветных и редких металлов
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Магнитогорск - 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова.
Научный руководитель - доктор технических наук, профессор
Столяров Александр Михайлович.
Официальные оппоненты: доктор технических наук Сычков Александр
Борисович, ФГБОУ ВПО Магнитогорский
государственный технический университет
им. Г.И. Носова, кафедра металловедения и
термической обработки металлов, профессор;
кандидат технических наук Великий Андрей
Борисович, ОАО Магнитогорский
металлургический комбинат, управление
производства, заместитель начальника по
сталеплавильному производству.
Ведущая организация Ц ГНЦ РФ ФГУП ЦНИИчермет им. И.П. Бардина.
Защита состоится 27 ноября 2012 г. в 1500 на заседании диссертационного совета Д 212.111.01 при ФГБОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр.аЛенина, 38, малый актовый зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова.
Автореферат разослан 29 сентября 2012 г.
Ученый секретарь Селиванов
диссертационного совета Валентин Николаевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В последние годы наблюдается постоянный рост производства толстого листа для изготовления трубопроводов, газопроводов высокого давления, оборудования, работающего в кислой среде. К известным производителям хорошо свариваемого толстого листа относятся фирмы Dillingen AG (Германия), POSCO (Южная Корея), Voestalpine (Австрия). Для достижения высокой эффективности производства толстого листа необходима его прокатка из непрерывнолитых заготовок большой толщины - до 400 мм и шириной до 2400 мм. Зарубежными поставщиками оборудования для отливки толстых слябов являются фирмы Siemens-VAI (Австрия) и SMS Siemag (Германия).
Все новые слябовые МНЛЗ имеют оборудование для осуществления мягкого обжатия отливаенмых заготовок. В результате мягкого обжатия непрерывнолитой заготовки происходит сближение фронтов кристаллизации, создается гидродинамическое давление расплава, что улучшает условия подпитки расплавом локальных участков этой зоны и позволяет компенсинровать уменьшение объема металла при его усадке в процессе затвердеванния. Результатом этого является снижение пористости и химической неоднородности осевой части сляба. Наиболее эффективным является мягкое обжатие слябов на МНЛЗ с большим радиусом изгиба технологического канала, при большой толщине заготовки, высоких скоростях и повышенном содержании углерода в металле. Определение рациональных параметров технологии мягкого обжатия слябовой заготовки: места приложения и величины обжатия должно производиться с учетом конструктивных особенностей конкретной машины и сортамента разливаемого металла.
В кислородно-конвертерном цехе ОАО Магнитогорский металлургический комбинат в декабре 2009 года введена в эксплуатацию новая МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным участком фирмы SMS Siemag для снабжения непрерывнолитыми слябами толщиной 300 мм стана горячей прокатки л5000, производящего толстый лист, используемый при производстве труб большого диаметра и в судостроении. Данная машина имеет специальное оборудование для осуществления мягкого обжатия слябовой заготовки с целью улучшения качества ее внутренней структуры.
Опробование проектной технологии мягкого обжатия при отливке толстых слябов показало, что степень развития дефектов осевая рыхлость и осевая химическая неоднородность является недопустимо высокой. Поэтому актуальной задачей стало проведение исследований по совершенствованию существующей технологии мягкого обжатия слябов из трубной стали.
Целью диссертационной работы является повышение качества осевой части слябов при разливке трубной стали на криволинейной МНЛЗ с вертикальным участком в результате совершенствования технологии мягкого обжатия.
Для достижения этой цели в условиях ОАО ММК потребовалось решить следующие основные задачи:
Ц установить причины недостаточной эффективности использования существующей технологии мягкого обжатия;
Ц определить рациональные значения параметров технологии мягкого обжатия, характеризующие место приложения и величину обжатия к слябовой непрерывнолитой заготовке;
Ц изучить качество литого металла с обжатием и без обжатия;
Ц оценить эффективность скорректированной технологии мягкого обжатия непрерывнолитых заготовок из трубной стали.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Ц разработана методика для экспериментального определения первого порога проницаемости двухфазной зоны в непрерывнолитой слябовой заготовке;
Ц определены значения относительного содержания жидкости в двухфазной зоне сляба из трубной стали для условий разливки на МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным участком, характеризующие первый порог проницаемости зоны;
Ц выявлено распределение удельного объема пор по поперечному сечению сляба, отлитому с мягким обжатием и без обжатия;
Ц установлено, что мягкое обжатие изменяет строение центральной части сляба: участки расположения осевых рыхлости и химической неоднородности перемещаются из-под геометрической оси по толщине - нижняя асимметрия при варианте без обжатия и оказываются над осью - верхняя асимметрия в варианте с обжатием.
Практическая значимость работы состоит в улучшении качества осевой части заготовок толщиной 300 мм: в среднем на 18,5 % (отн.) снизилась степень развития осевой рыхлости и на 24,7 % (отн.) - осевой химической неоднородности. Количество темплетов, имеющих степень развития этих дефектов не более одного балла, возросло в 23 и 38 раз, соответственно. На стане л5000 отбраковка горячекатаного листа толщиной от 16 до 32 мм из-за несоответствия класса сплошности, осуществляемая по результатам ультразвукового контроля, снизилась вдвое. Усовершенствованная технология мягкого обжатия внедрена в производство с долевым экономическим эффектом 16,9 млн. руб. в год.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международном форуме МетИнвест-2011 в Украине, международных научно-технических конференциях молодых работников ОАО ММК (2010Е2012 г.г.), на межрегиональных научно-технических конференциях МГТУ по итогам научно-исследовательских работ в 2010Е2012 г.г.
Публикации. По материалам диссертации имеется 16апубликаций, в том числе пять статей в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников и трех приложений. Она изложена на 134 страницах машинописного текста, включая 14 таблиц, 37 рисунков и 107 источников.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении изложены актуальность темы диссертационной работы, ее цель, решаемые задачи, научная новизна и практическая значимость.
В первой главе на основе анализа литературных данных рассмотрено современное состояние технологии мягкого обжатия слябовой непрерывнолитой заготовки. Мягкое обжатие слябовой непрерывнолитой заготовки осуществляется путем нажатия верхними роликами сегментов зоны вторичного охлаждения МНЛЗ при стационарнном положении нижних роликов и плавном обжатии на 2Е8 мм той части заготовки, внутри которой нанходится конечная часть лунки жидкого металла (рис. 1).
Рис. 1. Схема мягкого обжатия непрерывнолитого сляба в
процессе разливки
Мягкое обжатие слябовой непрерывнолитой заготовки должно осуществляться на строго определенном участке, расположенном в конечной части лунки жидкого металла между двумя порогами проницаемости двухфазной зоны. Первый порог или граница выливаемости характеризует начало затруднения подпитки жидким раснплавом двухфазной зоны. По мнению разных авторов, этот понрог наступает при наличии 0,80Е0,65 жидкости в двухфазной зоне заготовки. При достижении относительного содержания жидкости 0,30Е0,20 сопротивнление течению расплава становится настолько высоким, что подпитка двухфазной зоны уже невозможна - это соответствует второму порогу проницаемости или границе питания. Местонахождение границ этого участка зависит от химического состава разливаемой стали, скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора, интенсивности вторичного охлаждения заготовки, то есть во многом определяется конструктивными особенностями МНЛЗ.
Величина обжатия дифференцируется по сортаменту разливаемого металла, особенно в зависимости от содержания углерода, оказывающего решающее влияние на усадку металла в процессе кристаллизации. Поэтому определение рациональных параметров технологии мягкого обжатия слябовой заготовки: места приложения и величины обжатия должно производиться на основе результатов математического моделирования гидродинамического механизма работы мягкого обжатия на конкретной МНЛЗ для существующего сортамента разливаемого металла.
Мягкое обжатие возможно как в статическом, так и динамическом режимах. Предпочтительнее динамический режим, в процессе которого осуществляется слежение за положением изотерм ликвидуса и солидуса и составом двухфазной зоны отливаемой заготовки в режиме реального времени. Одним из основных зарубежных производителей оборудования для осуществления мягкого обжатия является немецкая фирма SMS Demag (впоследствии SMS Siemag). Лидером отечественных производителей является ОАО Уралмашзавод (г. Екатеринбург), разработавший комбинированный подход к режиму обжатия: система динамического мягкого обжатия дополнена системой косвенного контроля границ зоны мягкого обжатия.
В результате мягкого обжатия непрерывнолитой заготовки происходит сближение фронтов кристаллизации, создается гидродинамическое давление расплава, вследствие чего повышается проницаемость двухфазной зоны сквозь лес дендритов и происходит компенсация усадочных явлений металла. Результатом этого является снижение пористости и химической неоднородности осевой части сляба. Степень развития осевой рыхлости зависит от высоты МНЛЗ, скорости вытягивания и интенсивности охлаждения заготовки, толщины сляба и химического состава разливаемой стали. Наиболее эффективным является мягкое обжатие слябов на МНЛЗ с большим радиусом изгиба технологического канала, при большой толщине заготовки, высоких скоростях и повышенном содержании углерода в металле.
Приведены техническая характеристика и сведения об устройстве криволинейной МНЛЗ с вертикальным участком ККЦ ОАО ММК. Одноручьевая машина имеет базовый радиус 11 м и проектную производительность 1,65 млн. т слябовой заготовки в год. Длина вертикального участка составляет около 2,7 м при металлургической длине 34,2 м. На машине могут отливаться слябовые заготовки толщиной 190, 250 и 300 мм и шириной 1400Е2700 мм. МНЛЗ оснащена оборудованием, позволяющем производить мягкое обжатие сляба на протяженном участке технологического канала - с шестого по пятнадцатый сегменты зоны вторичного охлаждения. Выбор места осуществления мягкого обжатия на технологическом канале МНЛЗ может производиться на первом и втором уровнях автоматизированной системы МНЛЗ. Данная система в динамическом режиме рассчитывает протяженность лунки жидкого металла и определяет номер сегмента, в котором расположен конец лунки. Мягкое обжатие сляба рекомендуется производить в двух предыдущих сегментах.
Опробование проектной технологии мягкого обжатия при отливке толстых слябов показало, что степень развития дефектов осевая рыхлость и осевая химическая неоднородность является недопустимо высокой.
Во второй главе рассмотрена известная методика создания эффекта лискусственного раздутия непрерывнолитой заготовки, используемая для экспериментального определения протяженности лунки жидкого металла внутри отливаемой заготовки. Вначале при отключенном обжатии производится снижение скорости вытягивания сляба из кристаллизатора для того, чтобы длина лунки жидкого металла внутри заготовки уменьшилась, и конец лунки оказался перед сегментом, в котором будет искусственно вызываться раздутие сляба. Осуществляется открытие данного сегмента - при помощи гидроцилиндров все верхние ролики сегмента приподнимаются на несколько миллиметров. Затем скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора повышается с целью увеличения протяженности лунки жидкого металла. Вследствие этого конец лунки перемещается в открытый сегмент и происходит раздутие сляба. При этом сила воздействия роликов на входе в сегмент резко возрастает. Зная расстояние от поверхности жидкого металла в кристаллизаторе до входа в открытый сегмент, можно определить протяженность сляба до участка с первым порогом проницаемости двухфазной зоны и затем рассчитать фактическую длину лунки жидкого металла в заготовке. Для прекращения раздутия сляба скорость вытягивания заготовки снижается, конец лунки перемещается в сегмент, расположенный перед открытым сегментом, сегмент медленно закрывается.
В работе специально разработана методика для экспериментального определения первого порога проницаемости двухфазной зоны непрерывнолитой заготовки. По этой методике необходимо выполнение следующих условий: режим мягкого обжатия непрерывнолитой заготовки отключается с установлением термического конуса, соответствующего естественной усадке стали при ее затвердевании; скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора должна быть постоянной в течение 30 и 40 мин для слябов толщиной, соответственно, 250 и 300 мм; изменение температуры металла в промежуточном ковше не должно превышать десять градусов.
Эксперимент проводится в следующей последовательности: на технологическом канале МНЛЗ выбираются роликовые сегменты, в которых согласно расчетным данным, выдаваемым автоматизированной системой в режиме реального времени, располагается двухфазная зона сляба с относительным содержанием жидкости менее 0,8; при помощи перемещения гидроцилиндров осуществляется поочередное открытие выбранных сегментов поднятием верхней рамы на 3 мм, начиная с наиболее удаленного от кристаллизатора сегмента; производится постоянный контроль силы, развиваемой гидроцилиндрами на входе и выходе в открытых сегментах; фиксируется момент быстрого роста силы как на входе, так и на выходе из сегмента и соответствующее этому моменту расчетное содержание жидкости в двухфазной зоне сляба, которое характеризует первый порог проницаемости двухфазной зоны.
Приводится описание методики определения основных параметров непрерывной разливки, химического состава металла и оценки качества внутреннего строения непрерывнолитой заготовки.
Методика математического моделирования процесса мягкого обжатия непрерывнолитой заготовки и модель разработаны сотрудниками ОАО Уралмашзавод (г. Екатеринбург). В модели используется система уравнений:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
где Т - температура металла;
С - концентрация примеси;
t - время;
k - коэффициент распределения примеси;
a - коэффициент температуропроводности;
L - теплота кристаллизации;
S - относительное содержание жидкой фазы (расплава) в двухфазной
зоне (доля жидкой фазы);
- скорость движения расплава;
Р - гидродинамическое давление;
- плотность расплава и твердой фазы;
- изменение плотности металла при кристаллизации;
- параметр, определяемый свойствами среды и строением двухфазной
зоны;
g - ускорение свободного падения;
D - коэффициент диффузии;
- коэффициент проницаемости двухфазной зоны;
- динамическая вязкость расплава;
R - дендритный размер;
- угол между вертикальной линией и касательной к технологической
линии МНЛЗ;
- удельный объем пор;
- сечение жидкой фазы в момент разрыва расплава;
- прочность жидкой фазы.
Разработанная модель состоит из двух программ. Первая программа CristallЦ2D предназначена для анализа расчетного положения зоны мягкого обжатия в статическом и динамическом режимах. Во второй программе Pora осуществляется анализ порообразования, связанного с потерей гидродинамического давления расплава в двухфазной зоне.
В третьей главе представлены результаты изучения причин недостаточной эффективности существующей технологии мягкого обжатия слябовой заготовки. При корреляционно-регрессионном анализе 355 и 35 плавок с отливкой слябов толщиной 300 и 250 мм со скоростью 0,75Е0,80 и 0,9Е 1,0 м/мин, соответственно, шириной 2600 мм из трубной стали с содержанием 0,05Е0,15 % [С], 1,2Е1,7 % [Mn], 0,001Е0,010 % [S] были получены следующие зависимости:
300 мм ТПш = 2,8224П1 - 2,2703, r = 0,283, (9)
ТПш = 2,8311П2 - 2,7239, r = 0,283, r0,05=0,195, (10)
ОР = 2,2324 - 2,0268П4, r = Ц0,369, (11)
ОР = 2,0268П5 + 0,2057, r = 0,396, (12)
250 мм ОХН = 1,1168П1 + 0,3604, r = 0,352, (13)
ТПу = 1,8208П2 - 1,8109, r = 0,384, (14)
ТПу = 0,1476П3 - 0,6672, r = 0,414, r0,05=0,335, (15)
где ТПш - трещины, перпендикулярные широким граням, баллы;
ОР - осевая рыхлость, баллы;
ОХН - осевая химическая неоднородность, баллы;
ТПу - трещины, перпендикулярные узким граням, баллы;
П1 - отношение расстояния от поверхности металла в кристаллизаторе
до входа в сегмент, где начиналось мягкое обжатие, к расчетной
длине лунки жидкого металла внутри заготовки;
П2 - отношение расстояния от поверхности металла в кристаллизаторе
до выхода из сегмента, где закончилось мягкое обжатие, к
расчетной длине лунки жидкого металла внутри заготовки;
П3 - суммарное обжатие сляба по толщине (от 4 до 6,5), мм;
П4 - доля обжатия сляба в первом сегменте;
П5 - доля обжатия сляба во втором сегменте;
r, r0,05 - расчетное и критическое значения коэффициента парной
корреляции.
Анализ полученных зависимостей показал, что с увеличением относительного расстояния от поверхности металла в кристаллизаторе до начала обжатия возрастают степень развития трещин, перпендикулярных широким граням, в слябах толщиной 300 мм (9), и осевая химическая неоднородность в заготовках, имеющих толщину 250 мм (13). В случае увеличения относительного расстояния от поверхности металла в кристаллизаторе до конца обжатия растет степень развития трещин, перпендикулярных как широким граням слябов толщиной 300 мм (10), так и узким граням заготовки толщиной 250 мм (14). При этом последние трещины сильнее развиваются при возрастании суммарного обжатия слябов (15). Мягкое обжатие производилось в двух смежных сегментах зоны вторичного охлаждения МНЛЗ. Установлено, что характер влияния доли обжатия сляба в каждом из этих сегментов на степень развития осевой рыхлости совершенно противоположен. Так, если в начальном сегменте увеличивать относительную долю обжатия, то это благоприятно влияет на осевую рыхлость - она становится меньше (11), а в конечном сегменте все наоборот - рыхлость развивается сильнее (12). Все это свидетельствует о том, что место осуществления мягкого обжатия непрерывнолитых слябов по длине технологического канала МНЛЗ выбрано не рационально. Это происходит вследствие недостаточной гибкости проектной схемы выбора сегментов для осуществления мягкого обжатия заготовки и возможных ошибок при расчете автоматизированной системой длины лунки жидкого металла в слябе.
Для проверки расчетных данных о длине лунки жидкого металла были проведены четыре опыта с лискусственным раздутием заготовок, позволяющие определить фактическую протяженность лунки. В результате было установлено, что фактическая длина превышает ее расчетное значение, полученное автоматизированной системой МНЛЗ. Наибольшее различие наблюдалось при отливке слябов толщиной 300 мм - на 3,8Е4,6 %, а для слябов толщиной 250 мм - на 2,5 %. Такие отклонения, особенно при отливке толстых слябов, являются причиной ошибок автоматизированной системы при определении номеров сегментов, в которых рекомендуется осуществлять мягкое обжатие сляба.
Для корректировки расчетной длины лунки жидкого металла в непрерывнолитом слябе необходимо было внести изменения в алгоритм расчета, выполняемого автоматизированной системой МНЛЗ. Фирмой-разработчиком оборудования для этого была предоставлена всего одна возможность - изменение величины настроечного коэффициента в формуле для определения плотности теплового потока, теряемого заготовкой в окружающую среду излучением. В результате проведенных исследований величина настроечного коэффициента была изменена на 15 %. Для проверки влияния такой корректировки на протяженность лунки жидкого металла было проведено два дополнительных опыта с созданием эффекта лискусственного раздутия слябов толщиной 250 и 300 мм. Информация о внутреннем строении сляба толщиной 300 мм после корректировки расчета приведена на рис. 2.
Сравнение скорректированных расчетных и опытных данных показало, что расчетные значения длины лунки жидкого металла, определяемые автоматизированной системой МНЛЗ, практически не отличались от опытных данных. Разность между фактическими и расчетными величинами не превышала 0,33 %.
После корректировки расчетных данных о протяженности лунки жидкого металла в слябе проведено исследование с целью уточнения содержания жидкости в двухфазной зоне для первого порога проницаемости. По специально разработанной методике проведено четыре опыта. В процессе разливки стали марки 09Г2С после поднятия 12-го сегмента сначала наблюдался кратковременный провал усилий гидроцилиндров на входе и выходе до 550 кН, а затем как на входе, так и на выходе усилия быстро увеличились: до 800 и 750 кН. Это свидетельствует о развивающемся ферростатическом давлении расплава на 29Е32 минутах опыта. По расчетным данным автоматизированной системы в данный промежуток времени на входе в открытый 12-ый
Рис. 2. Строение сляба толщиной 300 мм на различном удалении от
поверхности металла в кристаллизаторе: цифры у линий - относительное
содержание жидкости в двухфазной зоне на оси сляба
сегмент относительное содержание жидкости в двухфазной зоне сляба составляло 0,75. Именно такая величина характеризует первый порог проницаемости двухфазной зоны сляба в этом опыте. По результатам четырех опытов установлено, что первый порог проницаемости двухфазной зоны в заготовках из трубной стали, отлитых на данной МНЛЗ, характеризуется относительным содержанием жидкости в двухфазной зоне от 0,56 до 0,75 и в среднем равняется 0,67.
В четвертой главе производится определение рациональных параметров технологии мягкого обжатия слябовой непрерывнолитой заготовки.
В расчетно-аналитической лаборатории ОАО Уральский завод тяжелого машиностроения (г. Екатеринбург) под руководством к. т. н. Л.В. Буланова проведено математическое моделирование процесса мягкого обжатия слябов для условий ККЦ ОАО ММК. На первом этапе проведена настройка модели по данным шести опытных плавок, проведенных с корректировкой расчетных данных о длине лунки жидкого металла. Для проверки качества настройки математической модели были использованы производственные данные 10 плавок текущего производства, проведенных также с корректировкой расчетных данных. На модели произведены расчеты с использованием исходных данных этих плавок и получены результаты о местонахождении частей слябовой заготовки с разным содержанием жидкости в двухфазной зоне. Отклонение между расчетными и производственными данными в среднем равнялось 1,37 %.
На втором этапе моделирования получены данные об изменении гидродинамического давления расплава и относительного содержания жидкости в двухфазной зоне слябов толщиной 250 мм (сталь марки 13Г1С-У) и 300 мм (сталь марки 09Г2С) (рис. 3).
Рис. 3. Изменение гидродинамического давления
и относительного содержания жидкости в двухфазной зоне
слябов толщиной 250 и 300 мм из трубной стали
Гидродинамическое давление расплава внутри заготовки без мягкого обжатия снижается до нуля при относительном содержании жидкости в двухфазной зоне, равном 0,7, в слябе толщиной 250 мм и 0,6 - при толщине 300 мм. Эти значения характеризуют первый порог проницаемости двухфазной зоны. В результате осуществления обжатия удается резко увеличить давление расплава внутри заготовки (сплошная линия давления с обжатием). Давление достигает максимальных значений, равных 1,8 и 2,3 МПа, затем оно резко падает и становится равным нулю при наличии 0,2 жидкости в двухфазной зоне, что является характеристикой второго порога проницаемости.
На рис. 4 приведено распределение удельного объема пор в непрерывнолитой заготовке толщиной 250 мм, отлитой с мягким обжатием и без него.
В результате осуществления мягкого обжатия, начинающегося после затвердевании слоя металла толщиной 110 мм, рост удельного объема пор (сплошная линия) сначала прекращается, затем объем пор снижается, а потом происходит его небольшое увеличение. В осевой части обжатой заготовки удельный объем пор, как минимум, втрое меньше, чем в необжатой заготовке.
В работе предложено дополнение к проектной схеме выбора сегментов для осуществления мягкого обжатия заготовки: после выбора автоматизированной системой двух сегментов необходимо выполнить условие - на выходе из последнего выбранного сегмента относительное содержание жидкости в двухфазной зоне заготовки должно соответствовать второму порогу проницаемости двухфазной зоны и быть равным 0,2. Для этого следует скорректировать скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора по разработанной методике.
В качестве примера в таблице приведены результаты расчета скорости вытягивания слябов толщиной 300 мм из трубной стали с разным содержанием углерода и содержанием марганца 1,2Е1,7 %.
Так как длина двух сегментов значительно превышает протяженность участка сляба между первым и вторым порогами проницаемости двухфазной зоны (см. рис. 1), то обжатие приходится начинать до достижения первого порога проницаемости. Поэтому в первом сегменте достаточно производить обжатие с небольшой интенсивностью - 0,7 мм/м, а во втором сегменте с максимально возможной интенсивностью 1,3 мм/м. На разработанную технологию мягкого обжатия слябовой заготовки подана заявка на патент РФ.
Расчетная скорость вытягивания слябов
Величина перегрева металла в промежуточном ковше, С | Скорость вытягивания сляба, м/мин | |||
менее 0,08 % [C] | 0,08Е0,15 % [C] | |||
Номер последнего сегмента для обжатия | ||||
12-й | 13-й | 12-й | 13-й | |
менее 10 | 0,77 | 0,84 | 0,765 | 0,835 |
10Е20 | 0,765 | 0,835 | 0,75 | 0,82 |
21Е30 | 0,76 | 0,825 | 0,74 | 0,81 |
более 30 | 0,75 | 0,82 | 0,73 | 0,80 |
Скорректированная технология мягкого обжатия прошла опытно-промышленное опробование. В процессе разливки трубной низколегированной стали было отобрано 124 опытных темплета из слябов толщиной 300 мм, результаты оценки качества которых по степени развития основных внутренних дефектов сравнены с 511 контрольными темплетами из заготовок, отлитых по проектной технологии. В опытном металле степень развития осевой рыхлости и осевой химической неоднородности оказалась соответственно на 18,5 % (отн.) и 24,7 % (отн.) меньше, чем в контрольном металле. В результате совершенствования технологии мягкого обжатия количество темплетов, имеющих степень развития вышеназванных дефектов не более одного балла, возросло в 23 и 38 раз, соответственно.
Все это явилось причиной улучшения качества толстого горячекатаного листа, производимого на стане л5000. Отбраковка листа толщиной от 16 до 32 мм из-за несоответствия класса сплошности по результатам ультразвукового контроля снизилась вдвое. Усовершенствованная технология мягкого обжатия внедрена в производство с долевым экономическим эффектом 16,9 млн. руб. в год.
В работе установлено, что в результате мягкого обжатия заготовки происходит не только улучшение качества осевой части сляба, но и изменение ее строения: участки расположения осевой рыхлости и химической неоднородности перемещаются из-под геометрической оси - нижняя асимметрия (вариант без обжатия) и оказываются над осью - верхняя асимметрия (вариант с мягким обжатием). На рис. 5 показаны фотографии темплетов из слябов стали марки 09Г2С с мягким обжатием и без него.
Металлографическая оценка качества металла показала, что степень развития осевой рыхлости и химической неоднородности в слябе с обжатием оценивается баллом 1, а в заготовке без обжатия - баллом 1,5. При анализе микроструктуры литого металла выявлено наличие трещин и пустот, а также рентгеноспектрального микроанализа на растровом микроскопе Tescan при использовании микроанализатора INCA Energy 450 скоплений оксидных и карбидных неметаллических включений по границам зерен металла.
Для изучения зональной химической неоднородности металла были отобраны пробы от слябов толщиной 300 мм двух плавок трубной стали с разным содержанием углерода. По одному слябу каждой плавки было отлито с мягким обжатием 4,4 мм и без обжатия. В пробах металла определялось содержание углерода спектральным методом. Изменение степени зональной химической неоднородности углерода по толщине слябов показано на рис. 6.
Мягкое обжатие слябовых заготовок позволило существенно уменьшить как максимальную степень зональной химической неоднородности, так и интервал изменения этого параметра. Так степень развития зональной химической неоднородности углерода по оси слябовых непрерывнолитых заготовок толщиной 300 мм из трубной стали, отлитых с мягким обжатием, вдвое ниже, чем в слябах без обжатия. 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
Рис. 6. Изменение степени зональной химической неоднородности
углерода по толщине слябовых непрерывнолитых заготовок
с мягким обжатием (толстая линия) и без обжатия (тонкая
иния) в процессе разливки трубной стали с разным
содержанием углерода: пунктирные линии - положение
фронтов кристаллизации в момент начала обжатия
осевой рыхлостью непрерывнолитой заготовки существует статистически значимая прямо пропорциональная зависимость.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Выявлены статистически значимые зависимости степени развития внутренних дефектов слябовой непрерывнолитой заготовки из трубной стали от параметров мягкого обжатия. Установлено, что основной причиной низкой эффективности проектного варианта технологии мягкого обжатия является нерациональное место его осуществления на технологическом канале МНЛЗ.
2. Произведена корректировка расчетных данных о длине лунки жидкого металла в слябе, в результате которой приведены в соответствие расчетные и фактические данные, разность между которыми не превышает 0,33 % (отн.). С использованием специально разработанной методики экспериментально определены значения относительного содержания жидкости в двухфазной зоне сляба из трубной стали, характеризующие первый порог проницаемости этой зоны и изменяющиеся в интервале от 0,56 до 0,75.
3. На математической модели процесса мягкого обжатия заготовок определено расчетное значение относительного содержания жидкости в двухфазной зоне слябов из трубной стали для второго порога проницаемости, равное 0,2, и получена информация о распределении удельного объема пор по поперечному сечению сляба. Установлено, что в осевой части обжатой заготовки удельный объем пор, втрое меньше, чем в заготовке без обжатия.
4. Выявлено, что мягкое обжатие изменяет строение центральной части сляба: участки расположения осевой рыхлости и химической неоднородности перемещаются из-под геометрической оси по толщине - нижняя асимметрия при варианте без обжатия и оказываются над осью - верхняя асимметрия в варианте с обжатием. Мягкое обжатие приводит к существенному (вдвое) снижению степени развития зональной химической неоднородности углерода по оси слябовых заготовок толщиной 300 мм.
5. Дополнена проектная схема выбора сегментов для осуществления мягкого обжатия слябов корректировкой скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора для того, чтобы на выходе из последнего выбранного сегмента относительное содержание жидкости в двухфазной зоне сляба соответствовало второму порогу проницаемости. Предложено в первом сегменте обжимать заготовку с небольшой интенсивностью 0,7 мм/м, а во втором сегменте - с максимально возможной интенсивностью 1,3 мм/м. На разработанную технологию мягкого обжатия слябовой заготовки подана заявка на патент РФ.
6. Опытно-промышленное опробование усовершенствованной технологии мягкого обжатия слябов толщиной 300 мм показало, что качество осевой части заготовок улучшилось: в среднем на 18,5 % (отн.) снизилась степень развития осевой рыхлости и на 24,7 % (отн.) - осевой химической неоднородности. Количество темплетов, имеющих степень развития вышеназванных дефектов не более одного балла, существенно возросло: в 23 и 38 раз, соответственно. На стане л5000 отбраковка горячекатаного листа толщиной от 16 до 32 мм из-за несоответствия класса сплошности снизилась более чем в два раза. Усовершенствованная технология мягкого обжатия внедрена в производство с долевым экономическим эффектом 16,9 млн. руб. в год.
Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:
1. Совершенствование технологии мягкого обжатия непрерывнолитых слябов из трубной стали / С.В. Прохоров, А.С. Казаков, В.В. Мошкунов, А.М. Столяров, А.А. Кульжов // Металлург. - 2012. - №2. - С. 59 - 61 (рекомендовано ВАК).
2. Мошкунов В.В., Столяров А.М., Казаков А.С. Определение длины лунки жидкого металла в непрерывнолитых слябах из трубной стали с использованием эффекта лискусственного раздутия заготовки // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. - 2012. - №1 (37). - С. 24 - 26 (рекомендовано ВАК).
3. Ввод в эксплуатацию одноручьевой слябовой МНЛЗ №6 в кислородно-конвертерном цехе ОАО ММК / Сарычев Б.А., Прохоров С.В., Казаков А.С., Юречко Д.В., Мошкунов В.В. // Черные металлы. - 2012. - №6. - С. 47 - 49 (рекомендовано ВАК).
4. Опыт эксплуатации новой одноручьевой слябовой МНЛЗ с вертикальным участком / Прохоров С.В., Сарычев Б.А., Казаков А.С., Мошкунов В.В., Столяров А.М. // Сталь. - 2012. - №7. - С. 9 - 11 (рекомендовано ВАК).
5. Мошкунов В.В., Столяров А.М., Казаков А.С. Снижение осевой химической неоднородности трубной стали в результате мягкого обжатия непрерывнолитого сляба // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. - 2012. - №2 (38). - С. 24 - 25 (рекомендовано ВАК).
6. Мошкунов В.В., Столяров А.М. Использование мягкого обжатия непрерывнолитого сляба на криволинейной МНЛЗ с вертикальным участком // Теория и технология металлургического производства: Межрегион. сб. науч. тр. - Вып. 10. - Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ. - 2010. - С. 57 - 62.
7. Мошкунов В.В., Столяров А.М. Освоение технологии мягкого обжатия непрерывнолитых слябов в ККЦ ОАО ММК // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 69-й межрегиональной научно-технической конференции. Магнитогорск. 2011. Т.1, С. 131 - 133.
8. Мошкунов В.В., Казаков А.С. Освоение мягкого обжатия непрерывнолитого слитка на МНЛЗ №6 в ККЦ ОАО ММК // Тезисы докладов XI международной научно-технической конференции молодых работников - Магнитогорск: ОАО ММК, 2011. - С. 29 - 31.
9. Результаты ввода в эксплуатацию новой машины непрерывного литья заготовок с вертикальным участком фирмы SMS-DEMAG / А.С. Казаков, Ю.А. Чайковский, Д.В. Юречко, В.В. Мошкунов, Т.С. Масальский // Совершенствование технологии в ОАО ММК: сб. науч. тр. / Центральная лаборатория ОАО ММК. - Вып. 15. - Магнитогорск, 2010. - С. 95 - 97.
10. Изучение величины мягкого обжатия при разливке трубных марок стали на МНЛЗ №6 и его влияния на качество внутренней структуры сляба и горячекатаного листа / В.В. Мошкунов, А.С. Казаков, А.А. Кульжов и др. // Совершенствование технологии в ОАО ММК: сб. науч. тр. / Центральная лаборатория ОАО ММК. - Вып. 16. - Магнитогорск, 2011. - С. 33 - 37.
11. Освоение разливки слябов толщиной 250 мм на одноручьевой МНЛЗ №6 / Б.А. Сарычев, А.С. Казаков, Д.В. Юречко, С.В. Прохоров, Т.С. Масальский, В.П. Филиппова, В.В. Мошкунов // Совершенствование технологии в ОАО ММК: сб. науч. тр. / Центральная лаборатория ОАО ММК. - Вып. 16. - Магнитогорск, 2011. - С. 46 - 50.
12. Мошкунов В.В., Столяров А.М., Казаков А.С. Мягкое обжатие непрерывнолитых слябов толщиной 300 мм в ККЦ ОАО ММК // Теория и технология металлургического производства: Межрегион. сб. науч. тр. - Вып. 11. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорского государственного технического университета. - 2011. - С. 41 - 45.
13. Мошкунов В.В., Столяров А.М., Казаков А.С. Особенности технологии мягкого обжатия непрерывнолитых слябов толщиной 250 мм в ККЦ ОАО ММК // Теория и технология металлургического производства: Межрегион. сб. науч. тр. - Вып. 11. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорского государственного технического университета. - 2011. - С. 60 - 64.
14. Мошкунов В.В., Столяров А.М., Казаков А.С. Методика создания эффекта лискусственного раздутия непрерывнолитых заготовок // Литейные процессы: Межрегион. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2011. - Вып. 10. - С. 64 - 68.
15. Мошкунов В.В., Столяров А.М., Казаков А.С. Анализ влияния параметров технологии мягкого обжатия на качество макроструктуры непрерывнолитых слябов // Литейные процессы: Межрегион. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2011. - Вып. 10. - С. 84 - 90.
16. Мошкунов В.В., Столяров А.М., Казаков А.С. Совершенствование технологии мягкого обжатия слябовой непрерывнолитой заготовки // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 70-й межрегиональной научно-технической конференции. Магнитогорск. 2012. Т.1,
С. 122 - 125.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям