автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка технологии получения заготовок на слябовой МНЛЗ для производства сортового и профильного проката

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

НИКОЛАЕВА ИРИНА ГЕННАДИЕВНА

РГ5 ОД

- 5 СЕН

УДК 621.Т71.22.073.8(043.3)

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК НА СЛИВОВОЙ МНЛЗ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВОГО И ПРОФИЛЬНОГО ПРОКАТА

Специальность 05.16.02 -"Металлургия черных металлов"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мариуполь 1994

Рабата выполнена на кафедра теории металлургически. ¡цессов Приазовского государственного технического универсанта

Научный руководитель: доктор технических наук,профессор

Н.И.РЕВТОВ

Официальные оппоненты: Академик HAH Украины

В.А.ЕФИМОВ

Кандидат технических наук Н.В.САБАНСКИИ

Ведущее предпрятие - Мариупольский металлургический комбинат

им.Ильича

Защита состоится «0 "CeurJtyi1994 г.ь /У

_часов

на заседании специализированного Совета К.068.03.01 при Приазов ском государственном техническом университете по адресу: 341 ООО,г.Мариуполь Донецкой обл.,пер.Республики,7.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке Приазовског государственного технического университета.

Автореферат разослан

"fö и994 ГОда.

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор техн.наук, профессор . Н.И. РЕВ1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.Непрерывная разливка стали является одним из главных направлений в развитии сталеплавильного производства. Высокие требования,предъявляемые к качеству металлопроката,поставили перед металлургами задачу по кардинальному улучшению качества непрерывнолитой заготовки.

В современных условиях рыночной экономики появилась необходимость значительного расширения марочного и размерного сортамента производимого металлопроквта без дополнительного строительства новых слябовых и сортовых (блшовых) машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Для расширения размерного сортамента слябов по ширине в последние годы разработана технология продольной порезки широких слябов одного типоразмера на заготовки необходимой ширины,в зависимости от сортамента готового металлопроката. В этом случае достигается значительная экономия анергоресурсов, производственных и капитальных затрат.

Вместе с тем, массовое производство сортового и профильного проката из непрврывнолитых слябов сдерживается наличием внутренних дефектов, присущих только непреывнолитому металлу. Основной проблемой при получении заготовки таким методом является выход на поверхность в плоскость реза внутренних дефектов сляба, которые в дальнейшем трансформируются в соответствующие дефекты прокатанной металлопродукции.

Одним из эффективных мероприятий, позволяющих в значительной мере уменьшить количество дефектов слябов и повысить механические свойства катаного металла является способ непрерывной разливки стали с вводом макрохолодильников в виде стальной ленты в кристаллизатор МНЛЗ.При создании определенных условий теплового взаимодействия стальной ленты с расплавом в кристаллизаторе МНЛЗ имеется возможность существенно улучшить макроструктуру и повысить химическую и физическую однородность непрврывнолитых слябов.

йце одним решением задачи получения заготовок на слябовой МНЛЗ для производства сортового и профильного проката с одновременным повышением их качества является создание принципиально нового по конструкции и своим теплотехническим характеристикам кристаллизатора с консольными перегородками.позволяющего одновременно нв одной машине получать как слябовые.так и блюмовые заготовки с улучшенной макроструктурой. Поэтому разработка указанных

- I -

способов непрерывной разливки является актуальной и вахнай задачей.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работ! является разработка технологии получения блшовой заготовки i повышенной химической и структурной однородностью на слябово] ЫНЛЗ для производства высококачественного сортового и профильно го проката.

В связи с этим в задачи исследования входило:

- усовершенствование способа повышения квчества макрострукту ры непрерывнолитого сляба путем ввода в кристаллизатор UHJ1 стальной ленты;

- исследование закономерностей структурообразования непра рывнолитого сляба в зависимости от технологических параметре разливки и режимов ввода ленты;

- исследование закономерностей теплофгаического взаимодейс! вия расплава в кристаллизаторе ЫНЛЗ со стальной лентой при различных режимах ее ввода;

- разработка технологии ввода стальной ленты в кристаллизатс ЫНЛЗ, обеспечивающей получение заготовки требуемого качества д; производства сортового и профильного проката;

- разработка нового кристаллизатора с консольными перег< родками для получения блшовой заготовки на слябовой ЫНЛЗ д. производства сортового и профильного проката;

- исследование теплофизического взаимодействия расплава 1фисталлизатором, содержащим консольные перегородки;

- исследование характера потоков расплава в кристаллизато с перегородками при различных вариантах подвода металла;

- разработка технологии получения блшовой заготовки слябовой МНЛЗ для производства сортового и профильного проката.

Научнвя новизна. Уточнены параметры теплофизического взаим действия стальной ленты с расплавом в кристаллизаторе ЫНЛЗ. Пои зано, что полное расплавление ленты достигается при ее массов расходе 0,7-1,01, толщине 1,2-2,0 мм и температуре ликвидуса ни чем у разливаемой стали не менее,чем на 10°С.

Установлено влияние химического состава ленты на ее массог расход при вводе в кристаллизатор ЫНЛЗ в режиме полного расплс ления. Показано,что при увеличении содержания углерода в ленте 0,10 до 0,40 % расход ленты может быть увеличен до 1,2%. При в: в 2-3 раза возрастает размер зоны равноосных кристаллов и, cot

- 2 -

вэтственно, уменьшается зона столбчатых кристаллов.

О помощью методов гидравлического и математического моделирования впервые исследован процесс получения блшовой заготовки на слябовой МНЛЗ, установлены основные параметры процесса и разработан новый кристаллизатор с консольными перегородквми.

Установлено, что форма консольной перегородки не оказывает заметного влияния на характер циркуляционных потоков в кристаллизаторе. Использование стандартного погружного стакана при разливке не обеспечивает благоприятных условий формирования оболочки сляба в кристаллизаторе с перегородками, в связи с чем был разработан новый погружной стакан с разновеликими щелевыми отверстиями.

Разработана математическая модель и произведен расчет на ЭВМ температурного поля стенок кристаллизатора с перегородками. Установлено, что достаточные условия охлвждения перегородки достига-вются при выполнении в ней пяти каналов, диаметром 16-20 мм.

Определены зоны формирования оболочки слитка в кристаллизаторе с перегородквми с максимальными значениями в ней температурных напряжений, вызываемых размыващим действием струи металла.

Практическая ценность работы заключается п усовершенствовании технологии ввода ленты в кристаллизатор МНЛЗ, позволяющей получать непрерывнолитые слябы с повышенной однородностью макроструктуры для производства сортового и профильного проката требуемого качества. Разработана и освоена технология производства сортового и профильного проката из непрерывнолитых слябов,отлитых с вводом ленты в кристаллизатор МНЛЗ.Это позволило повысить качество металлопродукции и расширить область использования непрерыв-нолитого металла.

На основании результатов гидравлического и математического моделирования разработана конструкция нового кристаллизатора с консольными перегородками, позволяющая получать на слябовой МНЛЗ заготовку, близкую по своим размерам к блшовой.

Новый кристаллизатор опробован в промышленных условиях при разливке сталей марок 09Г2С и СтЗсп. Из отлитых блшовых заготовок была получена следующая металлопродукция: квадрат 100x100 мм, швеллер Х24, ЖЗО, шахтная стойка Ш7. Разработанная технология позволила получить сортовой и профильный прокат с улучшенной макроструктурой и высокими механическими свойствами

Годовой экономический эфХект от внедрения указанной технологии составляет 0,54 млн.крб./т за счет снижения расходного коэф-

фициента с 1,2 до 1,1 т/т при получении блюмов из непрврывнолитых заготовок взамьн слитков.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуадались на следующих семинарах и конференциях:

1.Научно-технической конференции "Молодежь и научно-технический прогресс",г.Липецк.1991 г.

2.XXI научно-технической конференции молодых специалистов,г.Мариуполь, 1991 г.

3.1-ой региональной научно-технической конференции, г.Мариуполь,

1992 г.

4.11-ой региональной научно-технической конференции, г.Мариуполь,

1993 г.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Результаты теплофизических расчетов взаимодействия стальной ленты с расплавом в кристаллизаторе МНЛЗ.

2. Закономерности формирования структурных зон слябов при различных параметрах кристаллизации и режимах ввода ленты.

3. Результаты усовершенствования технологии ввода ленты в кристаллизатор МНЛЗ для получения заготовок с улучшенной макроструктурой для производства сортового и профильного проката.

4. Результаты гидравлического и математического моделирования процесса непрерывной разливки стали в кристаллизатор с консольными перегородками.

5. Разработка конструкции нового кристаллизатора для одновременной отливки слябов и блюмов на слябовой МНЛЗ.

6. Результаты исследования теплофизического взаимодействия кристаллизатора с перегородками с формирующейся оболочкой сляба

7. Результаты промышленного освоения технологии получения бли мовой заготовки для производства сортового и профильного проката.

Публикации.По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и обьем работы. Диссертационная работа состоит ие введения,четырех глав,выводов.Основное содержание изложено на страницах машинописного текста. Работа включает 76 рисунков, 20 таблиц, список использованной литературы из 161 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.Методика проведения исследований.

В работе использовали современные методы исследования с применением физического и математического моделирования .лабораторного и промышленного эксперимента.

Промышленные_эксперименты проводили в кислородно-конвертерном цехе комбината "Азовсталь" при разливке углеродистых и низколегированных марок сталей на криволинейных МНЛЗ в кристаллизатор сечением 0,300x1,850 мм при скоростях разливки 0,6-0,9 м/мин. и температуре металла в промежуточном ковше 1530-1550°С.

Измерение температурного поля расплава в кристаллизаторе при разливке по обычной технологии и с вводом стальной ленты проводили с помощью специальных термостойких блоков, размещаемых в кристаллизаторе на мениске металла и служащих для фиксации термопар в определенных точках.

Температуру оболочки затвердевающего сляба определяли методом вмораживания термопар, а для ислледования кинетики затвердевания сляба использовали метод ввода изотопа Р22.

Схему циркуляции расплава в кристаллизаторе МНЛЗ и влияние струи металла на оболочку сляба изучали на установке гидравлического моделирования методами фиксирования движущейся границы струи и определение потерь веса брикетов индикатора, размещаемых на стенках кристаллизатора.

2.Исследование тешюфизичвского взаимодействия стальной ленты с расплавом в кристаллизаторе МНЛЗ.

На основании статистических исследований установили,что перегрев разливаемого металла AT способствует устойчивому росту зоны направленной кристаллизации с одновременным сокращением размеров корковой и равноосной зон. На макроструктуру особенно заметно воздействуют величины перегрева до 10°(для сталей типа 09Г2С). При аТ<10° розкс сужается размер зоны столбчатых дендритов и в осевой части сляба формируется зона глобулярных кристаллов.При ат>20° соотношение структурных зон становится достаточно постоян-!'чм: зона столбчатых дендритов занимает приблизительно 75% поля темплета,соответственно,зоны равноосных и "замороженных" кристаллов - 25%.

Изменение соотношения структурных зон сляба при увеличении перегрева существенно влияет нв количество дофеитоп в осевой зоне

- b -

сляба. Так,увеличение температуры маталла в промежуточном ковша 1520 да 1540°0 приводит к росту балла осевой химнеоднородности рыхлости с 1,0-1,5 до 2,0-2,5.

Поскольку снижение температуры маталла в промежуточном кое ограничено условиями разливки, в данной работе провели исследоЕ ния, направленные на уменьшение величины дт в верхней части кри таллизатора. Для этого в него во время разливки вводили макрол лодильник в виде стальной ленты.

На опытных плавках определяли теплофизическое взаимодейстЕ ленты с расплавом в кристаллизаторе ЫНЛЗ. В частности, определи кинетику намораживания и плавления оболочек на лентах различи исходной толщины при разных значениях дТ. Характер изменения тс щин оболочек представлен на рис.1.

Зависимость суммарной толщины ленты и намороженной оболочки от времени нахождения ев в расплаве

12

!

в <

Г? Ъ

у

Эг

ь!

112

/ /"ТЧ / /к ¡/¡А Ц ГЛ А

X

О 8 16 24

Время нахождения ленты в расплаве, с.

1,3 - дТ=15-20°С; 2,4 - дТ=5-10°С Цифры у точек - количество усредненных значений

8

Рис.1

Установлено, что на плавках с перегревом 15-20° максимальные толщины намораживаемого слоя 2,0-2,5 мм ( кривая 1 ) были достиг-гнуты на лентах толщиной 1,5 мм при времени намораживания 2-3 с, а на лентах толщиной 3 мм ( кривая 3 ) за 6-8 с намерзал слой толщиной 8-9 мм. Иная картина характерна для опытов с перегревами расплава от 5 до 10° ( кривые 2,4 ). Снижение температуры перегрева привело к заметному, в 1,5-2,0 раза увеличению толщины намороженного слоя по сравнению со случаем перегрева 15-20°. Для лент толщиной 0,В-0,8 мм характерны чрезвычайно быстрые процессы намораживания и плавления. Ленты таких толщин расплавлялись в течении 3-4 с. Толщина намороженного слоя составляла 3-4 первоначальных толщины ленты.

Параллельно исследованию процессов намораживания и плавления лент в расплаве проводили изучение воздействия стальной ленты на состояние температурного поля расплава в верхней части кристаллизатора. Отмечено общее снижение температуры жидкой лунки при вводе в нее стальной ленты. Существенное локальное воздействие холодильников на температуру расплава выражается в том,что металл в точках,непосредственно прилегающих к холодильнику, имеет температуру на 5-15°0 ниже, чем при разливке по обычной технологии. Наблюдается более быстрое охлаждение жидкого металла по пути движения потока, истекающего из выходного отверстия погружного стакана .

Используя результаты экспериментов, с достаточной степенью достоверности были'Определены теплофизические параметры взаимодействия ленты и расплава.

Основными параметрами,регулирующими процесс взаимодействия, явились геометрические размеры ленты,ее температура плавления и скорость ввода в расплав.В зависимости от сочетания этих факторов возможны два варианта взаимодействия ленты и расплава:полное расплавление внесенной твердой фазы и армирование сляба лентой.

Расчеты проводили с целью определения необходимого времени прогрева ленты до температуры ликвидуса и ее плавление при различных температурно-скоростных рвжимах разливки. Форма и размеры ленты позволяли рассматривать ее в виде неограниченной пластины. Прогрев рассчитывали при граничных условиях третьего рода. Решение находили в виде:

е=1-(т-т0)/(тс-т0) (1)

где 9 - безразмерная температура:Т и Т0 - темппратура ленты

- 7 -

соответственно после ее нагрева и начальная;ТС - твмпература расплава в кристаллизаторе.

По номограммам определили время прогрева центра и поверхнос ленты. Расчетные значения были сопоставлены с полученными в хо, экспериментов по намораживании. Отмечена хорошая сходимость ре ультатов.особенно для значений толщин лент до 2 мм. Максимвльн отклонения расчетных значений от опытных находились в предел 10-15%.

Располагая экспериментальными и расчетными значениями изменению толщины ленты в расплаве и времени ее плавлени оценили влияние внесенной твердой фазы на снижение перегре рвплвва. За счет введения ленты в расплав снижение перегре металла из уравнения теплового баланса составило:

АТ= ул 0 1 Рл [сл (V V + ь] / <ск Р*ур А в>- ( где Ул - скорость ввода ленты; а и 1 -толщина и ширина ленты; рл и сл- плотность и теплоемкость материала ленты;А и В - разме узкой и широкой граней 1фисталлизатора;ск и рж~ теплоемкость и плотность жидкой стали;Ур - скорость разливки- температура ликвидус ленты;! - теплота кристаллизации.

Снижение величины перегрева является функцией парамет] а,1,0^,и Ур. Максимально возможное снижение перегрева жидкой ф< при определенных значениях 0, 1, Т^ можно достигнуть при наиОо. шей скорости ввода ленты в расплав,при которой еще возможен ре: ее полного расплавления.Соответственно,при определенных значат перечисленных параметров рассчитали максимальную скорость вв< ленты в расплав в режиме плавления.

В целом скорость ввода ленты в режиме плавления пропорцион на скорости разливки и перегреву расплава.

3.Особенности процессов кристаллизации и структурообразова: слябов, отлитых с вводом ленты.

В данной работе исследовали особенности процессов кристалл ции и структурообрвзования непрарывнолитых слябов, получаемых криволинейных ЫНЛЗ с вводам в расплав макрохолодильников в в стальной ленты.

Используя данные температурного зондирования и фиксации фр та затвердевания,были рассчитаны значения усредненного градае температур по сечению твердой корочки на каждом из выбранных г зонтов для варианта обычной разливки и разливки с вводом ленты

■ - 8 -

Известна взаимосвязь параметров кристаллизации СУ, С/У и С/У^ с формированием структуры слитка.При определенных значениях этих параметров наблюдается переход от зоны "замороженных" кристаллов к ориентированной дендритной структуре, а от нее -к раз-ориентированной и глобулярной структурам. На основании полученных данных были проведены расчеты величин СУ и Й/У^ для условий затвердевания слябов, отлитых по обычной технологии. Установлено, что со стороны большого радиуса переход от столбчатой к рвзориен-тированной структуре наблюдвется при С/У^ < 50-б0°С мин1/^/см3/'2. Для плавок с начальным перегревом ДТ=15-20°С, что соответствует технологическим условиям разливки,переход осуществляется на глубине 3,5-4,0 м. Изучение структуры по малому радиусу подтверждает отсутствие перехода от столбчатой структуры к разориентированной при ДТ г 25°,когда величина й/У^ в течение всего периода кристаллизации превышает значение 50-60 мин1/2/см3/2.При разливке сталей о низкими значениями перегрева(ДТ<15°)обрвзование зоны глобулярных кристаллов возможно и при значениях С//^>50-60°С"мин1 //2/см3/2 Это вероятно связано с тем.что при разливке с малыми перегревами резко увеличивается количество центров кристаллизации,распределенных по всему объему расплава.

Применение макрохолодильников существенно изменяет картину структурообразования и сказывается на величинах параметров кристаллизации. Режимы ввода твердой фазы изменяли таким образом что количество введенной ленты составляло от 0,1 до 1,4 Ж от массы разливаемого метвлла.Установлено,что максимальное уменьшение зоны столбчатых кристаллов и увеличение зон разориентироввн-ных и глобулярных,наблюдается при вводе 0,6-0,7% ленты. При вводе большего количества ленты отмечено ее неполное плавление,а при вводе 1,2-1,4% лента практически не рвсплавлялась.Соответственно, ее воздействие на структуру прогрессирующе уменьшалось.

В ходе экспериментов провели анализ влияния вводимой стальной ленты на изменение соотношения площадей,занятых различными структурными зонами в слябе.Для опытных слябов характерна увеличенная зона корковых кристаллов по сравнению с контрольными, где ширина зоны корковых кристаллов составляет 2-6 мм,в опытных слябах - 7-10 мм.При оптимальных режимах ввода макрохолодильников в осевой части непрерывнолитых слябов формируется зона глобулярных кристаллов шириной от 40-60 до 80-90 мм. Для опытных темплетов характерно либо полное отсутствие зоны направленной кристаллиза-

ции по большому радиусу, либо еа сокращение до ^шальных знач£ ний.По малому радиусу наблюдается неширокая зона столбчатых кри< таллов (20-40 мм).Установлено, что при вводе макрохолодильников определенном режиме протяженность столбчатой зоны сокращается 4-6 раз,формируется глобулярная зона, снижается асимметрия стро< ния непрерывнолитого сляба,отлитого на ЫНЛЗ криволинейного тип1 Представляет интерес исследование характера воздействия ] макроструктуру сляба стальных лент различного химического соста! Закономерности изменения соотношения структурных зон при вводе в расплав лент различного химсостава приведены на рис.2.

Воздействие макрохолодильников на структуру сляба а б в большой

радиус

Количество введенной ленты, %

а,б,в - ввод в расплав лент марок 08кп, СтЗсп, Стбсп соотве ственно;структурные зоны: 1 - "замороженных" кристаллов,2 - сто. бчатых дендритов; 3 - разориентированных кристаллов, 4 - глоб, лярных кристаллов.

Рис.2

Графики построены для случая разливки малоуглеродистых мар сталей с перегревом в промковше 25-30° и скоростью разлив: 0,65-0,70 м/мин и позволяют определить режим ввода твердой фаз: оказывающей максимальное влияние на структуру. В целом для иы температурно-скоростных режимов разливки диаграммы носят качв' твенно аналогичный характер. С ростом температуры разливаемо:

- 10 -

Мклилла и скорости разливки область оптимальных режимов ввода макрохолодильников смещается и строну увеличения количества вводимой твердой фазы. Для стали марки 08кп наиболее вффективно внесение 0,6-0,651 твердой фазы, для СтЗсп - 0,75-0,85 % и для Ст5сп - 0,9-1,2 Ж. Целесообразно применение лент с температурой плавления существенно ниже температуры ликвидуса расплава. Применение лент с высокими значениями температуры ликвидуса (Т^>1515°С) приводит к появлению эффекта неполного плавления ленты и резкому снижению эфБективности воздействия ленты на макроструктуру сляба.

4.Усовершенствование технологии непрерывной разливки стали с вводом стальной ленты в кристаллизатор МНЛЗ.

Опытные плавки проводили в кислородно-конвертерном цехе комбината "Азовсталь".Разливку проводили на 2-х ручьевой слябовой МНЛЗ криволинейного типа.В ходе разливки контролировали следующие параметры: температуру металла в ствльковше и промковше,скорость разтавки,скорость подачи ленты, начало и конец ввода ленты.Ленту вводили при помощи опытной установки механизированного ввода ленты (УМВЛ-1). „

В ходе экспериментов уточняли параметры ввода лэнты и их влияние на качество литого и катаного металла.В результате проведения-плавок были выявлены существенные конструктивные недостатки УМВЛ-1 что позволило разработать и изготовить новую УМВЛ-2,которая обеспечивала стабильный ввод ленты в различных режимвх.Вводили ленту марки Ст5сп размерами 1,6x380 мм.Скорость ввода ленты определяли по т> юлогическим параметрам разливки стали.

. ановлено.что ввод ленты оказывает существенное влияние на улуч,, ше макроструктуры литого металла.В частности,в 1,3-1,5 раза и .(жается осевая химнеоднородность стали,в 1,2-1,4 - осевая рыхлость. В металле, разлитом с вводом ленты в меньшей степени развита точечная неоднородность, меньше количество трещин, более однородна структура по толщине сляба. Отмечено значительное сокращение протяженности зоны столбчатых дендритов (в 1,7раза) и, соответственно, увеличение в 1,5-1,6 раза зоны равноосных кристаллов УЗК слябов показал,что в опытном металле внутренние дефекты либо полностью отсутствуют,либо занимают меньшую площадь и рассредоточены в объеме сляба более равномерно, в отличие от сравнительного, где дефекты занимают большую площадь и сосредоточены преимущественно в центральной зоне.

Химический анализ содержания элементов по толщине опытных и

- II -

сравнительных слябов в СтЗсп показал,что распределение С, Mil, F, в опытных слябах более равномерное. Наиболее заметное снижен содержания элементов наблюдается в осевой зоне.По углероду осев ликвация снизилась в 1,6 раза,по марганцу - в 1,2 раза, по сере фосфору - в 2,6 раза.

Количественный анализ неметаллических включений в стали ОтЭ показал,что общее содержание их в опытном и сравнительном метал практически одинаково (0,06% и 0,056 % соответственно).Несколь повышенная загрязненность опытного металла наблюдается в подкс ковой зоне со стороны малого и большого рвдиуса и в осевой за В целом,распределение неметаллических включений в опытном метал более благоприятное.

Исследования неметаллических включений по размерным групп показали, что в опытном металле наблюдается тенденция к снижен частоты встречи крупных включений ( размером 5,2-6,0 мкм ) увеличению мелких (размером 0,8-1,2 мкм)

5.Производство сортового и профильного проквта из заготово полученных с вводом ленты в кристаллизатор МНЛЗ.

Слябы о улучшенной макроструктурой, полученные по разраб танной технологии, разрезали по определенной схеме на блюмов заготовки и производили из них различные вида сортового и пр фильного проката по обычной технологии.От блюмов и полученн продукции (квадрата.швеллера,балки,шахтной стойки)отбирали про металла и исследовали его качество.

Установлено, что сортовой и профильный прокат из металла, о литого с вводом ленты, полностью удовлетворяет предъявляемым нему требованиям и обладает более высокими качественными показ телями в сравнении с металлопродукцией, полученной по обычной т нологии.

6. Разработка технологии получения блшовой заготовки на сл бовой МНЛЗ для производства сортового и профильного проката.

Технология производства слябов с вводом ленты в кристаллиз тор МНЛЗ позволяяет получать заготовки улучшенной макроструктур сортовой и профильный прокат требуемого качества. Вместе с те порезка слябов на блюмовые заготовки приводит к определенным ан гозатратам и потерям металла, повтому в данной работе предприня попытка разработать технологию получения блюмовой заготовки неп родственно на слябовой МНЛЗ. Для этой цели был разработан и оп

бован новый кристаллизатор с консольными перегородками.В процес

- -

его раиуь. ¡тки приводили математическое и. гидравлическое моделирование, которое позволило уточнить конструкции кристаллизатора и погружного стакана.

На первом этапе гидравлическое моделирование осуществляли с помощью модели типового погружного стакана,применяемого на комбинате "Азоестзль".Установлено,что стандартный стакан не позволяет получить равномерное поле скоростей потоков по всему объему кристаллизатора, способствует развитию интенсивной циркуляции у перегородок и не обеспечивает достаточное поступление горячего металла к мениску в двльней половине кристаллизатора.Характер циркуляции расплава заметно не изменялся при смещении стакана к перегородкам и при изменении формы перегородки от прямоугольной к треугольной и параболической

О учетом полученных результатов исследовали влияние конструкции стакана и место его расположения в кристаллизаторе на схему циркуляции расплава и взаимодействие потоков с перегородками.В конструкции стакана изменяли соотношение площадей выходных отверстий,их форму и угол наклона.Определили,что наилучшие результаты в организации потоков расплава позволяет получить стакан с ассимэтричными по размерам и углам наклона щелевыми выходными отверстиями. При этом стакан должен быть размещен на расстоянии от перегородок параболической формы,равном 1/8 ширины кристаллизатора.Использование нового стакана позволяет получить более равномерное омывание граней кристаллизатора.Скорости потоков, омывающих перегородки не превышают 7-11 см/с,зона замедленной циркуляции локализуется только под стаканом и горячий металл поступает в достаточном количестве к зеркалу расплава.

Таким образом, разработанная конструкция стакана при его соответствующем размещении позволяет получать штоки со скоростями в пределах реально существующих при разливке в обычный кристаллизатор.

7.Расчет температурного ноля перегородок кристаллизатора Для расчета температурного поля перегородки использовали известную методику. Ввиду определенной сложности задачи,исходя из ее постановки в трехмерном пространстве, результат находили с помощью решения двух взаимосвязанных двумерных задач. Зная исходные геометрические параметры кристаллизатора, место расположения стакана и расстояние мевду перегороками для первого решения были выбраны характерные точки на поверхности перагородки.

- 13 -

Задачу решали методом конечных разностей по явной схеме,зам няя дифференциальное уравнение теплопроводности алгебраическим ражением.Для решения задачи задавали граничные условия Ш-го р Для расчета теплоотдачи от жидкого металла скорости потоков ра плава в характерных точках определяли в соответствии с результ тами гидромоделирования. Изменение температуры жидкой стали высоте кристаллизатора учитывали путем использования кусочно-! нейных функций.

В результате расчета установили распределение температур высоте и сечении перегородки. На рис.3 представлено максимальи температурное поле в горизонтальном сечении перегородки при зе чении коэффициента теплоотдвчи воде равном 25000 Вт/м2 К.

Максимальное температурное поле в горизонтальном сечении перегородки

а - ТП/КИ520°0; б - Тп/К=1530°0; в - Тп/к=1545°С

Рис.3

Наибольшие значения температур достигаются в местах,омываег потоками расплава с максимальными скоростями.

Полученные результаты почяапшги уточнит' пптимпльную конфш

рацию п&ро!о^одац, отклонение ат которой приводит к увеличению пиковых значений температуры.

8.Исследование условий теплофизического взаимодействия кристаллизатора о консольными перегородками с формирующейся оболочкой слитка.

Наличие перегородок в кристаллизаторе оказывает определенное-влияние на динамику роста оболочки слитка.Для изучения этого влияния проводили расчет процесса затвердевания в исследуемых условиях.

Решали упрощенное уравнение теплопроводности.учитывающее выделение теплоты кристаллизации в двухфазной зоне в виде эффективной теплоемкости в зависимости от скорости выделения твердой фазы Для учета влияния размывающего действия потоков жидкого металла на положение границы раздела фаз вводили граничное условие.учитывающее изменение коэффициента теплоотдачи конвекцией от жидкого металла в зависимости от скорости потоков у фронта кристаллизации Задачу решали методом конечных разностей по неявной локально-одномерной схеме. Решение находили для четырех независимых горизонтальных и пяти вертикальных участков сечения кристаллизатора.Установлено ,что наиболее неблагоприятные условия затвердевания возникают в зонах, прилегающих к узкой, ближайшей к стакану,грани крисчллизатора и у границы стыка обращенной к стакану стороны перо )родки с кристаллизатором.Толщина оболочки в этих зонах на 15-2ЬЖ меньше,чем в других местах,что связано с интенсивным воздействием потоков жидкого металла.

В целом расчеты показывают,что толщина оболочки на выходе из кристаллизатора с перегородками на 10-20% больше по сравнению с обычьим кристаллизатором

1.Проведение опытных плавок с использованием нового кристаллизатора с консольными перегородками и исследование качества сор-тово,'> и профильного проката.

1" соответствии с результатами исследований, изложенными выше 6i.ii изготовлен новый кристаллизатор с консольными перегородками.:': опытный кристаллизатор были разлиты плавки стали 0ЭГ2С и СтЗсп Рабочая скорость разливки составляла 0,6-0,7 м/мин..температур! металла в промковше находилась в пределах 1530-1535°0.

О", слябов, отлитых в опытный кристаллизатор отбирались поперечны гемплеты для исследования макроструктуры.Их анализ показал нали\ : челкодендритного строения, без развитой зоны столбчатых

I - 15 -

кристаллов.Причем, левая и правая части поперечного темплета бь ли идентичны по своему строении. Это можно объяснить тем, чч перегородки не только сыграли роль в организации гидродинамю потоков, но и роль холодильника, снимающего перегрев и спосос ствующего развитию объемной кристаллизации. Осевая ликвацш типичная для обычных непрерывнолитых слябов, была менее развит и прерывалась в районе перегородок. Гасслоя по месту ликвации I наблюдали.Опытные слябы разделяли по перемычке огневой резкой I заготовки и прокатывали на блюмы, из которых затем получали ква; рвт,швеллер и шахтную стойку.Исследование макро- и микрострукту] металлопродукции показало,что металл всех видов проката име мелкодендритное строение с наличием в отдельных пробах прерывис той ликвационной полоски повышенной травимости.не выходящей I поверхность.

В целом макроструктура опытного металла является знвчителы более однородной,чем сравнительного,с более развитой зоной равнс осных кристаллов и отсутствием выраженой центральной ликвацией.

• Изучение механических свойств металлопродукции проводили I прдбах,отобранных от всех видов проката.Механические свойства ш драта 100x100 мм определяли на разрывных образцах 0 10 мм.вырез? ных в продольном направлении от четырех сторон квадрата и обрас цах ф 6 мм,вырезанных в продольном и поперечном нвправленииях.

Установлено,что по всем показателям для всех без исключен! образцов отмечается превышение свойств над требуемыми ГОСТом к? для стали марки 0ЭГ20, так и для стали Зсп.

Механические испытания металла швеллеров Л 24 проводили г плоских разрывных образцах, вырезанных из стойки швеллера продольном и поперечном направлении. Ударную вязкость oпpeдeляJ на образцах I и II типа.Результаты испытаний показали,что средне значение предела прочности опытного металла для стали 0ЭГ2С прг вытает требуемое по ГОСТ 19281-89 на 15*, предела текучести на 18%, пластичности - почти на 4056, вязкостные характористш возросли в 5 раз, после механического старения - в 8 раз.

В сравнении с прокатом, полученным из слитков мнртеновско1 металла прочностные характеристики остались на том же уровне пластические возросли на 20%, вязкостные после старения - в 1, раза.

Анализ результатов механических испытаний псжаяыпаэт,что к; чество опытного металла заметно лучшо обычного и он г </оиахом мг

■ - Ь', -

кет бить использован для изготовления оортоьош и профильного пр-ката

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 . Определено влияние перегрева стаж, скорости разливки и размеров кристаллизатора на строение макроструктуры непрерывлолитых крупногабаритных слябов. Перегрев стали в наибольшей степени по сравнению с .другими факторами способствует устойчивому росту размеров зоны направленной кристаллизации и увеличению количества дефектов осевой части сляба.

2. Установлен характер теплового взаимодействия стальных лент толщиной 0,6+3,0 мм с расплавом в кристаллизаторе МНЛЗ при изменении величины перегрева металла от 5 до 20°С. Показано, что полное плавление ленты в пределах кристаллизатора происходит при ее массовом расходе 0,7-1,0%,толщинах- 1,5-1,8 мм и перегреве расплава 15-20°С.

На основе экспериментальных данных и результатов расчета установлена пропорциональная зависимость между скоростью ввода ленты в расплав в режиме ее полного расплавления, а также скоростью разливки и перегревом металла. Коэффициент пропорциональности определяется размерами кристаллизатора и ленты.

3. Определены особенности формирования макроструктуры непрерывнолитых слябов, отливаемых на криволинейной МНЛЗ с вводом ленты в расплав в процессе разливки.

Установлены пределы оптимального массового расхода лент различного химического состава. Показано, что увеличение содержания углерода в металле ленты с 0,10 до 0,40 % дает возможность увеличить ее массовый расход при полном расплавлении с 0,6 до 1,2 %.

Оптимальный массовый расход ленты позволяет существенно улучшить качество литого металла, что делает возможным использовать его при производстве сортового и профильного проката.

4. Усовершенствована технология ввода ленты в кристаллизатор МНЛЗ, что позволило получать непрэрывнолитые слябы повышенной однородности для производства сортового и профильного проката.

Установлено, что целесообразно использовать ленты, толщиной 1,2-2,0 мм из стали Ст5сп или иной углеродистой марки стали, имеющей температуру ликвидуса ниже, чем у разливаемой стали не

- 17 -

менее, чем на 10°С. Скорость ввода ленты в расплав опроделяет скоростью разливки и температурой разливаемого металла.

5. Разработана и освоена технология производства сортового профильного проката из непрерывнолитнх слябов, отлитых с ввод ленты в кристаллизатор ЫНЛЗ. Это позволило повысить качест металлопродукции и расширить область использования непрврнш литого металле.

6. О помощью методов гидравлического и математическс моделирования исследован процесс получения блюмовой заготовки слябовой МНЛЗ. Для этого был разрайотан новый кристаллизатор консольными перегородками.

7. Форма консольной перегородки при оптимальном значении р; стояния между ними не оквзывает заметного елияния нв характер I куляционных потоков в кристаллизаторе.

Установлено,что использование стандартного погружного стгзю при разливке в кристаллизатор с перегородками на позвол; получить равномерное поле скоростей потоков в объ( кристаллизатора, обеспечить формирование равнотолщинной оболо* слитка по периметру кристаллизатора, в также способств: развитию интенсивной ф*ркуляции у перегородок и вызывает быстрый износ. В связи с этим разработана конструкция погружш стакана с разновеликими щелевыми отверстиями, позволяй получить поток со скоростями в пределах существующих при разлт по принятой технологии и перераспределить их в соответствии асимметричным расположением стакана.

8. Разработана математическая модель и произведен расчет ЭВМ температурного поля стенок кристаллизатора с перегородк! при различных условиях охлаждения. Установлено, что достаточ] условия охлаждения перегородки достигаются при выполнении в ] пяти каналов диаметром до 20 мм. При этом макс и маль: температуры поверхности перегородки составляют 350-420°С в з< действия струи.

9. Исследованы условия теплофизического взаимодействия кр: таллизатора с перегородками с формирующейся оболочкой сляба. Установлены зоны формирования оболочки сляба в кристаллизатор максимальными значениями в ней температурных напряжений, вызы емых действием струи металла. Толщина оболочки в птих зонах выходе из кристаллизатора составляет 25-30 мм, в то время, кч других зоппх толщина оболочк!* находится п гтрвдэлчх П5-4П мм.

- ИЗ -

Ы. На оиаоишши резульгаюь гидрвыийчысксиа и матиматлческо-го моделирования разработана конструкция нового кристаллизатора с консольными перегородками, позволяющая получать на слябовой МНЛЗ заготовку, близкую по своим размерам к блсмовой.

Изготовлен и опробован в промышленных условиях новый кристаллизатор с консольными перегородками, позъоляклдий получать блю-мзвио заготовки и, соответственно, сортовой и профильный прокат из них.

11. Провадеш отишь разливки стали марок 05Г2С и СтЗсп в в кристаллизатор с порэгородками и получены блимоше заготовки к сортовой и профильный прокат из них. Исследование литого и катаного металла показало, что макроструктура заготовок, полученных с поморю нового кристаллизатора имеет достаточно высокую степень однородности с уменьшенным развитием зоны столбчатых кристаллов и осевой ликвации. Это позволило получить сортовой и профильный про кат с' улучшенной макроструктурой и высокими механическими свойствами .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Николаева И.Г. Формирование макроструктури напреривноли-тых слябов, отлитых с применением стальной ленты // Тезисы докла-докладов научно-технической конференции "Молодежь и научно-технический прогресс", Липецк, ЛипПИ, 1991г.,С.52-53.

2. Рзвтов Н.И., Николаева И.Г., Исаев О.Б. Разработка кристаллизатора с перегородками для получении блшсоьых заготовок на слябовой УНРС // Тазисы докладов ХХ1-0Й научно-технической конференции молодых специалистов. Мариуполь,ком-т "Азовсталь",1991г.,С.34.

3. Ревтов И.И., Николаева И.Г., Исаев О.Б. Моделирование процесса непрерывной разливки стали в кристаллизатор с перегородками // Тезисы докладов 1-ой региональной научно-технической конференции. Мариуполь, ММЙ, 1992г.,С.46.

4.Ревтов Н.И.,Исаев О.Б..Носоченко О.В..Емельянов В.В., Николаева И.Г.Особенности процессов кристаллизации и структурообразо-вания слябов,отлитых на криволинейных МНЛЗ //Изв.вузов.Черная металлург .-1992.ЖЗ.-С.25-28.

5.Ревтов Н.И..Исаев О.Б.,Носоченко О.В..Ленский В.Г..Николаева И.Г.Исследование тенлофизического взаимодействия стальной ленты с расплавом в кристаллизаторе установки непрерывной разливки

- 19 -

стали //Изв.вузов.Черная металлург.-1992.*6.-с.49-52.

б. Ревтов Н.И., Галай И.Г., Николаев Г.А., Лепихов Л.С. Технс логия получения непрерывнолитых слябов для производства профильного проката // Тезисы докладов 11-ой региональной научно-технической конференции. Мариуполь, ММИ, 1993г., том I "Металлургия", 145с.