научная статья по теме УМЕНЬШЕНИЕ ПОРАЖЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТИ СЛЯБОВ РЕБРОВЫМИ ТРЕЩИНАМИ ЗА СЧЕТ РАЗРАБОТКИ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ Металлургия

Текст научной статьи на тему «УМЕНЬШЕНИЕ ПОРАЖЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТИ СЛЯБОВ РЕБРОВЫМИ ТРЕЩИНАМИ ЗА СЧЕТ РАЗРАБОТКИ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ»

УМЕНЬШЕНИЕ ПОРАЖЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТИ СЛЯБОВ РЕБРОВЫМИ ТРЕЩИНАМИ ЗА СЧЕТ РАЗРАБОТКИ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

1 НПО «ДОНИКС». Украина, г. Донецк

2 ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет». Украина, г. Мариуполь. E-mail: fedosov-sol@mail.ru

3 ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ». Украина, Донецкая обл., г. Мариуполь Статья поступила 31.07.2013 г.

Проведен анализ влияния теплового состояния непрерывнолитых слитков различного сечения на вероятность образования ребровых трещин. Рассмотрены варианты корректировки расходов охлаждающей воды и воздуха на форсунки зоны вторичного охлаждения (ЗВО) с целью оптимизации теплового профиля непрерывнолитых заготовок, отливаемых из трещиночувствительных сталей. Разработанные режимы работы ЗВО для МНЛЗ-6 ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ» позволили снизить общий уровень зачистки поверхности слябов на 30%.

Ключевые слова: поверхностная ребровая трещина; сляб; температура; зона вторичного охлаждения; криволинейная МНЛЗ.

ПАО «МК «АЗОВСТАль» 80 лет

В процессе разливки высокопрочных низколегированных сталей на криволинейных МНЛЗ часто возникает проблема поражения поверхности слябов поперечными ребровыми трещинами. В дальнейшем эти трещины трансформируются в дефекты проката типа «плена» на кромках прокатанного листа. Исправление этого дефекта возможно обрезкой кромок проката или огневой зачисткой слябов, что связано со значительными дополнительными затратами и с задержками выполнения заказов. В связи с этим проблеме предотвращения образования угловых (ребровых) трещин на поверхности слябов уделяется много внимания.

Несмотря на то что вопросом уменьшения пораженности поверхности слябов ребровыми трещинами занимаются достаточно давно, на сегодня эта проблема остается актуальной. Это объясняется комплексным характером условий зарождения и развития ребровых трещин. Существенное влияние оказывают и конструкционные особенности МНЛЗ. Активное образование и развитие поперечных ребровых трещин могут происходить не только в кристаллизаторе, но и в зоне вторичного охлаждения (ЗВО) МНЛЗ. Процессу трещинообразования способствует наличие участков загиба и разгиба заготовок в ЗВО, что приводит к возникновению на поверхности слябов растягивающих напряжений в продольном направлении, способствующих развитию

различного рода поперечных трещин. К тому же, кромка НЛЗ в процессе разливки характеризуется самой низкой температурой по сечению, что уменьшает пластичность стали и под воздействием растягивающих напряжений может приводить не только к развитию уже зародившихся трещин, но и к образованию новых в местах поверхности, ослабленных следами качания кристаллизатора [1, 2].

Обобщая материал, представленный в публикациях, можно определить механизм образования трещин: в результате циклических изменений температуры поверхности и наличия ползучести на границах первичных зерен аустенита возникают микропоры. Затем они увеличиваются в размере и сливаются под действием растягивающих напряжений в сегментах загиба (поверхность большого радиуса) и разгиба (поверхность малого радиуса). Присутствие поверхностно-активных элементов (серы и фосфора) способствует увеличению пор. На процесс образования трещин значительное влияние оказывает наличие в твердой стали различных карбонитридов и нитридов (ЫЬС, ЫЬ(С, Ы), Л1Ы), что приводит к резкому ^ уменьшению пластичности стали в температурном интервале хрупкости (700-950 °С) [2-4]. Ак- ® тивное охлаждение краевых участков сляба приводит к тому, что температура металла на этих ^ участках достигает верхней границы интервала 5 хрупкости еще до выхода слитка из зоны разгиба, г

это значительно повышает вероятность образования и развития трещин [3, 4].

Цель работы - определение рациональных режимов вторичного охлаждения для разливки слябов из стали трещиночувствительных марок применительно к конструкции криволинейной МНЛЗ-6 ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ», которые позволят значительно уменьшить пораженность поверхностными ребровыми трещинами и снизить объемы зачистки слябов.

Для уменьшения вероятности образования и развития ребровых трещин необходимо, чтобы температура кромок НЛЗ была вне диапазона интервала хрупкости вплоть до момента выхода заготовки на горизонтальный участок ручья [5]. С этой целью, как правило, применяют высокотемпературный «мягкий» режим вторичного охлаждения. Применение высокотемпературных режимов достигается путем уменьшения расхода охлаждающей воды в ЗВО, что также позволяет снизить амплитуду термоциклирования на поверхности слябов. Однако реализация таких режимов сопровождается рядом сложностей.

Уменьшение интенсивности теплоотвода по всей поверхности слябов приводит к увеличению разности температур поверхности по середине широкой грани и по углам (в результате вторичного разогрева). Наличие большого градиента температур на поверхности НЛЗ не только нежелательно с точки зрения термонапряженного состояния, но может привести и к превышению предельно допустимого значения целевой температуры середины широкой грани. В связи с этим при конструировании систем ЗВО стремятся уменьшить интенсивность охлаждения углов НЛЗ путем уменьшения активного воздействия водовоздушных факелов форсунок на их ребра. В большинстве современных конструкций ЗВО МНЛЗ ограничение области активного охлаждения осуществляется путем отключения крайних форсунок (в зависимости от ширины слитка). В этом случае подача воды на секцию охлаждения может осуществляться раздельно по нескольким рядам форсунок (рис. 1). Но тогда ширина орошения изменяется дискретно, что не позволяет получить ее точные требуемые значения для всего ¡2 сортамента слябов. Следовательно, на практике должны выделяться как наиболее приемлемые, ® так и неприемлемые значения ширины слябов.

Кроме этого, к проблемам организации высоко-^ температурного режима относятся наличие тех-5 нологических ограничений форсунок ЗВО по г нижнему пределу допустимого расхода воды, а

также возникновение дополнительных тепловых нагрузок на поддерживающие ролики ЗВО, что может повлечь за собой их преждевременный выход из строя.

Для выявления связи между перечисленными выше факторами и фактической пораженностью поверхности слябов ребровыми поперечными трещинами использовали метод пассивного эксперимента. В результате статистического анализа производственных данных, полученных на базе криволинейной с вертикальным участком МНЛЗ ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ», были выявлены две закономерности, связывающие размеры сечения слябов с их пораженностью ребровыми трещинами (рис. 2).

На величину переохлаждения кромок большое влияние оказывает толщина заготовок. Так, на рис. 2, а хорошо видно снижение доли зачищенных слябов при увеличении их толщины. Схема управления расходом воды по секциям ЗВО МНЛЗ рассматриваемого типа предусматривает снижение расхода охладителя при уменьшении толщины слябов (особенно это заметно при толщине сляба 220 мм). Такой подход должен обеспечить сохранение теплового профиля поверхности НЛЗ по всей длине ЗВО, однако в работе [6] установлено, что на участке разгиба это условие не выполняется, и происходит снижение температуры поверхности заготовки. Таким образом, имеет место несоответствие существующей схемы управления расходом воды в ЗВО концепции сохранения теплового профиля заготовки при изменении ее толщины.

Анализ результатов математического моделирования в работе [6] позволил установить, что в верхних секциях ЗВО, когда толщина затвердевшей корочки стали относительно небольшая, на условия вторичного разогрева поверхности основное влияние оказывает величина теплоотво-да по граням заготовки. Изменяя интенсивность охлаждения, можно добиться быстрой реакции на повышение или понижение температуры поверхности практически по всему периметру сляба. Далее, по мере роста твердой фазы и увеличения теплового сопротивления корочки стали, интенсивность вторичного разогрева снижается, уменьшается и амплитуда колебаний температуры. Управление процессом вторичного разогрева углов слитка становится более инерционным. После полного затвердевания слитка повышение температуры углов НЛЗ становится маловероятным. При уменьшении толщины сляба его полное затвердевание, как правило, происходит

Рис. 1. Поперечная (а) и продольная (б) схемы расположения форсунок в ЗВО МНЛЗ с возможностью дискретного изменения ширины активного охлаждения поверхности слябов; номера питающих контуров для центрального (1), среднего (2) и широкого (3) ряда форсунок соответственно

раньше (при одинаковой скорости разливки и с учетом уменьшения расхода воды в ЗВО МНЛЗ), следовательно, усложняется задача поддержания высокой температуры углов слитка. Наиболее оптимальными секциями ЗВО, корректировка расхода воды в которых позволит эффективно воздействовать на

температуру кромок сляба, приняты секции на участке разгиба заготовки и предшествующая ей. При этом разливку слябов толщиной 220 мм рекомендовано проводить со скоростями 1,1 м/мин и более, что позволит поддерживать температуру кромок

220 250 270 Толщина сляба, мм

слябов в зоне разгиба на уровне выше верхнего предела интервала хрупкости [6].

Анализ влияния ширины слябов на их пора-женность ребровыми трещинами представлен на рис. 2, б, из которого хорошо просматривается тенденция к уменьшению уровня зачистки при увеличении ширины слябов. Однако при этом следует выделить два локальных максимума: при ширине сляба 1550-1650 мм и 1900-1950 мм, в которых доля зачищенных слябов относительно высока. Повышение пораженности поверхности слябов ребровыми трещинами при такой ширине связано с основным недостатком - дискретностью регулирования ширины активного орошения поверхности слябов. В рассматриваемой конструкции ЗВО большинство рядов состоит из шести форсунок (см. рис. 1), которые попарно связаны с тремя питающими контурами. Поскольку управление шириной охлаждения осуществл

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎