Создание комплексной технологии улучшения внутреннего строения непрерывнолитого сляба из низколегированных сталей

С целью активизации процесса ассимиляции НВ покровным шлаком было проведено исследование по применению шлакорафинировочной смеси (ШРС). Применение ШРС на поверхности зеркала металла в ПК позволило снизить содержание включений, особенно недеформируемых силикатов. Внедрение комплексной системы рафинирования стали в ПК привело к снижению общего индекса загрязненности металла с (1,77…3,96)Ч10-3 до (1,00…2,84)Ч10-3. Снижение общей загрязненности стали по содержанию неметаллических включений составило 26,5…30,4%.

Схема комплексной рафинировочной системы в ПК приведена на рис. 9.

Рис. 9. Схема комплексной рафинировочной системы в ПК:

1 - эжекционно-вихревое устройство; 2 - рабочий слой футеровки из периклазового торкретпокрытия; 3 - шлакорафинировочная смесь (ШРС); 4 - фильтрационная перегородка усовершенствованной конструкции; 5 - донная канальная веерная фурма; 6 - «гаситель» турбулентности.

При пониженном уровне металла в ПК, что обычно связано с переходными процессами разливки (заменой сталеразливочного ковша по ходу технологического процесса, началом и окончанием разливки), возникает воронкообразное движение жидкости над стаканом-дозатором. Были определены наиболее эффективные условия прохождения траекторий распространения струй выше опасной зоны затягивания включений.

При изучении динамики образования затягивающей воронки расчетным путем определили напор Нкр, при котором происходит воронкообразование:

,

где D - эквивалентный диаметр канала, v0 - средняя скорость истечения металла из ковша; q - расход металла.

Также использовали данные, полученные из соотношения кривых равных скоростей потоков вблизи стакана-дозатора, и распределения их по сечению раздаточной камеры. При проведении исследований исходили из того, что вихревую зону захвата можно устранить или максимально ослабить, уменьшив величину циркуляции путем разбивки замкнутых циркуляционных вихрей в районе стакана-дозатора ПК с помощью специальных огнеупорных рассекателей - «гасителей» турбулентности. На основе расчетов была отработана простая и эффективная с точки зрения подавления замкнутой циркуляции над стаканом-дозатором схема расположения «гасителей» турбулентности.

Анализ данных показал, что при установке гасителей турбулентности наблюдается снижение в 1,3…1,5 раза отсортировки листового проката, произведенного из слябов, отлитых при нестационарных условиях разливки с пониженным уровнем металла в промежуточном ковше, по дефектам, определяемым ультразвуковым контролем.

В шестой главе «Освоение в промышленном масштабе комплексной технологии разливки стали низколегированных марок ответственного назначения» изложены результаты технологической и экономической эффективности внедрения разработанных инновационных решений. Разработанная комплексная технология включает в себя следующие решения: непрерывная разливка стали с вводом макрохолодильников в расплав кристаллизатора МНЛЗ; система рафинирования стали в промежуточном ковше; оптимизированные расходы воды по зонам вторичного охлаждения МНЛЗ и режимы замедленного охлаждения слябов; оптимизация химического состава низколегированных штрипсовых сталей по содержанию углерода.

Применение технологии непрерывной разливки стали с использованием макрохолодильников позволило освоить производство толстых плит из низколегированных сталей перитектического класса толщиной свыше 100 мм со 100%-ным ультразвуковым контролем по жестким стандартам: 2-му и 3-му классу SEL 072, 1-му классу ГОСТ 2727 и подобным им. Испытания по толщине проката показали, что уровень пластических свойств металла, отлитого с вводом ленты, по отношению к произведенному по принятой технологии, составляет 120…140%, а уровень ударной вязкости - 160…200%. Выход годного плит, соответствующих требованиям 1-го класса ГОСТ 22727 и 2-3 класса стандарта SEL072 составил не менее 98%.

Применение комплексной рафинировочной системы стали в ПК по сравнению с базовым вариантом технологии позволило снизить содержание сульфидов, оксидов и нитридов в трубных сталях на 50…65, 30…40 и 50…60% соответственно, повысить пластические свойства листового проката на 4…8% и ударную вязкость на 8…10%; сократить отсортировку листов по дефектам, определяемым ультразвуковым контролем.

Применение в поточном производстве разработанных режимов расхода воды по зонам вторичного охлаждения и замедленного охлаждения привело к снижению отбраковки слябов по дефекту «расслой» с 0,04 до 0,005% и отсортировки толстого листа по осевой несплошности и наличию внутренних трещин, выявляемых ультразвуковым контролем, на 10…15% (отн.).

Проведенные исследования и промышленное опробование производства листового проката из стали с пониженным содержанием углерода позволило освоить промышленное производство малоперлитной стали 08Г1Б с низкой центральной сегрегационной неоднородностью, стойкой против растрескивания в H2S-содержащем газе.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе изучения процессов тепломассопереноса при затвердевании непрерывнолитого металла внесен вклад в разработку научных основ технологии непрерывной разливки стали применительно к существующему оборудованию кислородно-конвертерных цехов; за счет разработки и внедрения комплексной системы рафинирования металла в промежуточном ковше достигнуто улучшение внутреннего строения непрерывнолитой заготовки по характеристикам центральной сегрегационной и структурной неоднородности с помощью ввода в расплав в кристаллизаторе МНЛЗ твердой фазы в виде металлической ленты и снижения содержания неметаллических включений

2. На основании изучения влияния технологических параметров непрерывной разливки (величины перегрева металла, скорости разливки и толщины сляба) на развитие осевой ликвации, изменение соотношения структурных зон и развитие центральной сегрегации химических элементов установлено, что:

- при снижении температуры перегрева менее 8…10 °С в центральной зоне сляба формируется зона глобулярных кристаллов;

- при изменении скорости разливки стали с 0,7 до 1,1 м/мин при разливке слябов сечением 250Ч1550-1850 мм увеличение зоны столбчатых кристаллов составляет 5,0…7,5%, при изменении с 0,5 до 0,9 м/мин для слябов сечением 300Ч1850 мм - 4,0…5,5%;

- протяженность зоны столбчатых кристаллов в слябе сечением 220Ч1550…1850 мм на 5,0…7,0% больше, чем в слябе сечением 300Ч1850 мм.

3. На основании разработанной математической модели затвердевания непрерывнолитого сляба и проведенных экспериментов с введением твердой фазы в виде металлической ленты установлены закономерности взаимодействия макрохолодильников с расплавом в кристаллизаторе МНЛЗ, в частности, определены основные параметры (перегрев металла, толщина и химический состав макрохолодильника), регулирующие процесс расплавления внесенной твердой фазы и позволяющие устанавливать режимы полного расплавления или вмораживания твердой фазы; получены количественные соотношения протяженности структурных зон сляба, степени развития осевой химической неоднородности и внутренних трещин от массы введенной твердой фазы; установлено, что при вводе макрохолодильников в количестве 0,5…0,7% от массы разливаемого металла протяженность зоны столбчатых кристаллов сокращается в 4…6 раз, толщина корковой зоны увеличивается в 1,5…2,0 раза и формируется зона глобулярных кристаллов.

4. Установлены закономерности распределения затопленных струй металла в объеме большегрузного промежуточного ковша двухручьевой МНЛЗ и определены условия всплывания и ассимиляции покровным шлаком твердых неметаллических включений различного размерного состава; показано, что всплытие и ассимиляция покровным шлаком включений размером свыше 20…30 мкм могут быть обеспечены за счет использования гидравлических фильтрационных элементов оптимальных параметров (толщина перегородки; углы наклона, уровни расположения и суммарная площадь поперечного сечения каналов фильтрационных элементов); установлены режимные характеристики продувки и конструкционные параметры донной веерной канальной фурмы, обеспечивающие всплытие мелких включений размером менее 20…30 мкм, что предотвращает их дальнейшую коагуляцию.

5. Показано, что при нестационарных режимах разливки с пониженным уровнем металла в промежуточном ковше для уменьшения попадания неметаллических включений в кристаллизатор целесообразно использовать гасители турбулентности в раздаточных камерах заданных геометрических размеров, определенных расчетно-экспериментальным путем с использованием гидравлического моделирования.

6. Установлено влияние содержания водорода в жидкой стали и времени замедленного охлаждения слябов на структурно-чувствительные характеристики толстолистового проката - относительное сужение и ударную вязкость в Z-направлении. Определена минимальная продолжительность замедленного охлаждения непрерывнолитых слябов, обеспечивающая необходимый уровень качества толстолистового проката при различном содержании водорода в жидкой стали.

7. Определены закономерности влияния содержания углерода в низколегированных сталях различных систем легирования на формирование центральной химической и структурной неоднородности непрерывнолитых слябов; экспериментальным путем установлены коэффициенты ликвации основных (углерод, марганец), микролегирующих (ниобий, ванадий) элементов и примесей (серы и фосфора) в зависимости от содержания углерода; полученные результаты положены в основу разработки высококачественной толстолистовой трубной стали, удовлетворяющей повышенным требованиям по стойкости против растрескивания в сероводородсодержащем природном газе, и могут быть использованы при создании сталей с повышенными требованиями в Z-направлении.

8. Установлены пороговые концентрации примесей цветных металлов (свинца, висмута, олова, сурьмы и цинка), не оказывающие вредного воздействия на внутреннее строение непрерывнолитой заготовки и толстолистового проката низколегированных перитектических сталей; разработаны технологические приемы, позволяющие исключить или существенно снизить влияние примесей цветных металлов на качественные показатели внутреннего строения литого и катаного металла за счет снижения массовой доли углерода в стали, замедленного охлаждения слябов, внепечной обработки жидкого металла порошковыми проволоками с наполнителями, содержащими редкоземельные элементы, с конечной концентрацией РЗМ в стали в пределах 0,05…0,08%.

9. На основании экспериментальных и теоретических исследований разработана и внедрена в массовое производство новая технология непрерывной разливки стали с использованием установки механизированного ввода ленты в расплав, позволившая понизить осевую химическую неоднородность непрерывнолитого сляба с 1,0…2,0 до 0…0,5 балла; за счет уменьшения структурной неоднородности достигнуто снижение степени развития внутренних трещин на 0,5…1,0 балла, повышены пластические свойства плит из низколегированных сталей перитектического класса в Z-направлении на 15…20% и ударная вязкость на 50…100%, освоено производство плит толщиной свыше 100 мм со 100%-ным ультразвуковым контролем по 1-му классу ГОСТ 22727.

10. Осуществлено промышленное внедрение комплексной системы рафинирования стали в промежуточном ковше, что привело к снижению содержания неметаллических включений в жидкой стали на 50…55%; повышению пластических свойств листового проката трубных сталей на 4…8% и показателей ударной вязкости, в том числе при низких температурах, на 8…10%; снижению отсортировки листового проката по дефектам ультразвукового контроля сталеплавильного происхождения на 25…30%; освоению производства сталей для изготовления газопроводных труб большого диаметра со 100%-ным ультразвуковым контролем по 1-му классу ГОСТ 22727, 2-му и 3-му классу международного стандарта SEL072.

11. Применение в поточном производстве разработанных режимов замедленного охлаждения снизило отбраковку слябов по дефекту «расслой» с 0,04 до 0,008% и отсортировку толстого листа по осевой несплошности и наличию внутренних трещин, выявляемых ультразвуковым контролем, на 5…10% (отн.).

12. Внедрение результатов разработки многостадийной технологии непрерывной разливки в условиях ОАО «МК «Азовсталь» позволило получить экономический эффект в размере не менее 150 руб. на 1 т стали.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ

1. Исаев О.Б. Влияние нестационарных режимов непрерывной разливки стали на качество заготовки и листового проката // Металлург - 2004. - № 8. - С. 39-43.

2. Исаев О.Б. Воздействие расходуемых макрохолодильников на снижение осевой сегрегации химических элементов в непрерывнолитых заготовках // Металлург. - 2005. - № 8. - С. 53-57.

3. Исаев О.Б. Влияние углерода и малых концентраций примесей цветных металлов на качество непрерывнолитой заготовки // Металлург. - 2009. - № 9. - С. 68-72.

4. Исаев О.Б. Совершенствование технологии рафинирования стали в промежуточном ковше МНЛЗ с целью улучшения качества непрерывнолитой заготовки и толстолистового проката // Металлург. - 2009. - № 11. - С. 42-46.

5. Исаев О.Б. Применение внутренних водоохлаждаемых и расходуемых холодильников при непрерывной разливке слябов при изготовлении сортового и профильного проката // Сталь. - 2010. - № 2. С. 14-16.

6. Белый А.П., Исаев О.Б., Матросов Ю.И. и др. Центральная сегрегационная неоднородность в непрерывнолитых листовых заготовках и толстолистовом прокате. - М. : Металлургиздат, 2005. - 182 с.

7. Исаев О.Б., Чичкарев Е.А., Кислица В.В. и др. Моделирование современных процессов внепечной обработки и непрерывной разливки стали. - М. : Металлургиздат, 2008. - 373 с.

8. Исаев О.Б., Носоченко О.В., Лепихов Л.С. и др. Промежуточный ковш - ключевое функциональное звено для получения высококачественной металлопродукции // Сталь. - 2001. - № 7. - С. 20-23.

9. Исаев О.Б., Носоченко О.В., Лепихов Л.С. и др. Непрерывная разливка стали с вводом макрохолодильников для повышения качества толстолистового проката // Электрометаллургия. - 2002. - № 8. - С. 20-24.

10. Носоченко О.В., Исаев О.Б., Лепихов Л.С. и др. Снижение осевой ликвации в непрерывнолитой заготовке путем микролегирования // Металлург. - 2003. - № 6. - С. 45-46.

11. Мельник С.Г., Носоченко О.В., Лепихов Л.С., Исаев О.Б. и др. Снижение содержания неметаллических включений в стали для толстолистового проката // Металлург. - 2003. - № 8. - С. 42-43.

12. Носоченко О.В., Исаев О.Б., Лепихов Л.С. и др. Уменьшение осевой ликвации элементов в непрерывнолитой заготовке при введении стальной ленты // Сталь. - 2003. - № 9. - С. 42-44.

13. Исаев О.Б., Кислица В.В., Емельянов В.В. и др. Разработка корректирующих воздействий с целью уменьшения дефектов непрерывнолитых слябов при их трансформации в листовой прокат // Прогрессивные толстолистовые стали для газонефтепроводных труб большого диаметра и металлоконструкций ответственного назначения: Сб. докл. междунар. научно-техн. конф. «Азовсталь-2002» (г. Мариуполь, Украина). - М. : Металлургиздат, 2004. - С. 16-19.

14. Кислица В.В., Исаев О.Б., Носоченко О.В. и др. Влияние примесей цветных металлов на качество непрерывнолитого сляба // Прогрессивные толстолистовые стали для газонефтепроводных труб большого диаметра и металлоконструкций ответственного назначения: Сб. докл. междунар. научно-техн. конф. «Азовсталь-2002» (г. Мариуполь, Украина). - М. : Металлургиздат, 2004. - С. 20-21.

15. Исаев О.Б., Емельянов В.В., Кислица В.В. и др. Влияние содержания углерода в низколегированных сталях на качество поверхности непрерывнолитой заготовки и листового проката // Металлург. - 2004. - № 5. - С. 35-37.

16. Исаев О.Б., Носоченко О.В., Кислица В.В. / Взаимосвязь химического состава стали и качества поверхности непрерывнолитых слябов // Матер. научно-техн. конф. «Современные технологии и оборудование для внепечной обработки и непрерывной разливки стали». - М. : - 2006. - С. 36.

17. Исаев О.Б., Акулов В.В., Троцан А.И. и др. Комплексное использование высокоосновных теплоизолирующих, шлакообразующих, рафинировочных и разливочных смесей при высокоскоростной разливке на слябовых МНЛЗ // Черная металлургия: Бюл. НТиЭИ. - 2007. - № 7. - С. 25-31.34.

18. Исаев О.Б., Кислица В.В., Чичкарев Е.А. и др. Оптимизация режимов вторичного охлаждения непрерывнолитых слябовых заготовок с помощью математического моделирования //Черная металлургия: Бюл. НТиЭИ. - 2007. - № 12. - С. 72-76.

19. Кислица В.В., Чичкарев Е.А., Исаев О.Б. Совершенствование и внедрение комплексной технологии рафинирования стали в промежуточных кошах МНЛЗ // Черная металлургия: Бюл. НТиЭИ. - 2009. - № 2. - С. 17-21.

20. Кислица В.В., Исаев О.Б., Матросов Ю.И. и др. Исследование гидрогазодинамики процесса рафинирования металла в промежуточных ковшах // Сталь. - 2009. - № 8. - С. 24-27.

21.Bulyanda A.A., Kurdjukov A.A., Nosochenko O.V., Lepikhov L.S., Isayev O.B. Development and implementation of plate production technology based on the application of concast slabs at the “Azovstal” // 3rd Eur. Conf. Cont. Cast. (1998, Madrid, Spain). - P. 103-114.

22. Носоченко О.В., Исаев О.Б. Технология производства непрерывнолитых заготовок с вводом стальной ленты в расплав для получения плит толщиной свыше 100 мм // Металл и литье Украины. - 1998. - № 7/8. - С. 58.

23. Исаев О.Б., Носоченко О.В., Лепихов Л.С. и др. Разработка технологии ввода в кристаллизатор упругоколеблющейся ленты для получения плит с ужесточенными требованиями по сплошности металла // Тр. научно-техн. конф. «Тепло- и массообменные процессы». - Мариуполь, 2000. - С. 276-278.

24. Исаев О.Б., Лепихов Л.С., Носоченко О.В. и др. Комплексная технология рафинирования штрипсовой стали в промежуточном ковше для производства проката по зарубежным стандартам // Тр. научно-техн. конф. «Состояние и основные пути развития непрерывной разливки стали на металлургических предприятиях Украины». - Харьков, 2001. - С. 82-84.

25. Кислица В.В., Исаев О.Б., Лепихов Л.С. и др. Производство качественного проката для конструкции ответственного назначения из стали с различным химическим составом // Тр. научно-техн. конф. «Состояние и основные пути развития непрерывной разливки стали на металлургических предприятиях Украины». - Харьков, 2001. - С. 131-135.

26. Исаев О.Б., Носоченко О.В., Лепихов Л.С. и др. Разработка и внедрение технологии отливки литой заготовки для производства «тяжелых» плит // Тр. научно-техн. конф. «Состояние и основные пути развития непрерывной разливки стали на металлургических предприятиях Украины». - Харьков, 2001. - С. 144-146.

27. Nosochenko O., Lepikhov L., Isayev O. a. о. Complex technological process for tundish refining of line pipe steel used for manufacture of plates with higher ultrasonic requirements // 4th Eur. Cont. Cast. Conf. (2002. Birmingham, UK). - Р. 69-75.

28. Nosochenko O., Isayev O., Lepikhov L. a. о. Improving of concast slab macrostructure quality by feeding of elastic vibrating steel band into the liquid pool of the mold // 4th Eur. Cont. Cast. Conf. (2002. Birmingham, UK). - P. 125-130.

29. Чичкарев Е.А., Исаев О.Б., Носоченко О.В. и др. Математическое моделирование затвердевания непрерывнолитых слябовых заготовок при нестационарных режимах // Металлы и литье Украины. - 2003. - № 7-8. - С. 33-35.

30. Matrosov U., Nosochenko A., Isayev O. / The influence of carbon contents on the centerline segregation intensity in continuou-cast slabs and plates of steel for large-diameter pipes // Proc. of 8th Int. Conf. / «Line pipe Steels». Belgium, 2004. - P. 1727-1740.

31. Исаев О.Б., Носоченко О.В. Основные тенденции и направления развития непрерывной разливки стали // Междунар. научно-техн. конф. «Современные проблемы теории и практики производства качественной стали». - Мариуполь, 2004. - С. 29-34.

32. Троцан А.И., Исаев О.Б., Карликова Я.П. Технологические и металловедческие аспекты использования химически активных элементов для повышения качества непрерывнолитого металла // Литье Украины. - 2004. - № 6. - С. 28-31.

33. Исаев О.Б., Носоченко О.В., Лепихов Л.С. и др. Оптимизация физико-химических свойств шлаков теплоизолирующих покрытий для промежуточного ковша и шлакообразующих смесей для кристаллизатора МНЛЗ // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2004. - № 7. - С. 12-15.

34. Isayev O., Nosochenko O., Kislitsa V. Development the continuous casting technology of Nb-content steel grades for internal slabs and plates quality improvement // Proc. of 2nd Int. Сonf. «Segregation and Precipitation-2006». Koshice. Slovakia, 2006. - P. 85-93.

35. Кислица В.В., Исаев О.Б., Чичкарев Е.А. и др. Математическое моделирование процессов затвердевания с использованием open-source программного обеспечения // Тр. 3-й междунар. научно-практ. конф. «Прогрессивные технологии в металлургии стали». - Донецк, 2007. - С. 279-285.

36. Исаев О.Б., Кислица В.В., Бродецкий И.Л. и др. Анализ охрупчивающих выделений в сталях с карбонитридным упрочнением // Новини науки Придніпров'я. Інженерні дисципліни. - 2008. - № 3-4. - С. 40-43.

37. Кислица В.В., Чичкарев Е.А., Исаев О.Б. Совершенствование и внедрение комплексной технологии рафинирования стали в промежуточных кошах МНЛЗ // Новини науки Придніпров'я. Інженерні дисципліни. - 2008. - № 3-4. - С. 43-47.

38. Пат. 26193 Україна, МПК (2006) С22В 9/00. Спосіб безперервного рафінування сталі в проміжних розливних ковшах / Діюк Є.П., Кислиця В.В., Ісаєв О.Б. і ін.; № 200704339; Заяв. 19.04.07; Опубл. 10.09.2007, Бюл. № 1.

39. Пат. 26194 Україна, МПК (2006) В22D 11/00. Спосіб запобігання завихренням в розплаві металу над випускним стаканом / Діюк Є.П., Кислиця В.В., Ісаєв О.Б. і ін.; № 200704340; Заяв. 19.04.07; Опубл. 10.09.2007, Бюл. № 14.

40. Пат. 32074 Україна, МПК (2006) В22D 11/00. Вогнетривкий блок для введення газів в розплавлений метал / Діюк Є.П., Кислиця В.В., Ісаєв О.Б. і ін.; № 200704337; Заяв. 19.04.07; Опубл. 12.05.2008, Бюл. № 9.

41. Пат. 35505 Україна, МПК (2006) C21 7/00. Спосіб позапічної обробки при одержанні безперевнолитої сталі / Троцан А.І, Бродецький І.Л.,…Ісаєв О.Б і ін.; № 200804187; Заяв. 03.04.08; Опубл. 25.09.2008, Бюл. № 18.

42. Пат. 40053 Україна, МПК В22D11/04. Спосіб обробки металу при неперевному литті заготовок / Грабовий В.М., Цуркін В.М.,…Ісаєв О.Б. і ін.; № 99063317; Заяв. 15.06.99; Опубл. 16.07.2001, Бюл. № 6.

43. Пат. 43122 Україна, МПК (2009) В22D 11/10. Вогнетривкий блок для введення газів в розплавлений метал /Кислиця В.В., Діюк Є.П., … Ісаєв О.Б. і ін. № 200813199; Заяв. 14.11.08; Опубл. 10.08.2009, Бюл. № 15.

44. Пат. 43121 Україна, МПК (2009) В22D 11/10 і С21В 3/04. Змінна вогнетривка перегородка для рафінування сталі в проміжних ковшах МБРС /Кислиця В.В., Діюк Є.П.,… Ісаєв О.Б. і ін. № 200813197; Заяв. 14.11.08; Опубл. 10.08.2009, Бюл. № 15.

Размещено на Allbest.ru