Способ непрерывного литья заготовок

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к непрерывному литью заготовок, из низкоуглеродистой низколегированной стали, и может быть использовано для производства газонефтепроводных труб большого диаметра на машинах непрерывного литья заготовок с криволинейной технологической осью, имеющих вертикальный участок. Способ включает подачу стали трубных марок в кристаллизатор из промежуточного ковша с перегревом над температурой ликвидуса, вытягивание заготовки из кристаллизатора с переменной скоростью и охлаждение заготовки в зоне вторичного охлаждения. Скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора определяют по расчетной формуле, учитывающей типоразмер заготовки, тип машины непрерывного литья и состав разливаемой стали, температура перегрева стали. Охлаждение заготовки после кристаллизатора производят в прямолинейном вертикальном участке и в участке с криволинейной технологической осью зоны вторичного охлаждения струями водовоздушной смеси. Температуру перегрева стали в промежуточном ковше устанавливают на 5…45°С выше температуры ликвидуса. Обеспечивается предотвращение образования внутренних и поверхностных трещин на заготовке, увеличение выхода годного, снижение аварийности и повышение производительности. 1 табл., 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к непрерывному литью прямоугольных заготовок преимущественно из низкоуглеродистой низколегированной стали, предназначенной для дальнейшего проката на толстый лист для производства газо-нефтепроводных труб большого диаметра на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) с вертикальным и криволинейным участками технологической оси.

Известен способ разливки рельсовой стали на установке непрерывной разливки с криволинейной технологической осью, включающий ввод затравки перед началом разливки в кристаллизатор сечением 300×(330…360) мм, состоящей из стальных литых звеньев, расположенных со смещением по длине опорных поверхностей, соединенных между собой при помощи шарниров и гибкого элемента в виде полосы из пружинной стали, подачу металла из промежуточного ковша в кристаллизатор. Температуру стали в промежуточном ковше поддерживают выше температуры ликвидуса на 10…40°С. С помощью приводных и холостых роликов осуществляют вытягивание заготовки из кристаллизатора, поддержание и направление вдоль технологической оси. Скорость вытягивания изменяют в пределах 0,20…0,90 м/мин. Охлаждение поверхности слитка осуществляют позонное. Соотношение расхода воды и воздуха (м³/ч) составляет в первой зоне (0,90…2,15):120, во второй зоне (0,8…1,55):180, в третьей зоне (0,8…1,10):200 при величинах длин зон охлаждения, мм, 350-1000-1300 (патент РФ №2384385).

Недостатком данного способа является отсутствие связи между важнейшими технологическими параметрами разливки: температурой металла в промежуточном ковше и скоростью вытягивания слитка из кристаллизатора, а также размерами технологической оси МНЛЗ (радиусом), что может привести к образованию, как внутренних дефектов, так и поверхностных трещин, и низкому качеству получаемых заготовок.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ непрерывного литья прямоугольных заготовок, включающий подачу стали в кристаллизатор из промежуточного ковша, охлаждение и вытягивание заготовки, при этом сталь в кристаллизатор подают с температурой на 5…30°С выше температуры ликвидуса, скорость вытягивания определяют из выражения: v=а-0,01 Δt, где v - скорость вытягивания заготовки, м/мин; Δt - температура перегрева стали над температурой ликвидуса, °С; а - экспериментальная постоянная (а - 0,75…0,90), м/мин; 0,01 - коэффициент пропорциональности, м/мин °С (патент РФ №2033887).

Недостатком данного способа является невозможность его применения для трубных марок стали из-за плохого качества отливаемых заготовок, т.к. скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора определяют по зависимости, в которой не учитываются типоразмер отливаемой заготовки, конструктивные особенности используемой МНЛЗ, а также состав разливаемой стали, что приводит к застыванию стали в кристаллизаторе или к аварийному вытеканию жидкой стали под кристаллизатор, к образованию на поверхности заготовок трещин и дефектов макроструктуры, а следовательно, к снижению выхода годного.

Технической задачей заявляемого способа является обеспечение равномерной кристаллизации непрерывнолитой заготовки, создание достаточно толстой и прочной корки для предотвращения образования внутренних и поверхностных трещин и вытекания жидкого металла, что обеспечивает повышение качества непрерывнолитой заготовки, увеличение выхода годного, снижение аварийности и повышение производительности МНЛЗ.

Поставленная техническая задача решается тем, что способ непрерывного литья заготовок из низкоуглеродистых низколегированных марок стали включает подачу жидкой стали с перегревом над температурой ликвидуса из промежуточного ковша в прямоугольный кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) с прямолинейным и криволинейным участками зоны вторичного охлаждения (ЗВО), вытягивание заготовки из кристаллизатора с переменной скоростью и охлаждение заготовки в ЗВО МНЛЗ. Литье заготовок осуществляют из трубных марок стали, при этом скорость вытягивания заготовки из прямоугольного кристаллизатора устанавливают по зависимости:

Vp=k₁×R×k₂×Н/(а×b)-k₃×Тликв.-k₄×Сэл.,

где: Vp - скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора, м/мин;

k₁ - эмпирический коэффициент, устанавливающий скорость вытягивания заготовки из прямоугольного кристаллизатора, равный 0,0505 м/мин;

а - толщина заготовки, м;

b - ширина заготовки, м;

R - радиус криволинейного участка МНЛЗ, м;

k₂ - эмпирический коэффициент, учитывающий теплофизические закономерности кристаллизации заготовки на криволинейном участке МНЛЗ, равный 0,51;

Н - длина вертикального участка МНЛЗ, м;

k₃ - эмпирический коэффициент, учитывающий перегрев стали выше температуры ликвидуса, равный 0,0118 м/мин×°С;

Тликв. - температура перегрева стали над температурой ликвидуса, °С;

k₄ - эмпирический коэффициент, учитывающий конкретное содержание легирующих элементов в разливаемой стали: никель, титан, ниобий, молибден и ванадий, равный 0,26, м/мин×%;

Сэл. - суммарное содержание легирующих элементов (никель, титан, ниобий, молибден и ванадий) в стали, мас.%,

а охлаждение заготовки на прямолинейном и криволинейном участках ЗВО производят струями водовоздушной смеси.

Температуру перегрева стали в промежуточном ковше устанавливают на 5…45°С выше температуры ликвидуса.

Заявляемый способ непрерывного литья заготовок, преимущественно прямоугольного сечения, т.е. слябов, может быть реализован на МНЛЗ с прямолинейным вертикальным участком, расположенным непосредственно под кристаллизатором, и следующим за ним криволинейным участком технологической оси криволинейной МНЛЗ, которые составляют ЗВО.

Вертикальный участок МНЛЗ состоит из вертикального кристаллизатора и прямолинейного участка ЗВО, а его длина «Н» соответственно складывается из длины кристаллизатора и длины прямолинейного вертикального участка ЗВО.

Величина скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора, устанавливаемая по экспериментальной зависимости Vp=k₁×R×k₂×Н/(а×b)-k₃×Тликв.-k₄×Сэл. [1], объясняется теплофизическими закономерностями кристаллизации заготовок трубных марок стали на МНЛЗ с криволинейной технологической осью и прямолинейным вертикальным участком и теплопередачей в кристаллизаторе, так как при увеличении скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора существенно уменьшается толщина слоя затвердевшей стали (корки) и увеличивается тепловой поток, поэтому необходимо при выборе скорости вытягивания заготовки учитывать температуру стали в промежуточном ковше, подаваемой в кристаллизатор. При разливке стали с температурой, превышающей на 45°С температуру ликвидуса, при высокой скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора произойдет ухудшение качества последней, возникновение аварийных ситуаций и снижение производительности МНЛЗ. При разливке стали с небольшой температурой перегрева, менее 5°С, при низкой скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора произойдет переохлаждение внутренних и наружных слоев формирующейся заготовки, что приведет к образованию трещин, ухудшению качества заготовки и снижению выхода годного. При разливке на МНЛЗ, имеющей прямолинейный вертикальный участок, напряжения в заготовке в ЗВО на участке разгиба будут менее существенными, а толщина корки стали в кристаллизаторе будет нарастать с большей скоростью, позволяя увеличить скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора, и за счет этого повысить температуру стали в точке разгиба ЗВО МНЛЗ, снизить образование внутренних и поверхностных дефектов. При определении скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора также необходимо учитывать негативное влияние легирующих элементов: никеля, титана, ниобия, молибдена и ванадия на стабильность процесса разливки, то есть на ухудшение использования шлакообразующей смеси в кристаллизаторе МНЛЗ, и на повышение вероятности образования поверхностных дефектов на заготовке.

Значения эмпирических коэффициентов установлены опытным путем и обеспечивают получение минимального количества несоответствующей продукции в прокатных цехах по дефектам макроструктуры и поверхности слябов, таким образом обеспечивается повышение выхода годного.

Диапазон значений температуры перегрева стали над температурой ликвидуса на 5…45°С объясняется теплофизическими закономерностями кристаллизации формирующейся заготовки в МНЛЗ с криволинейной технологической осью, имеющей вертикальный участок. При значениях температур перегрева стали менее 5°С на поверхности заготовки будут образовываться завороты, корки, пояса, а также будет происходить вовлечение в поверхностный слой заготовки шлаковых включений, что ухудшит качество поверхности заготовки, уменьшит выход годного и, кроме того, будет происходить затягивание сталевыпускных отверстий промежуточного ковша, которое может привести к возникновению аварийных ситуаций и снижению производительности МНЛЗ. При значениях температур перегрева стали более 45°С будет образовываться крупнокристаллическая структура с сильно развитой ликвацией, что приведет к ухудшению качества макроструктуры и образованию на поверхности заготовки продольных и поперечных трещин по границам первичных зерен, ослабленных ликвацией легкоплавких соединений, которое может привести к ухудшению качества заготовки и уменьшению выхода годного. Кроме того, резко возрастет вероятность образования аварий по прорывам формирующейся корки заготовки, что приведет к снижению производительности МНЛЗ.

Пример.

Заявляемый способ непрерывного литья заготовок был опробован на одноручьевой МНЛЗ с криволинейной технологической осью радиусом 11 м и вертикальным участком длиной 2,7 м. Разливают трубную сталь марки К60 с суммарным содержанием никеля, титана, ниобия, молибдена и ванадия, равным 0,14%, с температурой ликвидуса 1516°С в заготовку (сляб) размером 0,3×2,4 м. Температуру перегрева стали над температурой ликвидуса в промежуточном ковше выбирают в интервале температур от 5°С до 45°С, а скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора устанавливают по зависимости [1]. Выходящая из вертикального кристаллизатора заготовка (сляб) поддерживалась и направлялась при помощи роликовых секций, сначала прямолинейного участка ЗВО, а потом криволинейного участка ЗВО технологической оси МНЛЗ, радиус которой равен 11 м. При этом со всех сторон поверхность заготовки охлаждалась путем ее орошения предварительно подготовленной водовоздушной смесью, распыляемой форсунками, расположенными в секциях ЗВО.

Ниже в таблице приведены технологические параметры шести опытных разливок.

Таблица
номер опыта п/п	скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора	толщина заготовки	ширина заготовки	радиус технологичес кой оси ЗВО МНЛЗ	Длина прямолинейного вертикального участка ЗВО	температура перегрева стали над температурой ликвидуса в промежуточном ковше	суммарное содержание никеля, титана, ниобия, молибдена и ванадия в стали
-	Vp	а	b	R	н	Тликв	Сэл
-	м/мин	м	м	м	м	°С	мас.%
1	0,81	0,3	2,4	11	2,7	18	0,14
2	0,75	0,3	2,4	11	2,7	23	0,14
3	0,49	0,3	2,4	11	2,7	45	0,14
4	0,97	0,3	2,4	11	2,7	5	0,14
5	1,10	0,3	2,4	11	2,7	5	0,14
6	0,45	0,3	2,4	11	2,7	45	0,14

При разливке стали согласно опытам №1…4 были получены заготовки (слябы) без внешних и внутренних дефектов. Это объясняется стабильным получением достаточно толстой и прочной корки затвердевшей стали при вытягивании заготовок из кристаллизатора и при прохождении их через роликовые секции ЗВО, в результате выход годной продукции после прокатки этих заготовок на толстолистовом стане 5000 составил 100%.

При разливке стали согласно опыту №5 произошло образование в кристаллизаторе весьма тонкой корки на поверхности отливаемой заготовки из-за уменьшения теплоотвода, что привело к прорыву корки под кристаллизатором из-за образования в ней трещин. На ликвидацию таких аварий требуются большие материальные затраты.

При разливке стали согласно опыту №6 значительно увеличился брак, а именно возросла доля заготовок с поверхностными трещинами, которые образовались на участке разгиба ЗВО, и следовательно, уменьшился выход годного.

Результаты испытания предлагаемого изобретения на металлургическом комбинате показали, что разливка стали по технологии заявляемого изобретения позволяет повысить качество непрерывнолитых заготовок, увеличить выход годного, снизить аварийность и повысить производительность МНЛЗ.

1. Способ непрерывного литья заготовок из низкоуглеродистых низколегированных марок стали, включающий подачу жидкой стали с перегревом над температурой ликвидуса из промежуточного ковша в прямоугольный кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) с прямолинейным и криволинейным участками зоны вторичного охлаждения (ЗВО), вытягивание заготовки из кристаллизатора с переменной скоростью и охлаждение заготовки в ЗВО МНЛЗ, отличающийся тем, что осуществляют литье заготовок из трубных марок стали, при этом скорость вытягивания заготовки из прямоугольного кристаллизатора устанавливают по зависимости
Vp=k₁×R×k₂×H/(a×b)-k₃×Тликв.-k₄×Сэл.,
где Vp - скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора, м/мин;
k₁ - эмпирический коэффициент, учитывающий скорость вытягивания заготовки из прямоугольного кристаллизатора, равную 0,0505 м/мин;
a - толщина заготовки, м;
b - ширина заготовки, м;
R - радиус криволинейного участка МНЛЗ, м;
k₂ - эмпирический коэффициент, учитывающий теплофизические закономерности кристаллизации заготовки на криволинейном участке МНЛЗ, равный 0,51;
H - длина вертикального участка МНЛЗ, м;
k₃ - эмпирический коэффициент, учитывающий перегрев стали выше температуры ликвидуса, равный 0,0118 м/(мин×°С);
Тликв. - температура перегрева стали над температурой ликвидуса, °С;
k₄ - эмпирический коэффициент, учитывающий конкретное содержание легирующих элементов в разливаемой стали: никель, титан, ниобий, молибден и ванадий, равный 0,26, м/(мин×%);
Сэл. - суммарное содержание легирующих элементов (никель, титан, ниобий, молибден и ванадий) в стали, мас.%,
а охлаждение заготовки на прямолинейном и криволинейном участках ЗВО производят струями водовоздушной смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру перегрева стали в промежуточном ковше устанавливают на 5…45°С выше температуры ликвидуса.