WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Ботников Сергей Анатольевич ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИИ РАФИНИРОВАНИЯ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ И СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ НА ПАРАМЕТРЫ РАЗЛИВКИ СОРТОВОЙ МНЛЗ Специальность 05.16.02– «Металлургия черных, цветных и редких металлов»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск 2009

Работа выполнена на кафедре физической химии Южно-Уральского государственного университета и в ОАО «Челябинский металлургический комбинат».

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Г.Г. Михайлов.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ю.А. Гудим (ООО Промышленная компания «Технология металлов», г. Челябинск), кандидат технических наук Ю.А. Агеев (ОАО «НИИМ», г. Челябинск).

Ведущая организация – Государственный научный центр России ВНИИМЕТМАШ имени академика А.И. Целикова.

Защита состоится 24 июня 2009 г., в 14:00, на заседании специализированного диссертационного совета Д 212.298.01 при ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, ауд. 1001.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет».

Текст автореферата размещен на сайте университета:

http://www.susu.ac.ru Отзывы на реферат (один экземпляр, заверенный печатью) просим направлять по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им В.И. Ленина, 76, ЮУрГУ, ученый совет.

тел., факс (351) 267-91-23.

Автореферат разослан «13» мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.298.01 профессор, д.ф.-м.н. Д.А. Мирзаев 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. За последнее десятилетие мировой объём разливаемой стали на сортовых машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) превысил 60 %. В России также, в связи с ростом потребности в мелкосортной продукции промышленного и гражданского строительства, увеличилось количество стали, разливаемой на сортовых МНЛЗ. Немаловажную роль сыграла потребность в товарной сортовой заготовке за рубежом. Растущий потребительский спрос на металлопродукцию строительного назначения не только гарантировал устойчивый сбыт, но и позволял рассчитывать на реализацию новых инвестиционных проектов. В связи с этим многие металлургические компании, несмотря на кризис, уже осуществляют и планируют дальнейшие крупные инвестиции в новое строительство и модернизацию существующих сортовых МНЛЗ.

Для металлургических предприятий стран СНГ использование новых или модернизированных сортовых МНЛЗ является производственной необходимостью. На каждом предприятии прослеживается тенденция к совершенствованию и внедрению новых технологических и технических решений, которые имеют свои особенности и отличаются от рекомендаций самих производителей МНЛЗ. Опыт работы на сортовых МНЛЗ показывает, что работники металлургических предприятий, занимающиеся промышленной эксплуатацией машин непрерывного литья заготовок, должны решать задачи по улучшению конструкции установок, технологии выплавки и внепечной обработки стали, подлежащей разливке на МНЛЗ, подбору огнеупорных материалов, совершенствованию процесса кристаллизации заготовки, защите металла от вторичного окисления, повышению качества заготовки и др.

Определение оптимальных параметров рафинирования стали на агрегате ковш-печь и работы комплекса МНЛЗ в условиях конкретных предприятий является крайне необходимым. В диссертационной работе рассматривается влияние химического состава металла, технологии рафинирования стали на параметры её разливки и качество отливаемой сортовой заготовки сечением 100100 мм. Причины образования дефектов сортовой заготовки за последние 10 лет описаны только для малых скоростей разливки.

Поэтому изучение причин образования дефектов в условиях современной высокоскоростной непрерывной разливки стали и методов борьбы с ними является актуальной задачей.

Цель работы и задачи исследования. Целью данного исследования является оптимизация химического состава, в пределах марочного, параметров непрерывной разливки в варианте технологии высокоскоростного литья заготовок, серийной разливки с большим числом плавок в серии, обеспечение требуемого качества получаемых литых заготовок.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. На базе физико-химического анализа и растровой микроскопии изучить регулирование химического состава стали в пределах марочного, а также влияние технологических параметров внепечной обработки и непрерывной разливки на образование дефектов непрерывнолитой заготовки (НЛЗ) при высокоскоростной разливке.

2. Установить причины образования прорывов и обрывов кристаллизующейся корочки на сортовой заготовке и разработать мероприятия по снижению их количества.

3. Разработать и внедрить систему мероприятий по увеличению серийности разливки на сортовой МНЛЗ.

4. Вести в автоматическую программу качества МНЛЗ новые контролируемые технологические параметры для совершенствования системы прогнозирования качества непрерывнолитых заготовок.

Научная новизна:

1. Сформулирована система требований по оптимальному отношению [Mn]:[Si] в низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали, разливаемой открытой струей на сортовых МНЛЗ. Оптимально выбранное отношение [Mn]:[Si] исключает образование в металле твердых конгломератов, приводящих к шлаковым прорывам кристаллизующейся корочки металла под кристаллизатором. На основании термодинамических расчетов раскислительной способности марганца и кремния в стали установлено, что отношение [Mn]:[Si], приводящее к образованию жидкоподвижных неметаллических включений в стали, существенно зависит от содержания кислорода в металле: чем больше содержание кислорода в исходном металле, тем меньшим должно быть отношение [Mn]:[Si]. Так, для концентрации кислорода в исходном металле 0,001–0,004 мас. % Мчедлишвили В.А. было установлено оптимальное отношение [Mn]:[Si], равное 12–14. Для условий разливки стали открытой струей на МНЛЗ автором диссертации было определено оптимальное отношение [Mn]:[Si], равное 2–3. Низкие значения отношения [Mn]:[Si] объясняются поступлением кислорода в поверхностный слой металла.

2. На основании статистического анализа результатов разливки установлено, что для ликвидации шлаковых прорывов при разливке открытой струей отношение в металле [Mn]:[Si] должно быть не меньше, чем 2–3. На основе выданных рекомендаций по отношениям [Mn]:[Si] показана возможность разливки арматурной стали типа 35ГС открытой струей большими сериями через один промежуточный ковш без ухудшения механических свойств готовой продукции.

3. По проведенному корреляционному анализу проявления дефекта «осевые ликвационные полоски и трещины» (ЛПТосев) установлена статистическая связь проявления этого дефекта от отношения [Mn]:[S]. Так, при величине [Mn]:[S] = 14–15 балл дефекта достигал 3–4, при величине отношения [Mn]:[S] = 18–балл дефекта составил 1–2. При величине [Mn]:[S], равной 22 и более, дефект практически не проявлялся или составлял минимальные значения.

4. C увеличением содержания углерода в металле с 0,12 до 0,40 мас. % и серы с 0,005 до 0,020 мас. % увеличивается максимальная величина ромбичности для заготовки сечением 100100 мм с 10 до 16 мм. С целью снижения брака по ромбичности заготовки доказана необходимость уменьшения содержание серы до 0,005 мас. % или ниже, за счет наведения рафинировочного шлака на агрегате ковш-печь (АКП).

Практическая значимость:

1. Выполненный комплекс работ по совершенствованию технологии производства НЛЗ в ОАО «ЧМК»: корректировка отношений в металле [Mn]:[Si] и [Mn]:[S], оптимизация технологии раскисления стали, оптимизация шлакового режима в промежуточном ковше – позволил увеличить стабильность работы сортовой МНЛЗ и довести среднюю серийность на один промежуточный ковш до 39 плавок. До выполнения комплекса рекомендаций средняя серийность составляла 10 плавок.

2. Разработаны и внедрены технические рекомендации по устранению прорывов кристаллизующейся корочки металла для высокоскоростной сортовой МНЛЗ ОАО «ЧМК», которые обеспечили снижение числа прорывов в 4 раза. В частности, было рекомендовано следующее: низкоуглеродистый металл глубоко раскислять алюминием на выпуске из печного агрегата, выдерживать оптимальные отношения [Mn]:[Si] и [Mn]:[S].

3. На основании проведенных теплотехнических расчетов и экспериментов создан принцип оптимизации режима охлаждения кристаллизаторов 6-ти ручьевой сортовой МНЛЗ ОАО «ЧМК». Изменение режима охлаждения кристаллизаторов привело к экономии очищенной воды в количестве 620 л на тонну разлитой стали.

4. Введение контроля технологических параметров, таких как отношение [Mn]:[Si] и содержание в металле углерода в автоматизированную систему МНЛЗ позволило выявлять степень риска появления брака по шлаковым включениям и краевым загрязнениям. Таким образом, отпала необходимость в полном осмотре всех заготовок на наличие этих дефектов, появилась возможность ограничиться выборочным контролем.

5. Внедрение разработанных рекомендаций в условиях кислородно-конвертерного цеха ОАО «ЧМК» привело к экономическому эффекту 72,4 млн. рублей.

На защиту выносятся результаты термодинамического анализа физикохимических процессов при разливке стали открытой струей на сортовой МНЛЗ, статистического анализа проявления брака отливок, также разработанного на их основе комплекс мероприятий по повышению серийности сортовой МНЛЗ и уменьшению количества брака.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах. Основные результаты работы доложены и обсуждены на двух Международных конференциях «Современные технологии и оборудование для внепечной обработки и непрерывной разливки стали» (г. Москва, 2006 и 2007 г.), на XIII международной научной конференции «Современные проблемы электрометаллургии стали» (г. Челябинск, 2007 г.), на III Конгрессе металлургов Урала (г. Челябинск, 2008 г.), на 5-й Юбилейной конференции молодых специалистов (г. Москва, ВНИИМЕТМАШ им. акад. А. И. Целикова, 2009 г.), на 2-м Международном промышленном Форуме «Реконструкция промышленных предприятий – прорывные технологии в металлургии и машиностроении» (г. Челябинск, 2009 г.).

Личный вклад автора. Автор разрабатывал планы исследования по промышленным экспериментам в кислородно-конвертерном цехе ОАО «ЧМК». Проводил аналитическую обработку результатов исследования с оформлением заключений и технических отчётов. Принимал участие практически во всех опытных и опытнопромышленных плавках, организовывал отбор проб от непрерывнолитой заготовки и от оксидциркониевых стаканов-дозаторов, собирал и анализировал дефектные участки заготовок. Проводил исследования дефектов НЛЗ на растровом электронном микроскопе. Составил атлас дефектов сортовой непрерывнолитой заготовки. Участвовал в процессе выбора оптимизационных технологических параметров непрерывной разливки стали на высокоскоростных МНЛЗ ОАО «ЧМК».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, библиографического списка из 71 наименования и 1 приложения, изложенных на 171 странице машинописного текста, содержит 62 рисунка и 35 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе обобщены литературные данные по технологическим параметрам разливки стали на высокоскоростных сортовых МНЛЗ и обеспечению максимальной серийности. Рассмотрены современные представления о методах разливки стали на высокоскоростных сортовых МНЛЗ. Проанализированы методы изучения дефектов НЛЗ.

Представлено влияние параметров гильзы кристаллизатора на качество литых заготовок и производительность сортовых МНЛЗ. Рассмотрено также влияние отдельных химических элементов состава стали (кислорода, углерода, марганца, кремния, алюминия, кальция, серы) на качество непрерывнолитой заготовки и стойкости разливочных стаканчиков. Сформулированы задачи исследования.

Во второй главе представлены результаты работы по изучению влияния химического состава металла на склонность к образованию дефектов НЛЗ.

Наиболее часто встречающимися дефектами макроструктуры непрерывнолитых заготовок являются: центральная пористость, осевая ликвация, пузыри. Также существуют специфические дефекты литых заготовок: краевые точечные загрязнения (КТЗ), ликвационные полоски и трещины (ЛПТ). На растровом микроскопе JEOL JSM–460LV произведен анализ 6 образцов, отобранных от дефектных участков непрерывнолитых заготовок сечением 100100 мм из сталей марок SAE1006 (2 плавки) и 35ГС (3 плавки).

Химический состав и технологические параметры выплавки, внепечной обработки и разливки сталей приведены в табл. 1.

Полученные на растровом микроскопе спектрограммы показывают, что краевое точечное загрязнение на образце №1 от заготовки из стали SAE1006 состоит из неметаллических включений: оксидов Si, Mn, Al, Ca, а также комплексных сульфидов марганца и железа. На рис.1 представлено одно из включений кремнезема, выделившегося в виде кристобалита из закристаллизовавшейся матрицы родонита. Размер включения около 110 мкм. Дополнительное исследование на дифрактрометре показало присутствие в КТЗ оксида кремния в виде кристобалита (SiO2), а также фаялита (Fe2SiO4).

Наличие большого количества оксидных включений кремния и марганца в КТЗ можно объяснить тем, что они являются продуктами реакции раскисления низкоуглеродистой стали и вторичного окисления стали, поступающей из промковша в кристаллизатор (разливка открытой струей). Кроме кристобалита и родонита в КТЗ образца №были обнаружены глобулярные (размером до 10 мкм) алюмосиликаты кальция и марганца с примесью магния и титана в оболочке из сульфидов MnS и CaS, размер которых в 10 раз меньше оксидных включений кремния и марганца. Раскисление стали вторичным алюминием на сливе из конвертера в ковше, а также силикокальциевой проволокой (СК30) в агрегате ковш-печь (АКП) в конце обработки приводит к образованию в стали сложных алюмосиликатных соединений. В ферросилиции марки 65, который присаживается в сталь для легирования и раскисления стали, содержится около 2 мас. % алюминия.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»