Влияние химического состава и технологии рафинирования низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали на параметры разливки сортовой мнлз

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 государ ственного 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 специализированно го диссертационного совета Д 212.298.01 при ГОУ ВПО «Южно-Уральский госу дарственный 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. профессор, д.ф.-м.н. Д.А. Мирзаев

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 промышленно го и гражданского строительства, увеличилось количество стали, разливаемой на сор товых МНЛЗ. Немаловажную роль сыграла потребность в товарной сортовой заготовке за рубежом. Растущий потребительский спрос на металлопродукцию строительного на значения не только гарантировал устойчивый сбыт, но и позволял рассчитывать на реа лизацию 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 модерни зированных сортовых МНЛЗ является производственной необходимостью. На каждом предприятии прослеживается тенденция к совершенствованию и внедрению новых технологических и технических решений, которые имеют свои особенности и отлича ются от рекомендаций самих производителей МНЛЗ. Опыт работы на сортовых МНЛЗ показывает, что работники металлургических предприятий, занимающиеся промыш ленной эксплуатацией машин непрерывного литья заготовок, должны решать задачи по улучшению конструкции установок, технологии выплавки и внепечной обработки ста ли, подлежащей разливке на МНЛЗ, подбору огнеупорных материалов, совершенство ванию 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 необ ходимым. В диссертационной работе рассматривается влияние химического состава металла, технологии рафинирования стали на параметры её разливки и качество отли ваемой сортовой заготовки сечением 100100 мм. Причины образования дефектов сор товой заготовки за последние 10 лет описаны только для малых скоростей разливки.

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

Цель работы и задачи исследования. Целью данного исследования является опти мизация химического состава, в пределах марочного, параметров непрерывной разлив ки 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 регули рование химического состава стали в пределах марочного, а также влияние технологи ческих параметров внепечной обработки и непрерывной разливки на образование де фектов непрерывнолитой заготовки (НЛЗ) при высокоскоростной разливке.

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

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

4. Вести в автоматическую программу качества МНЛЗ новые контролируемые тех нологические 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 сор товых МНЛЗ. Оптимально выбранное отношение [Mn]:[Si] исключает образование в металле твердых конгломератов, приводящих к шлаковым прорывам кристаллизую щейся корочки металла под кристаллизатором. На основании термодинамических рас четов раскислительной способности марганца и кремния в стали установлено, что от ношение [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 отно шение [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 авто ром диссертации было определено оптимальное отношение [Mn]:[Si], равное 2–3. Низ кие значения отношения [Mn]:[Si] объясняются поступлением кислорода в поверхно стный слой металла.

2. На основании статистического анализа результатов разливки установлено, что для ликвидации шлаковых прорывов при разливке открытой струей отношение в ме талле [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 ликва ционные 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 заготов ки сечением 100100 мм с 10 до 16 мм. С целью снижения брака по ромбичности заго товки 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], оптими зация технологии раскисления стали, оптимизация шлакового режима в промежуточ ном ковше – позволил увеличить стабильность работы сортовой МНЛЗ и довести сред нюю серийность на один промежуточный ковш до 39 плавок. До выполнения комплек са 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 алю минием 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 эко номии 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 вы являть степень риска появления брака по шлаковым включениям и краевым загрязне ниям. Таким образом, отпала необходимость в полном осмотре всех заготовок на нали чие 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 физико химических процессов при разливке стали открытой струей на сортовой МНЛЗ, стати стического анализа проявления брака отливок, также разработанного на их основе ком плекс мероприятий по повышению серийности сортовой МНЛЗ и уменьшению коли чества брака.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах. Основные результаты работы доложе ны 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 Международ ном промышленном Форуме «Реконструкция промышленных предприятий – прорыв ные технологии в металлургии и машиностроении» (г. Челябинск, 2009 г.).

Личный вклад автора. Автор разрабатывал планы исследования по промышлен ным экспериментам в кислородно-конвертерном цехе ОАО «ЧМК». Проводил анали тическую обработку результатов исследования с оформлением заключений и техниче ских отчётов. Принимал участие практически во всех опытных и опытно промышленных 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 микро скопе. Составил атлас дефектов сортовой непрерывнолитой заготовки. Участвовал в процессе выбора оптимизационных технологических параметров непрерывной разлив ки 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 вы сокоскоростных сортовых МНЛЗ. Проанализированы методы изучения дефектов НЛЗ.

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

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

Наиболее часто встречающимися дефектами макроструктуры непрерывнолитых за готовок являются: центральная пористость, осевая ликвация, пузыри. Также существу ют специфические дефекты литых заготовок: краевые точечные загрязнения (КТЗ), ли квационные 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 то чечное загрязнение на образце №1 от заготовки из стали SAE1006 состоит из неметал лических 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 низкоугле родистой стали и вторичного окисления стали, поступающей из промковша в кристал лизатор (разливка открытой струей). Кроме кристобалита и родонита в КТЗ образца № были обнаружены глобулярные (размером до 10 мкм) алюмосиликаты кальция и мар ганца с примесью магния и титана в оболочке из сульфидов MnS и CaS, размер кото рых в 10 раз меньше оксидных включений кремния и марганца. Раскисление стали вто ричным алюминием на сливе из конвертера в ковше, а также силикокальциевой прово локой (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.

Таблица Технологические параметры производства НЛЗ, из которых были отобраны образцы для растрового микроскопа ОБРАЗЕЦ ОБРАЗЕЦ Технологический параметр ОБРАЗЕЦ №2 ОБРАЗЕЦ №3 ОБРАЗЕЦ №4 ОБРАЗЕЦ № №1 № ЛПТобщ и неметалли Дефекты КТЗ ЛПТосев КТЗ ЛПТобщ ЛПТосев ческие включения Номер плавки и (марка стали) 355402 (SAE1006) 274356 (35ГС) 276492 (35ГС) 350063 (35ГС) 170835 (SAE1006) C, мас. % 0,05 0,35 0,35 0,34 0, Mn, мас. % 0,37 1,14 1,05 1,10 0, Si, мас. % 0,11 0,65 0,52 0,68 0, S, мас. % 0,025 0,020 0,025 0,014 0, Химический состав стали (в непрерывно- P, мас. % 0,019 0,028 0,014 0,020 0, литой заготовке) Alобщ,мас. % 0,003 0,004 0,005 0,005 0, Oобщ, мас. % 0,0110 0,0037 0,0040 0,0041 0, H, мас. % - 0,0002 - - N, мас. % 0,012 0,008 0,012 0,012 0, Замечание по технологии выплавки Додувка Додувка Додувка Додувка Додувка на серу 76 с полупродукта в конвертере на температуру 84 с на температуру 150 с на температуру 96 с на температуру 158 с Расход раскислителей и ферроспла- Al – 0,3;

Al – 0,3;

Al – 1,4;

С – 4,5;

Al – 0,6;

вов С – 4,3;

С – 4,2;

SiMn – 2,8;

SiMn – 12,8;

SiMn – 3,6;

на сливе из конвертера, кг/т SiMn – 12,8;

SiMn – 12,8;

FeSi – 1,1 FeSi – 3,6 FeSi – 0, FeSi – 8,6 FeSi – 7, Расход порошковой проволоки СК30 250 м (70 кг) 250 м (70 кг) 150 м (40 кг) 250 м (70 кг) 200 м (55 кг) Температура стали после слива 1654 ± 10 1593 ± 10 1594 ± 10 1609 ± 10 1653 ± из конвертера, °С Температура стали после АКП, °С 1590 ± 5 1563 ± 5 1560 ± 5 1565 ± 5 1606 ± Температура стали в промковше, °С 1561…1565 1520…1529 1520…1525 1522…1536 1545… Средняя скорость разливки, м/мин 5,0 4,0 5,1 4,2 5, Средний уровень металла в пром 700 ± 10 600 ± 10 650 ± 10 550 ± 10 700 ± ковше, мм Средний удельный расход вторичной 2,2 2,0 2,2 1,8 2, воды, л/кг Кроме того, часть ферросилиция присаживают в АКП для корректировки содер жания кремния, что дает основание предположить, что кроме вторичного алюминия, присаживаемого в ковш во время слива, в сталь попадает алюминий из ферросили ция. Взаимодействие усвоенного кальция из порошковой проволоки с оксидами алюминия, кремния и марганца приводит к образованию алюмосиликатов кальция и марганца.

Рис. 1. Съемка оксидного включения во вторичных электронах (Кр – кристобалит, М – родонит), РЭМ, В краевом точечном загрязнении на образце №2 от заготовки из стали 35ГС были обнаружены сложные неметаллическое включения, состоящие из алюмосиликата кальция переменного состава с примесью магния и титана. Наличие в заготовке ок сидов титана и магния объясняется использованием в огнеупорах промежуточного ковша магнезиального торкрет-слоя и оксидциркониевых стаканчиков, содержащих TiO2. На поверхности алюмосиликата кальция располагаются тонким слоем сульфи ды марганца и кальция. Были обнаружены алюмосиликаты кальция и без сульфид ной оболочки.

В трещине и около трещины на образце №3 от заготовки из стали 35ГС не были обнаружены ликваты. Это свидетельствует о том, что трещина образовалась в за твердевшей корочке металла без подпитки её жидким металлом с ликватами из цен тра заготовки.

Спектральный анализ образца №3 стали 35ГС показал, что в трещине содержатся только оксиды железа, образовавшиеся в результате окисления на воздухе по месту реза. Незалеченные трещины образовались в НЛЗ, по-видимому, в результате терми ческих напряжений, за счет интенсивного вторичного охлаждения (на плавке №276492 удельный расход воды – 2,2 л/кг).

В отдельных трещинах образца №4 (35ГС) были обнаружены сульфиды марган ца и железа.

На образце №5 низкоуглеродистой стали марки SAE 1006 с содержанием общего кислорода 97 ppm (плавка 170835) были обнаружены мелкие (2…3 мкм) глобуляр ные оксисульфидные включения. Неметаллические включения алюмосиликатов или сульфидов в трещине на образце 5 обнаружены не были. Были обнаружены оксиды железа, которые образовались в результате окисления на воздухе по месту реза.

На образце №6 (плавка 355402, сталь SAE1006) около крайней части осевой тре щины были обнаружены сульфиды железа и марганца размером около 2…4 мкм.

Непосредственно в самой трещине в крайней её части также найдены комплексные сульфиды железа и марганца. В результате образования осевого дефекта ликвацион ные полоски и трещины (ЛПТосев) в заготовке во время кристаллизации, скорее всего, происходит образование сульфидов марганца и железа. В образовавшуюся трещину из центра заготовки поступают ликвирующие элементы, к которым относится сера.

После чего в трещине возможно образование комплексных сульфидов (железа и марганца), которые были обнаружены с помощью растровой микроскопии.

При освоении технологии разливки открытой струей сталей разных марок на ме ниске в кристаллизаторах образуется твердый конгломерат, состоящий из продуктов раскисления и вторичного окисления металла, значительное увеличение объема ко торого приводит к так называемым шлаковым прорывам кристаллизующейся короч ки металла под кристаллизатором. Установлено, что образование конгломерата зави сит от степени раскисленности, то есть от содержания кислорода в металле (от ак тивности кислорода в металле), а от отношения [Mn]:[Si] зависит агрегатное состоя ние фазы (твердая или жидкая).

Из литературных источников следует, что для раскисленнного металла с целью получения жидких включений необходимо выдерживать отношение [Mn]:[Si] более 12 и даже 20. Данные рекомендации следует применять для условий разливки закры той струей, для разливки открытой струей в мениске кристаллизатора существуют другие условия. То есть необходимо рассматривать для открытой струи реальное со держание кислорода на мениске металла значительно больше, чем в металле проме жуточного ковша.

Для того, чтобы рассмотреть особенности процесса раскисления железа кремни ем и марганцем, необходимо построить поверхность растворимости компонентов в жидком металле (ПРКМ) для системы Fe–Mn–Si–O в концентрационной области, отвечающей условиям раскисления и легировании железа марганцем и кремнием. На рис. 2 представлена построенная поверхность растворимости компонентов в жидком металле (ПРКМ) для системы Fe–Mn–Si–O.

Рис. 2. ПРКМ системы Fe–Mn–Si–O при 1600 C (точками представлены экспериментальные данные) Связь между количеством вводимых раскислителей и составами равновес ных с металлом неметаллических фаз устанавливалась при решении системы балансовых уравнений. Расчет проводили на 1 т исходного металла (до раскис ления). Допустим, что раскисление следует провести таким образом, чтобы в равновесии с металлом находились жидкие неметаллические включения (FeO, SiO2, MnO). Сделали следующее допущение для низкоуглеродистой стали SAE1006 ([С] = 0,06 мас. %): содержание углерода в металле приняли равным 0 %, для того чтобы можно было использовать результаты расчета ПРКМ сис темы Fe–Mn–Si–O. Для каждого из элементов рассматриваемой системы для стали SAE1006 записывали балансовые уравнения для получения при раскис лении оксидного расплава.

Построили диаграмму расхода раскисляющих компонентов для больших расходов раскислителей при исходных концентрациях кислорода в стали 0,1 мас. % (см. рис. 3).

Рис. 3. Диаграмма расхода марганца и кремния при заданном [O]исх = 0,1 мас. % По оси абсцисс отложен полный расход кремния, по оси ординат – полный расход марганца. Точки в области I, которая на диаграммах исчезающе мала и расположена левее кривой ab, сливающейся с осью ординат, задают расходы кремния и марганца, обеспечивающие образование в жидком металле твердых растворов оксидов (FeO и MnO);

в области II – жидких оксидных включений;

в области III – кремнезема. Эти области характеризуют двухфазные равновесия:

«металл – |FeO, MnO|тв.р.» (I), «металл – (FeO, MnO, SiO2)о.р.» (II) и «металл – SiO2» (III). Еще две узкие области характеризуют трехфазные равновесия «ме талл – |FeO, MnO|тв.р – (FeO, MnO, SiO2)о.р» (область IV) и «металл – (FeO, MnO, SiO2)о.р – SiO2» (область V). Согласно рис. 3 для луча А = 1 в качестве неметал лических включений образуется кремнезем. При расходах меньше определяе мых точкой D также будут для луча А = 2 образовываться кристаллы чистого SiO2. При расходах больше определяемых точкой E будут образовываться включения оксидного расплава (FeO, MnO, SiO2)о.р.. При расходах, определяе мых весьма узкими интервалами DE, будут образовываться включения из ок сидного расплава, и кремнезема. Наконец, если отношения количеств марганца и кремния больше четырех (см. лучи А = 4,…А = 7), то в основном при любом количестве введенных раскислителей включения будут жидкими растворами (FeO, MnO, SiO2)о.р..

Из рис. 2 и 3 следует, что при разливке низкоуглеродистых сталей отноше ние [Mn]:[Si] 3 является критическим и по статистике рост прорывов наступа ет для данной марки стали при A = [Mn]:[Si] 2,2, то есть термодинамический расчет качественно характеризует реальный процесс образования тугоплавких включений в кристаллизаторе МНЛЗ.

Построенный луч А = 3 соответствует стали SAE1006, которая находится в критической зоне начала образования твердых включений. Таким образом, при отношении марганца к кремнию в низкоуглеродистой стали SAE1006 менее вероятно образование твердых включений.

Дополнительно для теоретического объяснения влияния химического соста ва металла на образование шлаковой фазы в кристаллизаторе было произведено математическое моделирование отношения [Mn]:[Si] с использованием термо динамического расчета равновесия в системе металл–шлак–газовая фаза. Мате матическое моделирование отношения марганца к кремнию от 1,5 до 3,3 с ша гом 0,1 для различного содержания в металле кислорода и алюминия в стали SAE1006 и 35ГС производили с помощью программы «ГИББС»*. Программа «ГИББС-равновесие» производит расчет состава и массы металла, шлака и га зовой фазы.

В результате математического моделирования по программе ГИББС отно шения концентрации марганца и кремния для металла, который разливается от крытой струей, было установлено следующее:

1. В низкоуглеродистом металле (SAE1006) содержание общего алюминия стремится к нулю (алюминий находится в виде глинозема), а в среднеуглероди стой стали 35ГС доля связанного алюминия составляет 25…40 мас. % от обще го содержания алюминия.

2. Определены оптимальные отношения [Mn]:[Si] для различных марок ста лей (см. табл. 2).

Программа ГИББС-равновесие (V.2.0) разработана совместно Московским Институтом Стали и * Сплавов и компанией Инновационное Бюро Металлургической Технологии. Группа разработчиков:

Пономаренко Д.А., Косырев К.Л., Котельников Г.И., Толстолуцкий А.А., Съемщиков Н.С., Понома ренко А.Г.

Таблица Рекомендуемые оптимальные отношения [Mn]:[Si] Среднее содержание Рекомендованное отношение [Mn]:[Si] с целью Марка стали углерода в металле, снижения вероятности шлакового прорыва при раз мас. % ливке открытой струей SAE1008, SAE1006 0,08 Не менее 3, 25Г2С 0,27 Не менее 2, 35ГС 0,35 Не менее 2, Использование результатов термодинамического расчета фазовых равновесий в системе Fe–Mn–Si–O и расчетов по программе ГИББС позволили теоретически оп ределить требуемое оптимальное отношение [Mn]:[Si] для различного содержания в металле углерода с целью получения жидких шлаковых образований, которые не оказывают влияния на процесс непрерывной разливки стали. Полученные данные термодинамических расчетов хорошо коррелируют с практическими результатами разливки стали на сортовых МНЛЗ. На рисунке 4 представлены статистические дан ные за 2005-2006 гг. по отношению [Mn]:[Si] и количеству шлаковых прорывов для различных марок стали. Пунктирной линией на рис. 4 показано, при каком значении отношения [Mn]:[Si] в металле начинались шлаковые прорывы.

Рис. 4. Максимальные, минимальные и средние значения отношений [Mn]:[Si] для различных марок стали, разлитой на сортовой МНЛЗ ОАО «ЧМК» за 2005–2006 гг.

Для оценки влияния отношения [Mn]:[S] в стали SAE1006 на её склонность к тре щинообразованию выполнен сравнительный анализ на сканирующем микроскопе об разцов № 5 (плавка №170835) и №6 (плавка №355402), отобранных из центра литых за готовок, с отношением соответственно 17,7 и 14,8. Осевой дефект ликвационные полос ки и трещины (ЛПТосев) для образца №5 составлял 0,5 балла, а для №6 – 2,5 балла. На электронном сканирующем микроскопе JEOL JSM–6460LV определяли химический состав включений и их морфологию, а для определения фазового состава включений использовали дифрактрометр ДРОН–2.

В образце 5 сульфиды в трещинах не обнаружены. В металлической матрице сера присутствует в виде глобулярных оксисульфидных включений диаметром около 3 мкм.

Выполненное исследование на дифрактрометре ДРОН–2 в излучении железного анода наличие в металле сульфидов не показало.

В образце 6 сульфидные включения расположены иначе. В области окончания осе вой трещины (10…15 мм от центра заготовки) под микроскопом при увеличении обнаружены комплексные сульфидные включения, располагающиеся в самой трещине и по границам зерен металла. В центральной части осевой трещины сульфидов нет. Се ра в центре дефекта ЛПТосев присутствует в виде эвтектических сульфидных включе ний. Эвтектическая сульфидная фаза имеет вид точек диаметром менее 1 мкм. Как и в образце 5, обнаружены мелкие оксисульфидные включения диаметром 3…4 мкм, толь ко количество таких включений в образце №6 значительно меньше. Таким образом, в исследованных образцах 5 и 6 выявлен различный тип сульфидных включений. В об разце 6 с более низким значением [Mn]:[S] (14,8) выявлено наличие преимущественно эвтектических (пленочных) комплексных сульфидов типа (Mn, Fe)S и (Fe, Mn)S, кото рые являются причиной развития и увеличения дефекта ЛПТосев. В образце 5 с отноше нием [Mn]:[S], равным 17,7 сульфиды такого типа не обнаружены: сера присутствует в металле в виде глобулярных оксисульфидных включений.

Для условий разливки квадратной заготовки 100100 мм была установлена зависи мость интенсивности проявления дефекта осевые ликвационные полоски и трещины (ЛПТосев) от отношения [Mn]:[S]. Для отношения марганца к сере порядка 14–15 значе ние балла ЛПТосев будет достигать 2,5…3,5, а для отношения [Mn]:[S] = 18 будет состав лять не более 1,0 балла.

Проведено исследование по влиянию отношения [Mn]:[S] на образование прорывов в зоне вторичного охлаждения. Экспериментально было установлено, что при отноше нии равном или менее 21 возможно образование на одной плавке нескольких прорывов на разных ручьях. Поэтому, исходя из практики работы МНЛЗ и проведенного исследо вания по выбору оптимального отношения марганца к сере, необходимо выдерживать его не менее 22. На рис.5 представлены статистические данные, которые были получе ны в процессе работы сортовой МНЛЗ ОАО «ЧМК». Пунктирной линией на рис. 5 по казано, при каком значении отношение [Mn]:[S] для стали SAE1006 и Ст3сп начинались прорывы в зоне вторичного охлаждения по трещине.

Рис. 5. Максимальные, минимальные и средние значения отношений [Mn]:[S] для стали SAE1006 и Ст3сп, разлитых на МНЛЗ ОАО «ЧМК» за 2005–2006 гг.

Высокое отношение [Mn]:[S] (более 22) и пониженная скорость литья ока зывают благоприятное воздействие на качество НЛЗ в связи с повышением прочности корки и её сопротивляемости возникающим напряжениям.

Разность диагоналей (ромбичность) непрерывнолитой заготовки квадратно го сечения является одним из наиболее распространенных дефектов профиля. В ОАО «ЧМК» проведено исследование по изучению влияния на ромбичность литой заготовки сечением 100100 мм химического состава разливаемой стали.

C 1 июля 2005 год по 28 февраля 2007 год на 6-ти ручьевой сортовой МНЛЗ № разлито 13 067 плавок со средним весом 140 тонн. На каждой плавке и на каж дом ручье в начале, в середине и в конце разливки операторы газовой резки штангенциркулем или ромбомером (прибор для быстрого измерения диагонали заготовки, точность измерения ± 0,5 мм) производили измерения длины диаго налей. Было установлено, что на 5970 плавках (45,6 %) разность диагоналей была более 5 мм. Содержание углерода в зависимости от марки разливаемой стали колебалось от 0,06 до 0,43 мас. %. Скорость разливки изменялась в пре делах от 3,8 до 6,0 м/мин (средняя скорость 5,1 м/мин). Все плавки с ромбично стью более 5 мм были поделены на 3 группы в зависимости от содержания в стали углерода: группа 1 – углерод менее 0,12 мас. %;

группа 2 – 0,12…0,28 мас. %;

группа 3–0,28…0,40 мас. % (табл. 3).

На механизм образования ромбичности существенное влияние оказывают особенности формирования заготовок в зависимости от химического состава разливаемой стали – температура ликвидуса, температурный интервал кристал лизации, толщина формирующейся корочки, величина объемной и линейной усадки и т.д. В ОАО «ЧМК» с учетом объемов производства наиболее неблаго получной оказалась среднеуглеродистая сталь марок 35ГС, ст5 и Grade60 (см.

табл. 3).

Таблица Максимальная ромбичность заготовки 100100 мм для сталей разных марок Максимальная Группа Марки стали ромбичность, мм 1 SAE1006–1008, Св08А 10,0 ± 0, 2 Ст3, А500С, S235JR, 25Г2С 14,5 ± 0, 3 35ГС, Grade60, ст5 16,0 ± 0, Если в литературе широко обсуждается влияние углерода на величину ром бичности, то о влиянии серы значимых работ нет. Однако, на основании стати стических исследований нами было установлено, что с увеличением содержа ния серы в стали дефект ромбичности увеличивается. Причем, чем больше в металле углерода, тем выше влияние серы на ромбичность (см. табл. 4). Сера аналогично углероду влияет на процесс формирования толщины корочки в кри сталлизаторе, то есть влияет на температурный интервал кристаллизации (тем пературы ликвидус и солидус). Влияние концентрации серы на ромбичность, также вероятно, связано с изменением вязко-упругих свойств кристаллизую щейся корочки металла.

Таблица Влияние серы на ромбичность заготовки для различного содержания в металле углерода Процент от общего ко- Максимальная ром Группа [S], % личества плавок, % бичность, мм [C] менее 0,12 мас. % 1 Менее 0,005 – – 2 0,005–0,015 28,86 10,0 ± 0, 3 более 0,015 71,14 10,0 ± 0, 0,12 [C] 0,28 мас. % 1 Менее 0,005 0,16 7,0 ± 0, 2 0,005–0,015 39,77 11,0 ± 0, 3 более 0,015 60,07 14,5 ± 0, [C] более 0,28 мас. % 1 Менее 0,005 0,56 8,0 ± 0, 2 0,005–0,015 42,44 13,0 ± 0, 3 более 0,015 57,00 16,0 ± 0, Таким образом, увеличение в металле углерода и серы приводит к развитию дефекта – ромбичность заготовки. С целью снижения брака по ромбичности за готовки необходимо уменьшать содержание серы до 0,005 мас. % или ниже, например, за счет наведения рафинировочного шлака на АКП.

В третьей главе изложены результаты анализа причин образования проры вов и обрывов кристаллизующейся корочки металла: проанализированы техно логические параметры выплавки, внепечной обработки и непрерывной разлив ки стали. Дополнительно осматривали место прорыва с целью уточнения его характера.

По каждому прорыву фиксировали: марку стал;

её химический состав;

заме чания по выплавке и внепечной обработке;

температуру стали в сталеразливоч ном ковше;

номер промежуточного ковша;

номер ручья, на котором произошел прорыв;

номер кристаллизатора и гильзы;

общее количество разлитого металла через гильзу;

диаметр разливочного стакана-дозатора;

температуру стали в промковше (минимум и максимум);

место и зону прорыва (под кристаллизато ром или в зоне вторичного охлаждения).

В момент, когда уровень металла в кристаллизаторе начинал снижаться от заданного (начало прорыва), фиксировались следующие технологические пара метры: температура в промковше (последнее измерение);

скорость разливки;

уровень металла в промежуточном ковше (вес металла);

расход масла в кри сталлизаторе;

уровень металла в кристаллизаторе;

частота качания стола кри сталлизатора;

амплитуда качания стола кристаллизатора;

время опережения ка чания кристаллизатора.

На рис. 6 представлен график снижения удельного числа прорывов за 27 ме сяцев работы сортовой МНЛЗ.

Рис. 6. Изменения среднего удельного числа прорывов (пунктирная линия) и увеличение средней серийности в плавках (сплошная линия) на сортовой МНЛЗ ОАО «ЧМК» Всего за контрольный период произошло:

– прорывов подвисания – 327 случаев (33,75 %);

– прорывов охлаждения, а также несоблюдения температурно-скоростного режима разливки – 311 случаев (32,09 %);

– стартовых или пусковых прорывов – 114 случаев (11,76 %);

– шлаковых прорывов – 43 случая (4,44 %).

Кроме того, 45 прорывов (4,64 %) произошло из-за несоблюдения отноше ния [Mn]:[S] и 34 прорыва (3,51 %) – из-за смещения технологической оси ру чья. Оставшиеся 95 прорывов (9,81 %) произошли по другим причинам, кото рые не рассматривались в анализе, так как по каждой из них было не более 3 % случаев.

Была установлена зависимость удельного числа прорывов от марки стали, а точнее, от содержания в металле углерода (см. рис. 7), который определяет процесс кристаллизации и температуры ликвидус и солидус. Наибольшее удельное число прорывов было зафиксировано на низкоуглеродистых сталях марок Св08А, SAE1008 и SAE1006 – 0,00100…0,00750 шт./т и на сталях пери тектического класса (Ст3сп, А500С, S235JR) – около 0,00100 шт./т. Наимень шее количество прорывов имело место при разливке на среднеуглеродистых сталях (35ГС, 25Г2С, Grade60, SAE1040 и др.) – менее 0,00090 шт./т.

Для низкоуглеродистых сталей характерен узкий температурный интервал кристаллизации и её начало при температурах, близких к температуре затвер девания чистого железа (Тликв = 1525–1530 °С). Это способствует резкому сни жению скорости кристаллизации после образования тонкой корочки, которая подвергается повышенному ферростатическому давлению жидкого металла, приводящему либо к её прорыву, либо к вздутию.

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0, [C], мас. % Рис. 7. Влияние содержания углерода в металле на удельное число прорывов на заготовке сечением 100100 мм Для стали перитектического класса и среднеуглеродистой стали интервал кри сталлизации больше, а температура ликвидус меньше в сравнении с низкоуглероди стым металлом, поэтому толщина корочки в этих сталях больше, что объясняет бо лее низкое удельное количество прорывов. Однако, на заготовках из стали 3сп и А500С в результате перитектического превращения, приводящего к снижению пла стичности, в процессе кристаллизации возникают трещины, которые приводят к уве личению количества прорывов в сравнении со сталями 35ГС, SAE1040 и Grade 60.

Снижение количества четырех основных типов прорывов привело к общему снижению прорывов на сортовой МНЛЗ с уровня 0,0008 до 0,0002 шт./т. Снижение количества прорывов составило: прорывов подвисания – с 0,00024 до 0,00006 шт./т, прорывов охлаждения – с 0,00015 до 0,00013 шт./т, стартовых прорывов – с 0, до 0,00002 шт./т и шлаковых – с 0,00005 до 0 шт./т.

После установления причин образования прорывов и обрывов кристаллизую щейся корочки металла на сортовой заготовке были внедрены корректирующие ме роприятия в технологию производства НЛЗ, что позволило снизить удельное число прорывов с 0,0008 до 0,0002 шт./т.

Для проведения корректирующих мероприятий по снижению удельного числа прорывов на высокоскоростной сортовой МНЛЗ помимо известных мероприятий было рекомендовано следующее:

– низкоуглеродистый металл глубоко раскислять алюминием на выпуске из печ ного агрегата (расход алюминия не менее 1,0 кг/т и зависит от марки стали и техно логии выплавки);

– внепечную обработку на АКП производить так, чтобы выдерживать оптималь ные рекомендованные отношения [Mn]:[Si] (с учетом содержания в металле углеро да) и [Mn]:[S];

– улучшить десульфурацию в ковше за счет наведения рафинировочного шлака присадками извести с расходом не менее 12 кг/т и шпата – 0,3 кг/т, а также за счет раскисления рафинировочного шлака до белого цвета порциями карбида кремния или алюминиевой сечкой и кусковым силикокальцием.

Четвертая глава посвящена разработке мероприятий по увеличению произво дительности, серийности и энергоэкономичности высокоскоростной МНЛЗ. Прове дены исследования: по выбору оптимального режима первичного охлаждения МНЛЗ, по улучшению разливаемости стали через оксидциркониевые стаканчики и оптимизации шлакового режима в промежуточном ковше.

Выбор оптимального режима охлаждения произвели для кристаллизатора сече нием 100100 мм. Методика исследования заключалась в плавном снижении расхода воды от 1750 до 1450 л/мин на кристаллизатор с шагом 50 л/мин через каждые две разлитые плавки. Всего было разлито 16 экспериментальных плавок и 500 опытно промышленных. Все эксперименты проводили на четырехконусных итальянских гильзах фирмы EUROPA METALLI. На каждой плавке контролировали технологи ческие параметры разливки: фактический расход воды, давление воды на входе в кристаллизатор, температура входящей воды на кристаллизатор, разница температур входящей и выходящей воды на кристаллизатор, скорость разливки, температура ме талла в промковше, колебания уровня металла в кристаллизаторе, состояние геомет рического профиля заготовок.

В середине и в конце каждой разлитой плавки на экспериментальном ручье про изводили отбор темплета для оценки макроструктуры. Для адекватности результатов дополнительно производили контроль расхода воды в зоне вторичного охлаждения.

Расход воды на вторичное охлаждение на экспериментальном ручье составлял от 2,19 до 2,46 л/кг, в среднем по 16 плавкам – 2,24 л/кг.

Установлено, что расход воды на кристаллизатор 100100 мм с водяным зазором 3,25 мм в пределах 1450…1500 л/мин в сравнении с повышенными расходами 1700…1750 л/мин не влияет на качество макроструктуры НЛЗ. Помимо этого пони женный расход воды на кристаллизатор приводит к экономии очищенной воды в ко личестве 620 л на тонну разлитой стали. Наряду с проведенными исследованиями были выполнены теплотехнические расчеты для гильзового кристаллизатора.

Существенную роль в обеспечении серийности играет стойкость стаканов дозаторов (разливка без затягивания неметаллическими включениями) от системы быстрой замены при разливке открытой струей. Исследовались стаканы-дозаторы, на которых отмечалось затягивания и на которых затягивание отсутствовало.

Исследовали на растровом микроскопе JEOL JSM–6460LV состав отложений на оксидциркониевых стаканах-дозаторах, приводящих к из закупориванию во время разливки. Съемку образцов осуществляли с двух сторон: со стороны отложения и в разрезе с боковой стороны отложения в обратных электронах (BSE). Исследования выполнены на пяти оксидциркониевых стаканах-дозаторах систем быстрой замены, через которые разливали арматурную и углеродистую стали.

Установили, что на стаканах осаждаются тугоплавкие алюминаты кальция и маг незиальная шпинель (см. рис. 8). Причем, за счет проникновения в стакан по порам алюминатов образуется прочная основа для дальнейшего роста алюминатов и кри сталлов шпинели. Глубина проникновения алюминатов и шпинелей в огнеупор со ставляет до 100 мкм. В случае разливки стали без «затягивания» наблюдается про питка огнеупорного стаканчика оксидом железа на глубину до 60 мкм.

Рис. 8. Микроструктура отложений на стакане, РЭМ, 700:

1 – алюминаты кальция (CaO6Al2O3 и CaO2Al2O3);

2 – магнезиальная шпинель (MgOAl2O3) С целью уменьшения и предотвращения затягивания оксидциркониевых стаканов алюминатами и шпинелями наряду с известными мероприятиями разработаны сле дующие:

1. Было снижено содержание общего алюминия в сталях, раскисленных кремнием и марганцем (для арматурных сталей). Для этого был снижен расход алюминия на раскисление с 1,0 до 0,3 кг/т и в пределах марочного химического состава уменьшен расход ферросилиция марки 65 за счет большего расхода ферросиликомарганца.

2. Рекомендовано иметь в качестве оптимальной окисленности металла в сталераз ливочном ковше в пределах 0,003…0,005 мас. %.

3. Технически обеспечен постоянный и максимальный уровень металла в проме жуточном ковше с первой плавки в серии (более 600 мм от дна ковша).

4. Рекомендовано разливку первой плавки в серии производить на "пусковом" ста канчике, а второй и последующих– на "новом" для исключения начального затягива ния стаканчика на последующих плавках.

5. Рекомендовано вводить шлакообразующую смесь в промежуточный ковш толь ко после достижения рабочего уровня металла (600…800 мм).

Снижение в металле содержания алюминия с 0,007 до 0,004 мас. % полностью ис ключило затягивание стаканов-дозаторов алюминатами кальция и шпинелями.

Изучена работа футеровки промковша и её взаимодействие со шлаком. Для увели чения серийности сортовой МНЛЗ был снижен износ магнезиального торкрет-слоя промковша за счет использования оптимальной шлаковой смеси промковша. На 6-ти ручьевой МНЛЗ ОАО «ЧМК» была испытана и внедрена технология использования смеси марки REFRAMAT SP–C на основе системы CaO(MgO)–SiO2–Al2O3 (суммар ное содержания CaO и MgO до 45 мас. %). Испытания производились на протяжении всей серии разливок квадратной заготовки сечением 100100 мм из углеродистых и низколегированных сталей. В первой серии разлили 47 плавок, во второй – 50 плавок.

Промежуточные ковши были торкретированы массой марки JEMATUN с содержани ем MgO более 80 %.

Из данных по разлитым сериям установлено, что в процессе разливки происходило значительное изменение состава шлака, связанное с поглощением продуктов раскис ления и вторичного окисления стали. Так, содержание SiO2 увеличилось с 20 мас. % до 38 мас. %, MnO до 13 мас. %, Al2O3 с 15 мас. % до 18 мас. %. При этом основность шлака упала с 1,9 до 0,5. После скачивания шлака из промковша и наведения нового на обеих сериях содержание оксидов FeO, MnO и SiO2 снижается, а содержание CaO и MgO увеличивается, т.е. создаются благоприятные условия для уменьшения эрозии магнезиального рабочего слоя промковша.

После окончания первой опытной серии произведена оценка износа шлакового пояса. После разливки 50 плавок с использованием шлакообразующей смеси (ШОС) REFRAMAT износ торкрет-слоя был на 20…30 % меньше в сравнении со стандарт ным вариантом. Толщина остаточного торкрет слоя при работе на смеси REFRAMAT составила 20…30 мм. При этом извлечение твердого остатка металла из промковша происходило без особых усилий.

Установлено, что шлакообразующие смеси на основе системы CaO(MgO)–SiO2– Al2O3 обеспечивают удовлетворительное снижение агрессивного воздействия шлака на магнезиальную футеровку промковша.

Внедрение результатов вышеуказанных экспериментов и расчетов позволили вы вести сортовую МНЛЗ №3 ОАО «ЧМК» на среднюю серийность с 10 до 39 плавок на один промежуточный ковш.

В пятой главе представлено практическое применение результатов работ, изло женных во второй, третьей и четвертой главах диссертации.

На основе изучения качества отлитых заготовок и анализа технологии производст ва НЛЗ определены технологические параметры, влияющие на качество и производст во заготовок. В зависимости от группы марок стали была выявлена возможность обра зования тех или иных дефектов НЛЗ.

На каждой современной МНЛЗ в процессе разливки стали автоматически регист рируются технологические параметры, которые остаются в отчетах по плавке. Фирмы, поставляющие на рынок современные МНЛЗ, в обязательном порядке снабжают их программным обеспечением 2-го уровня автоматизации, известным под названием «Управлением технологическим процессом», в которое входит одна из составляющих программ – программа качества заготовок. Программа качества заготовок – это про грамма оценки качества каждой заготовки путем применения математических правил сравнения заданных и фактических технологических параметров. После разливки ка ждой плавки такие программы качества формируют отчет по всем заготовкам с указа нием их качества (отсутствие или наличие дефекта и его место в заготовке).

Для настройки программы качества при освоении новых марок стали был прове ден набор статистических данных по технологическим параметрам и по качеству заго товок (визуальный контроль поверхности НЛЗ и металлографический контроль внут реннего качества). После получения статистических результатов анализа технологиче ских параметров производства и качества металла произвели анализ влияния техноло гических параметров на образование тех или иных дефектов. С целью определения качества отлитых заготовок доказана необходимость введения в автоматическую сис тему МНЛЗ отслеживания по ручью следующих параметров: химический состав ста ли (отношение [Mn]:[Si] и содержание углерода), температура стали в промковше, вес металла в стальковше и промковше, скорость разливки, параметры качания кристал лизатора, параметры первичного и вторичного охлаждения заготовки.

С помощью настроенной для МНЛЗ №3 программы качества теперь можно про гнозировать следующие дефекты заготовок: трещины по следу качания;

грубые следы качания;

внутренние трещины (ЛПТ);

шлаковые включения и КТЗ;

центральную по ристость;

пояс;

светлый контур. Введение дополнительного контроля таких парамет ров, как отношение [Mn]:[Si] и содержание в металле углерода в автоматическую про грамму качества заготовок позволило выявлять группы риска выбраковки заготовок по шлаковым включениям и краевым загрязнениям. Таким образом, отпала необхо димость производить полный осмотр всех заготовок на наличие дефектов, и появилась возможность производить лишь выборочный контроль.

Общие выводы 1. Установлено, что шлаковые прорывы под кристаллизатором при разливке стали открытой струей связаны с образованием твердого конгломерата на мениске металла в кристаллизаторе. Термодинамические расчеты и практика разливки металла показы вает, что избежать образования твердого конгломерата на мениске металла можно, ес ли отношение [Mn]:[Si] будет не ниже 2–3.

2. По проведенному корреляционному анализу проявления дефекта «осевые лик вационные полоски и трещины» (ЛПТосев) установлена статистическая связь проявле ния 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.

3. 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 заго товки 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 АКП.

4. На основании полученных результатов (16 экспериментальных плавок и опытно-промышленных плавок) установлен оптимальный режим первичного охлаж дения НЛЗ для кристаллизатора сечением 100100 мм, который подразумевает расход воды в пределах 1450…1500 л/мин и давление перед кристаллизаторами 10 бар. Изме нение режима охлаждения кристаллизаторов привело к экономии очищенной воды в количестве 620 л на тонну разлитой стали.

5. Для условий ОАО «ЧМК» исследование зарастания канала оксидциркониевых стаканчиков показало, что на них осаждаются тугоплавкие алюминаты кальция и маг ниевая шпинель. Для того чтобы улучшить разливаемость стали открытой струей, не обходимо снизить расход алюминия на раскисления с 1,0 до 0,3 кг/т и уменьшить рас ход ферросилиция марки 65 за счет большего расхода ферросиликомарганца;

содер жание алюминия в металле не должно превышать 0,004 мас. %.

6. Доказано, что использование шлакообразующих смесей системы CaO(MgO)–SiO2–Al2O3 (суммарное содержания CaO и MgO до 45 мас. %) при регла ментированном содержании алюминия дает удовлетворительные результаты по сни жению агрессивного воздействия шлака на магнезиальную футеровку промежуточно го ковша, и уменьшению явления затягивания оксидциркониевых стаканчиков туго плавкой магнезиальной шпинелью.

7. 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 загряз нениям. Таким образом, отпала необходимость в полном осмотре всех заготовок на наличие этих дефектов, появилась возможность ограничиться выборочным контро лем.

8. Выполненный комплекс работ по корректировке технологии непрерывной раз ливки стали позволил обеспечить стабильную работу МНЛЗ, удовлетворительное ка чество продукции и увеличение средней серийность с 10 до 39 плавок на один проме жуточный ковш. Экономический эффект от выполненной работы в условиях кисло родно-конвертерного цеха ОАО «ЧМК» составил 72,4 млн. рублей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Освоение технологии непрерывной разливки открытой струей арматурных сталей 35ГС и 25Г2С / А.Л. Подкорытов, С.А. Ботников, И.С. Мурзин и др. // Сталь.

– 2006. – №5 – C. 45–47.

2. Ботников, С.А. Влияние химического состава стали и технологических пара метров непрерывной разливки на образование и развитие дефектов формы и макро структуры заготовки / С.А. Ботников, И.С. Мурзин, А.Л. Подкорытов // Сталь. – 2006. – №5 – C. 3. Ботников, С.А. Изучение шпинельных отложений на циркониевых стаканах дозаторах и способы улучшения разливаемости стали на сортовых МНЛЗ / С.А. Ботников, А.Г. Браславский, Г.Г. Михайлов // Сталь. – 2007. – №5 – С. 4. Особенности технологии производства литых заготовок из низкоуглероди стой стали на сортовой МНЛЗ в условиях ОАО «ЧМК» / С.А. Ботников, Н.Н. Кузькина, И.С. Мурзин и др. // Металлург. – 2007. – №7 – C. 52–59.

5. Ботников, С.А. Выбор оптимального соотношения [Mn]:[Si] для сталей, раз ливаемых на МНЛЗ открытым способом / С.А. Ботников // Современные проблемы электрометаллургии: сб. науч. тр. (часть 2) / под ред. В.Е. Рощина – Челябинск:

Изд-во ЮУрГУ, 2007. – С. 90–95.

6. Улучшение разливаемости арматурной стали при применении оксидцирко ниевых стаканов-дозаторов / С.А. Ботников, А.Г. Ряполов, А.Г. Браславский и др. // Сталь. – 2008. – №2 – С. 25–27.

7. Ботников, С.А. Разработка современного атласа дефектов непрерывнолитой заготовки / С.А. Ботников // Материалы III Конгресса металлургов Урала. – Челя бинск, 2008. – С. 22–24.

8. Ботников, С.А. Влияние химического состава и технологии рафинирования низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали на параметры разливки сортовой МНЛЗ / С.А. Ботников // Металлургия XXI века: сб. тр. / под. ред. Н.В. Пасечник – М.: ВНИИМЕТМАШ им. академика А.И. Целикова, 2009.

9. Особенности технологии высокоскоростной разливки стали на сортовых МНЛЗ ОАО «ЧМК» / С.А. Ботников, Г.Г. Михайлов, В.Н. Артюшов, и др. // Вест ник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия».

Вып. 12. – Челябинск: изд. ЮУрГУ – 2009. – №14 (147) – С. 35–38.