научная статья по теме ДЕФОРМАЦИЯ КОРОЧКИ НЕПРЕРЫВНОЛИТОГО СЛЯБА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МНЛЗ Металлургия

Текст научной статьи на тему «ДЕФОРМАЦИЯ КОРОЧКИ НЕПРЕРЫВНОЛИТОГО СЛЯБА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МНЛЗ»

УДК 621.771.23

ДЕФОРМАЦИЯ КОРОЧКИ НЕПРЕРЫВНОЛИТОГО СЛЯБА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МНЛЗ

© Вдовин Константин Николаевич, д-р техн. наук,

ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова». Россия, 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38. Тел.: + 7 (3519) 22 12 87, e-mail: mgtu@magtu.ru

Злов Владимир Евгеньевич, канд. техн. наук; Суспицин Виктор Григорьевич

АНО КЦПК «Персонал». Россия, 455000, г. Магнитогорск, ул. Калинина, 18. Статья поступила 02.06.2009 г.

Показана эффективность непрерывной разливки, рассмотрены условия прорывов корочки сляба по широкой и узкой граням, которые встречаются на практике.

Показаны силы, действующие на корочку сляба в процессе качания кристаллизатора вверх и вниз.

Определены условия возникновения трещин, которые могут привести к прорыву корочки сляба при нарушениях некоторых технологических правил.

Даны схемы изгиба сляба, протяжки через ролики и деформации по малому радиусу с образованием продольной трещины. Приведена фотография реальной трещины, которая привела к прорыву корочки сляба.

Ключевые слова: непрерывная разливка; сляб; трещина; сталь; межроликовый зазор; ферростатическое давление; сила трения.

Производство непрерывнолитых слябов обеспечило значительное снижение расходного коэффициента на всех этапах - от выплавки стали до производства готового проката. Непрерывная разливка стали позволила исключить из технологического процесса слябинги и блюминги, которые, по сути, формировали геометрические размеры заготовки для ее последующей прокатки на станах листовых и сортовых. Так, в ОАО ММК с пуском ККЦ и четырех МНЛЗ при меньшем объеме выплавляемой стали удалось увеличить объем выпуска прокатной продукции: 1989 г. - 16,1 млн т стали и 12,1 млн т проката, 2007 г. -13,261 млн т стали и 12,824 млн т проката.

По прогнозам развития металлургической промышленности, доля разливки стали на МНЛЗ увеличится к 2010 г. до 76-79%, к 2015 г. - до 80-97%. В настоящее время разливка стали в изложницы осталась только на той территории постсоветского пространства, где нет возможности для осуществления инновационных проектов.

Наряду с положительным эффектом разливки стали на МНЛЗ в слябы (в части экономии металла), остается пока проблема получения качественной макроструктуры и поверхности отлитого сляба. По опыту производства толстых листов, из 65 видов всех металлургических и прокатных дефектов металлургические могут составить 25-35%.

Кроме того, существует проблема безаварийной разливки. Наиболее опасным является прорыв корочки сляба непосредственно под кристаллизатором. В этом случае жидкий металл из места прорыва корочки сляба заливает роликовое полотно 1-й, 2-й, а иногда и 3-й секций зоны вторичного охлаждения (ЗВО).

В представленной работе рассмотрены условия прорывов корочки сляба по широкой и узкой граням, которые достаточно часто встречаются на практике. Рассмотрим условия, связанные с механизмом качания кристаллизатора и прорывом корочки сляба

по углу сопряжения узкой и широкои граней в случае нарушения технологического процесса.

По данным работы [1], при контакте поверхности кристаллизатора и корочки сляба силы трения влияют на ее деформацию. Свидетельством деформации являются следы качания в виде чередующихся выступов и впадин металла на поверхности граней сляба, которые расположены перпендикулярно направлению качания (рис. 1).

Рассмотрим действие сил, возникающих на фрикционном контакте «медная стенка кристаллизатора -корочка сляба» (рис. 2).

Направление качания кристаллизато ра

\ • • \ "1 ' 1 1 1 1 1 М ' ) \ ' J . \ ]1 V 1 1 1 [

! f Ч 1 1 ) 1

\ \ 1

Рис. 1. Следы качания кристаллизатора на поверхности сляба

Frp

Л

I1 Ifc

Вариант 1. Движение кристаллизатора вниз

Рис. 2. Силы, действующие на непрерывнолитой слиток

Вариант 1. Движение кристаллизатора вниз.

Сумма проекций на ось У силы трения, усилий качания и вытяжки: Р - Т - Т = 0. Р можно вы-

тр выт кач тр

разить соотношением: Ртр = /трРп, где_/тр - коэффициент трения на границе «медная стенка кристаллизатора -корочка металла», зависящий от физико-химического состояния ШОС, стенок кристаллизатора (коробление) и других факторов; Р - сила нормального давления. Согласно [2], Рп определяется величиной ферростатического давления рРе столба жидкой стали на корочку металла и стенку кристаллизатора: Рп = рй(2В + 2Б) = 2pg(B + Б)к.

Тогда Ртр = fтр2рg(B + Б)к, где В, Б - ширина и толщина сляба; к - расстояние по вертикали от верхней границы начала формирования корочки до заданной точки отделения корочки от стенки кристаллизатора; р - плотность металла; g - ускорение свободного падения.

При движении кристаллизатора вниз коэффициент трения можно также выразить соотношением / = Р /(Т + Т ), откуда Р = / Т + / Т .

тр п кач выт п тр кач тр выт

Затем можно определить усилие качания кристаллизатора:

Т = (Р - /" Т )//" , или

кач п тр выт тр

Т =

(В + 11 )к - /ТрГВ1

/тр

(1)

При движении кристаллизатора по синусоидальному закону есть период движения, в котором кристаллизатор движется вниз со скоростью, опережающей скорость вытягивания слитка. В этом случае на корочку сляба будут действовать силы (1), которые создадут напряжения сжатия. Известно, что под действием напряжений сжатия возникает деформация сдвига с возможным образованием наплывов корочки.

Вариант 2. Движение кристаллизатора вверх.

В этом случае проекция сил на ось У:

Р - Т + Т = 0, из этого следует

тр вып кач '

Т =

2pg (В + Р)И + /трТвы Утр

(2)

Из уравнения (2) можно сделать вывод о том, что в случае большого трения (условие сухого трения на контакте поверхности корочки и стенок кристаллизатора) могут возникнуть растягивающие напряжения, которые могут привести к деформации корочки с образованием трещины и в дальнейшем к ее прорыву. Соотношения (1) и (2) также поясняют физическую модель образования на поверхности литого сляба следов от механизма качания кристаллизатора.

Из модели прямого поперечного изгиба призматической балки под воздействием распределенной нагрузки (рис. 3) и усилий, действующих на корочку непрерывнолитого слитка (НЛС), можно представить модель прорыва корочки сляба в случае создания высокого ферростатического давления в слябе при наличии твердой корочки неравномерной толщины, если нарушены условия охлаждения сляба (рис. 4). Слой

1 1 1 1 1 П 1 1 П 1 1 I 1

т

Л

//У//

Рис. 3. Поперечный изгиб призматической балки под воздействием распределенной нагрузки

Рис. 4. Схема протяжки сляба через тянущие ролики

Сторона сляба по малому радиусу г

Сторона сляба по большому радиусу И я /

В силу эффекта Пуансона ■ " в растянутой зоне поперечные сечения _I " п-= сужаются, а в сжатой расширяются

из*

Рис. 5. Схема деформации сляба по малому радиусу с образованием продольной трещины

Рис. 6. Схема образования трещины и фотография реальной трещины на слябе

корочки, прилегающий к жидкому металлу, испытывает напряжение растяжения; слой корочки, граничащий с роликом, испытывает напряжение сжатия.

Напряжения, возникающие под действием ферро-статического давления, могут увеличиваться в случае нарушения настройки тянущих или транспортирующих роликов, когда межроликовый зазор будет меньше, чем требуется для транспортировки сляба имею-

щейся толщины. Неравномерное охлаждение сляба по узкой грани и уменьшенный зазор между тянущими роликами в совокупности приведут к зарождению внутренней угловой трещины сляба с последующим прорывом корочки.

Схема деформации по малому радиусу поперечного призматического сечения сляба в случае изгиба (рис. 5) показывает, что в силу эффекта Пуассона по внутренней стороне сляба в его поверхностных слоях будут создаваться напряжения растяжения. При наличии трещины на поверхности сляба напряжения растяжения могут привести к развитию трещины в его глубину с возможным прорывом корочки (рис. 5 и 6).

В практике производства непрерывнолитой заготовки известны случаи прорыва корочки по широким

граням малого или большого радиуса, т.е. механизм образования трещин, предложенный авторами, вполне реален.

Библиографический список

1. Казаков А.С., Филиппова В.П., Ушаков С.Н. Изучение влияния режима качания вертикального кристаллизатора на качество поверхности слябовой заготовки // Теория и технология металлургического производства. - Магнитогорск : ГОУ ВПО МГТУ им. Г.И.Носова, 2008. - С. 77-82.

2. Понамарева Т.Б., Селиванов В.Н. Новые аспекты формирования оболочки слитка в МНЛЗ // Там же. - С. 156-159.

Экспресс-информация

«Евраз» расширяет сортамент продукции

Специалисты технического управления и сталеплавильного производства Западно-Сибирского металлургического комбината (ОАО ЗСМК, предприятие «Евраз Групп») по заказу потребителей из КНР разработали технологию производства углеродистой стали новой марки, легированной марганцем для слябовой машины непрерывного литья заготовок. Партия слябов сечением 250x1550x10200 мм уже отгружена в Китай. Сталь этой марки используется преимущественно в машиностроении и различных металлоконструкциях.

Технология производства данной стали и слябов из нее была разработана специалистами Запсиба с целью выполнения требования заказчика в получении соответствующего химического состава, который обеспечивает необходимые свойства конечной металлопродукции. Чтобы произвести данную сталь, специалистам необходимо было пересмотреть некоторые технологические режимы выплавки, внепечной обработки и непрерывной разливки металла. Так как данный металл из-за повышенного содержания марганца склонен к трещинообразованию, специалисты установили мягкие режимы: температурно-скоростной и вторичного охлаждения слябов, что обеспечило получение продукции требуемого качества.

Всего с начала 2009 г. в ОАО ЗСМК было разработано порядка 20 технологий производства стали новых марок. Новые марки стали позволяют улучшить свойства металлопродукции в соответствии с требованиями потребителей, а также значительно расширить сортамент и рынки сбыта продукции предприятий «Евраза».

Региональный центр корпоративных отношений «Сибирь» Департамент по связям со СМИ

Трубы с высокогерметичными с

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

Показать целиком