УДК 621.74.047:621.793.724
НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ НА УЗКИЕ СТЕНКИ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ МНЛЗ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ СЛЯБОВ
© Герасимова Алла Александровна, канд. техн. наук; Радюк Александр Германович, д-р техн. наук; Глухов Леонид Михайлович, канд. техн. наук
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС». Россия, Москва. E-mail: allochka@rambler.ru Статья поступила 13.01.2014 г.
Показана эффективность нанесения покрытия на рабочую поверхность узких стенок кристаллизатора МНЛЗ газотермическим способом с целью повышения качества получаемых заготовок. Экспериментально подтверждено, что нанесение покрытия приводит к уменьшению количества продольных, поперечных и сетчатых трещин на поверхности слябов, что повышает выход годного при последующей прокатке заготовок.
Ключевые слова: газотермическое покрытие; кристаллизатор; износ узких стенок; трещины; качество заготовок.
Создание условий монотонного охлаждения разливаемого металла по длине и ширине кристаллизатора на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) - один из основных путей повышения качества поверхности непрерывнолитых слябов. Износ рабочих поверхностей стенок кристаллизатора сопровождается увеличением воздушного зазора между ними и непрерывно формируемым слитком, что приводит к ухудшению условий охлаждения и разогреву поверхности кристаллизующегося металла и, в крайнем случае, к прорыву корочки слитка под кристаллизатором. Нанесение различных покрытий на рабочие поверхности стенок кристаллизатора приводит к повышению их стойкости, стабильности условий охлаждения разливаемого металла и уменьшению количества трещин на поверхности получаемых слябов [1].
Качество поверхности слябов определяется, в первую очередь, тепловым состоянием кристаллизатора МНЛЗ, которое в значительной мере зависит от соответствия профиля, образуемого стенками кристаллизатора, профилю поверхности формирующегося в нем непрерывнолитого слитка и условиями дальнейшего вторичного охлаждения слитка. От этого в значительной степени зависит пораженность поверхности сляба паукообразными трещинами.
Кроме того, трещины на слябах могут возникать при разливке на криволинейных МНЛЗ, когда происходит загиб и разгиб слитка [2], что приводит также к образованию плен на кромках прокатанного затем из них листа [3]. На процесс образования трещин значительное влияние оказывает наличие в разливаемой стали нитридов и
карбонитридов, что приводит к резкому уменьшению ее пластичности в температурном интервале хрупкости 700-950 °С [4]. Активное охлаждение краевых участков непрерывнолитого слитка приводит к тому, что температура металла на этих участках достигает верхней границы интервала хрупкости еще до выхода слитка из зоны разгиба, что значительно повышает вероятность образования и развития трещин [5, 6].
Для повышения качества слябов в России и в других странах в последние годы проводится активная модернизация МНЛЗ, строятся новые машины, оснащенные системами контроля теплового состояния кристаллизатора и предупреждения прорывов корочки слитка [7].
Разработанные методики расчета теплового состояния кристаллизатора слябовой МНЛЗ позволяют выбирать геометрические параметры и материал рабочих поверхностей стенок кристаллизатора [8].
Рассчитав кривые усадки слитка в кристаллизаторе, авторы работы [9] выбирают необходимый профиль стенки кристаллизатора, который обеспечивает наиболее равномерный износ меди по длине кристаллизатора, а тем самым и равномерное охлаждение в нем металла. В условиях ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» были испытаны комплекты узких стенок кристаллизатора с переменной по высоте конусностью (трехплоскостная конструкция) [9], а в условиях ОАО «Северсталь» - со сложным параболическим профилем [10, 11]. Эти мероприятия обеспечили более равномерный износ рабочих поверхностей узких стенок и тем самым - рав-
Кристаллизатор R-7 на стенде после снятия с МНЛЗ (а) и узкие стенки кристаллизатора (б) R-7 после разборки
номерное охлаждение разливаемого металла. В результате было зафиксировано снижение пора-женности поверхности слябов трещинами.
В настоящее время наиболее перспективным направлением снижения интенсивности износа рабочих поверхностей стенок кристаллизатора МНЛЗ и повышения качества поверхности получаемых слябов считается нанесение различных покрытий на стенки кристаллизатора. Одним из первых российских металлургических предприятий, где начали применять покрытия на слябовых кристаллизаторах, было ОАО «Северсталь». Низкая эффективность охлаждения кристаллизаторов со сверлеными каналами и петлевой системой охлаждения могла привести к отслоению покрытия. Специалисты ООО «Корад» разработали новую конструкцию кристаллизатора, которая позволяет в существующем корпусе использовать тонкие стенки со щелевыми каналами и прямоточной системой охлаждения. Специалисты ООО «Корад» организовали работы по нанесению гальванического покрытия на бывшие в эксплуатации стенки кристаллизатора и провели испытания в условиях ОАО «Северсталь» [12]. В ходе испытаний наносились покрытия двух видов фирмы KME Europa Metal AG (Германия): AMC-HN20 - покрытие из никеля твердостью 220 HV и AMC-HN40 - покрытие из сплава никеля с кобальтом твердостью 400 HV. В результате снижена доля слябов, пораженных поверхностными дефектами (примерно в 6 раз), и увеличена стойкость стенок кристаллизатора по износу. Испытания показали, что эффект по качеству сляба при применении покрытия обоих типов одинаковый. Рабочую поверхность широких стенок по высоте кристаллизатора также покрывали никелем, но не полностью, а наполовину. Тем не менее качество поверхности по паукообразным (сетчатым) трещинам соответствует качеству заготовок при осуществлении разливки через кристаллизаторы с полностью покрытыми рабочими поверхностями.
Однако гальванические покрытия используются только для тонкостенных щелевых кристаллизаторов МНЛЗ и не применяются для толстостенных кристаллизаторов. Решить проблему повышения качества поверхности слябов, полученных при разливке металла через толстостенные кристаллизаторы, может применение газотермических покрытий.
В условиях ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» проведены экспериментальные исследования, в которых на рабочую поверхность узких стенок из меди М1Р регулируемого кристаллизатора газотермическим способом было нанесено покрытие на основе никелевого сплава. Требуемый класс чистоты рабочей поверхности стенок был обеспечен с помощью их механической обработки. Через кристаллизаторы с напыленными стенками (К-7) и без покрытия (И-3) с размером сечения 250x1850 мм в конвертерном цехе № 2 на МНЛЗ-5 было разлито 11 плавок высокомарганцовистой стали Б355|К, на заготовках из которой часто возникают различные трещины.
После снятия с МНЛЗ кристаллизатора И-7 при осмотре на стенде без разборки и узких стенок после его разборки было установлено, что износ покрытия произошел лишь в углах нижней части стенок. На остальной части рабочей поверхности узких стенок кристаллизатора покрытие осталось без изменений (см. рисунок).
Сравнение состояния поверхности слябов двух параллельных ручьев (№ 9 и № 10) МНЛЗ-5 с обычным (И-3) и опытным (И-7) кристаллизаторами показало меньшее количество продольных трещин в плавках №№ 2, 3, 5, 9 и 11, разлитых через опытный кристаллизатор. Кроме того, в слябах плавки № 3, разлитых через обычный кристаллизатор, были обнаружены поперечные трещины,
Таблица 1. Анализ качества поверхности слябов при отсутствии (ручей № 9) и наличии покрытия (ручей № 10) на узких стенках кристаллизатора ^-3^-7)
Номер плавки Число трещин Сетчатые трещины, % от площади образца
продольных поперечных
2 9/7 -/- -/-
3 14/13 5/- -/-
5 9/6 10/10 -/-
9 9/7 10/10 -/-
11 13/11 5/5 6,6/0,1
Таблица 2. Результаты прокатки слябов, разлитых через опытный и обычный кристаллизаторы
Отсортировано листов, т
Номер Прока- в том числе по дефектам
поперечные трещины по складке
ручья тано, т всего продольные трещины поперечные трещины плена
9 1737,8 74,8 28,2 33,5 13,1 0
10 1744,2 21,6 4,1 15 0 2,5
в то время как на слябах, разлитых через опытный кристаллизатор, такие трещины отсутствовали.
Металлографическими исследованиями образцов, вырезанных по узким граням слябов из последней плавки, отлитых через опытный и обычный кристаллизаторы, было установлено, что сетчатые трещины занимали 0,1 и 6,6% площади образцов соответственно (табл. 1). Результаты прокатки листов из полученных слябов представлены в табл. 2.
Из табл. 2 видно, что отсортировано 1,2% листов, полученных из слябов, разлитых через кристаллизатор с покрытием (R-7) и 4,3% - через обычный кристаллизатор (R-3).
Следует предположить, что более существенного повышения качества поверхности слябов можно ожидать в случае одновременного напыления рабочих поверхностей узких и широких стенок кристаллизатора МНЛЗ.
Выводы. 1. Экспериментально показано, что нанесение газотермического покрытия на всю рабочую поверхность узких стенок кристаллизатора приводит к уменьшению числа продольных, поперечных и сетчатых трещин на поверхности получаемых слябов, что повышает выход годного металла при их последующей прокатке.
2. Для более значимого повышения качества поверхности слябов целесообразно нанесение газотермического покрытия на рабочую поверхность и широких стенок кристаллизатора МНЛЗ.
Библиографический список
1. Radyuk A.G., Gorbatyuk S.M., Gerasimova A.A. Use
of electric-arc metallization to recondition the working surfaces
of the narrow walls of thick-walled slab molds // Metallurgist. 2011. Vol. 55, Nos. 5/6. P. 419-423.
2. Цупрун А.Ю., Федосов А.В., Скребцов А.М. и др. Анализ влияния теплового состояния непрерыв-нолитых слябов на пораженность их поверхностными ребровыми трещинами // Металлургические процессы и оборудование. 2012. № 3. С. 4-11.
3. Kainz A., Ilie S., Parteder E. From slab corner cracks to edge-defects in hot rolled strip -experimental and numerical investigations // Steel Research Int. 2008. Vol. 79, No. 11. P. 861-867.
4. Triolet N., Poelmans K., Mabeelly P. et al. Prevention of
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.