Способ непрерывного литья стали на машине непрерывного литья заготовок

006887 Изобретение относится к металлургии, к непрерывной разливке кордовой стали, преимущественно с применением машины непрерывного литья заготовок радиального типа. Известен способ непрерывного литья заготовок, включающий подачу расплава в кристаллизатор для первичного охлаждения, вертикальную вытяжку непрерывно-литой заготовки из кристаллизатора в зону вторичного принудительного водяного охлаждения при избыточном давлении 0,2 МПа, охлаждение на воздухе с последующей газорезкой на мерные блюма (1). Недостаток способа проявляется в том, что технология не позволяет управлять качеством макро - и микроструктуры слитка, что приводит к развитию макро- и микропороков в зоне жидкой лунки расплава в виде моста дендритов, дающих усадку с образованием пор, пустот. Ближайшим техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ непрерывного литья стали на машине непрерывного литья заготовок, включающий охлаждение отливки в кристаллизаторе, радиальную вытяжку непрерывно-литой заготовки блюма с принудительным вторичным водяным охлаждением, правку слитка с охлаждением на воздухе, с последующим разделением на мерные слитки на участке газовой резки блюма (2). Известный способ допускает образование внутренних дефектов в виде горячих трещин и рыхлостей из-за неравномерного охлаждения поверхности непрерывно-литой заготовки вдоль ее периметра. Кроме того, в случае преобладания дендритной (столбчатой) кристаллизации для непрерывнолитых заготовок становится весьма вероятным возникновение моста дендритов, которые блокируют процесс подпитки усадочных зон, что в свою очередь приводит к осевой сегрегации и возникновению осевых усадочных раковин. В основу изобретения положена задача повышения качества макро- и микроструктуры слитка за счет уменьшения размеров кристаллитов, снижения осевой пористости и ликвации путем уменьшения градиента температур по сечению заготовки, которое в свою очередь влияет на размер и форму жидкой лунки на завершающей стадии затвердевания слитка, изменяя ее с пикообразной формы на куполообразную форму. Поставленная задача достигается тем, что в способе непрерывного литья стали на машине непрерывного литья заготовок, включающий охлаждение отливки в кристаллизаторе, радиальную вытяжку непрерывно-литой заготовки блюма с принудительным вторичным водяным охлаждением, правку слитка с охлаждением на воздухе, согласно изобретения, в процессе вытяжки непрерывно-литой заготовки осуществляют скоростной нагрев поверхностных слоев заготовки на участке перехода радиальной части дуги заготовки в плавильную часть дуги. В способе скоростной нагрев поверхностных слоев блюма перед зоной окончания жидкой лунки расплава осуществляют на расстоянии 5-80% металлургической длины блюма от конца жидкой лунки по дуге в сторону зоны вторичного водяного охлаждения на участке, равном 3,5-4,5% длины машины непрерывного литья заготовок. В способе скоростной нагрев поверхностных слоев заготовки блюма осуществляют непосредственно за зоной вторичного водяного охлаждения. В способе скоростной нагрев поверхностных слоев заготовки блюма осуществляют непосредственно за зоной вторичного водяного охлаждения и/или до плавильной части перед зоной окончания жидкой лунки расплава. В способе скоростной нагрев поверхностных слоев блюма в момент перехода жидко-твердой фазы в междендритную область осуществляют с образованием столбчатых кристаллов до 10-30% и равноосных кристаллов до 70-90%. Для лучшего понимания изобретение поясняют чертежом, где показано изменение температур на оси и поверхности литой заготовки и расположение участков 0, I, II, III вдоль технологической линии МНЛЗ. Способ непрерывной разливки кордовой стали осуществляли на машине непрерывного литья заготовок радиального типа МНЛЗ-3 БМЗ с вертикальным прямолинейным кристаллизатором. Жидкую сталь 1 из сталь ковша подают в промежуточную емкость, снабженную механизмом регулирования расхода металла (на чертеже не показаны), в кристаллизатор 2, с механизмом осцилляции, в котором в отливке в зоне О формируют твердую корку 3, путем первичного охлаждения стали для образования непрерывно-литой заготовки 4. На выходе из кристаллизатора 2 посредством электромагнитного устройства 5 (ЭМП) производят магнитное перемешивание расплава стали 1 непрерывно-литой заготовки 4 и осуществляют с заданной скоростью радиальную вытяжку непрерывно-литой заготовки 4 посредством тянущих роликов 6 с принудительным водяным охлаждением плоскофакельными форсунками 7 в зоне I вторичного водяного охлаждения (ЗВО) высотой до 3,0 м для формирования твердой корки 3 толщиной до 45-50 мм при температуре 1100-1150 С на поверхности непрерывно-литой заготовки 4. За зоной I вторичного водяного охлаждения осуществляют постепенный изгиб и перемещение по дуге непрерывно-литой заготовки 4 с радиусом кривизны 10 м. После чего производят перевод непрерывно-литой заготовки 4 в горизонтальное положение путем его правки на части длины L непрерывно-литой заготовки 4 с охлаждением на воздухе в зоне II. За зоной правки непрерывный слиток разрезают на части-блюмы равной длины.-1 006887 В процессе вытяжки осуществляют скоростной нагрев поверхностных слоев непрерывно-литой заготовки 4 на участке перехода радиальной части дуги МНЛЗ в плавильную часть в зоне II воздушного охлаждения. В зависимости от марки стали и требований, предъявляемых к макро- и микроструктуре литой заготовки 4 скоростной нагрев поверхностных слоев заготовки 4 блюма возможно осуществлять непосредственно за зоной вторичного водяного охлаждения и/или в момент перехода твердо-жидкой двухфазной фазы в область столбчатых кристаллов, образованных фронтом кристаллизации 8 в зоне первичной кристаллизации в кристаллизаторе 2 и ЗВО перед зоной окончания жидкой лунки 9 расплава на участке перехода радиальной части 10 дуги вытяжки непрерывно-литой заготовки 4 в плавильную часть 11 дуги вытяжки, т.е до плавильной части 11 перед зоной окончания жидкой лунки расплава. В способе скоростной нагрев поверхностных слоев блюма перед зоной образования жидкой лунки 9 расплава осуществляют, например, индукционным нагревателем 12, на расстоянии 5-80% металлургической длины блюма от конца жидкой лунки 9 по дуге в сторону зоны вторичного водяного охлаждения на участке, равном L1 = 3,5-4,5% длины машины непрерывного литья заготовок, как это показано на фиг. 1. Заинтервальные режимы зон воздействия скоростного зонного нагрева поверхностных слоев непрерывно-литой заготовки 4 не всегда приводят к достижению поставленной цели. Опытным путем, в зависимости от марки стали, подбирают режимы скоростного зонного нагрева поверхностных слоев непрерывно-литой заготовки 4 в момент перехода жидко-твердой фазы в междендритную область с оптимальным образованием столбчатых кристаллов до 10-30% и равноосных кристаллов 13 до 90-70%. Заинтервальные значения соотношения столбчатых кристаллов по длине фронта 8 кристаллизации и равноосных кристаллов 13 приводят к экономически неоправданному усложнению технологии. Кинетика формирования непрерывно-литой заготовки характеризуется высокими скоростями охлаждения металла в затвердевающей заготовке и наличием разнородных физических явлений - зарождения и роста кристаллов различной модификации, перемещения кристаллов в жидком ядре (незатвердевшей части заготовки) при формировании кристаллической структуры, конвективного движения расплава и др. Для разработки рациональных режимов охлаждения непрерывнолитых заготовок необходимо учитывать основную особенность процесса - чрезвычайно высокое отношение глубины жидкой лунки к размеру поперечного сечения заготовки. При этом важным является характер кристаллической структуры литой заготовки - столбчатой или глобулярной. Возникновение глобулярной кристаллической структуры препятствует возникновению мостиков в жидком ядре непрерывно-литых заготовок и способствует образованию более однородной структуры в отношении распределения основных легирующих компонентов сплава и примесей (сульфидов, оксидов). Для исключения режима возникновения мостиков в жидком ядре непрерывно-литых заготовок скоростной зонный нагрев поверхностных слоев блюма осуществляют до плавильной зоны, которая согласно экспериментальным данным совпадает с зоной завершения кристаллизации слитка практически для всего марочного сортамента стали при действующих режимах охлаждения МНЛЗ в ЗВО. Процесс затвердевания и охлаждения непрерывно-литой заготовки 4 можно разделить на четыре стадии (фиг. 1): 0 - формирование заготовки в пределах кристаллизатора; I - затвердевание при наличии перегрева жидкой фазы с образованием столбчатых кристаллов; II - затвердевание переохлажденного расплава с образованием зоны глобулярных или равноосных кристаллов; III - охлаждение полностью затвердевшей заготовки. С точки зрения управления качеством непрерывно-литой заготовки наибольший интерес представляет рассмотрение I и II зон, т.е. зон столбчатых и глобулярных кристаллов. В качестве управляющих воздействий принимают интенсивность магнитного перемешивания расплава, режимы охлаждения в ЗВО и режимы скоростного зонного нагрева поверхностных слоев блюма. Как следует из фиг. 1, стадия I кристаллизации стального слитка сменяется весьма значительной по протяженности стадией II, для которой характерно образование зоны равноосных (глобулярных) кристаллитов в осевой зоне слитка. Объемный характер глобулярной кристаллизации стимулируют введением заданного источника теплоты в виде зонного скоростного нагрева. Управление процессом кристаллизации непрерывно-литой заготовки путем введения зонного скоростного нагрева позволяет уменьшать протяженность зоны столбчатых кристаллов, и, соответственно,увеличивает протяженность зоны глобулярных кристаллов. Таким образом, управление процессом кристаллизации заготовок в ходе непрерывного литья с целью повышения качества металла целесообразно осуществлять в три этапа: в зоне образования столбчатых кристаллов (сразу после выхода заготовки из кристаллизатора) использовать установки электромагнитного перемешивания; в зоне образования глобулярных кристаллов за счет интенсивности внешнего охлаждения; путем зонного скоростного нагрева, уменьшающего протяженность зоны столбчатых кристаллов, и, соответственно, увеличивающего протяженность зоны глобулярных кристаллов, что повышает качество микро- и макроструктуры заготовки и снижает уровень термических напряжений перед зоной правки. С использованием разработанной технологии осуществляют многовариантный анализ процессов затвердевания и охлаждения. В процессе разливки стали перед зоной окончания жидкой лунки расплава-2 006887 на расстоянии 12-15 м от конца жидкой лунки по дуге в сторону ЗВО на участке, равном 1,0-1,5 м, осуществляли зонный скоростной поверхностный нагрев непрерывно-литой заготовки блюма. В качестве примера на фиг. 1 приведены результаты определения температур по сечению непрерывно-литого слитка размером 0,250x0,300 м (сталь 80 К, скорость разливки= 0,7 м/мин). Динамика температуры на поверхности непрерывно-литой заготовки (ТС грани) 0,250x0,300 м при различных скоростях разливки имела следующий характер в координатах температура (Т, К) - время по чертежу на выходе из кристаллизатора 870-970 С, в конце зоны вторичного принудительного водяного охлаждения 1050-1180 С и далее монотонно убывает до 900 С в полностью затвердевшем слитке. На основании значений температуры центра заготовки (ТС оси) судят о времени снятия перегрева (продолжительности столбчатой кристаллизации) и о времени полного затвердевания слитка, т.е. определяют металлургическую длину (глубину жидкой лунки). На нижней температурной кривой графика по фиг. 1 показано изменение характера кривой без воздействия индукционного нагрева на блюм (сплошная кривая) и при воздействии на блюм индукционного нагрева (штриховая кривая). С использованием предложенной технологии возможно управлять качеством макро- и микроструктуры непрерывно-литой заготовки, уменьшать осевую пористость и ликвацию, снижать уровень термических напряжений и повышать показатели пластичности металла перед зоной правки. Это особенно важно при разливке высокоуглеродистых (кордовых), низколегированных и легированных марок сталей. Новая технология разливки кордовой стали марок 70 К, 75 К, 80 К, 85 К позволяет увеличить скорость непрерывного литья до- 0,75-0,8 м/мин для заготовок 0,250x0,300 м;- 0,68-0,73 м/мин для заготовок 0,300x0,400 м без прорывов жидкого металла и образования внутренних дефектов в виде горячих трещин и рыхлостей, по сравнению с известной при скорости разливки 0,58-0,6 м/мин Разработанная технология разливки стали проходит промышленное опробование в условиях МНЛЗ 3 БМЗ. Источники информации: 1.Ю.А.Самойлович, В.А.Тимошпольский, И.А.Трусова, В.В.Филиппов. Стальной слиток, т.2,Минск, Белорусская наука, 2000, с.367-371. 2. Ю.А. Самойлович, В.А. Тимошпольский, И.А. Трусова, В.В. Филиппов. Стальной слиток, т.2,Минск, Белорусская наука, 2000, с.405, рис.4-23 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ непрерывного литья стали на машине непрерывного литья заготовок, включающий охлаждение отливки в кристаллизаторе, радиальную вытяжку непрерывно-литой заготовки блюма с принудительным вторичным водяным охлаждением, правку слитка с охлаждением на воздухе, отличающийся тем, что в процессе вытяжки непрерывно-литой заготовки осуществляют скоростной нагрев поверхностных слоев заготовки на участке перехода радиальной части дуги заготовки в плавильную часть дуги. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скоростной нагрев поверхностных слоев блюма перед зоной окончания жидкой лунки расплава осуществляют на расстоянии 5-80% металлургической длины блюма от конца жидкой лунки по дуге в сторону зоны вторичного водяного охлаждения на участке, равном 3,5-4,5% длины машины непрерывного литья заготовок. 3. Способ по любому из пп.1-2, отличающийся тем, что скоростной нагрев поверхностных слоев заготовки блюма осуществляют непосредственно за зоной вторичного водяного охлаждения. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что скоростной нагрев поверхностных слоев заготовки блюма осуществляют непосредственно за зоной вторичного водяного охлаждения и/или до плавильной части перед зоной окончания жидкой лунки расплава. 5. Способ по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что скоростной нагрев поверхностных слоев блюма в момент перехода жидко-твердой фазы в междендритную область осуществляют с образованием столбчатых кристаллов до 10-30% и равноосных кристаллов до 70-90%.