Непрерывная разливка сортовой заготовки
  Раздел 6.4

Основные дефекты непрерывнолитой сортовой заготовки, возникающие в ЗВО сортовой МНЛЗ

Проблема обеспечения конкурентоспособности длинномерной продукции является одной из важнейших для отечественных производителей. Отсутствие полной гармонизации технических условий и международных стандартов приводит в большинстве случаев к снижению экспортного потенциала металлургических предприятий и, как следствие, к заметному уменьшению цены на сортовую заготовку.

Для изготовителей длинномерной продукции понятие «обеспечения требуемого качества» имеет особое значение, потому что их продукция подвергается многократному переделу промежуточными и окончательными переработчиками, как правило, крупными партиями и без проведения индивидуального входного контроля, а уровень качества исходного продукта отображается только результатами выборочных испытаний конечной продукции. В этих условиях технологический уровень производства и разливки стали приобретает крайне важное значение.

Дефектом непрерывнолитой заготовки принято считать отклонение от предусмотренного техническими условиями показателя качества заготовки или металлопродукции, которое частично или полностью нарушает совокупность технологических или эксплуатационных свойств изделия (сплошность, химический состав, структура и т.п.) [472].

Между тем, большое количество сортовых непрерывнолитых заготовок, которое получается в процессе разливки, практически исключает возможность тщательного осмотра всех заготовок в силу целого ряда технических и производственных трудностей. Поэтому в металлургической практике большое распространение получили способы выборочного контроля непрерывнолитой заготовки, методика которых базируется на большом практическом опыте и законах статистики.

На рисунке 6.5 представлена схема расположения основных видов дефектов типа «трещина» для сортовой непрерывнолитой заготовки, которые встречаются в практике разливки.

Схематическое представление трещин, встречающихся в непрерывнолитой заготовке

Рисунок 6.5 – Схематическое представление трещин, встречающихся в непрерывнолитой заготовке: 1, 2 – глубокие продольные трещины на поверхности и в зоне кромок; 3, 4 – поперечные трещины по грани и в кромках; 5 – паукообразные (звездообразные) трещины; 6, 7 – внутренние трещины в продольном направлении; 8, 9 – короткие диагонально ориентированные трещины вблизи кромок

Продольные горячие трещины представляют собой нарушение сплошности в виде разрывов металла. Они располагаются на одной или нескольких гранях сортовой заготовки (рисунок 6.5, поз. 1, 2). Образование трещин в непрерывнолитом слитке связано с высокими внутренними напряжениями, возникающими в процессе его формирования и движения вдоль технологической линии МНЛЗ. На образование внутренних напряжений влияет ферростатическое давление, усадочные процессы, недостаточный, несимметричный и неравномерный теплоотвод в кристаллизаторе и ЗВО и т.п.

Продольные трещины обычно образуются в кристаллизаторе. В зоне вторичного охлаждения их возникновение связано только с грубыми нарушениями режимов охлаждения. В зоне вторичного охлаждения может, однако, произойти дальнейшее распространение возникших в кристаллизаторе продольных трещин, которые могут привести даже к прорывам заготовки. Склонность к образованию продольных трещин возрастает с повышением температуры перегрева стали, скорости разливки, содержания в ней углерода (более 0,15%) и серы (более 0,020%), а также низким отношением содержания марганца к сере (менее 20-25) и т.п.

Поперечная трещина располагается поперек продольной оси заготовки, проходит по боковой поверхности и выходит через ее ребро. Поперечные горячие трещины появляются на поверхности заготовки при наличии растягивающих напряжений вдоль оси слитка. Для появления растягивающих напряжений имеется ряд причин: термические напряжения вследствие неравномерного затвердевания, трение слитка в кристаллизаторе и в поддерживающем устройстве, деформация корки слитка при изгибе или выпрямлении слитка и т.п.

Образованию поперечных трещин способствует надрывающее действие циклических наплывов от качания кристаллизатора. Склонность стали к образованию трещин зависит от ее состава. Содержание углерода более 0,20%, а также легирующих добавок, например, хрома, ванадия и ниобия, могут увеличить опасность растрескивания. Поперечные трещины образуются преимущественно в заготовках квадратного сечения и могут располагаться по грани, в кромках и по следам качания, образующимся в результате возвратно-поступательного движения кристаллизатора.

Поперечные трещины по грани (рисунок 6.5, поз. 3), могут распределяться по всей поверхности грани или же в продольных дорожках. Зачастую эти трещины можно обнаружить только при огневой зачистке или на зачищенной поверхности. Причинами таких трещин обычно являются:

  • растягивающие напряжения, возникающие в результате повышенного трения, из-за не вращающихся по каким-то причинам роликов;
  • сгибающие деформации из-за раздутия и повторного сжатия заготовки при плохой выверке поддерживающих роликов;
  • переменная величина зазора между противолежащими роликами;
  • слишком большой шаг роликов;
  • местное переохлаждение либо разогрев корки слитка.

Трещины распространяются по межосевым пространствам дендритной структуры и заканчиваются скоплениями ликватов. Вглубь слитка трещины развиваются прерывисто, а их развитие, как правило, прекращается до выхода слитка из кристаллизатора.

Поперечные трещины, располагающиеся в складках, представляют собой нарушение сплошности (прерывистое или сплошное), распространяющееся по следам качания, образовавшимся в результате возвратно-поступательного движения кристаллизатора. Глубина проникновения трещин в слиток от 0,3 мм до 20 мм. У самой поверхности и по мере углубления внутрь слитка трещины пересекают дендритные оси. Предпосылками появления этих трещин являются: снижение прочности металла по складкам вследствие повышенной загрязненности района складок ликватами и неметаллическими включениями, а также наличие микротрещин, заполненных ликватами.

Для предупреждения образования поверхностных трещин в складках должны строго соблюдаться заданные технологические параметры: оптимальный режим возвратно-поступательного движения, оптимальный состав шлакообразующей смеси, режим вторичного охлаждения, регламентированное содержание вредных примесей и пр.

Поперечные трещины в непосредственной близости кромок непрерывнолитой заготовки (рисунок 6.5, поз. 4) образуются в основном в наплывах. Их причинами являются зависание слитка в углах кристаллизатора, охлаждающие и усадочные напряжения в продольном направлении при переохлаждении кромок слитка, разрыв слишком холодной кромки слитка при его выпрямлении и т.п. Предотвращению этих трещин способствуют: хороший уход за кристаллизатором, равномерная подача смазки (ШОС), правильная регулировка и равномерное распределение воды вторичного охлаждения.

Паукообразные (звездообразные), расходящиеся от центра, тонкие трещины (рисунок 6.5, поз. 5) достаточно часто встречаются при разливке перитектических сталей. Они являются продуктом межзеренного разрушения сплошности поверхности непрерывнолитых заготовок и представляют собой взаимно пересекающиеся небольшие извилистые трещины, проникающие на глубину нескольких миллиметров. Такие трещины могут располагаться на любой поверхности заготовки и в любом ее месте. Эти трещины становятся видимыми только на поверхности, обработанной огневой зачисткой или свободной от окалины.

Причинами возникновения этих трещин принято считать внутренние напряжения вследствие местного экстремального периодического переохлаждения или же вследствие местного разогрева поверхности заготовки. Дополнительной причиной может быть омеднение поверхности заготовки вследствие диффузионного проникновения меди и ослабления границ зерен. Для предотвращения возможности образования паукообразных трещин необходимо использовать специальные шлакообразующие смеси, которые бы обеспечивали равномерность толщины шлаковой пленки между стенкой кристаллизатора и поверхностью заготовки. В зоне вторичного охлаждения необходимо обеспечить равномерную подачу газовоздушной смеси и согласовать расход воды со скоростью и температурой разливки. Дополнительный положительный эффект обеспечивает применение кристаллизаторов c защитным покрытием (например, напыление молибденом, гальваническое нанесение хрома и т.п.).

Внутренние трещины представляют собой междендритные пространства, которые в большей или меньшей степени заполнены жидким остаточным расплавом, так как они возникают еще до полного затвердевания слитка. На практике принято различать внутренние трещины в продольном направлении (рисунок 6.5, поз. 6, 7), которые связывают с переменным расстоянием между верхними и нижними роликами тянущей клети, излишним обжатием заготовки в тянущей клети, а также чрезмерным охлаждением некоторых граней и углов заготовки. Кроме того, следует выделить короткие диагонально ориентированные трещины вблизи кромок, которые располагаются вплотную под поверхностью заготовки (рисунок 6.5, поз. 8, 9). Причинами этих трещин являются усадочные напряжения вследствие чрезмерного охлаждения кромок заготовки непосредственно под кристаллизатором, а также слишком большой сток воды у кромок.

Дефекты профиля сортовой заготовки – это дефекты, при которых поперечное или продольное сечение заготовки деформировано относительно заданной геометрической конфигурации. Такие дефекты могут быть связаны с повышенной скоростью или температурой разливки стали, а также с недостаточным, повышенным или неоднородным охлаждением слитка.

Главной причиной, вызывающей развитие нарушения конфигурации заготовки, является неравномерное наращивание корки слитка в кристаллизаторе. Разнотолщинная корочка слитка на выходе из кристаллизатора при дальнейшем интенсивном охлаждении слитка будет способствовать развитию ромбичности заготовки (рисунок 6.6).

Образование неоднородной по толщине корки слитка в кристаллизаторе может быть связано с неточной центровкой струи металла из промковша, износом или деформацией профиля гильзы, неравномерным охлаждением слитка ввиду переменного зазора между обечайкой и гильзой кристаллизатора.

Поперечное сечение сортовой заготовки с повышенной ромбичностью и внутренними трещинами

Рисунок 6.6 – Поперечное сечение сортовой заготовки с повышенной ромбичностью и внутренними трещинами

Высокая ромбичность непрерывнолитой заготовки может вызвать проблемы при формировании профиля в валках клетей прокатного стана, а также способствовать возникновению других видов дефектов (например, поверхностных и внутренних продольных трещин). Для ограничения развития этого вида дефекта, под кристаллизатором устанавливаются, так называемые, поддерживающие ролики. Они оказывают положительное воздействие на уровень ромбичности заготовки, но существенно усложняют обслуживание МНЛЗ. Так, в случае прорыва металла под кристаллизатором подготовка ручья значительно затягивается, поскольку требуется дополнительное время на очистку роликов, порезку и уборку «захоложенного» слитка. Кроме того, после прорыва слиток может застрять в кристаллизаторе из-за сцепления вылившегося металла с роликами, что не позволит осуществить перезапуск ручья МНЛЗ во время разливки серии плавок.

Ромбичность заготовок, как показывает промышленная практика, наиболее заметно проявляется при производстве марок стали с содержанием углерода в диапазоне 0,15-0,30% [473]. Повышенное содержание примесей серы, фосфора, меди, олова и некоторых других элементов также оказывает негативное влияние на прочность корочки слитка и ослабляет ее сопротивление деформации.

При развитии ромбичности заготовки выше допустимых значений необходимо проведение следующих мероприятий:

  • проверка износа и деформации гильз кристаллизаторов, а при необходимости – замена кристаллизатора;
  • проверка соосности выставки кристаллизатора относительно технологической оси ручья МНЛЗ;
  • проверка (при необходимости регулировка) поддерживающих роликов под кристаллизатором;
  • ревизия выставки зон вторичного охлаждения и работоспособности форсунок ЗВО;
  • оптимизация химического состава стали (в случае, если это возможно).

Ужимины на поверхности непрерывнолитой заготовки. Затвердевшая корочка твердого металла в кристаллизаторе является достаточно тонкой, что приводит к потере ею устойчивости при наличии внутренних напряжений. При формировании ужимины на поверхности заготовки образуется вогнутый продольный желоб (рисунок 6.7). Формирование ужимины может привести к образованию продольной трещины.

Основная причина образования ужимин – деформация геометрии профиля кристаллизатора или неравномерный отвод тепла по его периметру или в верхних зонах ЗВО.

Выпучивание граней заготовки. Данный дефект образуется при деформации корочки слитка за счет ферростатического давления жидкого металла при чрезмерной скорости разливки, недостаточном вторичном охлаждении слитка, высоком перегреве металла или вследствие повышенного обжатия заготовок в ТПМ (рисунок 6.8).

Поперечное сечение сортовой заготовки с ужиминой в правом нижнем углу

Рисунок 6.7 – Поперечное сечение сортовой заготовки с ужиминой в правом нижнем углу

Поперечное сечение сортовой заготовки с выпученными боковыми гранями

Рисунок 6.8 – Поперечное сечение сортовой заготовки с выпученными боковыми гранями

Вогнутость одной или более граней квадратной заготовки – искажение профиля с прогибом граней заготовки. Коробление непрерывнолитой заготовки может приводить к образованию вогнутой поверхности. Вогнутость может возникать при неравномерном вторичном охлаждении по граням слитка.

Повышенная кривизна заготовки. Причиной отклонений профиля заготовок могут явиться неравномерное вторичное охлаждение заготовки по технологической оси ручья МНЛЗ (при неточной выставке коллекторов или засорении форсунок ЗВО), неточная выставка центрирующих и поддерживающих роликов в ЗВО, механические деформации, неверно выбранный режим вторичного охлаждения заготовок.

Поверхностные пузыри представляют собой весьма характерный дефект в виде единичных или групповых пор, пустот округлой или вытянутой формы (рисунок 6.9).

Поверхность сортовой заготовки, пораженная газовыми пузырями

Рисунок 6.9 – Поверхность сортовой заготовки, пораженная газовыми пузырями

Пузыри на поверхности непрерывнолитой заготовки могут быть результатом газовыделения при затвердевании слитка, при сгорании смазки в кристаллизаторе, при использовании огнеупоров и шлакообразующих смесей с повышенной влажностью и т.п. Наибольшее влияние на пораженность заготовки этим дефектом оказывает уровень «свободного» кислорода в стали. Ввиду высокой скорости охлаждения слитка, присущей процессу непрерывной разливки, в металле присутствует «свободный» кислород для образования окиси углерода. Чтобы избежать образования газовых пор, уровень «свободного» кислорода в стали должен быть снижен до минимального уровня (особенно при разливке низкоуглеродистых марок стали), поэтому очень важно в технологическом плане эффективное проведение операции раскисления стали.

  Раздел 6.4
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ