Способ получения слитков из кипящей стали

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ ИЗ КИПЯЩЕЙ СТАЛИ(57) Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при разливке кипящей стали. Цель изобретения - улучшение качества поверхности заготовки путем получения плотного коркового слоя слитка. Согласно изобретению при разливке кипящей стали осуществляют торможение струи стали равномерным сокращением площади ее сечения при наполнении изложницы сталью до уровня 0,8 - 1,0 м, время торможения струи стали назначают в интервале 10 - 25 с в обратно пропорциональной зависимости от величины произведения содержания углерод - кислород С)+ 0 в пределах 0,0023 - 0,0040%. Если высота изложницы более 2 м, то цикл торможения повторяют через каждые 0,8 - 1,0 м. 1 з. п. ф-лы 2 ил. я раз-81. С: ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Череповецкий филиал Вологодского политехнического института, Череповецкий металлургический комбинат им. 50-летия СССР и Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина(56) Авторское свидетельство СССР916058, кл. В 22 Р 7/00, 1980.Типовая технологическая инструкци ливки стали. МЧМ СССР ТИ-СТМ 404159 А 15 10 15 20 25 30 35 45 50 Изобретение относится к черной металлургии, а именно к разливке кипящей стали в изложницы.Цель изобретения - улучшение качества поверхности заготовки путем получения плотного коркового слоя слитка.На фиг. 1 и 2 представлены зависимости, поясняющие способ.Способ получения слитков из кипящей стали включает регулирование истечения металла в изложницу торможением струи и определение С) (0). После заполнения изложницы на 0,8 - 1,0 м высоты слитка струю стали равномерно сокращают до минимального без прерыва струи, затем вновь плавно переходят на разливку полной струей, при этом весь цикл торможения по времени выбирают в интервале 10 - 25 с обратно пропорционально величине произведения С) О+ в пределах 0,0023 - 0,0040 О 4.При высоте слитка свыше 2 м цикл торожения повторяют через каждые 0,8- - 1,0 м его высоты.Торможение струи обеспечивает получение плотного коркового слоя слитка, улучшение кипения по следующим причинам: тормозится нарастание ферростатического давления жидкого металла, затрудняющего газообразование, т. е. длительность кипения на уровне до 1 м увеличивается; растет толщина плотного слоя, сокращается Струя, что приводит к большему снижению температуры стали, что усиливает газообразоВание металла; к моменту наполнения поЛовины слитка, как показывают исследования, формируется слой диффузионного пограничного уплотнения на границе твердое -- жидкое. Сокращение струи исключает размывание этого слоя, способствует его стабилизации и развитию. Вследствие торможения в этот период развивается более высокая степень интенсивности кипения за счет ликвационных накоплений в слое диффузионного пограничного уплотнения. Переход на полную струю и наполнение верхней половины слитка уже не приостанавливают кипение и газообразование нарастает.Кипение стали, обусловленное ее составом зависит от высоты столба жидкого металла, при этом ее предельная величина достигает 0,8 мм. Поэтому с этого момента целесообразно сокращение струи, которое тормозит нарастание влияния ферростатического столба жидкости.Целесообразно торможение продлить до высоты 1 м, так как при этой высоте формируется слой диффузионного пограничного уплотнения (ликвационный слой).Сокращение струи до минимального устраняет влияние ферростатического давления нарастающего столба жидкости, происходит как бы кратковременное прекрагцение разливки. Однако полный прерыв струи недопустим. Обеспечение минимального исте чения струи обеспечивается перекрытием шиберной плитой отверстия сталеразливочного стакана по площади до 2/3 - 3/4 всей площади сечения. При диаметре стакана 60 мм площадь истечения составляет 7 - 9,5 см. Эта величина сопоставима с половиной площади отверстия при истечении через стакан диаметром 40 мм, которая обеспечивается в условиях разливки с использованием стопорного устройства. Переход к разливке с применением шиберных устройств облегчает перекрытие отверстия.Наименьшее выбранное сечение, равное примерно 7 см, равносильно понижению2скорости разливки с 2 до 0,5 м/мин, т. е. высота торможения струи по слитку составляет около 200 мм. При такой скорости наполнения зеркало металла не успевает окислиться, поэтому нет опасности перехвата слитка окислившейся пленкой, и она не может привести к расслоению слитка, получающемуся в случае прерыва струи.В случае отливки слитков высотой 2,5 - 3 м и более аналогичные условия затрудненного газообразования создаются при переходе на полную струю после заполнения высоты слитка 1 м, заканчивающегося циклом торможения. Поэтому при заполнении вторых и последующих отрезков высоты слитка, равных 1 м, режим торможения следует возобновлять.Время цикла торможения равно максимальному значению 25 с для составов жидкой стали, приближенных к равновесному, когда С),;0) = 0,0023 (при этом сталь не кипит). При росте исходного значения С К Х 0),например, до 0,0030 время торможения понижается пропорционально указанному интервалу до значения- 19 с асчет для нного з В обще чения С) Х 0(25 с - 10 с)( 25 с еделяетс 0" С)С), Х О " - 1 С Х 0, "Затвердевание поверхностного слоя слитка кипящей стали происходит уже в ходе наполнения изложницы с одновременным развитием кипения по реакции С 1+ (0 = СО.Механизм газообразования состоит из двух стадий. Первая стадия развивается в начальные моменты соприкосновения жидкой стали и холодных стенок изложницы, когда затвердевающий с наибольшей скоростью кристаллизации слой формируется как слой наиболее мелких равноосных замороженных кристаллов. Прямое наблюдение зоны замороженных кристаллов на разрезанных слитках массой 14,5 т при высоте слитка 2 м показывает, что ширина этой зоны колеблется от 4 до 10,6 мм и ее развитие больше в верхней половине слитка. Это объ 1404159ясняется значительным гидродинамическим воздействием струи, падающей с высоты более 2 м, что приводит к разливающему дей ствию струи по отношению к быстро затвер. девающему поверхностному слою нижней половины слитка.На первой стадии затвердевания, протекающего с высокими скоростями, еще не успевает сформироваться слой диффузионного уплотнения примесей и интенсивность газообразования прямо пропорциональна разности произведений углерода и кислорода жидкой стали и равновесного СХ Х 0 С0 равн.Так как в начальный момент еще не сформировался столб жидкой стали, который затрудняет газообразование, то С 1 Х Х 01 равн является минимальным и равно 0,0023 Я. Однако и в этот момент газообразование стали различных плавок не одинаково, так как С Х О отлично от плавки к плавке.Проведено экспериментальное исследование трех групп плавок слитков. На фиг. 1 приведено изменение (С+0+ (мас. Я) в жидкой стали (пунктирные линии), равновесного С Х 01 равн с учетом ферростатического давления столба жидкости (штрих-пунктир) и на границе жидкое - твердое С Р Х 0 г (сплошные линии) при наполнении изложницы и в ходе контролируемого кипения. На фиг. 2 представлено обобщение влияния скорости разливки на величину С+Х 01+, обеспечивающую формирование здоровой корки без микронесплошностей. Величина С. Х Осоставляет для 1 группы 0,0037 Я, для 11 группы 0,0031 Я; для 111 группы 0 002600Так как за период наполнения, протекающий при скорости разливки 2 м/мин (фиг. 1) для слитка массой 14,5 т за 60 с, изменение состава незначительно, то соответствующие линии С Х 01 приняты горизонтальными и для 1 - 111 групп характеризуются отрезками ав, а ви а"в".Интенсивность газообразования на первой стадии различна для каждой группы плавок, так как равновесное произведение С Х 0 равн с учетом ферростатического давления столба жидкости при равномерном заполнении изложницы линейно возрастает от 0,0020 до 0,0048 Я с учетом полной высоты налива. Поэтому наибольшей следует ожидать интенсивность кипения в 1 группе плавок, а наименьшей - в 111 группе. Подьем С 3 Х 0 р-н при наполнении изложницы характеризуется линией ее . (фиг. 1), а в последующем сохраняется постоянным (линия е-"е"- ) за весь период контроля кипения. Кипение стали реализуется на всем участке ав для 1 группы плавок, так как за это время, равное 35 с, равновесное давление С Х 0,не достигает С+ Х 01 для 1 группы плавок. Но, так как разность С.Х Х 0 - С Х 0 р,.уменьшается, следует ожидать затухания газообразования вточке е.Иначе протекает газообразование на этойже стадии в плавках 11 и 111 групп: здесьнарастающее С Х 01 равн выравнивается сС Х 01+ соответственно в точках е (25 сот начала затвердевания) и е (12 с затвердевания). Равенство этих величин по термодинамическим соображениям означает пре 10 кращение газообразования до момента возникновения диффузионного уплотнения награнице твердое - жидкое, когда оно можетвозобновиться, На участках ев и ев ввиду отсутствия условий для выделения пу 15 зырей в слое затвердевшей корки залегаютмикроканальцы из тех пузырей СО, которыезафиксированы в точках еи е как неудалившиеся.Протяженность плотной здоровой корочки для каждой группы плавок оценивается20 с помощью известной зависимости твердогослоя (Х, мм) от времени (т, мин):Х = 22,86,/т - 3,05и равна для 1 группы 14,2 мм (весь участокав, 35 с) для 11 группы 11,4 мм (участокае, 24 с), для 111 группы 8 мм (участокае, 12 с).Таким образом, если считать, что исходный состав, несколько превышающий состав1 группы, а именно С+ Х О = 0,00404,обеспечивает достаточную протяженностьЗ 0 плотной здоровой корки, то в составах ниже1 группы плавок толщина здоровой коркитребует увеличения.Составы с 1 С 1+Х 01+ свыше 0,0040 Я нетребуют измененйя режима кипения вплотьдо значения 0,0050 Я, которое считается криЗ 5 тическим, так как отмечается вскипание стали в изложнице,На основе проведенного анализа появляется возможность количественно оценитьпротяженность здорового слоя и слоя с микронесплошностями для каждого состава.40 В 1 группе плавок слой с залеганиеммикронесплошностей в зоне здоровой коркиотсутствует. Для 11 группы после затвердевания 11,4 мм развивается слой с залеганием микронесплошностей, который отвечает интервалу ев и равен 2,8 мм. В слитках111 группы после здорового слоя 8 мм насрастает слой с микродеектами, он образуется на интервале е в и увеличиваетсядо 6,2 мм,Прямые исследования плотности металла в зоне здоровой корки подтверждаютсоотношения для рассмотренных группплавок (1 - 111). т. е. р) р, ) р 1. Приэтом значение р приближено к максимальному значению плотности кипящей стали,равному 7,75 г/см.55 Некоторое отклонение плотности стали взоне здоровой корки при наибольшей интенсивности газообразования (1 группа, интервал ав) объясняется оставлением мик1404159 50 17 вод струи наимает 5 с, соолнение от урои скорости 2200 мм высотьпереводят разл минимальное истечекращенной струей вевня 800 мм в течение м/мин за 6 с напол-слитка), после чего ивку на полную струю ние зан дут нап 6 с (пр няется плавно за 5 с. роостатков окиси углерода в основании удаляющегося пузыря СО, соизмеримых с критическим радиусом зародыша, который уменьшается с увеличением кислорода в стали. Поэтому понижение С 1 Х О при переходе от 1 группы слитков к 111 приводит к большему отклонению плотности от максимальной вследствие залегания больших остатков газа в основании удаляющихся пузырей СО, , соизмеримых с возросшим значением критического радиуса зародышей.Экспериментальное послойное определение плотности здоровой корки показывает, что снижение плотности металла происхо,дит в этой зоне в направлении от поверх,ностных слоев в внутренним, а на участках ,затрудненного газообразования наблюдаются микронесплошности металла визуально.Повышение плотности здоровой корки ,имеет место (фиг, 1) при переходе от скорости разливки 2 м/мин (Ъ 2) к скорости Ъ = 1 м/мин. Такие скорости имеют место при сифонной разливке, при этом облегчается газообразование и диапазон значеНий СХ 0, при котором не происходит образование микронесплошностей, колеблется от критических значений до величины О,0028 УоНаоборот, нарастание скоростей наполнения изложниц при разливке сверху 0,04 м/мин, затрудняет газообразование, сужает диапазон благоприятных значений интервалом С Х 0 - ЯХ 01 где последняя величина приближается к критическому значению, т. е. при таких высоких скоростях весь слой здоровой корки пронизан микродефектами и требуются искусственные методы доокисления.Для оценки предельных условий осуществления способа получения слитков кипящей стали оценивают весь диапазон составов сталей по величине С Х О, который колеблется от 0,0023 до 0,0040 Я. При величине ниже 0,0023 расплавы не кипят, поэтому при производстве кипящих слитков их стремятся не получать.Состав со значением С+Х 01, 0,00404 выбран предельным, так как здесь требуется минимальное время торможения - затруднение газообразования наступает в последние 10 с до момента возникновения слоя диффузионного пограничного уплотнения.Составы с С Х 0)+ более 0,0040 Я практически в использовании режима торможения не нуждаются.При скорости разливки 2 м/мин (фиг. 1) точное значение предельной величины С Х Х 01+ 0,0037 Я. Рассмотрим влияние скорости разливки на изменение порогового значения С) Х О+при колебаниях скорости от 1 до 4 м/мин (фиг. 2). Понижение скорости разливки до 1 м/мин снижает верхнее пределвное значение СХ 0) до 0,0028, а повышение вдвое (4 м/мин) требует охватить весь диапазон встречающихся на прак 6тике значений ЕСХ Е 01 до 0,0050 Я, т. е.до величины С 1+Х 0, определенных как критическиекритические. Соответственно, в первом случае (1 м/мин), когда облегчается газо- образование, не только снижает диапазон С 3+Х О+ до 0,0023 - 0,0028 Я, но и уменьшается интервал значений времени для режима торможения (10 - 20 с) . Во втором случае (4 м/мин), когда затрудняется газо- О образование, расширяются пределы составов, где требуется использование торможения, С+Х ОД=0,0023 - 0,0050 о, при этом величина цикла торможения по времени возрастает от 10 до 27 с,Пример. Выплавку кипящей стали осу ществляют по известной технологии в двухванных сталеплавильных агрегатах, Емкость ванны 250 т.1. При выпуске стали 08 КП обеспечивают ковшевой анализ, : С 0,7; Я - следы;20 Мп 32; 8 0,022; Р 0,011; 0 0,04; С)ХХ ЕО) = 0 0028 оРазливку осуществляют через два стакана 060 мм с использованием шиберов с электрическим приводом. Наполнение изложницы по базовой технологии осуществляют 5 за 60 с, Так как исходное значение ЕС)ХХ ЕО не является оптимальным, определяют время торможения:(25 - 10) (0,0028 - 0,0023)25, ----------- 20,6 с, 30 0 0040 0 0023Разливку осуществляют в листовые изложницы, После плавного выхода на полную струю открытием шиберного затвора разливку осуществляют полной струей в течение 30 с. После чего от уровня 800 мм З 5 приступают к режиму торможения, началомкоторого является обратное перемещение шиберного затвора, приводящее постепенно к сокращению струи до перекрытия 3/4 площади стакана, На сокращение струи 40 затрачивается 6 с, разливку при минимальной струе ведут 9 с, после чего плавный переход на полную струю занимает 6 с, Время цикла 2 с.11. При выпуске другой плавки обеспечивают состав, Я: С 0,06; 8 - следы;45 Мп 0,27; 8 0,024:, Р 0,009; 0 0,053; С 1 ХХ Е 01=0 0032 огЭто требует применить режим торможения с определением времени всего цикла торможения.Способ позволяет изменить структурообразование слитка при стабильном развитии толщины слоя здоровой корки не менее 16 мм исключить возникновение в здоровой корке микронесплошностей, уменьшить развитие поверхностных дефектов на 0,5%. 1. Способ получения слитков из кипящей стали, включающий определение произведения содержания углерода и кислорода СХ Х 0)+ и регулирование истечения металла из ковша в изложницу торможением струи, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества поверхности заготовки путем получения плотного коркового слоя слитка, торможение струи стали осуществляют равномерным сокращением площади ее сечения при наполнении изложницы сталью до уровня 0,8 - 1,0 м, при этом время торможения струи стали выбирают в интервале 1 О - 25 с в обратно пропорциональной зависимости от величины произведения содержания углерода и кислорода С+Х 10 в пределах 10 0,0023 - 0,0040%.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, чтопри высоте изложницы более двух метров цикл торможения повторяют через каждые 0,8-1,0 м.1404159 ОИРУ апаг Составитель Ю. ЯковТехред И. ВересТираж 740го комитета СССР по деламква, Ж - 35, Раушская нафическое предприятие, г. Уж Редактор В. ПетрашЗаказ 3021/9ВНИИПИ Государственно113035,МоПроизводственно полигра ксимишинец СсЗсаэ 1,евКорректор М. МаПодписноезобретений и открытий