Способ определения нарушений сплошности металла в слитках

1117094 ф - кратность обжатия1 -го сляба при поперечной (продольной) прокатке,Л,В,С " размеры слитка соответственно поосям д,У,Е1Изобретение относится к черной металлургии, в частности к определению царушеицй сплошности металла в листовых слитках широкого сортамента, и может быть использовано для дифференцированного определения степени воздействия технологических факторов стялеплавильного производства, например, таких, как способы закупоривация кипящих слитков (химическое, механическое), способы разливки (сифоном или сверху), технологии раскислеция, условий кристаллизации и др. ця качество листового слитка, его загрязненность цеметаллическими включениями различной конфигурации, размеров, раковинами, газовыми тсузырями и т,п., кроме того, изобретение может быть использовано как в ходе проведения исследовательского поиска новых путей получения листовых слитков высокой чистоты, так и для определения степени загрязненности листовых слитков промышленных плавок крупными неметяллическими включениями в частности, приводящих к образованию недопустимых нарушений сплошности,в листах.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения нарушений сплошности металла в слитках, преимущественно для прокатки листов, включающий маркировку слиткя и регистрацию нарушений сплошцости металла посредством ультразвукового контроля 1 1.Недостатки известного способа за- . ключаются в том, что для его осуществления требуется с.пециальная трудоемкая (и не всегда осуществимая, например, в случае тяжелых, массой свыше 16 т слитков) обработка поверхномер 1 -гс сляба,номер-го листа,с - номер о,-ой точки криволинейной поверхности или контура К -го нарушения сплошности соответственно в слитке или в листе,номер нарушения сплошности,ности слитка. В связи с крупнозернистостью слитка имеют место большоезатухание ультразвуковых колебанийиз-за рассеяния его на границах зерен5 и высокиЙ уровень реверберационцыхпомех, что вынуждает понижать частоту ультразвуковых колебаний до 0,251,0 МГц, а следовательно, снижать.чувствительность и разрешающую спо 10 собность этого метода определения координат крупных цеметаллических включений, Кроме того, этот способ контроля вообще неосуществим в случаеконтроля слитков из аустенитной или15 кипящей стали, В первом случае - из-эасильного затухания ультразвуковых колебаний, а во втором - из-за наличияподкорковых пузырей, которые пряпятствуют прохождению упругих колебаний20 вглубь слитка. Поскольку ультразвуковые колебания отражаются также отразличного рода пузырей и рыхлостей,завариваемых при прокатке, наличиеотряженного сигнала не всегда свя 25 эано с обнаружением неметаллическихвключений, т,е. несет ложную информацию об ожижаемом качестве прокатных листов,Целью изобретения является полуЗ 0 чение достоверной информации о нарушениях сплошцости слытка, вызывающих дефекты на готовых листах, получение информации по их ожидаемомуместорасположению и геометрическихпараметрах в слитках последующих плавок для корректировки режимов выплавки.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу определения нару"0 шений сплошности металла в слитках,преимущественно для прокатки листов,включающему маркировку слитка и регистрацию нарушений сплошности ме-алла(з)З 0 сУ,2 Хе 1;1 ";) с 4;1 50 3посредством ультразвукового контроля, определение наличия нарушения сплошности металла в слитках и их ориентировку осуществляют по данным ультразвукового контроля прокатанных листов,а при маркировке слитка устанавливают базовую метку в вершине пересечения ребер в донной части и принимают ее за начало координатной системы с осями, ориен,тированными соответственно по широ кой, длинной и узкой сторонам слитка, ,а затем по ходу прокатки слитка в сляРы и слябов в листы их маркируют в соответствии с принятой схемой прокатки, при этом при контроле листов фиксируют координаты точек контуров имеющихся нарушений сплошности, определяя по ним конфигурацию, размеры и пространственное положение нарушений сплошности металла в слитке путем расчета координат точек и криволинейной поверхности по следующим математическим выражениям Х: Х . - + - 1)1 А1 с 11 % Го1 8У = У . - + - (-")(,к) / координаты ),-ойточки на криволинейной поверхности К -гонарушения сплошнос"ти в системе коорди.35нат слитка с началом,координат в вер"шине пересеченияребер в его доннойчасти;40координатш ч, -ойточки 1 с-го нарушения сплошности в,системе координаТ-го листа из . 1 -го 45слябаколичество слябов иэ слиткаколичество листов из 1-го сляба;кратность обжатияслитка при продольной (поперечной) прокатке,кратность обжатия 551-го сляба при поперечной (продольной прокатке),4А, В,С - размеры слитка соответственно по осямХс,КЯ,1 с1,3 сномер 1 -го сляба;номер ) -го листа;ф - номер ф-ой тоЧки криволинейной поверхности или контура )(-го нарушения сплошности соответственно в слитке нли листе,к - номер нарушения сплошности.На фиг. 1 схематично представленориентированный по осям Х ,Чслиток с нарушением сплошност металла в нем в виде М-ой сферы; нафиг2 - схема прокатки и маркировки слитка, слябов иэ слитка и листовиэ слябов; на фиг. 3,4 - этапы последовательной трансформации эллипсообразного нарушения сплошности в листе в его сферическую конфигурацию вслитке с указанием координатных осейв слитке (Х, ,У 1 7) в слябах(Х,;, 1, 2 , ), и в листах7 - соответственно дефектограммыслитков, полученных с применениеммеханического способа закупоривания753-ным ферросилицием и алюминием вколичестве 300-400 г на 1 т,Сущность предлагаемого способазаключается в следующем.Перед прокаткой слитка на слябыв вершине пересечения ребер в доннойчасти слитка наносят метку (механическим, огневым, иэотопным или другим методом), При этом вершина трехгранного угла является началом, аребра - осями координат (фиг. 1):ось Х- по ширине, У- по длине,.2,1, - по толщине слитка. Затем. слиток в процессе продольной (попереч"ной) прокатки прокатывают на И -слябов. На первый донный сляб переносят(в случае потери) маркерную слитковуюметку, а последующие слябы маркируютв порядке возрастания номеров (1,2,1, и,), включая 6 "ый номер сляба, В процессе прокатки слитка наслябы фиксируют кратность обжатия Ч . Каждый из слябов в соответствии со схемой прокатки и маркировки прокатывают на в листов и маркируют их последовательно возрастающим номером в порядке получения листа из каждого сляба (1.1, 1.2,1). У переднего левого края первого листа из первого сляба наносят метку, совпадающую с опорной меткой слитка, 11170941 О Поскольку структура металла листовимеет мелкозернистый характер, представляется возможным использоватьдля контроля листов ультразвуковьеколебания частотой це 0,25-1,0 ИГц,и принимают ее за начало отсчетакоординатной системы схемы прокаткии маркировки, ориентируя в ней длинные и короткие стороны листов соответственно и согласно осям 1, и Х, 1, 5слитка, а ось Е,- нормально кповерхности листов. В процессе поперечной (продольной) прокатки слябовла листы Фиксируют кратность обжатия Ю 1 -го сляба.Замаркировацные в соответствии сданными схемы прокатки и маркировкилисты подвергают ультразвуковому ручному или автоматизированному контролюв процессе проведения которого 15определяют и вычерчивают контуры обнаруженных нарушений сплошности и сдискретным шагом Фиксируют координатыточек контуров нарушений сплошцостив системе координат листа (Х , ,У. р 20111 Ч 4;1).1:хорчл из известного условия сохранения объема металла при прокатке,а также пренебрегая переиешивациеичас гиц металла и величиной уширеция 25,при прокатке, получаем Формулы дляперехода от координат Х 1 ,У 1чи координатам слитка Х, 1 У1р1 1Н общсм случае продольно-поперечной (нли поперечцо-продольцой) прокатки листового слитка Формулы дл расчета координат с 1,-й точки криволинейной поверхности 1 с-го нарушения сплошности металла в слитке. 35Такии образом, по полученному иножеству координат точек контуров раскатанных нарушений сплошцости в листах определяют соответствующее множество координат точек нарушений сплош-оности металла в слитке и, используяизвестные математические выраженияаналитической геометрии, расчетнымпутем или по заданной программе автоматически с помощью ЭВМ определяюткоцФигурацию, размеры, объем, количество и др. параметры нарушений сплошцости металла в слитке, на основаниичего делают заключение о степени влияния того или иного технологическогоФактора сталеплавильцого производства (или комплекса Факторов одновременно) ца качество листового слитка. применяемые для контроля слитков ограниченного сортамента, а 2,5 10 МГц и более, и таким образом, добиться повышения чувствительности и точности определения местоположения нарушений сплошности металла в слитке, а следовательно, более точно оценить влияние различных сталеплавильных Факторов на степень загрязненности неметаллическими включечиями и другими видами нарушений сплошности металла слитка.П р и м е р 1. Предлагаемый способ опробован в процессе горячей продольно в поперечн прокатки листовых слитков массой около 13 т из стали марки 17 Г 1 С-У на слябинге и листопрокатцом стане 2800 при прокатке слитков на листы номинальной толщиной 12 мм, Размер слитка: А = 1100 мм, В = 2100 мм, С = б 10 ми, В вершине пересечения ребер в донной части слитка делают огневым резаком опорную метку и в процессе продольной прокатки раскатывают слиток. Раскатанный слиток разрезают на слябы Ь =5), которые затем прокатывают на листы по обычно принятой ца заводе технологии. Опорная метка слитка подтверждена ца первом слябе в месте пересечения его левой и передней сторон (Фиг. 2), Аналогичные метки наносятся и на других слябах 2-5. Кратность обжатия слитка при прокатке егс на слябы равна Ч = 4.Все слябы в горизонтальной глоскости поворачиваются на 90 и в проо цессе уже поперечной прокатки прокатываются на листы толщиной 12 им. На каждом листе из каждого сляба наносится клеймо в месте пересечения длиной левой стороны листа (в направлении по ходу прокатки) и переднего его торца. Точка пересечения указанных ребер в листах принимается за начало координатной системы листов с осяииХ 1 МУ 1, ф 2%кКрат ность обжатия при йоперечной прокатке слябов равна й= 13. В третьем листе ( 1 =3) из пятого сляба ( 1 = и = 5) обнаружено % -ое нарушение сплошцости ( 1 с =7), коордицаты с 1,-ой ( с 1,= 1) точки которогов систеие координат листа равны соответственно Х= 21 бб ми, У = 480 мм, 2 = 4,1 мм (2 глубина залегания нарушения сйлошности), Толщина нарушения сплошности1117094 ра люмаре путем накрыванияышкой после 16-20 в верхней полов закупориванием, кала металла кр нутного кипения слитка дефекты основная масса ется в нижней п личество дефект слитка ко дну и увеличиваетсямине 45 очти отсутствуют ключений распола оловине иг т ов от головнои ч от периферии ки мическом м ферроно, что при хи стан анни слитков 757.металл слитков зным количествомвсей высоте, за ио объема в донноЗначительно за гр закупори силицием гряэненключений чительключениемчасти почти небольшог (фиг. 5). энеиа верхн плоскости листа составляет О,45 ммзПосле подстановки данных в уравнения (1-3)определены координаты первой точки контура 7-го нарушения сплошности металла в слитке, которые составляют соответственно Х., = 900 мм, У = 1800 мм, У= 401 мм . Толщина нарушения сппошности метал - ла В слитке (О) в направ1 О ленин оси 2.1 расчитывается по формуле. и составляет Р = 23,4. мм,Подставив в уравнение значения координат, например, точки 4 ( = 4) контура 7-го нарушения сплошности (ХФ,3 = 2244 ммь Уь, = 501 мм,- 4,Й 7 мм), а также координатыоего центра (Х,= 2166 мм,У1 1что при Ч = 4 и Ю = 13 радиус нарушения сплошности равен Й = 8,4 1 мм, Расчеты показывают, что координаты любой иэ 16 точек контура нарушения сплошности также удовлетворяют приведенному уравнению, из чего спедует, что нарушения сплошности эллипсообраэного вида в листах в слитке имеют конфигурацию близкую к сферической.П р и м е р 3. Исследовали загрязненность слитков из стали 08 к неме таллическими включениями, отливаемых с механическим закупориванием, с химическим закупориванием 757.-ным ферросилицием, с химическим закупориванием слитков алюминием и др. В ходе про ведения исследований установлено, что в слитках, отлитых с механическим П р и м е р2. В одном иэ листов ( 1 = 3, 1 = 5) обнаружено иарушение сплошности (фиг. 3),Известно, что в ряде случаен нарушения сплошности металла в слитке имеют примерно сферическую форму. Для проверки этого положения определено уравнение (5), позволяющее вычислять , радиус такого нарушения сплошности через теКущие координаты точек контура нарушения сплошности в листе и его центняя половинаслитка. Число крупных дефектов в закупоренном 757,-ном ферросилицием слитке примерно на 20 Х больше, чем в слитках одной и той же плавки, отлитых с механическим закупориванием. Особенно "грязными" оказались слитки, закупоренные ферросилицием мелкой фракции (диаметр частиц менее 2 мм).Для уменьшения нарушений сплошности в листах исследовали вариант закупоривания слитков алюминием. Выяснилось, что металл слитков, отлитых с применением химического эакупоривания алюминием, значительно чище, чем металл слитков, отлитых с механическим закупориванием и с химическим закупориванием 752-ным ферросилицием. Крупные включения, присущие слиткам кипящей стали, полностью отсутствуют в листах иэ слитков, отлитых с химическим закупориванием а минием в количестве 300-400 г/т теновской стали (фиг. 6). Общее количество дефектов в листах иэ таких слитков мало.Экспериментально установлено, что при расходе алюминия, обеспечивающего полное химическое закупоривание слитков, крупные неметаллические включения, приводящие к недопустимым нарушениям сплошности, практически отсутствуют.Однако чрезмерно большой расход алюминия иногда приводит к появлению в головной части слитка дефектов усадочного происхождения. Поэтому химическое закупоривание слитков алюминием необходимо производить таким образом, чтобы получить "сбалансированный" слиток без усадочной ракови 9 111/ ны и без недопустимых нарушений сплошности, что достигается химическим эа-. купориванием слитков алюминием в количестве 300-400 г/т.Использование предлагаемого спо.оба определения нарушений сплошности металла в слитках широкого сортамента по сравнению с существующими10 способами обеспечивает следующие преимущества:не требует дополнительной подготовки поверхности слиткамипозволяет определять действительно опасные нарушения сплошности, напри 15 мер, в слитках кипящей стали, поскольку в результате прокатки подкорковые пузырьки завариваются и не могут препятствовать проведению высокочувст-,20 вительного контроля;обеспечивает достоверность и однозначность определения нарушенийсплошности, так как неокисленные подкорковые пузырьки, рыхлости (например, вторичная усадочная раковина)в процессе прокатки завариваются,а следовательно, не приводят к возникновению нарушений сплошности на листах, что исключает возможность полу-З 0чения в процессе контроля ложной информации о качестве слитка", 094 10 после прокатки слитка на листыструктура металла имеет мелкозернистый характер, что позволяет испольэовать для контроля ультразвуковыеколебания частотой не 0,25-1,0 МГц,а 2,5-10 МГц и более, и таким образом, повысить чувствительность и точность определения координат точекконтуров включений в листах, а следовательно, более точно оценить степень влияния различных сталеплавильных факторов на степень загрязненности, в частности, неметаллическимивключениями слитка,открывает возможность автоматизации процесса определения нарушенийсплошности в слитке, поскольку ведущие металлургические заводы отраслиимеют современные автоматизированныеотечественные и зарубежные установки,обеспечивающие проведение ультразвукового контроля всей площади листового проката;позволяет путем анализа оперативно получаемой ультразвуковой информации о качестве листового прокататрансформировать ее применительно ккачеству слитка, и, таким образом, использовать получаемые данные для соответствующей корректировки технологического процесса выплавки слитковвысокого качества.1117094 0 700 Составитель Ю. ЛямРедактор Н. Пушненкова Техред Ж.Кастелевич ск Коррек Заказ 7 Подписно 5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,б ВНИИПИ Гос по делам 13035, Моск, Ж,94го кй иаушс митета СССР крытий я наб д.