Создание комплексной технологии улучшения внутреннего строения непрерывнолитого сляба из низколегированных сталей
Скачать 450.21 Kb.
|
На правах рукописи ИСАЕВ ОЛЕГ БОРИСОВИЧ СОЗДАНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ УЛУЧШЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТОГО СЛЯБА ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ Специальность 05.16.02 металлургия черных, цветных и редких металлов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2010 Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина» Научный консультант: доктор технических наук Матросов Юрий Иванович Официальные оппоненты: доктор технических наук Паршин Валерий Михайлович доктор технических наук, профессор Дождиков Владимир Иванович доктор технических наук, профессор Смирнов Николай Александрович Ведущая организация: ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» Защита состоится 27 мая 2010 г. в 15 час на заседании диссертационного совета Д217.035.02 при Федеральном государственном унитарном предприятии «Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина» по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 9/23. Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба направлять по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 9/23. С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте ВАК referat_vak@obrnadzor.gov.ru, с диссертацией - в библиотеке ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина». Автореферат разослан 26 апреля 2010 г. Ученый секретарь диссертационного совета Д217.035.02, кандидат технических наук Т.П. Москвина ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Развитие технического прогресса в металлургии происходит в условиях конкурентной борьбы на мировом рынке, основными требованиями которого является коренное повышение потребительских свойств конечной продукции при одновременном снижении ее себестоимости. В настоящее время во всем мире особое внимание уделяется совершенствованию процесса непрерывной разливки. Так как в технологической цепочке металлургического производства машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) находятся между сталеплавильным агрегатом и прокатным станом, эффективность их работы во многом определяет качество и себестоимость конечной продукции. Получение качественной по внутреннему строению непрерывнолитой заготовки зависит от следующих факторов: технологии рафинирования металла от момента его выпуска из сталеплавильного агрегата до подачи в кристаллизатор; гидродинамики металла в промежуточном ковше (ПК) и в жидкой лунке кристаллизатора; технологических параметров разливки, определяющих условия затвердевания и кристаллизации стали; химического состава стали. В многочисленных исследовательских работах в области непрерывной разливки стали этим вопросам постоянно уделяется большое внимание, однако до последнего времени металлургические процессы, протекающие в ПК и кристаллизаторе, изучены в недостаточной степени. В связи с этим настоящая диссертационная работа посвящена созданию комплексной технологии улучшения внутреннего строения непрерывнолитых слябов низколегированных сталей на основе научных положений гидродинамики и тепломассообмена в большегрузных ПК с внутренней фурнитурой, процессов затвердевания, кристаллизации и формирования ликвационных зон в непрерывнолитых слябах при изменяющихся параметрах разливки и внешних воздействиях на кристаллизующийся металл, оказывающих решающее влияние на внутреннее строение непрерывнолитых слябов. Теоретические изыскания, лабораторные и натурные эксперименты, разработка и внедрение новых технологических приемов, изложенные в представленной работе, направлены на получение непрерывнолитой заготовки нового качественного уровня. Цель работы и основные задачи. Целью данной работы является создание усовершенствованной технологии непрерывной разливки низколегированных сталей, обеспечивающей получение непрерывнолитого сляба с улучшенным качеством внутреннего строения и минимальным содержанием неметаллических включений (НВ). Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Разработать научные основы внешнего воздействия на непрерывнолитой сляб путем ввода в расплав макрохолодильников, позволяющего минимизировать осевую химическую неоднородность по сечению слябов и предотвратить процесс образования внутренних трещин. 2. Путем изучения поведения затопленных струй в объеме промежуточного ковша при стационарных и нестационарных режимах разливки исследовать условия нахождения и распределение неметаллических включений в жидкой стали, на основе чего разработать систему комплексного рафинирования с помощью перегородок с фильтрационными элементами, донных канальных фурм для продувки стали аргоном, «гасителей» турбулентности струи с применением теплоизолирующих и шлакорафинирующих смесей. 3. Определить роль водорода в развитии внутреннего трещинообразования в непрерывнолитых слябах и листовом прокате с целью оптимизации режимов термодифизионного рафинирования по водороду и предотвращения дефектов несплошности водородного происхождения в непрерывнолитом и катаном металле. 4. Исследовать влияние содержания углерода в стали на развитие центральной сегрегации основных и микролегирующих элементов с целью создания технологии производства низколегированных сталей ответственного назначения с особо высокой химической и структурной однородностью по сечению слябов и листов. 5. С применением современных методов металлографического анализа и Оже-спектроскопиии и математической статистики исследовать и проанализировать влияние малых концентраций свинца, олова, цинка, сурьмы и висмута на развитие внутреннего трещинообразования с целью разработки мероприятий по минимизации их воздействия. Методы исследования. Работа выполнялась на основе теоретических, лабораторных исследований и натурных испытаний. Методами математического и физического моделирования исследовали гидродинамические процессы, происходящие в ПК и кристаллизаторе МНЛЗ, процессы охлаждения и затвердевания слитка в кристаллизаторе и зоне вторичного охлаждения (ЗВО). Работа выполнена с применением методов ввода радиоактивных изотопов в кристаллизатор МНЛЗ, изучения температурного поля в жидкой лунке кристаллизатора с помощью малоинерционных термопар, скоростей кристаллизации по плотности дендритной структуры, металлографической оценки макро- и микроструктуры, атомно-эмиссионного спектрального анализа, Оже-спектроскопии, рентгеноструктурного анализа включений, проведения полномасштабного промышленного опробования разработанных технологических решений и конструкций. Научная новизна: 1. Впервые выявлены закономерности влияния макрохолодильников в виде стальной ленты на процессы затвердевания и кристаллизации непрерывнолитой заготовки такие как: – параметры плавления макрохолодильника в зависимости от температуры перегрева стали над температурой ликвидуса, химического состава и толщины ленты, скорости ее подачи в расплав; – условия полного расплавления ленты и условия вмораживания ленты в матричный расплав; – воздействие макрохолодильников на скорость кристаллизации, динамику изменения соотношения структурных кристаллических зон, развитие осевой ликвации химических элементов, образование внутренних трещин в слябе. 2. Впервые разработана комплексная система рафинирования стали в промежуточном ковше, предусматривающая: – месторасположение, геометрические параметры перегородок и конфигурацию фильтрационных элементов, позволяющие в максимальной степени рафинировать сталь от НВ размером более 20...30 мкм; – разработку донных канальных фурм для удаления из металла НВ размером менее 30 мкм; – разработку «гасителей» турбулентности струи с предотвращением попадания неметаллических включений в непрерывнолитой сляб при нестационарных режимах разливки стали; 3. Определены количественные зависимости структурночувствительных характеристик толстолистового проката от содержания водорода в жидкой стали. 4. Установлены закономерности влияния углерода в сталях трубного сортамента на формирование осевой ликвации основных и примесных химических элементов, обуславливающих развитие центральной химической и структурной неоднородности непрерывнолитых слябов и полученных из них листов. 5. Установлены и научно обоснованы пороговые значения содержания примесей цветных металлов (свинца, олова, цинка, сурьмы и висмута), оказывающих воздействие на развитие внутреннего трещинообразования в непрерывнолитых слябах. Практическая ценность диссертационной работы заключается в создании на основе полученных научных результатов многостадийной технологии улучшения внутреннего строения непрерывнолитых слябов из низколегированных сталей ответственного назначения. На основании проведенных исследований гидродина-мических и тепловых процессов при непрерывной разливке, затвердевания слябовой заготовки получены следующие практические результаты:
Содержание диссертационной работы представляет собой решение важной научно-технической и народно-хозяйственной проблемы улучшения качества непрерывнолитых слябов ответственного назначения путем совершенствования технологического процесса непрерывной разливки стали и оптимизации химического состава жидкого металла. Разработанные технологические решения универсальны и могут быть применены для слябовых МНЛЗ других металлургических предприятий. Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждены и доложены на 15 международных и региональных научно-технических конференциях: «Технический прогресс в производстве и эксплуатации труб для нефтяной и газовой промышленности» (Волжский, 1999); V Международный конгресс сталеплавильщиков (Рыбница, 1998); VI Международный конгресс сталеплавильщиков (Череповец, 2000); VII Международный конгресс сталеплавильщиков (Магнитогорск, 2002); «Современные технологии и оборудование для внепечной обработки и непрерывной разливки стали» (Москва, 2005, 2006); «Состояние и основные пути развития непрерывной разливки стали на металлургических предприятиях Украины» (Харьков, 2001); 3-я Международная научно-практическая конференция «Прогрессивные технологии в металлургии стали» (Донецк, 2007); Международная конференция, посвященная 100-летию со дня рождения В.И.Баптизманского (Днепропетровск, 2008); 3rd European Conference on Continuous Casting (Madrid, Spain, 1998); 4th European Continuous Casting Conference (Birmingham, UK, 2002); 8th International Conference “Line Pipe Steels” (Belgium, 2004); 2nd International Сonference “Segregation and Precipitation” (Koshice, Slovakia, 2006). Публикации. Основное содержание диссертации отражено в двух книгах и 23 статьях, опубликованных в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК, а также в 60 публикациях в других журналах и сборниках, 14 патентах. Личный вклад автора. Основные научные результаты диссертационной работы базируются на исследованиях, выполненных под руководством или с непосредственным участием автора. В работах, выполненных в соавторстве, личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, выработке направлений и методов решения технологических проблем, непосредственном участии в получении экспериментальных данных и обобщении полученных результатов. Освоение и внедрение в производство разработанных технологий осуществлялось при непосредственном участии автора. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературных источников из 325 наименований, приложений, содержит 374 страницы машинописного текста, 146 рисунков, 64 таблицы. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении показана актуальность темы диссертации, отмечены особенности развития процессов непрерывной разливки стали в мире, сформулированы цель, задачи и методы исследования, научные результаты и практическая ценность работы, приведены данные по апробации и публикации результатов работы. В первой главе «Методы повышения качества внутреннего строения непрерывнолитых слябов из стали низколегированных марок» проведен аналитический обзор работ по основным направлениям совершенствования технологии непрерывной разливки стали, направленным на улучшение внутреннего строения непрерывнолитой слябовой заготовки. Отмечено, что к качеству непрерывнолитых слябов, из которых прокатывают толстый лист для производства металлопродукции особо ответственного назначения, предъявляются весьма высокие требования по содержанию серы, фосфора, примесей цветных металлов, растворенных газов (кислорода, азота, водорода); количеству, составу и расположению неметаллических включений; степени развития химической и структурной неоднородности; отсутствию внутренних трещин. Для обеспечения высокой чистоты стали необходимо предусматривать ряд специальных мероприятий, препятствующих развитию процессов насыщения стали НВ: защита металла от вторичного окисления на участках «сталеразливочный ковш – ПК» и «ПК – кристаллизатор»; защита зеркала металла в ПК и кристаллизаторе; рафинирование и модифицирование металла в ПК; совершенствование конструкции погружаемого стакана; совершенствование системы распределения гидродинамических потоков стали в ПК и кристаллизаторе; конструктивное оформление кристаллизатора и ряд других. Показано, что в отличие от начального периода распространения процессов непрерывной разливки стали когда ПК играл роль распределительного устройства, обеспечивающего определенный запас и постоянство напора металла, поступающего в кристаллизаторы МНЛЗ, в последние годы ПК превратился в металлургический агрегат непрерывного действия, предназначенный для дополнительного внепечного рафинирования стали и повышения ее качества. Для эффективного рафинирования металла в объеме ПК необходимо спроектировать его оптимальную конструкцию и оснастить специальной фурнитурой: перфорированными или фильтрационными перегородками и/или порогами, системой «турбостоп», плазменным нагревом, продувочными устройствами нейтральными газами, гасителями турбулентности, подобрать тип футеровки, химический и гранулометрический состав теплоизолирующих и рафинирующих смесей и т.д. Проведено сравнение эффективности удаления НВ на МНЛЗ различного типа – криволинейных, криволинейных с вертикальным участком, вертикальных. Применение системы электромагнитного торможения для обеспечения оптимального потока жидкой стали в кристаллизаторе при разливке слябов больших сечений – задача сложная, требующая дальнейшего совершенствования процесса. Электромагнитное перемешивание (ЭМП) является одним из наиболее широко применяемых методов, позволяющих эффективно воздействовать на макроструктуру слитка. ЭМП используют для решения двух задач: улучшение внутреннего строения заготовки – измельчения структуры, снижение степени осевой или центральной ликвации, уменьшение центральной пористости и повышение качества поверхности и подповерхностной зоны непрерывнолитой заготовки – снижение количества поверхностных дефектов и НВ; повышение плотности наружной корочки слитка. Еще одно направление – мягкое обжатие непрерывнолитой заготовки в ручье МНЛЗ. При использовании этого метода необходимо точное определение места приложения усилия обжатия (соотношение между количеством жидкой и твердой фаз в момент обжатия), закона приложения обжатия, способа приложения усилия к поверхности заготовки. Максимальный эффект подавления осевой ликвации достигается при минимальном колебании технологических параметров разливки, что возможно при тщательном контроле всего технологического цикла производства стали и комплексной автоматизации и компьютеризации процессов. На основании изученного материала и проведенного анализа методов повышения качества внутреннего строения непрерывнолитой заготовки была определена основная задача исследования: разработка и внедрение технологии непрерывной разливки стали, предусматривающей комплексное улучшение качества сляба по всем основным внутренним дефектам литой заготовки – центральной сегрегационной и структурной неоднородности, внутренним трещинам, содержанию НВ. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Ускорение написания кода с набором инструментов для комплексной разработки программ Значительное увеличение производительности посредством улучшения функции векторизации |  | Тема Информационные технологии Эволюция строения, взаимосвязь строения и функций организмов и их систем у животных |
| Тема: Общая характеристика класса земноводных. Внешнее и внутреннее... Наблюдения за живыми лягушками. Изучение внешнего строения лягушки. Изучение скелета лягушки. Изучение внутреннего строения на готовых... | | Совершенствование процесса плоского шлифования коррозионно-стойких,... Специальность 05. 02. 07. – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки |
| И процессов жизнедеятельности птиц Задачи: ознакомить учащихся с особенностями внутреннего строения птиц, связанными с полетом | | Тема: Лишайники Цель урока Образовательная: изучить особенности внешнего и внутреннего строения лишайника, процессов их жизнедеятельности, значение лишайников... |
| 1 с целью комплексной оценки качества учебной деятельности студентов... Гбоу спо «Пермский педагогический колледж №1» (далее Колледж) вводится балльно-рейтинговая система оценки успеваемости студентов | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Дидактические: сформировать знания об особенностях внутреннего строения веществ и способах фазового перехода |
| Урок обобщение по теме «Земноводные» Задачи : Образовательная обобщить знания учащихся о особенностях внешнего и внутреннего строения земноводных, их приспособленности... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... А образовательная: Изучить особенности внешнего и внутреннего строения корня, многообразие корней и их значение |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: Изучить особенности внутреннего строения амфибий, в связи с приспособленностью к среде обитания | | Учебном процессе комплексной программы по технологии для неделимых классов Использование в учебном процессе комплексной программы по технологии для неделимых классов |
| Реферат по дисциплине «Информационные технологии» Примеры использования икт для улучшения аудирования при изучении корейского языка | | Учебно-методический комплекс по междисциплинарному курсу (далее мдк)... ПМ. 02 Сварка и резка деталей из различных сталей, цветных металлов и их сплавов, чугунов во всех пространственных положениях |
| Учебно-методический комплекс по междисциплинарному курсу (далее мдк)... ПМ. 02 Сварка и резка деталей из различных сталей, цветных металлов и их сплавов, чугунов во всех пространственных положениях | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Содержание и задачи курса «Культура дома». Правила внутреннего распорядка в кабинете технологии. Приемы безопасной работы на уроках... |
