Способ производства стального проката из непрерывнолитых заготовок
Владельцы патента RU 2397041:
Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") (RU)
Изобретение относится к области металлургического производства. Способ включает непрерывную разливку стали через кристаллизатор прямоугольного сечения, разделение слитка на заготовки, их нагрев и горячую прокатку. Разливку осуществляют при температуре стали, на 10-45°С превышающей температуру ликвидуса. Осуществляют колебания кристаллизатора вдоль оси разливки с частотой 40-380 мин-1 и амплитудой 5-14 мм. Кристаллизатор выполнен со скругленными углами, имеющими радиус округлений 0,1-0,4 от длины меньшей стороны кристаллизатора. Горячую прокатку заготовок осуществляют с коэффициентом суммарной вытяжки не менее 20. Достигается повышение качества проката. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве стального листового и сортового проката из непрерывнолитых заготовок.
Известен способ производства стального проката из непрерывнолитых заготовок, включающий непрерывную разливку стали через медный кристаллизатор с прямоугольной формой поперечного сечения, углы которого скруглены по радиусу. Непрерывнолитые заготовки в дальнейшем подвергают нагреву и горячей прокатке [1].
Недостатки известного способа состоят в том, что непрерывнолитая заготовка имеет низкое качество поверхности, неравномерную дендритную литую структуру. Это ухудшает качество готового проката, требует снижения скорости прокатки из-за опасности разрушения раската в стане.
Известен также способ производства стального проката из непрерывнолитых заготовок, включающий выплавку стали, непрерывную разливку в заготовки квадратного сечения, нагрев непрерывнолитых заготовок до температуры 1100-1280°С и их многопроходную горячую прокатку в валках с калибрами с суммарной вытяжкой не менее 36 [2].
Недостатки известного способа состоят в том, что границы дендритов литой структуры металла в зонах, прилегающих к прямым углам заготовок квадратного сечения, в процессе нагрева заготовок перед прокаткой интенсивно окисляются, а после нагрева быстро остывают, теряя пластичность. В результате этого готовый прокат имеет дефекты, а скорость прокатки приходится снижать из-за опасности разрушения раската в стане.
Наиболее близким аналогом по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства стального проката из непрерывнолитых заготовок, включающий непрерывную разливку стали с регламентированной скоростью через кристаллизатор прямоугольного сечения, с разделением получаемого слитка на заготовки мерной длины, их нагрев и горячую прокатку в полосы заданной формы и размеров [3].
Недостатки данного способа состоят в следующем. На поверхностях непрерывнолитых заготовок при неоптимальных температуре разливки и режимах качания кристаллизатора образуются дефекты, которые отрицательно сказываются на качестве проката. Также зоны металла в угловых частях заготовок прямоугольного сечения после нагрева имеют окисленные границы дендритов. Эти же участки наиболее интенсивно остывают перед и в процессе прокатки. На захоложенных участках (продольных ребрах заготовок) образуются дефекты в виде трещин и разрывов, что ухудшает качество проката и приводит к разрушению раската в прокатном стане. В результате снижается производительность прокатки.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества проката и производительности прокатки.
Для решения поставленной технической задачи в известном способе производства проката, включающем непрерывную разливку стали через кристаллизатор с последующим разделением на заготовки, их нагрев и горячую прокатку, согласно изобретению разливку осуществляют в кристаллизатор со скругленными углами при температуре стали, превышающей температуру ликвидуса на 10-45°С, при этом кристаллизатору вдоль оси разливки сообщают колебания с частотой 40-380 мин-1 и амплитудой 5-14 мм. Кроме того, разливку стали осуществляют через кристаллизатор прямоугольного, например квадратного, сечения. Кроме того, радиус скруглений углов кристаллизатора выбирают 0,1-0,4 от длины меньшей стороны прямоугольника. Кроме того, горячую прокатку заготовок осуществляют с коэффициентом суммарной вытяжки не менее 20.
Сущность изобретения состоит в следующем. Экспериментально установлено, что при непрерывной разливке стали с температурой, на 10-45°С превышающей температуру ликвидуса, и колебании кристаллизатора вдоль оси разливки с частотой 40-380 мин-1 и амплитудой 5-14 мм обеспечивается формирование качественной заготовки прямоугольного или квадратного сечения со скругленными углами, радиус округления которых составляет 0,1-0,4 от длины меньшей стороны прямоугольника или стороны квадрата. (Следует упомянуть, что квадрат есть равносторонний прямоугольник). При этом на гранях заготовки отсутствуют трещины и надрывы, неметаллические включения и пористость не «выжимается» при кристаллизации расплава от периферии в осевую зону заготовки, снижается уровень ликвации химических элементов и показатель осевой рыхлости. Скругленность углов с регламентированными параметрами обеспечивает формирование более равномерного фронта кристаллизации и упорядоченный рост дендритов без образования четких границ при встрече разнонаправленных кристаллитов. В результате регламентированной температуры непрерывной разливки стали и колебаний кристаллизатора со скругленными углами повышается деформируемость непрерывнолитого металла при горячей прокатке, снижается минимально допустимый суммарный коэффициент вытяжки, необходимый для обеспечения полной проработки литой структуры и обеспечения высоких механических свойств проката.
Скругленность углов исключает перегрев металла в угловых зонах и окисленность границ дендритов в процессе нагрева заготовки прямоугольного и квадратного сечения перед прокаткой. Кроме того, нагретая заготовка со скругленными углами при остывании перед и в процессе прокатки не имеет «захоложенных» ребер, характерных для заготовки со строго прямыми углами. За счет этого исключается образование дефектов проката в виде трещин и разрывов.
Экспериментально установлено, что если температура разливки стали в кристаллизатор со скругленными углами будет выше температуры ликвидуса менее чем на 10°С, при контакте расплава с холодными стенками кристаллизатора не исключается налипание стали на скругленные стенки. Колебания кристаллизатора с налипшей на скругленные участки стенки стали вдоль оси разливки приведет к разрывам застывающей оболочки, образованию пустот. На участках скругленных углов непрерывнолитых заготовок образуются трещины и надрывы. Это ухудшает качество проката, приводит к разрушению полосы в валках, снижению производительности прокатки. Повышение температуры разливки выше температуры ликвидуса более чем на 45°С замедляет продолжительность кристаллизации, вследствие чего из зон скругленных углов «выжимаются» неметаллические включения и легкоплавкие примеси в осевую часть непрерывнолитой заготовки. Это ухудшается качество проката.
При колебании кристаллизатора вдоль оси разливки с амплитудой более 14 мм и частотой менее 40 мин-1 не исключается «зависание» литой заготовки. При «зависании» верхняя часть слитка, налипшая на скругленные участки стенки кристаллизатора, остается неподвижной, в то время как нижняя часть продолжает двигаться. Это приводит к разрыву затвердевшей оболочки слитка со скругленными углами и выливанию жидкой стали из кристаллизатора. Кроме того, увеличение амплитуды колебаний более 14 мм, как и увеличение частоты колебаний более 380 мин-1, увеличивает износ внутренних (контактных) плоских и, особенно, скругленных участков стенок кристаллизатора, что ухудшает качество поверхности непрерывнолитой заготовки и готового проката.
Снижение амплитуды колебаний кристаллизатора менее 5 мм приводит к замедлению кристаллизации стали в кристаллизаторе со скругленными углами, увеличению степени ликвации химических элементов в заготовке, а также увеличении ее пористости. Это ухудшает качество готового проката.
При амплитуде колебаний менее 5 мм и частоте более 380 мин-1 охлаждение расплава и затвердевание корочки в зоне скругленных углов становятся неустойчивыми, не исключены разрывы непрерывнолитой заготовки и создание аварийных ситуаций.
В случаях, когда радиус скруглений составляет менее 0,1 длины меньшей стороны прямоугольника (или стороны квадрата), сохраняется эффект захоложенности продольных ребер непрерывнолитой заготовки. Это ведет к дефектообразованию при горячей прокатке, аварийным остановкам прокатного стана из-за разрушения полосы в валках. При увеличении радиуса скруглений более 0,4 длины меньшей стороны прямоугольника (или стороны квадрата) снижается устойчивость заготовки в валках. Это приводит к застреваниям заготовки в линии прокатного стана, снижению производительности прокатки.
Предложенные режимы производства проката позволяют уменьшить допустимый коэффициент суммарной вытяжки, при которой достигается получение высококачественного проката, до λ=20. Однако при коэффициенте суммарной вытяжки λ менее 20 микроструктура стали в готовом прокате сохраняет (наследует) остатки литых кристаллитов. В результате ухудшается качество готового проката.
Примеры реализации способа
Для производство сортового проката производят выплавку стали марки СтЗсп. Выплавленную сталь подвергают непрерывной разливке на криволинейной МНЛЗ с водоохлаждаемым медным кристаллизатором квадратного сечения с длиной стороны S=150 мм. Углы кристаллизаторов выполнены скругленными. Радиус скруглений в k=0,25 раз меньше длины стороны S квадратного кристаллизатора, т.е.
R=k·S=0,25·150 мм = 37,5 мм.
Непрерывную разливку заготовок производят при температуре Т=1485°С, что на величину δ=27°С превышает температуру ликвидуса Тл=1458°С стали марки СтЗсп.
В процессе разливки кристаллизатору квадратного сечения сообщают колебательное движение вдоль вертикальной оси (вдоль оси разливки) с частотой f=240 мин-1 (240 колебаний в минуту) и с амплитудой А=10 мм.
Непрерывнолитые заготовки квадратного сечения разрезают в поперечном направлении с помощью газокислородной резки на мерную длину 9 м. Полученные заготовки нагревают в методической печи до температуры Та=1230°С и осуществляют их прокатку на среднесортном стане 350 в полосы круглого сечения диаметром d=34 мм с величиной суммарной вытяжки λ=26. Благодаря такой технологии достигается повышение качества сортовых профилей и горячекатаных полос выход годного максимальный и составляет Q=98,5% при производительности прокатного стана Рг=310 т/ч.
Для производства листового проката производят выплавку стали марки 08Ю. Выплавленную сталь подвергают непрерывной разливке на криволинейной МНЛЗ с водоохлаждаемым медным кристаллизатором в слябы с прямоугольным сечением S×B=250×l350 мм.
Углы кристаллизатора выполнены скругленными. Радиус скруглений R в k=0,30 раз меньше меньшей стороны S кристаллизатора, прямоугольного сечения, т.е.:
R-k·S=0,30·250 мм = 75,0 мм.
Непрерывную разливку заготовок производят при температуре Т=1472°С, что на величину δ=40°С превышает температуру ликвидуса Tл=1432°C стали марки 08Ю.
В процессе разливки кристаллизатору сообщают колебательное движение вдоль вертикальной оси (вдоль оси разливки) с частотой f=170 мин-1 (170 колебаний в минуту) и с амплитудой А=7 мм.
Получаемый слиток разрезают в поперечном направлении с помощью газокислородной резки на слябы с мерной длиной 12 м. Непрерывнолитые слябы нагревают в методической печи до температуры Та=1220°С и осуществляют их прокатку на непрерывном широкополосном стане 1700 в полосы толщиной h=3,8 мм с величиной суммарной вытяжки λ=65.
Благодаря такой технологии достигается повышение качества листового проката: выход годного максимальный и составляет Q=98,6% при производительности прокатного стана Рг=490 т/ч.
Варианты реализации способа и показатели их эффективности представлены в таблице.
Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4, №8-10) достигается повышение качества листового и сортового проката, а также производительности прокатки. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1, 5, 7, 11) имеет место ухудшение качества проката, по причине чего снижается выход годного, а также достигается более низкая производительность сортопрокатного и листопрокатного станов. Также более низкое качество и производительность прокатки имеют место в случае реализации способа-прототипа (варианты №6 и 12).
Режимы производства проката и их эффективность | |||||||
№ п/п | δ, С° | f, мин-1 | А, мм | k | λ | Q, % | Pr, т/ч |
Сортовая заготовка | |||||||
1. | 9 | 39 | 4 | 0,09 | 19 | 86,2 | 270 |
2. | 10 | 40 | 5 | 0,10 | 20 | 98,0 | 308 |
3. | 27 | 240 | 10 | 0,25 | 34 | 98,5 | 310 |
4. | 45 | 380 | 14 | 0,40 | 50 | 98,4 | 309 |
5. | 46 | 390 | 15 | 0,50 | 60 | 85,1 | 250 |
6. | 0 | не регл. | не регл. | - | 90 | 80,4 | 244 |
Слябовая заготовка | |||||||
7. | 8 | 38 | 4 | 0,08 | 18 | 85,4 | 410 |
8. | 10 | 40 | 5 | 0,10 | 20 | 98,6 | 490 |
9. | 25 | 170 | 7 | 0,30 | 50 | 98,6 | 495 |
10. | 45 | 380 | 14 | 0,40 | 65 | 98,5 | 490 |
11. | 47 | 390 | 16 | 0,45 | 80 | 82,1 | 380 |
12. | 50 | не регл. | не регл. | - | 90 | 80,5 | 405 |
Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что непрерывная разливка стали при температуре на 10-45°С выше температуры ликвидуса в кристаллизатор прямоугольного и квадратного сечения со скругленными углами, радиус округления которых составляет 0,1-0,4 от длины меньшей стороны прямоугольника (или квадрата), при колебании кристаллизатора вдоль оси разливки с частотой 40-380 мин-1 и амплитудой 5-14 мм, а также горячей прокаткой заготовок и слябов с суммарной вытяжкой не менее 20, обеспечивают повышение качества и производительности прокатки сортового и листового проката. В качестве базового объекта принят способ-прототип. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства сортового и листового проката на 10-14%.
Литература
1. Патент Российской Федерации №2320453, МПК B22D 11/041, 2008 г.
2. Патент Российской Федерации №2291205, МПК C21D 8/06, С22С 38/14, 2007 г.
3. Патент Российской Федерации № 2316401, МПК В21В 1/46, 2008 г. - прототип.
1. Способ производства стального проката из непрерывнолитых заготовок, включающий непрерывную разливку стали через кристаллизатор с последующим разделением на заготовки, их нагрев и горячую прокатку, отличающийся тем, что разливку осуществляют в кристаллизатор со скругленными углами при температуре стали, превышающей температуру ликвидуса на 10-45°С, при этом кристаллизатору вдоль оси разливки сообщают колебания с частотой 40-380 мин-1 и амплитудой 5-14 мм.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разливку осуществляют в кристаллизатор прямоугольного, например квадратного, сечения.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что радиус округлений углов кристаллизатора составляет 0,1-0,4 от длины меньшей стороны кристаллизатора.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что горячую прокатку заготовок осуществляют с коэффициентом суммарной вытяжки не менее 20.