Главная » 2014»Сентябрь»19 » Скачать Влияние химического состава и технологии рафинирования низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали на параметры разливки бесплатно
5:01 AM
Скачать Влияние химического состава и технологии рафинирования низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали на параметры разливки бесплатно
Влияние химического состава и технологии рафинирования низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали на параметры разливки сортовой МНЛЗ
Диссертация
Автор: Ботников, Сергей Анатольевич
Название: Влияние химического состава и технологии рафинирования низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали на параметры разливки сортовой МНЛЗ
Справка: Ботников, Сергей Анатольевич. Влияние химического состава и технологии рафинирования низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали на параметры разливки сортовой МНЛЗ : диссертация кандидата технических наук : 05.16.02 / Ботников Сергей Анатольевич; [Место защиты: Юж.-Ур. гос. ун-т] - Челябинск, 2009 - Количество страниц: 171 с. ил. Челябинск, 2009 171 c. :
Объем: 171 стр.
Информация: Челябинск, 2009
Содержание:
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ВВЕДЕНИЕ
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
11 Технологические параметры разливки стали на высокоскоростных сортовых MHJ13
111 Серийность плавок современных сортовых MHJ13
112 Методы разливки на высокоскоростных сортовых
113 Влияние технологических параметров разливки на качество непрерывнолитых заготовок
12 Дефекты непрерывнолитой заготовки
13 Влияние параметров гильзы кристаллизатора на качество литых заготовок и на производительность сортовых МНЛЗ
14 Влияние химического состава стали на параметры разливки МНЛЗ
141 Влияние кислорода
142 Влияние углерода
143 Влияние марганца
144 Влияние кремния
145 Совместное влияние кремния и марганца
146 Влияние алюминия
147 Влияние кальция
148 Влияние серы
15 Внепечная подготовка стали к разливке на МНЛЗ
2 ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА МЕТАЛЛА НА СКЛОННОСТЬ К ОБРАЗОВАНИЮ ДЕФЕКТОВ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ
21 Характеристики исследуемого способа разливки на MHJ13 в зависимости от химического состава стали
22 Методики исследования дефектов непрерывнолитых заготовок
221 Краевое точечное загрязнение (образец 1, сталь
SАЕ1006 и образец 2 сталь 3 5ГС)
222 Ликвационные полоски и трещины (образцы 3 и 4, сталь 35ГС и образцы 5 и 6, сталь SAE1006):
223 Выводы по результатам исследования дефектов краевого точечного загрязнения и ликвационных полосок и трещин в HJ13
23 Определение оптимального отношения концентраций [Mn]:[Si] для сталей, разливаемых на MHJ открытой струей
24 Влияние отношения [Mn]:[S] на образование внутренних трещин в HJ13
25 Исследование влияния содержания углерода и серы на склонность к образованию ромбичности HJ13
26 Выводы по 2 главе
3 УСТАНОВЛЕНИЕ ПРИЧИН ОБРАЗОВАНИЯ ПРОРЫВОВ
И ОБРЫВОВ КРИСТАЛЛИЗУЮЩЕЙСЯ КОРОЧКИ МЕТАЛЛА НА СОРТОВОЙ ЗАГОТОВКЕ
И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ
31 Анализ причин образования прорывов и обрывов кристаллизующейся корочки металла на сортовой заготовке
311 Прорывы подвисания
312 Прорывы охлаждения
313 Стартовые прорывы
314 «Шлаковые» прорывы
32 Выводы по 3 главе
4 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО УВЕЛИЧЕНИЮ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И СЕРИЙНОСТИ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ СОРТОВОЙ МНЛЗ
41 Расчет оптимального режима первичного охлаждения кристаллизатора
411 Методика исследования
412 Расчет температуры стенок медной гильзы кристаллизатора 100x100 мм для расхода воды
1450 и 1750 л/мин
42 Изучение алюминатных и шпинельных отложений на оксидциркониевых стаканах-дозаторах и способы улучшения разливаемости стали на сортовых МНЛЗ
43 Разработка мероприятий, обеспечивающих снижение износа торкрет-слоя промежуточного ковша
44 Выводы по 4 главе
5 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ РАЗЛИВКИ НА МНЛЗ
51 Изучение дефектов на НЛЗ и определение причин их образования
52 Автоматизированная система оценки качества НЛЗ
53 Оптимизация технологии производства НЛЗ в результате использования атласа дефектов и автоматической системы контроля качества заготовок
54 Выводы по 5 главе
Введение:
Актуальность работы
За последнее десятилетие мировой объём стали разливаемой на сортовых машинах непрерывного литья заготовок (MHJI3) превысил 60 %. В России также, в связи с ростом потребности в мелкосортной продукции промышленного и гражданского строительства, увеличилось количество стали, разливаемой на сортовых MHJI3. Немаловажную роль сыграла потребность в товарной сортовой заготовке за рубежом. Растущий потребительский спрос на металлопродукцию строительного назначения не только гарантировал устойчивый сбыт, но и позволял рассчитывать на реализацию новых инвестиционных проектов. В связи с этим многие металлургические компании, несмотря на кризис, уже осуществляют и планируют дальнейшие крупные инвестиции в новое строительство и модернизацию существующих сортовых MHJI3.
Для металлургических предприятий стран СНГ использование новых или модернизированных сортовых MHJI3 является производственной необходимостью. На каждом предприятии прослеживается тенденция к совершенствованию и внедрению новых технологических и технических решений, которые имеют свои особенности и отличаются от рекомендаций самих производителей MHJI3. Опыт работы на сортовых МНЛЗ показывает, что работники металлургических предприятий, занимающиеся промышленной эксплуатацией машин непрерывного литья заготовок, должны решать задачи по улучшению конструкции установок, технологии выплавки и внепечной обработки стали, подлежащей разливке на МНЛЗ, подбору огнеупорных материалов, совершенствованию процесса кристаллизации заготовки, защите металла от вторичного окисления, повышению качества заготовки и др.
Определение оптимальных параметров рафинирования стали на агрегате ковш-печь и работы комплекса МНЛЗ в условиях конкретных предприятий является крайне необходимым. В диссертационной работе рассматривается влияние химического состава металла, технологии рафинирования стали на параметры её разливки и качество отливаемой сортовой заготовки сечением 100x100 мм. Причины образования дефектов сортовой заготовки за последние 10 лет описаны только для малых скоростей разливки. Поэтому изучение причин образования дефектов в условиях современной высокоскоростной непрерывной разливки стали и методов борьбы с ними является актуальной задачей.
Цель и задачи работы
Целью данного исследования является оптимизация химического состава, в пределах марочного, параметров непрерывной разливки в варианте: технологии высокоскоростного литья заготовок, серийной разливки с большим числом плавок в серии, обеспечение требуемого качества получаемых литых заготовок.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. На базе физико-химического анализа и растровой микроскопии изучить регулирование химического состава стали в пределах марочного, а также влияние технологических параметров внепечной обработки и непрерывной разливки на образование дефектов непрерывнолитой заготовки (IIJT3) при высокоскоростной разливке.
2. Установить причины образования прорывов и обрывов кристаллизующейся корочки на сортовой заготовке и разработать мероприятия по снижению их количества.
3. Разработать и внедрить систему мероприятий по увеличению серийности разливки на сортовой МНЛЗ.
4; Вести в автоматическую программу качества МНЛЗ новые контролируемые технологические параметры для совершенствования системы прогнозирования качества непрерывнолитых заготовок.
Научная новизна
1. Сформулирована система требований по оптимальному отношению [Mn]:[Si] в низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали, разливаемой открытой струей на сортовых МНЛЗ. Оптимально выбранное отношение [Mn]:[Si] исключает образование в металле твердых конгломератов, приводящих к шлаковым прорывам кристаллизующейся корочки металла под кристаллизатором. На основании термодинамических расчетов раскислительной способности марганца и кремния в стали установлено, что отношение [Mn]:[Si], приводящее к образованию жидкоподвижных неметаллических включений в стали, существенно зависит от содержания кислорода в металле: чем больше содержание кислорода в исходном металле, тем меньшим должно быть отношение [Mn]:[Si]. Так, для концентрации кислорода в исходном металле 0,001-0,004 мае. % Мчедлишвили В.А. было установлено оптимальное отношение [Mn]:[Si], равное 12—14. Для условий разливки стали открытой струей на МНЛЗ автором диссертации было определено оптимальное отношение [Mn]:[Si], равное 2-3. Низкие значения отношения [Mn]:[Si] объясняются поступлением кислорода в поверхностный слой металла.
2. На основании статистического анализа результатов разливки установлено, что для ликвидации шлаковых прорывов при разливке открытой струей отношение в металле [Mn]:[Si] должно быть не меньше, чем 2—3. На основе выданных рекомендаций по отношениям [Mn]:[Si] показана возможность разливки арматурной стали типа 35ГС открытой струей большими сериями через один промежуточный ковш без ухудшения механических свойств готовой продукции.
3. По проведенному корреляционному анализу проявления дефекта «осевые ликвационные полоски и трещины» (ЛПТосев) установлена статистическая достоверная связь проявления этого дефекта от отношения [Mn]:[S]. Так, при величине [Mn]:[S] = 14—15 балл дефекта достигал 3-4, при величине отношения [Mn]:[S] = 18 — балл дефекта составил 1-2. При величине [Mn]:[S], равной 22 и более, дефект практически не проявлялся или составлял минимальные значения.
4. С увеличением содержания углерода в металле с 0,12 до 0,40 мае. % и серы с 0,005 до 0,020 мае. % увеличивается максимальная величина ромбичности для заготовки сечением 100x100 мм с 10 до 16 мм. С целью снижения брака по ромбичности заготовки сечением 100x100 мм доказана необходимость снизить содержание серы до 0,005 мае. % или ниже, за счет наведения рафинировочного • шлака на агрегате ковш-печь.
Практическая значимость
1. Выполненный комплекс работ по совершенствованию технологии производства HJI3 в ОАО «ЧМК»: корректировка отношений в металле [Mn]:[Si] и [Mn]:[S], оптимизация технологии раскисления стали, оптимизация шлакового режима в промежуточном ковше — позволил увеличить стабильность работы сортовой МНЛЗ и довести среднюю серийность на один промежуточный ковш до 39 плавок. До выполнения комплекса рекомендаций средняя серийность составляла 10 плавок.
2. Разработаны и внедрены технические рекомендации по устранению прорывов кристаллизующейся корочки металла для высокоскоростной сортовой МНЛЗ ОАО «ЧМК», которые обеспечили снижение числа прорывов в 4 раза. В частности, было рекомендовано следующее: низкоуглеродистый металл глубоко раскислять алюминием на выпуске из печного агрегата, выдерживать оптимальные отношения [Mn]:[Si] и [Mn]:[S].
3. На основании проведенных теплотехнических расчетов и экспериментов создан принцип оптимизации режима охлаждения кристаллизаторов 6-ти ручьевой сортовой МНЛЗ ОАО «ЧМК». Изменение режима охлаждения кристаллизаторов привело к экономии очищенной воды в количестве 620 л на тонну разлитой стали.
4. Введение контроля! технологических параметров; таких как отношение [Mn]:[Sip иг содержание в металле углерода в автоматизированной системе МНЛЗ^позволило выявлятЬгСтепень риска появления брака по пшаковым= включениям-и краевым загрязнениям. Таким^ образом, отпала необходимость в полном - осмотре всех заготовок на наличие этих дефектов; и можно^ ограничиться выборочным контролем.
5. Внедрение; разработанных: рекомендаций в, условиях, кислородно-конвертерного цеха ОАО «ЧМК»'привело к экономическому эффекту 72,4 млн. рублей.
На- защиту выносятся результаты термодинамического - анализа физико-химических нроцессов при разливке стали открытой струей на сортовой МНЛЗ, статистического анализа проявления брака отливок, также разработанного на их; основе: комплекса мероприятий поповышению серийности сортовой;МНЛЗ и уменьшению количества брака.
Публикации и апробащш работы
По те.ме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах. Основные результаты работы доложены и обсуждены на двух Международных конференциях «Современные технологии," и оборудование для внепечной обработки и непрерывной разливки стали» (г. Москва, 2006 и, 2007 г.); на XIII международной>- научной конференции «Современные: проблемы электрометаллургии встали» (г. Челябинск, 2007 г.), на III Конгрессе металлургов Урала (г. Челябинск, 2008 г.), на 5-й Юбилейной конференции молодых специалистов (г. Москва, ВНИИМЕТМАШ им. акад. А. И. Цёликова, 2009 г.), на 2-м Международном' промышленном Форуме «Реконструкция промышленных предприятий — прорывные технологии, в , металлургии* и: машиностроении» (г. Челябинск, 2009 г.);
Личный вклад автора
Автор разрабатывал планы исследования по промышленным экспериментам в кислородно-конвертерном цехе ОАО «ЧМК». Проводил аналитическую обработку результатов исследования с оформлением заключений и технических отчётов. Принимал участие практически во всех опытных и опытно-промышленных плавках, организовывал отбор проб от непрерывнолитой заготовки и от оксидциркониевых стаканов-дозаторов, собирал и анализировал дефектные участки заготовок. Проводил исследования дефектов НЛЗ на растровом электронном микроскопе. Составил атлас дефектов сортовой непрерывно-литой заготовки. Участвовал в процессе выбора оптимизационных технологических параметров непрерывной разливки стали на высокоскоростных МНЛЗ ОАО «ЧМК». Научные результаты получены лично соискателем с учетом рекомендаций по физико-химическим расчетам, выданных научным руководителем.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, библиографического списка из 71 наименований и 1 приложения, изложенных на 171 странице машинописного текста, содержит 62 рисунка и 35 таблиц.
