Диплом - Исследование причин снижения разливаемости стали с регламентированным содержанием серы

Сегодня доминирующим способом разливки стали признана непрерывная разливка, позволяющая получать продукцию в широком диапазоне размерного и марочного сортамента с четко заданными характеристиками, которые вполне удовлетворяют Заказчика. При этом, не верно считать, что при непрерывной разливке стали решены все технологические тонкости и аспекты, и металлурги не сталкиваются со сложностями в разливочном процессе.
Например, при производстве квадратной заготовки марки стали С45Е на АО «Волжский трубный завод» указанная марка характеризуется нормируемым нижним значением включения серы (S), и при разливке данной стали металлурги сталкиваются с проблемой зарастания рабочего объема огнеупорного погружного стакана, которая заключается в том, что прерывается разливка на МНЛЗ, возврату плавки, увеличению простоев оборудования и себестоимости товарной продукции. Дополнительно стоит отметить, что разливаемый металл при этом характеризуется повышенным наличием неметаллических включений.
Неудовлетворительная разливка стали приводит не только к заметному ухудшению качества конечного изделия, но и к тому же уменьшает и технико-экономические характеристики процесса. Другим примером, где металлурги сталкиваются с нежелательными последствиями в результате затягивания рабочих поверхностей погружного стакана, можно отметить завод ОАО «Металлургический завод имени А.К. Серова». На заводе, даже не смотря на тот факт, что с 2013 года применяются современные технологические схемы производства металлического расплава, специалисты столкнулись с трудностью, которая связана с затягиванием сталеразливочного стакана при сливе расплава в изложницы [44].
Для установления причин необходимо осознать саму природу процесса зарастания погружного стакана, проанализировать химический состав всех обнаруженных неметаллических компонентов в сплаве, разработать решения, позволяющие разрешить случившиеся технологические отклонения, и таким образом, совершенствование технологии производства стали с регламентированным содержанием серы является на сегодняшние дни актуальным [1].
Давно установлен тот факт, что качество непрерывнолитого изделия напрямую зависит от стабильности процесса разливки. Формирующиеся наросты из керамических включений на стенках сталеразливочного стакана-дозатора промежуточного ковша приводят к уменьшению скорости разливки на МНЛЗ, а в отдельных случаях и вовсе прекращают процесс разливки.
Например, на заводе ОАО «Металлургический завод имени А.К. Серова» в результате опытно-экспериментальных работ по анализу источников, способствующих к снижению разливки в первую очередь было изучено влияние загрязнения расплава оксидными включениями (см. рисунок 1).

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………….... 3
1 Аналитический обзор литературы………………….……………….. 6
2 Методика исследований………………..…………………………….. 32
2.1 Проведение металлографических исследований………………. 32
2.2 Макроструктура нароста на внутренней поверхности разливочного стакана…………………………………………….
39
2.3 Особенности строения «нароста»………………………………. 42
2.3.1 Строение наружного слоя, прилегающего к внутренней полости стакана…………………………………………………….
42
2.3.2 Строение промежуточного слоя «нароста»………………… 45
2.3.3 Строение внутреннего слоя нароста………………………... 47
2.3.4 Особенности развития слоев по высоте и сечению «нароста»……………………………………………………………
51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………. 55
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………. 57

Одним из наиболее важных технологических свойств жидкой стали является разливаемость. Плохая разливаемость не только ведет к снижению качества стального слитка, но и снижает технико-экономические показатели. Переход к современным высокоинтенсивным технологическим схемам производства не снимает проблему разливаемости стали. Несмотря на наличие современной технологической схемы производства стали, состоящей из выплавки полупродукта в сверхмощных ДСП и доводках на агрегатах внепечной обработки (ковш-печь, вакууматор), до сих пор обостряется проблема затягивания сталеразливочного стакана при разливке в изложницы.
Плохая разливаемость стали проявляется в затягивании сталеразливочного стакана, снижении скорости истечения металла вплоть до прерывания струи жидкой стали. В качестве основной причины этого негативного явления рассматривают отложение на поверхности сталеразливочного стакана твердых неметаллических включений.
Повышение спроса на автоматные стали для нужд машиностроения, обусловливает необходимость в получении автоматных сталей, обладающих хорошей обрабатываемостью резанием. Особенностью химического состава автоматных сталей, является нормируемое содержание серы, которое должно находиться на уровне 0,020-0,035 %, такое содержание серы способствует образованию неметаллических включений в стали, благоприятно влияющих на механизм образования и ломки стружки при механической обработке.
При выплавке и непрерывной разливке сталей с нормируемым содержанием серы образуются тугоплавкие неметаллические включения сложного химического состава, которые откладываясь на внутренней поверхности стенок разливочного стакана, приводят к частичному или полному закупориванию струи металла, что значительно ухудшает разливаемость стали на МНЛЗ. Исследованиями в работах [45-47] показано, что причинами зарастания полости разливочного стакана, являются отложения крупных комплексных неметаллических включений сложного химического состава, содержащих тугоплавкие алюминаты кальция типа (mCaO∙nAl2O3), включения корунда (Al2O3), шпинели и др.
Зарастание разливочного стакана, приводит к преждевременному прекращению процесса разливки. Кроме того затягивание дозаторов и неравномерная подача металла в кристаллизатор приводят к повышенной отбраковке непрерывнолитой заготовки по дефектам наружной поверхности и макроструктуры.

1. Божесков, А.Н. Применение стаканов-дозаторов с продувкой аргоном для повышения уровня разливаемости сталей / А.Н. Божесков, В.В. Казаков, А.А. Коростелев и др. // Сталь. – 2015. - №7. – С.3-15;
2. Смирнов А.Н., Непрерывная разливка стали / А.Н. Смирнов, С.В. Куберский, Е.В. Штепан . – Алчевск: ДонДТУ, 2010. – 520 с.;
3. Гаук Ф., Износ погружных стаканов и образование отложений глинозема при непрерывной разливке стали / Ф. Гаук, Ю. Петшке // Огнеупоры для МНЛЗ: Труды конференции. – М.: Металлургия, 1986. – С.62-75;
4. Pfyl A., Operation of a 3-plate tundish gate for slab casters with non-stop SN-change at ISPAT Mexicana in Lazaro Cardenas / Mexico Pfyl A., Fernandez J., Nieto J // Proceedings 3rd European Conference of Continuous Casting. Madrid-Spain, October 20-23, 1998. – Madrid: 1998. – P.667-667;
5. Смирнов А.Н., Развитие металлургического мини-завода ООО «Электросталь» и повышение его производительности / А.Н.Смирнов, А.С.Хобта, А.И.Смирнов и др. // Сталь. 2011. №1. – С.34-37;
6. Явойский, В.И. Включения и газы в стали. / В.И. Явойский, С.А. Близнюков, А.Ф. Вишкарев и др. – М. : Металлургия, 1979. – 272 с.;
7. Милз, К. Обзор исследований свойств и выполняемых функций ШОС, используемых в кристаллизаторе / К. Милз, А. Фокс // Матер. 4-й Европ. Конф. (Бирмингем, Англия. 14 окт. 2002.). С. 342–349;
8. Turkdogan, E.T. Physical properties of Molten Slags and Glasses / E.T.Turkdogan. – London : Metal Society, 1983. 516 р.;
9. Rasmussen, P. Improvements to steel cleanliness at Dofasco’s No. 2 Melt Shop / Р. Rasmussen // 77th Steelmaking Conf. Proc. – ISS, Warrendale, PA, 1994. – Р. 219–224;
10. Лейтес, А.В. Защита стали в процессе непрерывной разливки / А.В. Лейтес. – М. : Металлургия, 1984. – 200 с.;
11. Ткачев, П.Н. Влияние шлака промежуточного ковша на загрязненность стали неметаллическими включениями / П.Н. Ткачев, Т.Н. Попова, М.Н. Анюхин // Матер. Междунар. конф. “Черная металлургия России и стран СНГ” (Москва. Июнь 1994 г.). – М. : Металлургия, 1993. – Т. 3. – С. 119–120;
12. Старов, Р.В. Изменения химического состава неметаллических включений на всех этапах производства стали / Р. В. Старов, И. В. Деревянченко, В. В. Парусов и др. // Сталь. – 2005. – № 5. – С. 79–82;
13. Приходько, Э.В. Моделирование структуры при исследовании связи между составом и свойствами оксидных расплавов / Э. В. Приходько // Изв. Академии наук СССР. Сер. Неорганические материалы. – 1980. – Т. 16. – № 5. – С. 900–906;
14. Tripathi, N. Effect of ladle age on formation of nonmetallic inclusions in ladle treatment / N. Tripathi, M. Nzotta, A.Sandberg // Ironmaking and Steelmaking. – 2004. – Vol. 31. – No. 3. – P. 235–240;
15. Sader, M. Inclusion growth and removal in Gas-Stirred ladles / M. Sader, P. Fonsson, L. Sonsson // Steel Research Int. – 2004. – Vol. 75. – No. 2. – P. 128–136;
16. Jungreithmeier, A. Production of UL CIF Steel Gradies at Voist-Alpine Stahl GmbH / A. Jungreithmeier, E. Pessenberger, K. Burgstaller // Iron and Steel Technology. – 2004. – Vol. 1. – No. 4. – P. 41–48;
17. Куклев, А.В. Практика непрерывной разливки стали / А.В. Куклев, А.В. Лейтес. – М. : Металлургиздат, 2011. – 432 с.;
18. Тёнсхоф, Г.К. Металлургический эффект, достигаемый при обработке кальцием стали на МНЛЗ / Г.К. Тёнсхоф, В. Кестнер, Р. Шнадт // Черные металлы. – 2007. – № 8. – С. 28–35;
19. Хо, Б. Повышение степени чистоты стали при непрерывной разливке / Хо Б., Якоби Х., Вимер Х.-А., Вюнненберг К. // Черные металлы. – 1989. – № 2. – С. 22–29;
20. Дюдкин, Д.А. Обеспечение разливаемости на МНЛЗ алюминием раскисленных сталей / Д.А. Дюдкин, В.В. Кисиленко // Матер. Конф. «50 лет непрерывной разливке стали на Украине» (Донецк. 4–5 ноября 2010);
21. Аксельрод, Л.М. Механизм зарастания погружных стаканов при непрерывной разливке стали / Л.М. Аксельрод, В.М. Паршин, Е.Ф. Мазуров // Сталь. – 2007. – № 4. – С. 30–33;
22. Kijas, J. The current status of tundish covering slags in a slab caster plant / J. Kijas, Kovac P., Steranka E. [et al.] // Metalurgija. – 2004. – Vol. 43. – No. 1. – P. 59–62;
23. Зайцев, А.И. Коррозионно-активные неметаллические включения в углеродистых и низколегированных сталях / А.И. Зайцев, И.Г. Родионова, О.Н. Бакланова [и др.]. –Зайцев, А.И. Коррозионно-активные неметаллические включения в углеродистых и низколегированных сталях / А.И. Зайцев, И.Г. Родионова, О.Н. Бакланова [и др.]. – Сб. науч. тр - практ. семинара М. : Металлургиздат, 2005. – C. 135–152;
24. Hauder, R. Evaluation and control of steel cleanliness/ R. Hauder, S.Chakraborty // 85th Steelmaking Conference Proceedings : ISS-AIME (Warrendale, PA 2002). – 2002. – pp. 431-452;
25. Горбовский, С.А. Предотвращение зарастания каналов сгалеразливочных ковшей / С.А. Горбовский, С.В. Казаков, С.В. Ефимов [и др.] // Сталь. – 2003. – № 12. – C. 16–18;
26. Комшуков, В.П. Разработка математической модели и численные расчеты гидродинамических потоков стали в промежуточном ковше слябовой МНЛЗ / В.П. Комшуков, Е.В. Протопопов, С.В. Фейлер [и др.] // Тр. Х Конгресса сталеплавильщиков : сб. тр. (Магнитогорск. 13–17 октября 2009). – М. : Черметинформация, 2009. –C. 637–640;
27. Шахпазов, Е.Х. / Е.Х.Шахпазов, А.И. Зайцев, И.Г. Родионова [и др.] // Тр. Х Конгресса сталеплавильщиков (Магнитогорск. 13–17 октября 2009). – М. : Черметинформация, 2009. – C. 629–637;
28. Аксельрод, Л.М. Предотвращение процесса затягивания канала сталеразливочного узла промежуточного ковша МНЛЗ / Л.М. Аксельрод, А.А.Вяткин, Н.А. Вяткина [и др.] // Новые огнеупоры. – 2007. – № 2. – С. 9–14;
29. Авадзия, Ю. Prevention of adhesion of alumina inclusions onto submerged entry nozzle by refractory material containing MgO and Al / Ю. Авадзия, М. Судзуки, К. Ватанабе [и др.] // Tetsu-to-Hagane. – 2012. – Vol. 98. – No. 1. – P. 39–42;
30. Минаев, Ю.А. Влияние концентрационных полей на поведение продуктов раскисления стали / Ю.А. Минаев, Ю.И. Уточкин, В.А. Григорян // Изв. Академии наук СССР. Металлы. – 1971. – № 6. – C. 15–17;
31. Prasad, B. Modeling of Inclusion Removal in Ladle Refining/ B. Prasad, Dr. J.K. Sahu, J.N. Tiwari [et al.] // Proc. 5th European Continuous Casting Conference (France. June 20–22, 2005). – 2005. – pp. 134–137;
32. Мазуров, Е.Ф, / Е.Ф. Мазуров, А.Ф. Каблуковский, О.Т. Пикина // Тематич. отрасл. сб. «Теория металлургических процессов». – М. : Металлургия, 1975. – № 3. – C. 231–248;
33. Лукавая, М.С. Анализ процесса затягивания погружных стаканов при непрерывной разливке стали / М.С. Лукавая, Г.Г. Михайлов // Вест. ЮрГУ. Сер. «Металлургия». – 2006. – № 10. – С. 69–72;
34. Fuhr, F. Relationship between nozzle deposits and inclusion composition in the continuous casting of steels / F. Fuhr, C. Cicutti, G. Walter [et al.] // Iron and Steelmaker. – 2003 – Vol. 30. – No. 12. – P.53–58;
35. Croft, T.N., Three-phase computations of the continuous casting process. / Croft, T.N., Pericleous, K.A., Bobadilla, M. and Gardin, P. Proc.// 4th European Continuous Casting Conference, England, UK, 2002 , pp. 545-554;
36. Ludolow, V., Continuous casting mould powder and casting process interaction: why powders do not always work as expected. / Ludolow, V., Harris, B., Riaz, S., and Normanton // A VII International Conference on Molten Slags Fluxes and Salts, The South African Institute of Mining and Metallurgy, 2004, рр. 723-729;
37. B.G.Thomas, Flow Dynamics and Inclusion Transport in Continuous Casting of Steel / B.G.Thomas, Q.Yuan, L.Zhang, S.P.Vanka // Proceedings of NSF Conference “Design, Service, and Manufacturing Grantees and Research”, Birmingham, Al, January 6-9, 2003. – University of Alabama: R.G.Reddy, ed., 2003. -P.2328 – 2362;
38. Тиннес Б. Опыт эксплуатации шиберных затворов промежуточных ковшей // Огнеупоры МНЛЗ. Труды конференции. – М.: Металлургия, 1988. – С.121-130;
39. Havenga F., Changeover from a 2-plate tundish sliding gate (T70) to a plate tundish sliding gate (33QC-SNS) at the continuous casters V1&V2; of ISCOR’s Vanderbijlperk Works in South Africa / F. Havenga, S. Botes // Proceedings 4rd European Continuous Casting Conference. Birmingham, UK, 14-16 October, 2002. – Birmingham: IOM Communication, 2002. – P.112-121;
40. Fangming Y., Numerical simulation of Al[2]O[3] deposition at a nozzle during continuous casting / Yuan Fangming, Wang Xinghua, Zhang Jiongming, Zhang Lifeng. // Univ. Sci. and Technol. Beijing. 2008. 15. No.3. - P.227-235;
41. Ren, Y. Formation Mechanism of CaO–CaS Inclusions in Pipeline Steels / Y. Ren, L. Zhang, Sh. Li, W. Yang, Y. Wang// Proc. 28 Europ. Continues Casting Conf., 2014, Р. 162-164;
42. Сб. Итоги науки и техники, сер. «Теория металлургических процессов». – 1987. – T. 6. – C. 84;
43.Констанистов,М. Е. Влияние химического состава стали, состояния оборудования МНЛЗ и технологических параметров разливки на возникновение поверхностных и внутренних дефектов непрерывнолитой заготовки / М. Е. Контанистов, С. В. Терлецкий, В. А. Шатило // Литье и металлургия. – 2013. – № 1 (69). – с. 28 – 31;
44. Моисеенко К.В., Гудов А.Г. Исследование причин снижения разливаемости стали в ЭСПЦ ОАО «Металлургический завод имени А.К. Серова»// ИННОВАЦИИ В МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ И МЕТАЛЛУРГИИ материалы IV Международной интерактивной научно-практической конференции. - 2015. с. 28-31;
45. [Электронный ресурс] http://steelcast.ru/metal_quality_and_castability
46. Луковая, М.С. Анализ процесса затягивания погружных стаканов при непрерывной разливке стали / Вестник ЮУрГУ, Серия «Металлургия» выпуск 7 – 2006. - №10 - С.69 – 83;
47. Предоотвращение зарастания каналов сталеразливочных ковшей / С.А. Горобовский, С.В. Казаков, С.В. Ефимов и др. // Сталь – 2003. - №12 – С.16-18;
48. Влияние некоторых технологических факторов на разливаемость расчисленной алюминием стали на сортовой МНЛЗ / А.А. Алексеенко, Е.В. Байбекова, С.Н. Кузнецов и др. // Электрометаллургия – 2007. - №2 – С.16-20;
49. Аксельрод, Л.М. Механизм зарастания погружных стаканов при непрерывной разливке стали / Л.М. Аксельрод, В.М. Паршин, Е.Ф Мазуров // Сталь. – 2007. - №4. – С.30-33.