Оценка технологических возможностей стабилизации скорости разливки открытой струей на современной сортовой машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Сообщение 2
Представлены факты из практики разливки стали открытой струей на сортовых машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и результаты промышленных исследований по проблеме разливаемости. Показано, что они хорошо согласуются с результатами выполненного теоретического анализа (Сообщение 1, «Металл и лить...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Дата: | 2018 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2018
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166530 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оценка технологических возможностей стабилизации скорости разливки открытой струей на современной сортовой машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Сообщение 2 / С.Н. Писарский, А.Н. Смирнов, Д.А. Лавренко, Д.В. Рябый // Металл и литье Украины. — 2018. — № 5-6 (300-301). — С. 3-9. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-166530 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Писарский, С.Н. Смирнов, А.Н. Лавренко, Д.А. Рябый, Д.В. 2020-02-25T16:35:49Z 2020-02-25T16:35:49Z 2018 Оценка технологических возможностей стабилизации скорости разливки открытой струей на современной сортовой машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Сообщение 2 / С.Н. Писарский, А.Н. Смирнов, Д.А. Лавренко, Д.В. Рябый // Металл и литье Украины. — 2018. — № 5-6 (300-301). — С. 3-9. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166530 669.74.047 Представлены факты из практики разливки стали открытой струей на сортовых машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и результаты промышленных исследований по проблеме разливаемости. Показано, что они хорошо согласуются с результатами выполненного теоретического анализа (Сообщение 1, «Металл и литье Украины» № 3–4, 2018). Обоснованы технологические возможности, в том числе оперативные, по стабилизации скорости разливки для рассмотренных условий. Представлено факти з практики розливання сталі відкритим струменем на сортових машинах безперервного лиття заготовок (МБЛЗ) і результати промислових досліджень з проблеми розливання. Показано, що вони добре узгоджуються з результатами виконаного теоретичного аналізу (Повідомлення 1, «Металл и литье Украины» № 3–4, 2018). Обґрунтовано технологічні можливості, в тому числі оперативні, по стабілізаці швидкості розливання для розглянутих умов. The facts from the practice of the steel casting by open jet on the billets continuous casting machines (CCM) and the results of industrial studies on the problem of castability are presented. It is shown that they are in good agreement with the results of the performed theoretical analysis (Report 1, "Metall i lit'e Ukrainy" № 3–4, 2018). Technological possibilities, including operational, are justified to stabilize the casting speed for the considered conditions. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Оценка технологических возможностей стабилизации скорости разливки открытой струей на современной сортовой машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Сообщение 2 Оцінка технологічних можливостей стабілізації швидкості розливання відкритим струменем на сучасній сортовій машині безперервного лиття заготовок (МБЛЗ). Повідомлення 2 Estimation of technological possibilities of the speed stabilization of casting by open jet on modern billet continuous casting machine (CCM). Report 2 Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Оценка технологических возможностей стабилизации скорости разливки открытой струей на современной сортовой машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Сообщение 2 |
| spellingShingle |
Оценка технологических возможностей стабилизации скорости разливки открытой струей на современной сортовой машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Сообщение 2 Писарский, С.Н. Смирнов, А.Н. Лавренко, Д.А. Рябый, Д.В. |
| title_short |
Оценка технологических возможностей стабилизации скорости разливки открытой струей на современной сортовой машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Сообщение 2 |
| title_full |
Оценка технологических возможностей стабилизации скорости разливки открытой струей на современной сортовой машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Сообщение 2 |
| title_fullStr |
Оценка технологических возможностей стабилизации скорости разливки открытой струей на современной сортовой машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Сообщение 2 |
| title_full_unstemmed |
Оценка технологических возможностей стабилизации скорости разливки открытой струей на современной сортовой машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Сообщение 2 |
| title_sort |
оценка технологических возможностей стабилизации скорости разливки открытой струей на современной сортовой машине непрерывного литья заготовок (мнлз). сообщение 2 |
| author |
Писарский, С.Н. Смирнов, А.Н. Лавренко, Д.А. Рябый, Д.В. |
| author_facet |
Писарский, С.Н. Смирнов, А.Н. Лавренко, Д.А. Рябый, Д.В. |
| publishDate |
2018 |
| language |
Russian |
| container_title |
Металл и литье Украины |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Оцінка технологічних можливостей стабілізації швидкості розливання відкритим струменем на сучасній сортовій машині безперервного лиття заготовок (МБЛЗ). Повідомлення 2 Estimation of technological possibilities of the speed stabilization of casting by open jet on modern billet continuous casting machine (CCM). Report 2 |
| description |
Представлены факты из практики разливки стали открытой струей на сортовых машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и результаты промышленных исследований по проблеме разливаемости. Показано, что они хорошо согласуются с результатами выполненного теоретического анализа (Сообщение 1, «Металл и литье Украины» № 3–4, 2018). Обоснованы технологические возможности, в том числе оперативные, по стабилизации скорости разливки для рассмотренных условий.
Представлено факти з практики розливання сталі відкритим струменем на сортових машинах безперервного лиття заготовок (МБЛЗ) і результати промислових досліджень з проблеми розливання. Показано, що вони добре узгоджуються з результатами виконаного теоретичного аналізу (Повідомлення 1, «Металл и литье Украины» № 3–4, 2018). Обґрунтовано технологічні можливості, в тому числі оперативні, по стабілізаці швидкості розливання для розглянутих умов.
The facts from the practice of the steel casting by open jet on the billets continuous casting machines (CCM) and the results of industrial studies on the problem of castability are presented. It is shown that they are in good agreement with the results of the performed theoretical analysis (Report 1, "Metall i lit'e Ukrainy" № 3–4, 2018). Technological possibilities, including operational, are justified to stabilize the casting speed for the considered conditions.
|
| issn |
2077-1304 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166530 |
| citation_txt |
Оценка технологических возможностей стабилизации скорости разливки открытой струей на современной сортовой машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Сообщение 2 / С.Н. Писарский, А.Н. Смирнов, Д.А. Лавренко, Д.В. Рябый // Металл и литье Украины. — 2018. — № 5-6 (300-301). — С. 3-9. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT pisarskiisn ocenkatehnologičeskihvozmožnosteistabilizaciiskorostirazlivkiotkrytoistrueinasovremennoisortovoimašinenepreryvnogolitʹâzagotovokmnlzsoobŝenie2 AT smirnovan ocenkatehnologičeskihvozmožnosteistabilizaciiskorostirazlivkiotkrytoistrueinasovremennoisortovoimašinenepreryvnogolitʹâzagotovokmnlzsoobŝenie2 AT lavrenkoda ocenkatehnologičeskihvozmožnosteistabilizaciiskorostirazlivkiotkrytoistrueinasovremennoisortovoimašinenepreryvnogolitʹâzagotovokmnlzsoobŝenie2 AT râbyidv ocenkatehnologičeskihvozmožnosteistabilizaciiskorostirazlivkiotkrytoistrueinasovremennoisortovoimašinenepreryvnogolitʹâzagotovokmnlzsoobŝenie2 AT pisarskiisn ocínkatehnologíčnihmožlivosteistabílízacííšvidkostírozlivannâvídkritimstrumenemnasučasníisortovíimašiníbezperervnogolittâzagotovokmblzpovídomlennâ2 AT smirnovan ocínkatehnologíčnihmožlivosteistabílízacííšvidkostírozlivannâvídkritimstrumenemnasučasníisortovíimašiníbezperervnogolittâzagotovokmblzpovídomlennâ2 AT lavrenkoda ocínkatehnologíčnihmožlivosteistabílízacííšvidkostírozlivannâvídkritimstrumenemnasučasníisortovíimašiníbezperervnogolittâzagotovokmblzpovídomlennâ2 AT râbyidv ocínkatehnologíčnihmožlivosteistabílízacííšvidkostírozlivannâvídkritimstrumenemnasučasníisortovíimašiníbezperervnogolittâzagotovokmblzpovídomlennâ2 AT pisarskiisn estimationoftechnologicalpossibilitiesofthespeedstabilizationofcastingbyopenjetonmodernbilletcontinuouscastingmachineccmreport2 AT smirnovan estimationoftechnologicalpossibilitiesofthespeedstabilizationofcastingbyopenjetonmodernbilletcontinuouscastingmachineccmreport2 AT lavrenkoda estimationoftechnologicalpossibilitiesofthespeedstabilizationofcastingbyopenjetonmodernbilletcontinuouscastingmachineccmreport2 AT râbyidv estimationoftechnologicalpossibilitiesofthespeedstabilizationofcastingbyopenjetonmodernbilletcontinuouscastingmachineccmreport2 |
| first_indexed |
2025-11-26T01:43:59Z |
| last_indexed |
2025-11-26T01:43:59Z |
| _version_ |
1850605871448457216 |
| fulltext |
3ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 5-6 (300-301)
Контроль a[O] для исследуемых плавок произво-
дился также в процессе выплавки в дуговой сталепла-
вильной печи (ДСП) и внепечной обработки на уста-
новке ковш-печь с отбором дополнительных проб из
промковша (металла, шлака, футеровки). Измерен-
ные значения a[O] на ДСП составили (410–1087) ppm,
на ковш-печи в начале обработки – (2–100) ppm,
в конце обработки – (2–18) ppm, в промковше –
(14–26) ppm.
Анализ содержания FeO и MnO в шлаке промков-
ша по ходу разливки серии плавок для различных
вариантов раскисления стали показал, что среднее
содержание FeO в шлаке из промковша составля-
ло (2–7) %, MnO – (8–24) %. Предполагаемого роста
окисленности шлака и, соответственно, увеличения
суммарного содержания FeO и MnO в шлаке по ходу
серийной разливки не наблюдалось. Минимальное
содержание FeO и MnO в ковшевом шлаке отмечено
на серии плавок с использованием защитной трубы
между сталеразливочным ковшом и промковшом –
соответственно (2–3) % и (5–8) %.
Для сталей с различным содержанием углеро-
да, разливаемых открытой струей, при содержании
общего алюминия в стали [Al]общ. = (0,002–0,005) %,
авторами настоящей статьи были установлены
В качестве причин нарушения скоростной стабиль-
ности процесса литья и возникновения в непре-
рывнолитой сортовой заготовке поверхностных
и подповерхностных дефектов можно принять
такие факторы, как химический состав разливаемой
стали, включая содержание в ней примесей и рас-
творенных газов, а также состав и содержание в ней
продуктов раскисления, которые через фактические
значения поверхностного натяжения и вязкости раз-
ливаемой стали во многом определяют условия ее
истечения из промковша (Сообщение 1).
Рассмотрим некоторые известные из практики раз-
ливки стали открытой струей на сортовых МНЛЗ факты
и их объяснения, с учетом положений выполненного
теоретического анализа (Сообщение 1) и результатов
некоторых исследований, имеющих непосредствен-
ное отношение к рассматриваемой проблеме.
Существование ярко выраженной зависимости
скорости разливки от активности кислорода a[O] в
стали, измеренной в промковше с использованием
датчиков Celox фирмы Heraeus Electro-Nite, показано
в работе [1]. В ходе исследований на влияния различ-
ных технологических факторов и в первую очередь
режима раскисления и модифицирования стали на
скоростную стабильность разливки открытой струей
была установлена зависимость скорости разливки V
от величины a[O]. Для стали марки Ст 3 она имеет вид:
V = 0,0385 a[O] + 2,0
(коэффициент корреляции R = 0,59).
При этом использовались стаканы-дозаторы с
внутренним диаметром d = 18 мм, масса металла в
промковше по отобранному массиву плавок состав-
ляла (25,0 ± 0,5) т, перегрев стали над температурой
«ликвидус» – (20–30) оС.
УДК 669.74.047
С. Н. Писарский1, инженер машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ)
А. Н. Смирнов2, д-р техн. наук, проф., вед. науч. сотр., e-mail: stalevoz@i.ua
Д. А. Лавренко1, ст. мастер машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ)
Д. В. Рябый3, аспирант
1Standart Metallurgical Company, Лагос, Нигерия
2Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев, Украина
3Донбасский государственный технический университет, Лисичанск, Украина
Оценка технологических возможностей стабилизации
скорости разливки открытой струей на современной
сортовой машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
Сообщение 2
Представлены факты из практики разливки стали открытой струей на сортовых машинах непрерывного
литья заготовок (МНЛЗ) и результаты промышленных исследований по проблеме разливаемости. Показано,
что они хорошо согласуются с результатами выполненного теоретического анализа (Сообщение 1, «Металл
и литье Украины» № 3–4, 2018). Обоснованы технологические возможности, в том числе оперативные, по
стабилизации скорости разливки для рассмотренных условий.
Ключевые слова: сортовая машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), разливаемость, активность
кислорода в стали, алюминий, кальций, трансформация продуктов раскисления, футеровка ковшей, шлак.
Таблица 1
Оптимальные значения a[O] для разливки стали
открытой струей (замеры в промковше)
Марка
стали
SAE
1006/1008 Cт 3 Ст 5
[C], % Max
0,08/0,10
0,14–0,22/ср.
0,18
0,28–0,37/ср.
0,33
a[O], ppm 30–35 22–24 17–18
4 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 5-6 (300-301)
В металле «корней» от ручьев с затягиванием
струи преобладали сложные (многофазные) окисные
НВ, которые по металлографическим признакам бы-
ли отнесены к тугоплавким оксидам. Их глобулярная
морфология указывала на то, что они образовались
в результате трансформации первичных жидких про-
дуктов раскисления. Металл «корня» от ручья, закры-
того без затягивания струи, оказался наиболее чи-
стым по силикатам и оксидам – их содержание было
в 2–4 раза ниже, чем в металле остальных «корней».
Аналогичные результаты были получены и в хо-
де исследований причин ухудшения разливаемости
стали Ст 3 открытой струей, обусловленной обра-
зованием отложений НВ в стаканах-дозаторах [2].
В частности, было установлено, что в металле пла-
вок, разлитых с затягиванием струи, суммарное со-
держание Al2O3 в продуктах раскисления стали было
почти в 2 раза выше, чем для плавок без затягива-
ния – соответственно, 0,0068 против 0,0038 %. Как
было показано (Сообщение 1), присутствие в стали
твердофазных продуктов раскисления снижает ее
жидкотекучесть. Поскольку Al2O3 составляет основу
отложений НВ, то, очевидно, что повышение содер-
жания Al в стали создает для этого процесса благо-
приятные условия.
На присутствие в стали кристаллических Al2O3-
содержащих НВ шпинельного типа и снижение сте-
пени окисленности стали, как главные причины
образования отложений НВ в стаканах-дозаторах
промковша, указывается и в докладе фирмы Heraeus
Electro-Nite [3]. При этом можно отметить, в отличие
от контроля a[O] в промковше, экспресс-контроль со-
держащихся НВ в стали в промышленных масштабах
не применяется.
оптимальные значения a[O], обеспечивающие удов-
летворительную разливаемость и качество заготовок
по подкорковым пузырям (табл. 1). При уменьше-
нии значений a[O] ниже оптимальных наблюдается
устойчивое снижение скорости разливки вследствие
снижения жидкотекучести металла. В случае их за-
метного превышения в макроструктуре заготовок мо-
гут наблюдаться подкорковые пузыри.
Было также установлено, что поддержание вели-
чины a[O] и температуры стали в промковше на оп-
тимальном уровне значений не гарантирует стабиль-
ности разливки. На ММЗ «ИСТИЛ (Украина)» были
выполнены исследования причин этого явления. По
двум плавкам стали Ст 5, где из-за потерь 2–3 ручьев
вследствие затягивания вынужденно прерывали се-
рийную разливку, в качестве исследовательских проб
был использован застывший в каналах стаканов-до-
заторов металл («корни») с закрытых из-за затягива-
ния струи ручьев. При этом на одной из указанных
плавок в качестве контрольной пробы был взят «ко-
рень» с ручья, закрытого по причине микропрорыва
под кристаллизатором за 20 мин до ухудшения раз-
ливаемости. Каналы стаканов-дозаторов всех ручьев
не имели отложений неметаллических включений
(НВ), то есть затягивание струи было вызвано только
снижением жидкотекучести стали.
Выполненные сравнительные металлографиче-
ские исследования загрязненности металла НВ по-
казали, что НВ имели эндогенный характер и были
представлены сульфидами, оксисульфидами с раз-
личным соотношением сульфидной и оксидной со-
ставляющей, силикатами однофазными, силикатами
сложного состава с выделениями избыточной фазы и
оксидами (табл. 2, рис. 1).
Таблица 2
Виды, размер и количество НВ в металле «корней»
Номер
плавки Ручей
Виды НВ Общее удельное
кол-во силикатов
и оксидов, шт/см2
Размер (мм) / удельное количество НВ по видам (шт/см2)
сульфиды оксисульфиды силикаты оксиды
21061
1* 0,008 – 0,025
71
0,006 – 0,009
27
0,002 – 0,006
48
0,002 – 0,012
62 110
4* 0,008 – 0,017
44
0,006 – 0,013
33 0,002 – 0,015 127 0,002 – 0,010
35 162
21035
1* 0,003 – 0,017
43
до 0,013
10
0,006 – 0,031
64
0,003 – 0,013
18 82
3* 0,003 – 0,020
41
до 0,013
12 0,006 – 0,028 109 0,003 – 0,013
29 138
5** 0,003 – 0,015
57
до 0,006
21
до 0,025
24
0,002 – 0,007
16 40
* – ручьи с затягиванием струи; ** – ручей без затягивания струи
НВ в пробах металла «корней» в дозаторах: а – сульфид, × 1600; б – оксисульфид, ×1600; в – силикат, × 1000;
г – сложный силикат × 500; д – оксиды, × 1600; е – окисные НВ сложного состава, × 1600
Рис. 1.
а б в г д е
5ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 5-6 (300-301)
Отложения НВ в канале сменного стакана-дозато-
ра промковша
Рис. 2.
По результатам промышленных исследований
на ММЗ «ИСТИЛ (Украина)» факторов, влияющих
на разливаемость стали, по массиву данных из 212
проб было установлено, что в среднем соотношение
кислоторастворимого (металлического) и оксидного
алюминия в пробе на общий алюминий в стали со-
ставляло соответственно 60 и 40 %. Можно пред-
положить, что для принятой на конкретном пред-
приятии технологии производства стали, указанное
соотношение является относительно стабильной
величиной, и с ростом содержания в стали металли-
ческого алюминия количество оксидного алюминия
в ней также увеличивается. Фирма Heraeus Electro-
Nite, основываясь на многолетнем опыте использо-
вания датчиков Celox, в методических материалах
по их использованию рекомендует для исключения
образования отложений НВ в стаканах-дозаторах
ограничить содержание металлического алюминия
в стали, разливаемой открытой струей, значениями,
определяемыми из формулы:
log (Alsol)max = - 1, 25 + 1,74 logD,
где D – внутренний диаметр стакана-дозатора, мм;
Alsol – содержание в стали кислоторастворимого алю-
миния, ppm.
Результаты расчета по приведенной формуле для
стаканов-дозаторов диаметром 15–20 мм представ-
лены в табл. 3.
По мере роста загрязненности стали твердо-
фазными Al2O3-содержащими НВ главной причиной
ухудшения ее разливаемости становится не жидко-
текучесть, а образование отложений НВ в стаканах-
дозаторах. При этом роль вязкости в формировании
таких отложений становится приоритетной. Выпол-
ненные авторами на Енакиевском металлургическом
заводе (ЕМЗ), где установлены две современные вы-
сокопроизводительные 6-ручьевые сортовые МНЛЗ,
исследования технологических факторов, влияющих
на разливаемость стали, показали, что среднее со-
держание фосфора на плавках, где происходило за-
тягивание струи из-за отложений НВ в стаканах-доза-
торах (рис. 2) составляло [P] = 0,028 %, а на плавках
без затягивания – [P] = 0,013 %. При этом сравнива-
лись плавки одного и того же марочного сортамента,
которые были произведены в один и тот период по
одинаковой технологии.
С учетом заметного снижения вязкости железа с ро-
стом содержания в нем фосфора, а также известной
зависимости коэффициента молекулярной диффузии
D от вязкости ν стали D·ν ≈ сonst, можно сделать вы-
вод, что лимитирующим звеном в процессе форми-
рования отложений НВ в стакане-дозаторе являются
процессы молекулярного переноса вещества в лами-
нарном диффузионном пограничном слое на межфаз-
ной границе «сталь – огнеупор стакана-дозатора».
Результаты химического анализа компонентного
состава отложений НВ в стаканах-дозаторах для от-
магниченных проб, выполненного на ММЗ «ИСТИЛ
(Украина)», подтверждают, что основным компонен-
том в составе таких отложений является оксид алю-
миния (табл. 4).
Типичным явлением при разливке стали откры-
той струей является подтягивание струи металла на
первых плавках серии. При этом для условий ММЗ
«ИСТИЛ (Украина)», где использовались сталераз-
ливочные ковши с наливной футеровкой на основе
Al2O3, подтягивание наблюдалось только на первых
2–3 плавках серии. А для условий ЕМЗ, где стале-
разливочные ковши футеруются периклазоуглероди-
стыми блоками, подтягивание отмечалось на первых
5–6 плавках серии. При использовании сталеразли-
вочных ковшей с новой футеровкой или с футеров-
кой, контактировавшей на предшествующей плавке с
раскисленной алюминием сталью (при чередовании
в графике производства плавок с раскислением алю-
минием и кремнием), а также при наличии в таком
сталеразливочном ковше остатков металла и шлака
с предыдущей плавки, вероятность ухудшения раз-
ливаемости плавок дополнительно возрастает.
Незначительное снижение скорости разливки на-
блюдается при выполнении стандартной операции
скачивания накопленного в промковше шлака, вы-
полняемой при серийности более 30-ти плавок. Ска-
чивание шлака сопровождается максимально воз-
можным подъемом уровня металла в промковше и
контактированием его с неошлакованной верхней зо-
ной футеровки, имеющей рабочее торкрет-покрытие
на основе MgO.
К снижению скорости разливки приводит и ис-
пользование на участке «сталеразливочный ковш-
промковш» защитных труб, сопровождающееся
уменьшением величины a[O] в промковше на 5–6 ppm.
Повышение степени окисленности стали в пром-
ковше путем «мягкого» обдува кислородом струи
Таблица 3
Максимально допустимое содержание кислото-
растворимого алюминия в стали, разливаемой
открытой струей
Диаметр канала
стакана-дозатора,
мм
15 16 17 18 19 20
Alsol max, ppm 32 36 40 44 48 53
Таблица 4
Состав отложений НВ в стакане-дозаторе пром-
ковша
Массовая доля компонентов, %
Al2O3 SiO2 CaO MgO Feобщ ΣFeO MnO С
46,9 20,6 5,9 0,9 7,2 10,0 8,4 0,63
6 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 5-6 (300-301)
металла на участке «сталеразливочный ковш –
промковш» или специальных присадок в промковш
окалины является широко распространенным тех-
нологическим приемом [4]. Эти меры оперативного
характера обеспечивают восстановление скорости
разливки. При этом в случае, если причиной ухудше-
ния разливаемости является снижение жидкотекуче-
сти стали, то восстановление скорости происходит
практически сразу после корректировки окисленно-
сти стали. Если же причиной ухудшения разливае-
мости является образование отложений НВ в стака-
нах-дозаторах, то восстановление скорости разливки
происходит с задержкой в 10–15 мин – по мере рас-
творения этих отложений.
Представленные факты из практики разливки
стали открытой струей на сортовых МНЛЗ, а также
результаты промышленных исследований причин за-
тягивания, хорошо согласуются с представленными
(Сообщение 1) основными положениями и законо-
мерностями, связанными с разливаемостью стали
для указанных условий. Разливаемость стали в наи-
большей степени определяется содержанием в ней
растворенного кислорода и твердофазных продуктов
раскисления стали. При этом следует учитывать, что
равновесное содержание растворенного в стали кис-
лорода во многом зависит от материала футеровки
ковшей. В результате взаимодействия высокооснов-
ной футеровки на основе MgO с металлом происхо-
дит снижение a[O] в нем, а в огнеупоре формируется
плотный приповерхностный слой, обогащенный по
данным рентгеноструктурного анализа оксидом же-
леза FeO без наличия в нем алюминия [5]. При этом
окислительный потенциал футеровки значительно
увеличивается. Огнеупорная футеровка на основе
MgO по сравнению с футеровками на основе Al2O3 и
SiO2 обеспечивает наиболее низкую величину a[O] в
стали (при равном содержании в ней элементов-рас-
кислителей). После контакта такой футеровки со ста-
лью, имеющей низкую окисленность, происходит об-
ратное восстановление FeO из футеровки в металл,
обуславливающее его вторичное окисление и сниже-
ние окислительного потенциала футеровки. Таким
образом, окислительный потенциал футеровки мо-
жет определяться не только составом огнеупорного
материала, но и количеством легко восстанавливае-
мых оксидов железа и/или марганца, накопленных в
ней в процессе взаимодействия с недостаточно не-
раскисленным металлом.
Периклазовый огнеупорный слой, находящийся
длительное время в контакте с нераскисленной ста-
лью, по этой причине может по своей способности
к вторичному окислению сравняться с кислой фу-
теровкой. Эти закономерности объясняют влияние
футеровки не только сталеразливочного ковша, но и
промковша, имеющего рабочее торкрет-покрытие из
огнеупорной массы на основе МgO.
Влияние ковшевого шлака на равновесное зна-
чение a[O] аналогично влиянию футеровки – с уве-
личением содержания СаО (в меньшей степени
MgO) в шлаке снижается термодинамическая актив-
ность содержащихся в нем окислов FeO и MnO и,
как следствие, снижается интенсивность окисления
стали через шлак и уменьшается активность кисло-
рода a[O] в ней [6].
Причинами снижения окисленности стали при раз-
ливке открытой струей, помимо факторов, связанных
с футеровкой ковшей, также могут быть различные
технологические факторы, в том числе: дополнитель-
ное раскисление шлака в стальковше алюминием и
повышение его основности для интенсификации про-
цесса десульфурации стали, неоптимальные расход
или режим ввода Са-содержащей порошковой про-
волоки, широко используемой для обработки ряда
марок стали.
Cнижение величины a[O] приводит к росту поверх-
ностного натяжения расплава, имеющего приоритет-
ное влияние на жидкотекучесть, а также его вязкости.
При этом скорость разливки для рассматриваемых
условий снижается. При оперативной корректиров-
ке содержания в стали растворенного кислорода за
счет обдува струи металла на участке «сталеразли-
вочный ковш-промковш» кислородом или дозирован-
ной присадки в промковш окалины имеет место об-
ратная картина.
Изменение концентраций раскислителя и кисло-
рода в стали в процессе производства является так-
же причиной трансформации продуктов раскисления
по известному механизму. Например, для продуктов
системы FeO-Al2O3 трансформация жидких глобуляр-
ных включений в твердофазные глобулярные проис-
ходит при попадании первичных жидких включений в
зоны с более высокой концентрацией раскислителя,
где железо в составе включений замещается алюми-
нием. Диффузионный характер переноса раскислите-
ля по сечению обогащенного FeO включения, а также
зависимость скорости такого переноса от агрегатного
состояния среды, обуславливает такие особенности,
как затвердевание меняющегося состава включений,
начиная с поверхностных слоев, и неравномерный их
состав по сечению (с обогащением поверхностных и
обеднением внутренних слоев на содержание Al2O3).
При этом начало затвердевания поверхностных сло-
ев фиксирует размер и форму трансформирующихся
жидких глобулярных включений системы FeO-Аl2О3.
Трансформации фазового состава и агрегатного
состояния продуктов раскисления могут происхо-
дить и в обратном направлении, обеспечивая при
повышении a[O] в стали постепенное (начиная с по-
верхности) превращение твердофазных продуктов в
жидкие. Именно обратной трансформацией твердо-
фазных НВ, образующих отложения в стаканах-до-
заторах промковша, может быть, по мнению авторов
статьи, объяснено постепенное растворение отложе-
ний НВ базовой системы FeO-Al2O3 в стаканах-доза-
торах и восстановление скорости разливки при повы-
шении величины a[O].
В этой связи представляет практический инте-
рес вопрос о соотношении скоростей трансформа-
ции НВ системы FeO-Al2O3 в прямом и обратном
направлениях. Поскольку скорость диффузии ио-
нов алюминия через герцинит FeO·Аl2О3 превыша-
ет скорость диффузии ионов Fe в Аl2O3, то скорость
прямой трансформации жидких алюминатов желе-
за в твердофазные выше, чем скорость обратной
7ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 5-6 (300-301)
трансформации твердофазных включений в гетеро-
фазные и жидкие. Так, трансформация жидких глобу-
лярных НВ системы FeO-Al2O3 с содержанием Al2O3 до
≈ 30 % в твердофазные с содержанием Al2O3 до 50–60 %
происходит в течение от нескольких до 120 секунд
после начала раскисления стали алюминием.
Представленные данные по скорости прямой и
обратной трансформации продуктов раскисления
системы FeO-Аl2О3 позволяют, таким образом, объ-
яснить причину быстрого снижения скорости раз-
ливки при понижении активности кислорода a[O] и
наблюдаемой временной задержки в 15–20 мин с
момента повышения величины a[O] до восстанов-
ления скорости разливки в случае, если причиной
ее снижения были отложения НВ в стаканах-доза-
торах. Указанные закономерности трансформации
включений справедливы и в отношении других ок-
сидных систем, характерных для разливки открытой
струей, например, FeO-SiO2-Аl2О3, MnO-SiO2-Al2O3 и
SiO2-Al2O3-СаО.
Для практики разливки стали на сортовых МНЛЗ
определенный интерес представляет понимание ро-
ли кальция, который широко используется в качестве
модификатора при производстве низкокремнистых
марок стали. Влияние кальция на жидкотекучесть
стали может иметь двойственный характер. С одной
стороны, кальций, как поверхностно активный эле-
мент и модификатор в стали, повышает ее жидкоте-
кучесть. С другой стороны, кальций, как сильный рас-
кислитель, снижает a[O] в стали и, как следствие,–
ее жидкотекучесть. Химическое сродство кальция к
кислороду намного выше, чем алюминия, поэтому
ввод в сталь Са-содержащей порошковой прово-
локи приводит не только к замещениию им железа,
марганца и кремния, но частично и алюминия в об-
разовавшихся ранее НВ и имеющих в своем составе
оксиды FeO, MnO, SiO2, Al2O3, но также и к замеще-
нию алюминия и магния в соответствующих оксидах
огнеупоров футеровки сталеразливочного ковша. По
этой причине при повышении содержания кальция в
стали наблюдается повышенный износ огнеупоров и
загрязнение металла MgO-содержащими шпинель-
ными включениями, которые в незначительных коли-
чествах (1–2 %) наблюдаются и в составе отложений
НВ в стаканах-дозаторах. При неоптимальном со-
отношении Al2О3 и СаО образующиеся алюминаты
кальция и шпинели системы CaO-MgO-Al2O3 имеют
температуры плавления, превышающие температу-
ры разливки. Одновременное снижение a[O] и рост
содержания таких кристаллических оксидов в стали
способствуют ухудшению разливаемости как из-за
снижения жидкотекучести стали, так и из-за образо-
вания отложений НВ в стаканах-дозаторах.
Поскольку с ростом содержания твердофазных
оксидов в стали ее разливаемость ухудшается, то,
учитывая тот факт, что удаление таких оксидов мо-
жет быть обеспечено только в результате переме-
шивания расплава в сталеразливочном ковше, ста-
новится очевидной необходимость строгого соблю-
дения установленного технологического регламента
продувки металла аргоном перед отдачей плавки на
МНЛЗ как в отношении интенсивности, так и в отно-
шении длительности. Его несоблюдение, как показы-
вает практика, достаточно часто становится причи-
ной ухудшения разливаемости стали.
Выводы
Представленные факты из практики разливки
стали открытой струей на сортовых МНЛЗ, а также
результаты промышленных исследований причин за-
тягивания, хорошо согласуются с представленными
(Сообщение 1) основными положениями и законо-
мерностями по разливаемости стали для рассмо-
тренных условий. В частности, скорость разливки в
наибольшей степени зависит от содержания в ней
растворенного кислорода и твердофазных продуктов
раскисления стали.
Оперативное повышение уровня активности a[O]
в стали достигается путем контролируемого обдува
струи на участке «сталеразливочный ковш – пром-
ковш» кислородом или дозированной присадки в
промковш окалины. Это обеспечивает как повыше-
ние жидкотекучести стали, так и растворения отло-
жений НВ в стаканах-дозаторах. Трансформация
присутствующих в стали и в составе отложений в ста-
канах-дозаторах твердофазных НВ базовой системы
FeO-Аl2О3 в жидкие обеспечивает одновременно и
улучшение ее жидкотекучести и постепенное, по ме-
ре изменения агрегатного состояния, удаление НВ с
поверхности стакана-дозатора, обеспечивая восста-
новление номинальной скорости разливки.
Учитывая негативное влияние на жидкотекучесть
стали содержащихся в ней твердофазных оксидов,
а также то обстоятельство, что их удаление обе-
спечивается только в результате продувки металла
аргоном, необходимость строгого соблюдения уста-
новленного технологического регламента продувки
металла аргоном перед отдачей плавки на МНЛЗ
представляется обязательным условием стабилиза-
ции скорости разливки на сортовой МНЛЗ.
1. Технологические факторы стабилизации скорости бесстопорной разливки на сортовой МНЛЗ / Г. И. Касьян, С. Н. Пи-
сарский, А. В. Кодак и др. // Металл и литье Украины. – 2010. – № 9–10. – C. 40–44.
2. Взаимодействие металла с разливочными стаканами промежуточных ковшей в условиях непрерывной разливки ста-
ли / В. П. Шевченко, А. М. Кондратюк, В. Г. Осипов и др. // В сб. «Проблемы стального слитка». – М.: Металлургия,
1969. – С. 506–508.
3. Glitscher W. Successful continuous billet casting through oxygen control in mixed operations // SEAISI Querterly Journal. –
2001. – Vol. 30. – № 2. – С. 26–33.
ЛИТЕРАТУРА
8 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 5-6 (300-301)
4. Освоение технологии непрерывной разливки стали на сортовых МНЛЗ / А. Г. Левада, Д. Н. Макаров, В. И. Антонов и
др. // Сталь. – 2008. – № 3. – С. 34–36.
5. Влияние футеровки на окисленность металлического расплава / А. Н. Ромашкин, А. В. Дуб, Т. В. Морозова и др. //
Электрометаллургия. – 2008. – № 12. – С. 23–33.
6. Модели управления процессами ковшовой обработки стали / Е. Х. Шахпазов, А. И. Зайцев, Н. Г. Шапошников и др. //
Металлург. – 2008. – № 6. – С. 30–35.
1. Kas’ian, G.I., Pisarskii, S.N., Kodak, A.V. et al. (2010). Technological factors of the casting speed stabilization on billet CCM
by open jet [Tekhnologicheskie faktory stabilizatsii skorosti besstopornoi razlivki na sortovoi MNLZ]. Metall i lit’e Ukrainy,
no. 9–10, pp. 40–44 [in Russian].
2. Shevchenko, V.P., Kondratiuk, A.M., Osipov, V.G. et al. (1969). Interaction of metal with nozzles of tundish in conditions
of the steel continuous casting [Vzaimodeistvie metalla s razlivochnymi stakanami promezhutochnykh kovshei v usloviiakh
nepreryvnoi razlivki stali]. V sb. “Problemy stal’nogo slitka”, Moscow: Metallurgiia, pp. 506–508 [in Russian].
3. Glitscher, W. (2001). Successful continuous billet casting through oxygen control in mixed operations. SEAISI Querterly
Journal, Vol. 30, no. 2, pp. 26–33 [in English].
4. Levada, A.G., Makarov, D.N., Antonov, V.I. et al. (2008). Mastering the technology of the steel continuous casting on the billet
CCM [Osvoenie tekhnologii nepreryvnoi razlivki stali na sortovykh MNLZ]. Stal’, no. 3, pp. 34–36 [in Russian].
5. Romashkin, A.N., Dub, A.V., Morozova, T.V. et al. (2008). Effect of lining on oxidation of the metal melt [Vliianie futerovki na
okislennost’ metallicheskogo rasplava]. Elektrometallurgiia, no. 12, pp. 23–33 [in Russian].
6. Shakhpazov, E.Kh., Zaitsev, A.I., Shaposhnikov, N.G. et al. (2008). The management models of the steel ladle processing
[Modeli upravleniia protsessami kovshovoi obrabotki stali]. Metallurg, no. 6, pp. 30–35 [in Russian].
REFERENCES
Ключові слова
Сортова машина безперервного лиття заготовок (МБЛЗ), розливання, активність кисню в
сталі, алюміній, кальцій, трансформація продуктів розкислення, футеровка ковшів, шлак.
Анотація
С. М. Писарський1, інженер машини безперервного лиття заготовок
(МБЛЗ); О. М. Смірнов2, д-р техн. наук, проф., пров. наук. співр., e-mail:
stalevoz@i.ua; Д. О. Лавренко1, ст. майстер машини безперервного
лиття заготовок (МБЛЗ); Д. В. Рябий3, аспірант
1Standart Metallurgical Company, Лагос, Нігерія
2Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ,
Україна
3Донбаський державний технiчний унiверситет, Лисичанськ, Україна
Оцінка технологічних можливостей стабілізації швидкості розливання відкритим
струменем на сучасній сортовій машині безперервного лиття заготовок (МБЛЗ).
Повідомлення 2
Представлено факти з практики розливання сталі відкритим струменем на сортових машинах безперервного
лиття заготовок (МБЛЗ) і результати промислових досліджень з проблеми розливання. Показано, що вони добре
узгоджуються з результатами виконаного теоретичного аналізу (Повідомлення 1, «Металл и литье Украины» № 3–4,
2018). Обґрунтовано технологічні можливості, в тому числі оперативні, по стабілізаці швидкості розливання для
розглянутих умов.
Поступила 19.03.2018
Received 19.03.2018
9ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 5-6 (300-301)
Summary
The facts from the practice of the steel casting by open jet on the billets continuous casting machines (CCM) and the results
of industrial studies on the problem of castability are presented. It is shown that they are in good agreement with the results
of the performed theoretical analysis (Report 1, "Metall i lit'e Ukrainy" № 3–4, 2018). Technological possibilities, including
operational, are justified to stabilize the casting speed for the considered conditions.
Billet continuous casting machine (CCM), castability, oxygen activity in steel, aluminum, cal-
cium, transformation of deoxidation products, ladle lining, slag.Keywords
S. N. Pisarskii1, Engineer of continuous casting machine (CCM);
A. N. Smirnov2, Doctor of Engineering Sciences, Prof., Leading Researcher,
e-mail: stalevoz@i.ua;
D. A. Lavrenko1, Senior master of continuous casting machine (CCM);
D. V. Riabyi3, Postgraduate student
1Standart Metallurgical Company, Lagos, Nigeria
2Physico-technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine, Kyiv,
Ukraine
3Donbass State Technical University, Lisichansk, Ukraine
Estimation of technological possibilities of the speed stabilization of casting by open jet on
modern billet continuous casting machine (CCM). Report 2
|