28 / 1 (69), 2013 Experience of operating of the section continuous cast- ing machines of OAO “BMZ” shows that technologies deal- ing with industrial exploitation of these machines must solve problems on improvement of installations constructions, smelting technologies and out-of-furnace steel processing, selection of refractory materials, improvement of the billet crystallization process, metal protection from secondary oxi- dation, improvement of the billet quality, etc. М. е. КонТАнИСТов, С. в. ТерЛецКИй, в. А. ШАТИЛо, оАо «БМЗ – управляющая компания холдинга «БМК» УДК 669 .74 влИянИе хИмИческого состава сталИ, состоянИя оборудованИя мнлз И технологИческИх параметров разлИвкИ на вознИкновенИе поверхностных И внутреннИх дефектов непрерывнолИтой заготовкИ Определение оптимальных параметров рафи­ нирования стали на агрегате ковш­печь и работы МНЛЗ в условиях ОАО «БМЗ» является крайне необходимым . В данной статье рассматривается влияние химического состава металла, технологи­ ческих параметров разливки на качество отливае­ мой сортовой заготовки . Качество непрерывнолитых заготовок в значи­ тельной мере определяется оптимальными усло­ виями затвердевания заготовки, а также химиче­ ским составом разливаемой стали . Широкий тем­ пературный интервал кристаллизации стали явля­ ется превалирующим фактором, вредное влияние которого нельзя ликвидировать принятыми техно­ логическими средствами . Например, сталь марки Ст3сп имеет более широкий интервал кристалли­ зации (20–25 °С), чем сталь марки 1006 (12–17 °С) . Следовательно, непрерывнолитой слиток из раз­ личных марок стали в разной степени подвержен возникновению дефектов . Неправильно подобранные температурно­ско­ ростные режимы разливки и охлаждения слитка в кристаллизаторе и зоне вторичного охлаждения (ЗВО) МНЛЗ приводят к образованию характер­ ных дефектов заготовок в виде осевых, межкри­ сталлитных и поверхностных трещин (рис . 1) . Неравномерное охлаждение металла в кристал­ лизаторе, непостоянная скорость разливки, размы­ тие затвердевающей корочки потоками подводи­ мого расплава, неравномерное распределение по­ токов металла по объему жидкой лунки и ряд дру­ гих причин технологического характера служат причинами возникновения данных дефектов . Возникновение трещин происходит из­за тер­ мических напряжений в корочке слитка, превыша­ ющих критические значения по причине неравно­ мерности распространения фронта затвердевания слитка . В связи с этим на ОАО «БМЗ» была проведена работа на шестиручьевой МНЛЗ с базовым радиу­ сом 5 м по внедрению производства использования гильз кристаллизаторов сечением 140×140 мм кон­ струкции «ВМ­синус» с двухслойным покрытием, разработанной АХК «ВНИИМЕТМАШ» . Замена ранее применяемых одноконусных гильз на гиль­ зы конструкции «ВМ­синус» позволила снизить разнотолщинность по периметру затвердевания корочки слитка и возникающие термические на­ пряжения при выходе из кристаллизатора, что привело к уменьшению количества потерь ручьев в 3 раза, обеспечить увеличение скоростного ре­ жима разливки с 2,0–2,4 до 2,3–2,6 м/мин и сред­ ней серийности разливки до 32 плавок (на 25%) . Следующим этапом увеличения производи­ тельности МНЛЗ без потери качества заготовки стало усовершенствование конструкции коллек­ торов в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ . При участии компании ООО «Спреинг Системс Рус» был разработан проект модернизации конструк­ ции ЗВО МНЛЗ с увеличением общей длины зоны вторичного охлаждения от 4168 до 6000 мм за счет удлинения коллекторов зоны С и приме­ нением форсунок вторичного охлаждения новой конструкции с большим углом раскрытия факела для увеличения теплоотвода с поверхности заго­ товки . / 29 1 (69), 2013 Изменение поля орошения поверхности заго­ товки позволило уменьшить вероятность образо­ вания внутренних межкристаллических трещин при увеличении скорости разливки от 2,3–2,6 до 2,5–2,8 м/мин в зависимости от группы марки ста­ ли, а также содержания примесей в стали . Макро­ структура литых заготовок, отобранных с опытно­ го ручья, свидетельствует о достигнутых показате­ лях качества заготовки и средней производитель­ ности МНЛЗ 135 т/ч (рис . 2) . Качество непрерывнолитых заготовок в значи­ тельной мере определяется химическим составом разливаемой стали . Значительное влияние на развитие межкристал­ лических трещин оказывает содержание серы в ме­ талле . Известно, что сера практически нераствори­ ма в аустените и присутствует в сталях и сплавах в виде сульфидов FeS и MnS, входящих в эвтекти­ ку с температурой плавления 985 °С . Причем эта эвтектика, как правило, кристаллизуется по грани­ цам зерен . Наличие легкоплавкой и хрупкой эвтек­ тики, расположенной по границам зерен, делает сталь хрупкой . На практике установлено, что для получения удовлетворительной структуры непрерывнолитой заготовки сечением 140×140 мм без наличия тре­ щин содержание серы в зависимости от скорости вытягивания слитка для стали Ст3сп должно быть следующим: 2,1–2,2 м/мин – не более 0,025%, 2,3–2,4 м/мин – не более 0,020%, 2,5–2,6 м/мин – не более 0,015% . Повышение содержания серы в металле от 0,020 до 0,060% сопровождается уве­ а б в г д Рис . 1 . Характерные виды трещин: а – осевые трещины; б – межкристаллитные трещины; в, г – трещина поверхностная (по­ перечная, продольная); д – паукообразные поверхностные трещины Сталь 25Г2С Ст1сп Ст3сп Рис . 2 . Макроструктура непрерывнолитой заготовки сечением 140×140 мм с опытного ручья 30 / 1 (69), 2013 личением степени осевой химической неоднород­ ности . Присутствие марганца в стали снижает вред­ ное влияние серы . Так, на основании анализа ре­ зультатов промышленного производства непре­ рывнолитой заготовки из стали Ст3сп установле­ но, что достаточной для существенного снижения пораженности непрерывнолитых заготовок сече­ нием 140×140 мм трещинами, разлитых со скоро­ стью 2,6 м/мин, является величина [Mn]/[S] не ме­ нее 20 (рис . 3) . Сера, растворенная в металле, оказывает также существенное влияние на механизм образования ромбовидности заготовок и, как следствие, угло­ вых и диагональных трещин . Однако это влияние зависит еще и от марки стали . Отмечено, что с увеличением содержания углерода в стали оно усиливается . Среднестатистические данные по степени ромбичности непрерывнолитой заготовки в зависимости от разливаемой марки стали при­ ведены в таблице . Степень ромбичности заготовки сечением 140×140 мм для сталей разных марок Группа Марка стали Максимальная ромбичность, мм 1 SAE1006–1008, Св08А 6,0±0,5 2 Ст3, А500С, S235JR,25Г2С 10,0±0,5 3 Ст5 10,5±0,5 Еще одна проблема, с которой приходится стал­ киваться технологам металлургических заводов, имеющих в своем составе сортовые МНЛЗ, – эта проблема прорыва корочки металла под кристал­ лизатором и в зоне вторичного охлаждения (ЗВО) . Схема образования шлакового прорыва показана на рис . 4 . Образовавшиеся твердые неметаллические включения (НВ) на мениске расплава в кристалли­ заторе (рис . 4, а) контактируют с корочкой метал­ ла . Значительное скопление этих включений на мениске и качание кристаллизатора приводят к при­ липанию их к корочке заготовки (рис . 4, б), т . е . за­ рождается аномальная (дефектная) корочка . Рис . 3 . Зависимость частоты появления дефектов от отношения Mn/S в стали а б в г д Рис . 4 . Схема образования шлакового прорыва из­за твердых включений на мениске металла: 1 – жидкий металл; 2 – ко­ рочка металла; 3 – конгломератное включение на мениске металла; 4 – кристаллизатор; 5 – дефектная корочка с оксидным конгломератом; 6 – прорыв металла под кристаллизатором на выходе дефектной корочки из кристаллизатора / 31 1 (69), 2013 Наличие дефекта также замедляет и скорость роста корочки (рис . 4, в, г) в сравнении с безде­ фектной частью, при этом разнотолщинность по­ верхностной корочки приводит к образованию прорывов металла под кристаллизатором (рис . 4, д) на дефектном участке под воздействием ферроста­ тического давления жидкого металла внутри заго­ товки . В результате прорыва на поверхности заго­ товки образуются дыры, через которые вытекает жидкий металл . Такие прорывы принято называть шлаковыми . Решением проблемы может быть ре­ гулировка отношения содержания марганца в ста­ ли к кремнию, добиваясь его значения не менее 3,0 . При отношении этих элементов менее 3,0 про­ дуктом реакции раскисления и последующей трансформации является твердое, обогащенное оксидом кремния, соединение, трудно удаляемое из расплава, а при соотношении [Мn]:[Si] = 3,0 и более образуется легкоплавкий и легко удаляе­ мый силикат марганца . Исследования показали, что при производстве непрерывнолитых заготовок сечением 140×140 мм из стали Ст1сп при соотно­ шении [Mn]:[Si] менее 3,0 в кристаллизаторах в кристаллизаторе визуально наблюдалось образо­ вание шлаковой фазы из продуктов вторичного окисления металла, которая увеличивала вероят­ ность прорыва металла под кристаллизатором . Од­ нако опыт производства сталей с различным со­ держанием углерода показал, что с его увеличени­ ем, например для стали Ст3сп, критическое значе­ ние отношения [Mn]:[Si] снижается до уровня 2,5 . Это объясняется тем, что углерод, являясь химиче­ ски активным элементом, снижает вероятность взаимодействия кислорода из воздуха с кремнием в металле и в низкоуглеродистой стали типа Ст1сп, 1008 влияние отношения [Mn]:[Si] на шлакообра­ зование более значительно, чем в среднеуглероди­ стой стали типа 25Г2С .