/ 7 3 (71), 2013 УДК 669.21 Поступила 06.06.2013 А. В. Демин, О. м. ГруДницкий, А. В. ФеклистОВ, А. и. рОжкОВ, В. В. никОлАеВ, ОАО «БмЗ – управляющая компания холдинга «Бмк» ВЛИЯНИЕ КОНУСНОСТИ ГИЛЬЗ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ НА ЕЕ СТОЙКОСТЬ И КАЧЕСТВО РАЗЛИВАЕМОГО СЛИТКА рассмотрено влияние конусности гильз кристаллизаторов на ее стойкость и качество разливаемого слитка. По- казано, что модификация по изменению конусности позволила оптимизировать профиль медных гильз, чтобы увели- чить срок службы, улучшить качество блюма, повысить производительность машин непрерывного литья заготовок. The effect of the crystallizers shells conicity on its durability and quality of the cast ingot. It is shown that the modification to change the conicityallowed to optimize the profile of copper shells to increase the quality of the bloom, increase productivity, continuous casting machine. Кристаллизатор является основным техноло- гическим узлом машин непрерывного литья заго- товок (МНЛЗ). Качество непрерывнолитых загото- вок и производительность МНЛЗ напрямую зави- сят от конструкции кристаллизатора, а также от параметров защитного покрытия его рабочей по- верхности. В технологическом процессе непрерывной раз- ливки стали кристаллизатору отведена одна из главных функций – формирование слитка требуе- мого сечения. Основное требование к кристалли- затору – обеспечить максимальный отвод тепла от затвердевающей стали к охлаждающей воде и по- лучить на выходе слиток с прочной оболочкой и хорошей поверхностью, которая не разрушалась бы под воздействием тепла жидкой фазы и ферро- статического давления. Естественно, что произво- дительность машины и качество слитка во многом определяются тем, насколько кристаллизатор удовлетворяет всем технологическим требовани- ям. Гильза – главный сменный рабочий инстру- мент кристаллизатора, в котором формируется оболочка заготовки. От конструкции гильз кри- сталлизаторов зависит качество непрерывнолитой заготовки и максимально допустимые скорости разливки. Конструкция трубчатой гильзы кристаллизато- ра и толщина ее стенки преследуют цель предот- вращения остаточной деформации под воздействи- ем температуры. Деформация гильзы кристаллиза- тора может привести к значительному снижению срока службы кристаллизатора и повлечь за собой появление глубоких следов качания и дефектов геометрии заготовок. Гильза кристаллизатора имеет многоконусную конструкцию, для того чтобы компенсировать усадку заготовки и поддерживать контакт между заготовкой и кристаллизатором. Правильный выбор многоко- нусной конструкции обеспечивает максимальный контакт до самого низа кристаллизатора и, тем са- мым, снижает возможность трещинообразования и дефектов формы, таких, как скошенность стенок квадрата и вмятины. Многоконусная конструкция гильзы рассчитывается на основе известных данных по усадке после затвердевания для основных групп марочного сортамента. После реконструкции МНЛЗ-3 с 2009 г. ис- пользуются гильзовые кристаллизаторы с трехко- нусной конструкцией гильзы, анализ использова- ния которых показал, что основным видом раз- рушения являются царапины, задиры, вмятины и абразивный износ части защитного покрытия гильзы кристаллизатора. Форма царапин и харак- тер их развития свидетельствуют о том, что основ- ные причины их возникновения связаны с трением заготовки в нижней части и по углам гильзы. При- чина данного явления − неправильно подобранная конусность гильз при проектировании, причина низкой стойкости гильз − интенсивный износ в ниж- ней части гильзы и изменение геометрических раз- меров конфигурации гильзы. Использование данной конструкции гильз сечением 250×300 и 300×400 мм влечет раздутие граней слитка на выходе из гиль- зы и при дальнейшем температурном расширении 8 / 3 (71), 2013 механическое повреждение поверхности слитка от роликов под кристаллизатором. При осмотре поверхности всех используе- мых гильз кристаллизатора для сечений 250×300 и 300х400 мм отмечено: • интенсивный износ защитного покрытия и мед- ной основы в нижней части гильзы до 1 мм, при этом средняя часть не подвержена воздействию из- носа, следствием этого явилось неравномерное охлаждение по длине гильзы; • имеет место преждевременный отход короч- ки слитка от стенок гильзы и образование увели- ченного газового зазора, а затем под воздействи- ем ферростатического давления внутри слитка подход корочки слитка на выходе к нижней части гильзы; • раздутие граней слитка на выходе из гильзы и при дальнейшем температурном расширении ме- ханическое повреждение поверхности слитка от роликов под кристаллизатором. Причиной данного явления служит неправиль- но подобранная конусность гильз при проектиро- вании. Для увеличения срока службы кристаллизаторов конусности гильз для сечений 250×300 и 300×400 мм были пересчитаны в соответствии с производ- ственным сортаментом на МНЛЗ-3 и реальными скоростями разливки и на основании расчетов из- готовлены опытные образцы гильз с новой конус- ностью (см. таблицу). Изменение геометрических размеров по конусности гильз Сечение 250×300 мм 300×400 мм Конус От верха, мм Старый, %/м Новый, %/м Старый, %/м Новый, %/м 1 190 2,4 2,4 2,4 2,4 2 400 1,2 1,3 1,2 1,4 3 780 0,5 0,6 0,5 0,8 Стандартная скорость, м/мин 0,90 0,55–0,75 Для анализа изменения геометрии гильз в про- цессе эксплуатации проводили измерения с ис- пользованием прибора «Mold Checker» лазер. На рис. 1, 2 показано изменение геометрии ис- пользуемой гильзы сечением 250×300 мм в про- Рис. 1. Изменение геометрии гильзы по широкой грани в процессе использования Рис. 2. Изменение геометрии гильзы по узкой грани в процессе использования / 9 3 (71), 2013 цессе эксплуатации от 1-й до 219-й плавки. Из ри- сунков видно, как изменилась конусность гильзы вследствие прорыва на 1-й плавке. На рис. 3, 4 показано изменение геометрии опытной гильзы с измененной конусностью сече- нием 250×300 мм в процессе использования от 0 до 200-й плавки, где наблюдается более равномер- ный теплосъем и, следовательно, минимальный износ в нижней части гильзы на выходе. На рис. 5, 6 показаны используемая гильза сечением 250×300 мм после разливки 89 плавок и опытная гильза с измененной конусностью через 96 плавок. На рис. 5 просматривается отсутствие воз- действия на внутреннюю поверхность в середи- не гильзы и интенсивный износ на выходе, а на рис. 6 наблюдается равномерное воздействие по всей плоскости от мениска до выхода с незначи- тельным повреждением защитного хромового покрытия. При проведении исследований влияния конус- ности гильзы на ее стойкость и качество разливае- Рис. 3. Изменение геометрии гильзы по широкой грани в процессе использования Рис. 4. Изменение геометрии гильзы по узкой грани в процессе использования Рис. 5. Гильза после прохождения 89 плавок Рис. 6. Опытная гильза после прохождения 96 плавок 10 / 3 (71), 2013 мого слитка на сечении 300×400 мм получены ана- логичные результаты. На рис. 7, 8 показано изме- нение геометрии используемой гильзы сечением 300х400 мм в процессе эксплуатации. На рис. 9, 10 показано изменение геометрии опытной гильзы с измененной конусностью сече- нием 300×400 мм в процессе использования, где наблюдается более равномерный теплосъем и, сле- довательно, минимальный износ в нижней части гильзы на выходе. На рис. 11, 12 представлены используемая гильза сечением 300×400 мм после разливки 88 плавок и опытная гильза с измененной конусно- стью через 74 плавки. На рис. 13 показаны темплеты качества макро- структуры блюмов сечением 250×300 мм, отлитых на МНЛЗ-3 со скоростью 0,9 м/мин через гиль- зу старой конусности (ручей 2) и через опытную гильзу новой конструкции по конусности (ручей 4). Исследования эксплуатации гильз кристаллизато- Рис. 7. Изменение геометрии гильзы по широкой грани в процессе использования Рис. 8. Изменение геометрии гильзы по узкой грани в процессе использования Рис. 9. Изменение геометрии гильзы по широкой грани в процессе использования / 11 3 (71), 2013 ров измененной конструкции по конусности на МНЛЗ-3 показали, что по основным эксплуатаци- онным характеристикам опытные гильзы превос- ходят ранее рекомендованные к использованию. Выводы 1. Установлено, что при разливке стали с гиль- зами, используемыми после реконструкции, про- исходит усиленное взаимодействие затвердевшей корочки с поверхностью гильзы вследствие несо- ответствия размеров ее внутренней полости вели- чине усадки за готовки, что ведет к деформации в нижней части гильзы и ускоряет отслоение по- крытия, а, следова тельно, интенсифицирует износ кристаллизатора. Дальнейшее использование та- кого кристаллизатора может привести к образова- нию де фектов геометрической формы заготовки из-за ее неравномерного контакта с гильзой, что может стать также причиной прорыва металла под кристаллизатором. 2. Модификация по изменению конусности по- зволила оптимизировать профиль медных гильз, чтобы увеличить срок службы, улучшить качество блюма, повысить производительность МНЛЗ-3 и снизить эксплуатационные расходы установки. Рис. 10. Изменение геометрии гильзы по узкой грани в процессе использования Рис. 11. Гильза после прохождения 88 плавок Рис. 12. Опытная гильза после прохождения 74 плавок Рис. 13. Темплеты поперечного сечения непрерывнолитого блюма сечением 250×300 мм плавки 336006: а – 2-й ручей (срав- нительный); б – 4-й ручей (опытный)