/ 201 1 (54), 2 (55), 2010 The application of the systems of dynamic soft squeez- ing on machines of continuous casting is justified as the way of solving of the microstructure quality problem. в. А. МАТочкиН, с. в. ТЕрлЕцкий, в. Э. МАруШкЕвич, руП «БМЗ» УДК 621.76 сИстемы мягкого оБжатИя на маШИнах непрерывной разлИвкИ сталИ И Их влИянИе на качество макроструктуры заготовок В течение последних десятилетий специали- стами в области металлургии накоплен значитель- ный опыт по использованию внешних динамиче- ских воздействий на затвердевающие слитки и не- прерывнолитые заготовки. В ходе промышленных либо опытных испытаний наибольшее распростра- нение получили такие методы воздействий, как электромагнитное перемешивание металла при затвердевании; низкочастотная виброобработка (наложение колебаний на кристаллизатор или по- гружаемым стержнем-холодильником); обработка акустическими или ультразвуковыми колебания- ми, вводимыми непосредственно в металл; элек- трогидроимпульсная обработка; пульсационное перемешивание; продувка инертным газом; «мяг- кое» обжатие в конце периода затвердевания. Метод «мягкого» обжатия в конце затвердева- ния при наличии жидкой фазы считается наиболее радикальным приемом, обеспечивающим улучше- ние качества внутренних зон непрерывнолитой за- готовки [1]. Глубокие исследования начались срав- нительно недавно и пока существуют определен- ные противоречия в представленных в литературе выводах и рекомендациях. Вместе с тем, достаточ- но однозначным и бесспорным можно считать вы- вод о том, что вследствие деформации внутренних слоев заготовки (при наличии жидкой фазы) про- исходит разрушение осей дендритов у фронта за- твердевания, увеличивается количество центров кристаллизации в двухфазной зоне, улучшаются условия питания заготовки жидким металлом, по- давляется процесс формирования осевой ликвации и пористости. Неуклонный рост требований к качеству не- прерывнолитой заготовки стимулировал развитие принципов «мягкого» обжатия в конце затвердева- ния для подавления осевой пористости и ликвации [2]. Задача реализации метода «мягкого обжатия» непрерывнолитой заготовки заключается в опреде- лении места, закона и способа приложения уси- лия. Первоначально заготовку деформировали до- вольно простым способом с помощью роликов в зоне выравнивания. Однако при этом требова- лись точный контроль температуры разливки и ре- жимов охлаждения (так как обжатие заготовки происходит в строго фиксированных точках) и боль- шие усилия, особенно возрастающие по мере уве- личения доли твердой фазы, а также возникала опасность выпучивания заготовки между ролика- ми (и по бокам). Такая деформация стимулировала развитие в заготовке осевой ликвации и появление дополнительных ликвационных полос. Первые опыты обжатия слитка в процессе за- твердевания всесторонним вдавливанием датиру- ются 1900 г. Применительно к непрерывной раз- ливке этот способ стали использовать спустя 90 лет [3]. Промышленные испытания системы динами- ческого мягкого обжатия на слябовой МНЛЗ при разливке на толстый лист (компания «Dillinger Hütte», Германия) показали, что структура слябов значительно улучшается, однако эффект зависит от скорости разливки, положения конца жидкой фазы и прикладываемого давления. По мнению некоторых европейских экспертов, первая в мире полностью динамическая система мягкого обжатия была реализована в 1995 г. на за- воде «Rautaruuki Steel» (Финляндия) [4] с приме- нением системы статического и динамического обжатия сляба путем регулирования сегментов (за- 202 / 1 (54), 2 (55), 2010 зоров между роликами) с помощью гидравличе- ских устройств. При работе в статическом режиме регулирование зазора обеспечивалось только пе- ред началом разливки. Испытания в динамическом режиме, когда регулируется не только зазор между роликами, но и сам участок обжатия, дали поло- жительные результате по осевой ликвации; умень- шилось водородное растрескивание металла и улуч- шилось качество слябов из сталей, используемых для деталей морских буровых платформ. Снижен уровень брака при прокатке толстого листа. При этом было отмечено, что динамическое обжатие не сказывается на качестве поверхности при скорости разливки до 1 м/мин. Не было выяв- лено четкой зависимости величины обжатия и сте- пени осевой ликвации. Наибольшее влияние на осевую ликвацию оказывают условия разливки: скорость, перегрев металла в промежуточном ков- ше и размер слябов. Экспериментальные исследования на заводе «Sandvik Steel» (Швеция) [5] показали, что опти- мальные обжатия (от 4 до 7,1 мм) и скорость раз- ливки (0,81–0,89 м/мин) обеспечивают макси- мальное подавление осевой пористости в высоко- легированной хромоникелемолибденовой стали в 1,5–3,0 раза. Эти результаты подтвердили, что эффективность метода динамического мягкого об- жатия в подавлении осевой пористости определя- ется взаимным положением границы жидкой лун- ки и места приложения обжатия. Несмотря на установившееся мнение о нецеле- сообразности применения мягкого обжатия к кру- глой непрерывнолитой заготовке, на заводе «Chita Plant» (Япония) опробовали динамическое мягкое обжатие заготовок диаметром 350 мм из подшип- никовой стали [6] при разливке со скоростью 0,4– 0,65 м/мин на вертикальной МНЛЗ. В ходе иссле- дований оценивали углеродную ликвацию, угол раскрытия V-образной ликвации, макроструктуру, внутренние трещины в литом металле и прокатан- ной сортовой заготовке. Мягкое обжатие заготовки практически полностью подавляло осевую угле- родную ликвацию: увеличение содержания угле- рода в центре составило 0,05–0,07%, тогда как в заготовке без мягкого обжатия – 0,25–0,35%. Установлено, что наилучшие результаты достига- ются при доле твердой фазы в зоне начала обжатия на уровне 0,4–0,45 (доли единицы или 40–45%) при обжатии, составляющем 1,6% диаметра заго- товки; при большей доле эффект подавления лик- вации снижается, а при уменьшении возникают внутренние трещины. Угол раскрытия V-образной ликвации при мягком обжатии расширяется на 10– 15 градусов. Положительные результаты в подавлении осе- вой ликвации методом мягкого обжатия получены на заводе «Sollac» (Франция) при разливке углеро- дистой стали на блюмы сечением 260–320 мм [7]. В ОАО «Северсталь» применение системы ди- намического мягкого обжатия при разливке на сля- бы сечением 200×1150 мм из сталей 10ХСНД, А36пс, 09ГСФ, 09Г2С, 09ХН2МД позволило уве- личить скорость от 0,55 до 0,70 м/мин без наруше- ния геометрических параметров слитка. Наимень- шие показатели размера зерна, осевой пористости и ликвации были получены для стали 09ГСФ. В макроструктуре отмечается увеличение зоны равноосных кристаллов. Влияние мягкого обжатия можно сравнить с влиянием на структуру таких технологических приемов, как снижение степени перегрева жидкого металла в промежуточном ков- ше, введение инокуляторов, электромагнитное пе- ремешивание в кристаллизаторе и зоне заверше- ния затвердевания. Необходимо отметить, что наиболее широкое распространение мягкое обжатие получило имен- но при разливке слябов [8]. Это объясняется тем, что механическое воздействие на затвердевающий слиток начинается при доле твердой фазы в преде- лах 20–50% (в зависимости от профиля слитка) и заканчивается при 70–100% твердой фазы. В слу- чае мелкосортных заготовок этот метод малоэф- фективен из-за небольших размеров слитка, огра- ничивающих усилия деформации. В настоящее время практически все мировые производители основного технологического обо- рудования для металлургии при проектировании слябовых и блюмовых МНЛЗ предусматривают технологию мягкого обжатия. Так, например, тех- нология DynaGap SoftReduction от компании Sie- mens VAI (Австрия) включает в себя трехмерную систему термического слежения для расчета тем- пературного профиля ручья в режиме реального времени. Такой динамический инструмент техно- логического контроля также определяет оптималь- ные усилия роликов тянущих устройств даже при нестабильных условиях разливки и принимает в расчет изменения параметров перегрева, хими- ческий состав стали, скорость разливки и расход воды в системе вторичного охлаждения. Техноло- гия DynaGap SoftReduction была впервые внедрена на блюмовой машине Siemens VAI в 2003 г. на предприятии Panzhiqua Iron and Steel (Group) Co. (Pangang) в китайской провинции Sichuan. После этого данный технологический пакет установили в марте 2006 г. на пятиручьевой блюмовой МНЛЗ № 1 китайского завода Wuhan Iron & Steel Co. Ltd. (WISCO), поставленной ранее фирмой Siemens / 203 1 (54), 2 (55), 2010 VAI. Образцы блюмов, разлитые с использованием системы DynaGap SoftReduction, продемонстриро- вали практически полное отсутствие следов сегре- гации и лишь небольшую центральную пори- стость. Оптимальное обжатие в клети с про- тяжными роликами, рассчитанное встроенной динамической технологической моделью, пре- дотвращает образование внутренних трещин. Таким образом, было подтверждено, что приме- нение технологии DynaGap SoftReduction даже при разливке маленьких блюмов квадратного се- чения при сравнительно высоких скоростях ве- дет к значительному улучшению внутреннего строения продукции. В 2009 г. в процессе модернизации машины не- прерывного литья заготовок № 3 на Белорусском металлургическом заводе также была реализована система динамического мягкого обжатия блюмов сечением 250×300 и 300×400 мм. Спроектирован- ный компанией «Danieli» (Италия) правильно- тянущий механизм состоит из девяти модулей, на каждом из которых предусмотрено обжатие роли- ками. Для расчета длины жидкого конуса и соот- ношения доли твердой и жидкой фаз слитка разра- ботана оперативная математическая модель за- твердевания, с помощью которой система авто- матизации передает соответствующий сигнал на гидроцилиндры трайб-аппаратов. Система DDSR, спроектированная итальянскими специалистами, подразумевает оптимальный диапазон для начала и окончания зоны мягкого обжатия для всего ма- рочного сортамента сталей в следующей зависи- мости от доли твердой фазы в слитке: 0,8 > Fs > 0,2. Результаты внедрения новой системы динами- ческого мягкого обжатия на РУП «БМЗ» будут ис- следованы в 2010 г. Литература 1. H a t t o n M., N a g a t a S., I h a b a A. et al. New technology to tackle centering segregation // Steel Thechnology intern. 1990. № 91. P. 189–193. 2. Э р е н б е р г Х., П а р ш а т Л., П л е ш и у т ш н и г г Ф. и др. Литье и обжатие с разливки тонких слябов на заводе фирмы Маннесманнререн-Верке // МРТ. 1990. С. 46–59. 3. Л а м у х и н А. М., З и б о р о в А. В., И м г р у н т В. Я. и др. Результаты испытания системы мягкого обжатия непре- рывнолитого сляба с жидкой сердцевиной // Сталь. 2002. № 3. С. 57–59. 4. J a u h o l a M., H a a p a l a M. The latest Results of dynamic Soft Reduction in Slab CC-Machine // Steelmaking Conf. Pro- ceedings, 2000. 5. S i v e s s o n P., W a s s S., R o g b e r g B. Improvement of Center Porosity in Continuously Casting Blooms by Mechanical Soft Reduction at the End of the Solidification Process // 3rd European conf. on continuos casting. Madrid, Spain, October 20–23, 1998. Madrid, 1998. P. 213–223. 6. K a s u m a O., M a s a n a o K., T o s h i o N. Development of alumina – graphite immersion nozzle for continuous casting // Iron and Steel Engineer. 1982. Vol. 59. N 12. P. 47–52. 7. C h a p e l l e r P., J a c q u o t J.- L., S o s i n L. Twin-bloom casting of high carbon steels at SOLLAC: 4 years of continuous improvement // 3rd European conf. on continuous casting. Madrid, Spain, October 20–23, 1998. Madrid, 1998. N 1. P. 283–293. 8. Л и б е р м а н А. Л., Г е н к и н В. Я. Непрерывная разливка стали – современное состояние и перспективы развития // Электрометаллургия. 2002. № 1. С. 23–32.