| Пріоритети: | Малюнки до патенту Україна 2142861
Винахід відноситься до способу безперервного розливання перитектичних сталей
Найбільш близьким по технічній сутності і досягається ефект є спосіб безперервного розливання перитектичних сталей для виробництва тонких слябів, при якому розлив здійснюють в охолоджувану виливницю, виконану конусної щонайменше на одній ділянці (див. заявку DE N 3427756, кл. B 2 D 04, 28.03.85).
При охолодженні, що відбувається нижче 1493 o C, має місце безперервне перетворення дельта-фази в гамма-фазу доти, доки не буде тільки гамма-фаза при температурі T 1 .
На фіг. 1 показаний верхній лівий край діаграми залізо-вуглець, на якій засновані вищезазначені способи затвердіння.
Тому в інтервалі температур між 1493 o C і T 1 дельта-фаза, перетворюючись на гамма-фазу, відчуває зміну решітки з об'ємно-центрованої (CCC) в гранецентровані кубічні грати (CFC). Така заміна решітки призводить до отримання термічної усадки, відмінної від термічної усадки решти твердого розчину (гама-фази). Усадка, що відрізняється, веде до сильної схильності до неоднорідності і поверхневих нерівностей і поглиблень.
Чутливість до тріщин є металургійним результатом того факту, що ці сталі мають сильну схильність до утворення заглиблень і, отже, схильні мати структуру першоготвердіння з недосконалими, нерівними аустенітними зернами та зниження внаслідок цього пластичності та ковкості в гарячому стані.
Всі ці проблеми металургійного характеру досі перешкоджали безперервному розливанню перитектичних сталей і змушували виробників уникати типового діапазону цих сталей (0,10 до 0,15%) і намагатися отримати аналогічні механічні властивості коригуванням відсоткового співвідношення у складі інших компонентів, таких як марганець, кремній та ін.
У статті "Gallatin Steels, follow thin slab route" у "Trade Journal" Iron and Steel International" 1994 р. на стор. 55 та наступних сторінках чітко встановлено, що досі ніхто не міг розливати безперервно перитектичні сталі; у таблиці, наведена на стор. 57, також показано повну відсутність цього типу сталей.
Це показує, що фахівці протягом тривалого часу намагаються знайти спосіб, придатний для безперервного розливання, переважно у вигляді тонких слябів, перитектичних сталей, але поки що безуспішно.
Автори цього винаходу протягом деякого часу займалися проблемою отримання способу розливання, що відноситься головним чином до перитектичних сталей, розробили і випробували безліч винаходів і задумів технологічного та металургійного характеру, які здатні запобігти невдачам і проблемам, що зустрічаються при розливанні таких сталей, і у зв'язку з цим вони розробили, випробували та завершили даний винахід.
В основу винаходу покладено завдання створити спосіб безперервного розливання перитектичних сталей, що дозволяє зменшити до усунення включення поверхневих нерівностей, заглиблень і дефектів і також знизити чутливість до тріщин. Усі ці дефекти є типовими характернимидефектами, з якими стикаються при розливанні таких сталей.
Винахід металургійного характеру стосується складу перітектичних сталей.
Спосіб згідно винаходу використовується в галузі виробництва шляхом безперервного розливання тонких слябів зі спеціальних сталей, що мають високі механічні та технологічні властивості.
Під тонкими слябами розуміють сляби з товщиною менш ніж 90-95 мм і шириною від 800-2500 мм до 3000 мм.
Спосіб згідно винаходу забезпечує зниження всіх параметрів дефектів і поверхневих нерівностей, а також забезпечує більшу чутливість до тріщин і заглиблень, які досі не дозволяли використовувати перитектичні сталі у великому обсязі з якісними задовільними результатами.
Згідно винаходу включення алюмінію (Al) і азоту (N) обмежено для того, щоб запобігти виділенню зерен нітриду алюмінію (Al) на кромці, оскільки нітрид алюмінію робить чутливість перитектичних сталей до тріщин дуже великий.
Згідно винаходу також необхідно тримати під контролем кількість міді та олова у складі, оскільки ці компоненти збільшують чутливість перитектичних сталей до тріщин. Вища максимальна межа цих компонентів може бути, наприклад, близько 0,25% для міді і 0,020% для олова.
Потім згідно винаходу необхідно знизити термічні напруги через вторинне охолодження, інакше кажучи, охолодження, яке відбувається після того, як сляб виходить з кристалізатора, але ще знаходиться в камері.
Згідно з одним із варіантів винаходу це зниження може бути досягнуто за рахунок використання "м'якого" охолодження змішаними соплами водоповітряного типу. Такі водоповітряні сопла уможливлюють більшерівномірне розподілення, ніж відомі сопла, що створюють водяну стінку.
Крім того, ці сопла дають можливість змінювати кількість води, що використовується (і разом з цим інтенсивність охолодження) в широких межах, зберігаючи в той же час хороший розподіл.
На фіг. 2 показана крива розподілу l потоку 1 при використанні водоповітряного розпилення в порівнянні з кривою l розподілу потоку зі звичайних водяних сопл.
Відповідно до винаходу при розливанні перитектичних сталей необхідно здійснювати дуже точний та ретельний контроль за ритмом коливань ливарної форми у процесі розливання. Це необхідно через високу і нерівномірну термічну усадку, яка типова для перитектичних сталей і яка сприяє утворенню глибоких і гострих поверхневих міток або штрихів на кірці відлитого сляба внаслідок коливань, ці мітки також називають коливальними або осциляційними мітками.
Термічні напруги, які мають місце у виливниці або ливарній формі і в камері вторинного охолодження установки безперервного розливання, а також механічні напруги, викликані кривизною низхідного потоку, що розливається за рахунок подальшої правки і клеючої впливу, сприяють відкриванню і розтріскування осциляційних міток.
В результаті, для того, щоб обмежити настільки, наскільки це можливо, глибину осциляційних міток, необхідно застосовувати коротку довжину ходу і велику частоту, а також змінювати частоту при зміні швидкості розливу таким чином, щоб негативний час роздягання зливка зберігався по суті постійним.
Під негативним часом роздягання зліпка розуміють той період часу протягом періоду осциллювання, при якому виливниця опускається зі швидкістю більшої швидкості розливання.слябу. Цей негативний час роздягання зливка істотно впливає на мастило.
Експериментами встановлено, що найкращий негативний час роздягання зливка при розливанні перитектичних сталей знаходиться в діапазоні від 0,04 до 0,07, переважно від 0,05 до 0,06 с.
Коливання виливниці повинні виконуватися з високою частотою залежно від мастильних порошків і при включенні поздовжніх тріщин або поперечних заглиблень може бути необхідним збільшення або зменшення в'язкості порошків.
Якщо споживання порошків становить понад 0,20 - 0,25 кг на 1 т сталі, в'язкість порошків має бути знижена. Якщо замість поздовжніх тріщин мають місце поперечні заглиблення та споживання порошку становить більш ніж 0,80 - 0,85 кг на 1 т сталі, в'язкість порошків має бути збільшена.
Згідно винаходу також краще застосовувати мастильні порошки з високою основністю, наприклад більшою 1,1, з тим, щоб обмежити тепловий потік.
Іншим варіантом, який може бути використаний у способі згідно винаходу, таким, щоб зробити менш різкими теплообмін у початковому сегменті виливниці, є застосування покривного шару, який включає шар певної товщини ізоляційного матеріалу, наприклад, нікелю, на поверхні мідних пластин виливниці. Цей покривний шар може мати товщину, що змінюється близько від 0,8 до 4 мм, і може зменшуватися прогресивно або поетапно від максимального до мінімального значення в низхідному напрямку до днища виливниці або може бути постійним по всій висоті виливниці.
Термічна напруга також може бути знижена шляхом використання помірних значень різниці температур.
Під різницею температур розуміють різницю між температурою рідкої сталі, виміряної впроміжному розливному ящику безпосередньо перед і під час розливання, і температурою початку затвердіння сталі.
Згідно винаходу найкращим значенням цієї різниці температур є температура в діапазоні від 0 до 30 o C, переважно від 10 до 20 o C. Крім того, термічна напруга знижується шляхом зниження швидкості води в основний охолоджувальної гілки розливу, тобто. виливниці.
Наприклад, експерименти показали, що найкраще значення швидкості води для виливниці для тонких слябів знаходяться в діапазоні від 4,5 до 5,5 м в 1 з порівняно зі значеннями від 5,5 до 6,5 м в 1 с, використовуваними для розливання неперитектичних сталей у тій же виливниці, тобто швидкість води на 15 - 30% менше, ніж у випадку неперитектичних сталей.
Повертаючись до структури виливка, встановлено, що поздовжні поверхневі поглиблення та/або тріщини, типові для перитектичних сталей, можуть бути збільшені за рахунок об'єднаних згинальних і стискаючих зусиль, викликаних поздовжньою формою, що звужується, навіть до певної міри звужується, кристалізатора, який зазвичай використовується кажучи, конусністю форми. Надмірна величина конусності може спричинити підкреслення поверхневих дефектів. Конусність розливної камери повинна мати таке значення або величину, яке компенсуватиме усадку кірки в процесі твердіння і, отже, буде гарантувати контактування кірки і стінок виливниці. Конусність форми визначається схожим розташуванням вузьких сторін кристалізатора від входу до виходу кристалізатора.
Аналітично під конусністю форми розуміють значення [(l A - l B /(l B x h i ) х 100, в якому h i є висотою сегмента ливарної форми, конусність якої має бути визначена, l A єефективною шириною на вході сегмента, що має висоту h i з урахуванням одержуваного розширення, що визначається будь-якою ливарною камерою, і l B є шириною на виході сегмента, що має висоту h i з урахуванням розширення, що визначається ливарною камерою.
Як видно з фіг. 4a, 4b і 4c, конусність ливарної форми може бути з ухилом в одному напрямку (фіг. 4a) або зі здвоєним ухилом (фіг. 4b), або з потрійним ухилом (фіг. 4c), або з безліччю ухилів, або може бути обмежений безперервної кривої, отриманої шляхом інтерполювання послідовних сегментів, як показано на фіг. 4c.
Експериментами встановлено, що при розливанні перитектичних сталей вигідніше використовувати виливницю або ливарну форму, що має принаймні подвійний або потрійний ухил.
На коригування утворення кірки особливий вплив має початковий сегмент виливниці, який згідно винаходу повинен мати конусність від 2 до 6% на 1 м і в цьому випадку визначається виразом [(l 1 -l 3 )/(l 3 х h i )] х 100. Точні залежності також можуть бути визначені між різними ухилами різних послідовних сегментів, що обмежуються змінами конусності або ухилу виливниці.
На виході кристалізатора корисніше застосовувати обробку м'якого редукування таких слябів з тим, щоб зменшити товщину слябу від її значення на виході кристалізатора і знизити пористість центральної частини слябу.
Кристалізатор 10 має широкі бічні стінки 11 і вузькі бічні стінки 12, які можуть бути виконані рухомими, і включає наскрізну центральну камеру заливки 14 для введення випускного сопла 15. Впускний і випускний поперечні перерізи кристалізатора 10 позначені позиціями 16 і 17 відповідно. З можливістю взаємодії з випускним отвором 17 встановленівалки м'якого редукування 13.
На фіг. 3 позицією 18 позначений шар ізолюючого матеріалу, який, наприклад, містить нікель і покриває поверхню мідних пластин, які включає кристалізатор 10.
У цьому випадку ухил першого сегмента виливниці згідно з винаходом обмежений значеннями в діапазоні від 2,0 до 6,0% на 1 м.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що виливницю виконують зі змінною конусністю, принаймні з подвійною або потрійною конусністю.
3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що виливницю виконують зі змінною конусністю, обмеженою безперервною кривою, отриманої шляхом інтерполяції послідовних ділянок з різною конусністю.
4. Спосіб за будь-яким з пп.1 - 3, який відрізняється тим, що частоту коливань виливниці узгодять зі швидкістю розливу так, що при зміні швидкості розливу негативний час роздягання зливка, що визначається як час протягом періоду коливань, при якому виливницю опускають зі швидкістю, більшої швидкості розливу слябу, підтримують постійним в діапазоні 0,04 - 0,07, переважно 0,05 - 0,06 с.
5. Спосіб за будь-яким з пп.1 - 4, який відрізняється тим, що використовують змащувальні порошки з високою основністю, наприклад, більше 1,1.
6. Спосіб за будь-яким з пп.1 - 5, який відрізняється тим, що швидкість води в первинному охолодженні підтримують на 15 - 30% менше швидкості для неперитектичних сталей.
7. Спосіб за будь-яким із пп.1 - 6, який відрізняється тим, що на внутрішній поверхні виливниці виконують захисний шар для зниження теплообміну.
8. Спосіб за п.7, який відрізняється тим, що захисний шар містить нікель і має товщину 0,8 - 4 мм.
9. Спосіб за будь-яким з пп.1 - 8, який відрізняється тим, щорізницю температур між температурою рідкої сталі, виміряної безпосередньо перед або в процесі розливання, і температурою сталі на початку твердіння підтримують в межах 8 - 30 o C.
10. Спосіб за будь-яким з пп.1 - 9, який відрізняється тим, що рідкий метал додають титан в кількості 0,018 - 0,027%.
13. Спосіб за будь-яким з пп.1 - 12, який відрізняється тим, що вторинне охолодження здійснюють водоповітряними соплами, при цьому регулюють і контролюють відсоткове співвідношення води.
14. Спосіб за будь-яким з пп.1 - 13, який відрізняється тим, що витрата мастильних порошків становить 0,20 - 0,85 кг на тонну сталі.