Моделирование непрерывной разливки стали и методы оценки качества структуры стали. Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Разлив

стандарта (см. табл. 1) определяется количественная характеристика или номер

балла структуры по соответствующему признаку

Таблица 3

Индивидуальные варианты работы с типовыми микрошлифами сталей из лабораторных коллекций

11

Продолжение таблицы 3

ОБРАЗЦЫ СТАЛИ С НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ И ГАЗОУСАДОЧНЫМИ РАКОВИНАМИ

Применительно к равновесному состоянию сплава использование ГОСТ

380-88 позволяет определить процентное соотношение между ферритом и перлитом в доэвтектоидных сталях, соотношение количества пластинчатого и зернистого перлита, дисперсность пластинчатого и зернистого перлита. Для оценки неметаллических включений и различных видов неоднородности микроструктуры в сталях имеются отдельные государственные стандарты,

например: ГОСТ 1763-68, ГОСТ 1778-70 и ГОСТ 5640-68.

12

Определив количественные данные в долях о площади, занимаемой в шлифе различными структурными составляющими (П - перлит, Ц - цементит,

Ф – феррит или содержанием углерода в феррите пренебрегаем), можно выполнить приблизительный расчет (оценку) содержания углерода в стали по следующей общей формуле:

С = 0,8П +6,67Ц + 0,01Ф, % (1)

Итоги проведенной лабораторной работы оформляют в отчете,

который должен содержать следующие разделы:

1.Цель работы.

2.Оборудование, приборы и материалы, использованные при выполнении

работы.

3.Теоретические положения: понятие о микроанализе и микроструктуре.

Перечисление структурных классов сталей.

4. Методика проведения работы и полученные результаты. Зарисовка схем микроструктур всех изученных сталей (по варианту), наименование и марка стали, составляющие структуры, ориентировочный химический состав.

В конце занятия преподаватель путем устного опроса проверяет усвоение знаний студентами по вопросам для самопроверки.

Оформленные отчеты проверяются и подписываются преподавателем.

13

Лабораторная работа №4 Моделирование непрерывной разливки стали

Цель работы: овладеть методикой моделирования непрерывной разливки стали с использованием компьютерной динамической модели процесса, посредством имитации последовательной разливки трех стальковшей, с соблюдением установленных критериев качества

поверхности, внутренней структуры и содержания включений в литой заготовке. При этом нужно стремиться минимизировать затраты на проведение разливки.

Непрерывная разливка стали – это процесс, в котором жидкая сталь непрерывно заполняет металлическую водоохлаждаемую форму

(кристаллизатор) и непрерывно кристаллизуется, образуя литую заготовку. В

зависимости от размеров непрерывной заготовки эти полупродукты называются слябами, блюмами или сортовыми заготовками. Процесс в промышленном масштабе был изобретен в 1950-х годах с целью повышения эффективности производства стали. Ранее существовала только разливка стали в слитки

(сверху или сифоном), у которой и сегодня есть свои преимущества и положительные стороны, но она не всегда отвечает требованиям конкретного производства. С конца 60-х годов XX века техника и технологии непрерывной разливки стали развивались, повышался выход годного, качество продукта и экономическая эффективность.

Моделирование непрерывной разливки стали осуществляется в программном обеспечении – компьютерном тренажере SteelUnivers CC

(Непрерывная разливка) с открытой лицензией, который доступен в режиме он-

лайн на сайте www: steeluniversity.org.

I. Основные положения динамической модели (тренажера)

Жидкая сталь подается на установку непрерывной разливки из отделения

внепечной обработки конверторного цеха. Обычно стальковш доставляется

14

краном и устанавливается на поворотный стенд, который разворачивает его в положение разливки. В днище ковша открывается шиберный затвор, и жидкая сталь течет через защитную трубку в промковш, емкость, выполняющую функцию буфера между стальковшом и кристаллизатором. Когда промковш заполнен на 75-85%, стопоры поднимаются, чтобы начать разливку стали в водоохлаждаемые медные кристаллизаторы, расположенные под промковшом.

У стенок кристаллизатора начинается затвердевание, и «корочка» заготовки выводится из кристаллизатора при помощи затравки. На выходе из кристаллизатора у заготовки должна быть твердая «корка» достаточной толщины, способная выдержать вес жидкой стали, содержащейся внутри -

ферростатическое давление.

В течение всего процесса разливки кристаллизатор качается в вертикальной оси для отделения затвердевшей стали от медного кристаллизатора. Для облегчения отделения вводится разливочный порошок

(шлакообразующая смесь).

Непрерывную заготовку выводит из кристаллизатора комплект роликов,

которые продвигают ее по дуге до горизонтальной секции. Ролики должны быть расположены близко друг к другу, чтобы предотвратить выпучивание или прорыв тонкой корки. Когда сталь выходит из кристаллизатора, у нее есть только тонкая застывшая «корочка», которой требуется дальнейшее охлаждение, чтобы завершился процесс кристаллизации, посредством смыкания фронта кристаллизации по центру заготовки (со стороны большого и малого радиуса машины непрерывной разливки стали – МНЛЗ или УНРС). Это достигается в так называемой зоне вторичного охлаждения, где система водяных форсунок, расположенных между роликами, используется для подачи мелкодисперсного водяного тумана на поверхность слитка и поверхность роликов приводных и поддерживающих клетей. На этом этапе затвердевшая

«корочка» и жидкая сердцевина называется непрерывной заготовкой. После распрямления и полного отвердения непрерывную заготовку разрезают машиной газопламенной резки на заданные мерные длины, которые затем уже в

15

виде готовых слябов, блюмов или сортовой заготовки отправляются на склад или непосредственно на стан горячей прокатки.

Основные компоненты динамической компьютерной модели (тренажера)

представлены в табл. 4.

Схема разливочного отделения цеха в динамической модели (рабочий

стол тренажера со стороны пользователя) представлен на рис. 5.

16

(тренажер SteelUnivers BOS-конвертер). При этом содержание включений отображается в виде шкалы. Чтобы получить доступ к этому параметру,

необходимо зарегистрироваться на сайте www: steeluniversity.org и войти в систему.

Динамическая модель разработана для двух групп пользователей:

1)студентов университетов, изучающих металлургию, материаловедение

идругие технические дисциплины;

2)технических работников металлургических заводов.

18

Студенческий уровень. Этот уровень предполагает общенаучный подход пользователя к проблеме, использование термодинамических и кинетических теорий для принятия решений по различным вариантам обработки. Например, пользователю нужно будет решить, какая комбинация скорости разливки и вторичного охлаждения обеспечит наилучшее качество непрерывной заготовки. На этом уровне не потребуется преодолевать внезапно возникающие проблемы, и разливка будет относительно простой.

Уровень технического специалиста. На этом уровне ожидается практико-ориентированный подход к проблеме, но также можно столкнуться с целым рядом «теоретических» проблем, требующих корректировок в планировании и применении оперативных решений.

Типичные примеры проблем, с которыми можно столкнуться, – задержки поступления ковша, зарастание стакана, разные состояния ремонта используемых ковшей.

Для имитации износа ковша предусмотрены три разных состояния ремонта: хорошее, приемлемое и плохое. Скорость охлаждения жидкой стали в ковше зависит от состояния ремонта, и соответствующие значения: 0,50, 0,75 и 1,00 °C мин-1. Ковши могут задерживаться на период до 10 минут. Также придется контролировать состояние погружных стаканов (SEN) для определения момента, когда потребуется их замена из-за эффекта «зарастания».

Зарастание стакана представляет собой постепенное накопление в стакане шлаковых включений в процессе разливки. Оно замедляет течение струи из промковша в кристаллизатор за счет уменьшения площади сечения потока, и со временем назревает необходимость полной замены стакана (погружной воронки).

В модели предусмотрено несколько разных марок стали. Конструкционная сталь общего назначения – это относительно

нетребовательная, склонная к образованию трещин марка, рекомендуемая

пользователю-новичку. Конструкционную сталь разливают на установках

19

разливки блюмов с сечением 250х250 мм. Уровень содержания включений

может быть умеренным, не вызывая проблем с качеством.

Сверхнизкоуглеродистая сталь, легированная TiNb – марка, склонная

кприлипанию, используемая для кузовных деталей; содержание углерода менее 0,0035%C для оптимизации штампуемости. Такую сталь разливают на слябовых разливочных машинах с сечением 1200×230 мм. Для удовлетворения требований к чистоте этой марки обязательно нужно следить, чтобы уровни включений были максимально низкими.

Трубная сталь для газораспределительных трубопроводов – очень требовательная марка из-за комбинации высокой прочности и высокой вязкости при разрушении с чрезвычайно низкими уровнями примесей (S, P, H, O и N) и

включений. Так же, как и сверхнизкоуглеродистая марка, эта сталь требует самых низких уровней включений, и обе эти марки разливаются на слябовой машине с сечением 1200×230 мм. В зависимости от состава, эта марка может быть либо склонной к образованию трещин (перитектической), либо склонной

кприлипанию (доперитектической).

Машиностроительная сталь – низколегированная термообрабатываемая

марка, разливаемая с высокой скоростью на машине литья заготовок с сечением

130×130 мм.

Мягкое обжатие заготовки в зоне вторичного охлаждения (ЗВО).

Мягкое обжатие доступно только при разливке слябов и используется для уменьшения степени осевой ликвации. Чтобы получить нужный эффект от мягкого обжатия, нужно выбрать скорость разливки и вторичного охлаждения так, чтобы последняя перед смыканием фронта кристаллизации часть заготовки с ещё жидкой сердцевиной находилась в этой зоне обжатия (рис. 6). Мягкое обжатие происходит в двух сегментах, каждый длиной 2 метра. Каждый сегмент состоит из 5 роликов, расположенных с шагом около 400 мм. Зона обжатия располагается по длине непрерывной заготовки между 27 и 31 метром при разливке трубной стали и между 21 и 24 метром при разливке свехнизкоуглеродистой стали.

20