Vpliv pogojev konti litja na lastnosti slabov
The Influence of Casting Conditions on the Slab Properties
M. Kurbos, Železarna Jesenice, Jesenice
J. Lamut, T. Kolenko, Oddelek za montanistiko, FNT, Univerza v Ljubljani, Aškerčeva 20
in
M. Debelak, Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Lepi pot 11, Ljubljana
Pri vlivanju slabov srednjeogljičnega jekla legiranega z nikljem in kromom smo ocenjevali tehnološke kazalce vlivanja in njihov vpliv na kakovost.
At the casting of slabs of medium carbon steels alloyed with nickel and chromium we estimated the technological parameters of casting and their influence on the quality.
1	Uvod
Kakovost vlitih slabov je odvisna od tehnoloških kazalcev in tehnološke opremljenosti kontinuirne naprave. Na kakovost vplivajo pogoji vlivanja, to je temperatura litja, hitrost litja, livni praški in hlajenje v sekundarni coni. Na vlitih slabih smo ocenjevali kakovost površine in na lužilnih ploščah potek strjevanja in notranje napake.
2	Temperatura litja
Temperatura vlivanja za posamezne vrste jekla je odvisna od temperature likvidusa, ki jo izračunamo po naslednji formuli:
-I l j k =
1536°C - (88%C + 8%Si + 5%Mn + 1,5%Cr + +4%Ni + 2%Mo + 18/iTi + %S + %P + 2)
Predpisane temperature vlivanja so:
•	25 do 35°C nad Tm. za jeklo z C<0.1%
•	15 do 25°C nad Tuk za jekla z. C od 0.1 do 0.25%
•	5 do 15°C nad T,,k za jekla z C>0.25%
Temperatura pregretja poveča cono dendritnih in zmanjša cono globulitnih kristalov. Temperaturo smo merili v vmesni ponovci ob začetku vlivanja. Razlika med temperaturo vlivanja in temperaturo likvidusa za posamezne šarže jekel z ogljikom nad 0.25%. je prikazana na sliki 1. Iz diagrama je razvidno, da je temperatura vlivanja pri nekaterih šaržah tudi nad 27°C nad likvidusom. To pa vpliva na potek strjevanja tako, da se poveča cona dendritnih kristalov. Zato je v tem primeru iz lužilnih plošč razvidno, da posamezni dendriti segajo globoko proti sredini.
Zaradi višjih temperatur, ki jo ima talina v vmesni ponovci vlivamo z manjšo hitrostjo. Zmanjšanje hitrosti je potrebno zato, da je talina manj časa v stiku s hladno steno kokile. Pri manjših hitrostih vlivanja žila počasneje potuje skozi cono sekundarnega hlajenja, zato se na poseanteznih delih zadržuje več vode. kar vodi do lokalnih podhladitev in površinskih razpok.
temperatura nad likvidusom (°C I 30 -i--
t 2 3 <, 5 6 7 8 9 10 It
Slika t. Razlika med temperaturo vlivanja in likvidusom.
Figure 1. The difference betvveen casting temperature and liquidus temperature.
3	Hitrost vlivanja
Hitrost vlivanja izberemo glede na temperaturo taline v vmesni ponovci, saj nam pri večjih pregretjih manjša hitrost litja omogoča, da je strjena skorja žile ob izstopu iz kokile dovolj debela, da se ne pretrga. Čim više nad temperaturo likvidusa je temperatura litja, tem manjša mora biti hitrost litja. Hitrosti litja za jekla z. C nad 0.25% so prikazane na sliki 2. Iz primerjav slike 1 in 3 je razvidno, da je pri višjih temperaturah pregretja izbrana manjša hitrost vlivanja.
Na sliki 3 je prikazan vpliv hitrosti vlivanja na debelino skorje ob izstopu iz kokile. Na sliki 4 je prikazana debelina skorje ob izstopu iz kokile za preiskovane šarže, ki znaša od 22 do 25 mm.
4	Livni prašek
Na površino litih slabov ima velik vpliv tudi livni prašek, ki ima naslednje naloge:
•	zaščita taline pred oksidacijo,
•	toplotna izolacija,
•	sprejemanje in raztapljanje nekovinskih vključkov,
-1-1-1-1-
DOLŽINA KOKILE 700 mm
„ . INGOTI □ ■
0 m 0 ,4 0,6 0,6 1 1,0 1,2 1,4 1.6 1.8 2,0 2,2 HITROST LITJA (m/min)
Slika 3. Vpliv hitrosti litja na debelino strjene skorje.
Figure 3. The influence of the casting speed on the thickness of the solidilied shell.
hitrost litja (m/min) 1 -
Slika 2. Hitrost vlivanja jekla. Figure 2. Casting speed of stecl.
viskoznostjo. Pri jeklih z nizkim ogljikom, kjer je krčenje večje, uporabimo bolj tekoč livni prašek, da zapolnimo režo med žilo in kokilo. Poleg tega ima pomembno vlogo tudi vsebnost ogljika v prašku, posebno pri nizkoogljičnih jeklih, kjer obstoji nevarnost naogljičenja. Poleg ogljika je pomembna tudi vsebnost AbO?, saj njeno povečanje do približno 15% vodi do močne spremembe viskoznosti. Viskoznost močno naraste, zaradi tega se povečuje možnost nastanka vzdolžnih razpok zaradi povečanega trenja (slika
5).
Slika S. Vpliv Al:Oi v prašku na viskoznost praška in na pojav vzdolžnih napak.
Figure S. l"he influence of Al;o< in the casting powderon the viscosity of the pouder and the longitudinal cracks.
debelina strjene skorje (mml
26 r
25 ' 24 23 22 21 - = 20 Le^
1
_r^p——KjH—— jI_F^pl_ _tf
11
2 3 4 5 6 7 8 9 10
Slika 4. Debelina skorje ob izstopu iz kokile. Figure 4. The thickness of the solidilied shell at the end of the mold.
•	mazanje med žilo in kokilo ter
•	zagotovitev enakomernejšega prenosa toplote med žilo in kokilo.
Tem nalogam zadostimo z. izbiro livnega praška s pravilno temperaturo sintranja, nataljevanja, taljenja in
5	Hlajenje v sekundarni coni
Hlajenje v sekundarni coni ima tudi pomembno vlogo pri kontinuirnem litju, saj nepravilno hlajenje vpliva na strukturo strjevanja in na nastanek površinskih napak. Na napravi za kontinuimo litje v jeklarni Bela dela sistem hlajenja s pršenjem vode skozi širokokotne šobe. Ta sistem hlajenja ima določene slabosti, kot je npr. neenakomerno hlajenje, kar vodi do lokalnih podhladitev in s tem do nastanka površinskih napak. Poleg tega je pri tem sistemu velika poraba vode, ki znaša od 0.6 do 1.1 l/kg vlitega jekla. Zaradi teh pomankljivosti sistema hlajenja tudi v jeklami Bela načrtujejo uvedbo sistema hlajenja voda-zrak, kjer se v šobi pomešata voda in zrak in tvorita curek zelo drobnih vodnih kapljic, ki enakomerneje prekrijejo površino lite žile. Poraba vode se v tem primeru zmanjša na 0,2 l/kg litega jekla. Na sliki 6 je prikazana primerjava med obema sistemoma hlajenja glede na temperaturo površine žile.
6	Ukrepi za izboljšanje kakovosti slabov
Pri jeklih za elektro pločevino in za globoki vlek je kakovost slabov v predpisanih mejah, medtem ko se pri konstrukcijskih jeklih (npr.: C.0451, C.0562) pojavljajo površinske napake in sicer so največkrat na robovih. Za odpravo teh napak in za izboljšanje kakovosti slabov bi naprava za kontinuimo vlivanje potrebovala naslednjo dodatno opremo in izboljšave:
• rekonstrukcija vmesne ponovce z vgradnjo pregrad, ki bi pripomogle k temu, da bi se zmanjšalo število nekovinskih vključkov.
ODDALJENOST OD MENISKUSA ( m )
Slika 6. Temperaturne krivulje za sistem hlajenja z vodo in voda zrak.
Figure 6. The temperature curves for the water cooling system and air mix svstem.
•	naprava za avtomatsko vlivanje, ki kontrolira nivo taline v kokili. Zaradi prevelikega nihanja nivoja taline dobimo vlivni prašek tik pod površino slaba.
•	merjenje temperature slaba do cone ravnanja bi nam omogočalo sprotno regulacijo hitrosti litja in količine vode v coni sekundarnega hlajenja, kar bi preprečilo nastanek napak na površini. Z matematičnim modelom strjevanja smo ugotovili, da se slab debeline 200 mm strdi po 470 sekundah. Na sliki 7 je prikazan izračun krivulj likvidusa in solidusa za preiskovano jeklo. Na sliki 8 pa je grafično podana temperatura površine in sredine slaba do mesta rezanja.
•	hlajenje s sistemom voda-zrak, ki je opisano v poglavju 5, hlajenje v sekundarni coni.
•	naprava za kontroliranje prh, ki pokaže celotno sliko hlajenja v sekundarni coni, iz katere je razvidno, če katera od prh ne deluje. S tem se izognemo bočenju slabov in površinskim napakam.
•	valjčni preizkuševalec kontrolira geometrijo naprave in medvaljčne razdalje. S to kontrolo je omogočeno litje slabov z zmanjšanim številom notranjih napak, katerih vzroki so nepravilna razdalja med valjčnicami, nepravilna konična nastavitev valjčnic v področju končnega strjevanja in nepravilna geometrija naprave.
Članek je izvleček iz diplomske naloge M. Kurbos izdelane v juliju 1991 na Odseku za metalurgijo—FNT Univerze v Ljubljani.
7 Literatura
1	Manessmann-Demag: Tehnologija kontinuirnega vlivanja, 1986
2	H. Schrewe: Stranggiessen von Stalil
Giessen und Erstarren von Stalil: Luxenburg 29.11. do 1.12.1977. Verlag Stahleisen m.b.H., Dusseldorf
4 Szekely„ Ilegbusa O.J.: The physical and mathematical modeling of tundish operations, MRE. New York 1989, page 1-52
Heaslip L.J.. Mclean A.. Sommerville I.D.: Continuous casting. Vol. 1. chemical and physical interactions during transfer operations, AIME 1983. pages 67-97
0 1111 n 1111111 m 11 1111 n 11 li 1111111111111 j 111111 1111111111111 0 100 200 300 W 500 600
ČAS (s)
Slika 7. Profil strjevanja. Figure 7. The solidification profile.
6 Iwata K and coop.: Clean steel production using large sec-tion bloom caster (on the effect of tundish heater, damm, cover slag & secondary refining) 1. European conference on continous casting, Florence, Italy 1991, pages 2145-1152
Mauhar M.A.: Filtration on nonmetallic inclusions in the tundish, Steel technology International. London, 1989. pages 201-206
8 Sahai Y.. Ahuja R.: Fluid flow and mixing of melt in steelmaking tundishes, Ironmaking and Steelmaking, Vol. 13. 1986, No. 5, pages 241-247
< CE
< cc
LU Q-
2:
0 5 10 15 20 25 30 35 « RAZDALJA OD MENISKUSA m
Slika 8. Temperatura na površini in v sredini slaba. Figure 8. Temperature on the surface and in the middle of the slab.