Скрытый брак слябов при непрерывной разливке: 4 вида и методы устранения

Как распознать и устранить четыре основных внутренних дефекта сляба на МНЛЗ

Непрерывная разливка стали — это высокотехнологичный процесс, где доля секунды решает судьбу готового проката. Однако даже при идеально настроенном оборудовании операторы сталкиваются со скрытыми дефектами. Эти дефекты не видны на поверхности сляба, но превращаются в расслоения и трещины на листе после прокатки. Ниже приведен список четырех самых коварных видов внутреннего брака и проверенные методы борьбы с каждым из них.

1. Осевая пористость и ликвация в центральной зоне сляба

   Суть дефекта заключается в формировании рыхлой структуры по центру заготовки. Это происходит, когда жидкая сталь в последней фазе кристаллизации не может компенсировать усадку. В результате появляются микропустоты, а вокруг них скапливаются примеси — в первую очередь сера, фосфор и углерод.

   Центральная ликвация особенно опасна для трубных марок стали. Металлографы видят на микрошлифе темные точки и полосы, которые при прокатке превращаются в разрывы сплошности. Механические свойства такого листа катастрофически падают в поперечном направлении.

   Главная причина брака — перегрев металла выше оптимальных значений. Чем выше температура в промковше, тем глубже проникает «жидкая ванна» в кристаллизаторе. Также на дефект влияет скорость разливки. Резкое увеличение скорости не позволяет осевой зоне получить достаточное питание жидким металлом.

   Для устранения осевой пористости применяют технологию «мягкого обжатия». Это когда ролики тянущей клети сжимают сляб в зоне окончательного затвердевания. Сила обжатия подбирается по математической модели для каждой конкретной марки стали. Дополнительный эффект дает снижение содержания серы до 0,005% и использование редкоземельных металлов для модификации неметаллических включений.

   Не менее важно соблюдать тепловой режим. Разница температур между промковшом и кристаллизатором не должна быть хаотичной. Современные системы термоконтроля позволяют стабилизировать перегрев в диапазоне 20-30 градусов выше ликвидуса, что гарантирует плотную осевую зону.

2. Внутренние продольные трещины в подкорковой зоне

   Этот дефект обнаруживают только после травления толстого темплета или ультразвукового контроля. Трещины ориентированы вдоль оси разливки и находятся на глубине 10-30 мм от поверхности сляба. Внешне же заготовка может выглядеть абсолютно гладкой и здоровой.

   Механизм образования связан с неравномерным ростом корочки в кристаллизаторе. Когда оболочка сляба слишком тонкая или имеет перепады по толщине, ферростатическое давление жидкой стали разрывает еще неокрепшие дендриты. В зону разрыва затекает обогащенная ликватами жидкая фаза, и трещина залечивается некачественным металлом.

   Ключевой фактор риска — пульсация мениска в кристаллизаторе. Любые колебания уровня стали приводят к подплавлению корочки. Второй важный момент — это кривизна сляба в зоне вторичного охлаждения. Неправильная настройка роликов создает изгибающие напряжения, которые раскрывают зародившиеся микротрещины.

   Методы устранения делятся на технологические и механические. Технологические включают точную настройку системы автоматического поддержания уровня металла в кристаллизаторе. Чем меньше амплитуда колебаний шлакообразующей смеси, тем однороднее корочка. Допустимая погрешность — не более ±3 мм.

   Механическая коррекция заключается в правильной настройке роликовой проводки. Особенно важен так называемый «конус» секций — плавное сужение технологического зазора. Контроль усилия прижатия роликов позволяет убрать микроизгибы, которые провоцируют трещинообразование в мягкой подкорковой зоне.

   

3. Точечная и строчечная загрязненность неметаллическими включениями

   Речь идет не о поверхностных плена, а о глубинных включениях, которые остаются незамеченными при обычном визуальном осмотре. Эти дефекты представляют собой глобули сульфидов, нитридов и алюминатов, сгруппированных в цепочки или россыпи. При горячей прокатке они не деформируются вместе с металлом, а образуют разрывы.

   Источник включений — продукты раскисления стали алюминием. Если процесс раскисления проведен не полностью, глинозем остается в виде твердых частиц размером 5-50 микрон. Вторая причина — захват шлака из промковша или кристаллизатора из-за неправильной организации потоков металла. Турбулентность струи вовлекает шлаковую эмульсию вглубь сляба.

   Современный метод борьбы — это электромагнитное перемешивание жидкой ванны. Установка ЭМП в кристаллизаторе создает вращательное движение металла, которое вымывает легкие включения к мениску. Там они поглощаются шлакообразующей смесью и удаляются с коркой. Без такого перемешивания плотность загрязнения возрастает в 5-7 раз.

   Дополнительным решением является оптимизация конструкции погружного стакана. Форма выходных отверстий, угол наклона и глубина погружения напрямую влияют на характер течения. Асимметричный поток — главный враг чистоты металла. Современные стаканы с наклонными каналами под углом 15-20 градусов значительно снижают вероятность шлакозахвата.

   Отдельного внимания заслуживает футеровка промковша. Использование плавневых плавленых заполнителей и строгий контроль состава шлака позволяют нейтрализовать потенциал поглощения неметаллической фазы из расплава. Это снижает общее количество включений на 30-40% без изменения скорости разливки.

4. Усадочные раковины и микрорасслоения в объеме сляба

   Это наиболее опасный вид брака, так как он зачастую не выявляется даже при ультразвуковой дефектоскопии на ранних стадиях. Раковина представляет собой полость неправильной формы, заполненную рыхлой ликвационной структурой. При прокатке полость не заваривается, а сплющивается, образуя внутреннее расслоение листа.

   Механизм образования связан с нарушением последовательности кристаллизации. В идеале фронт затвердевания должен двигаться равномерно от стенок к центру. Если же внутри сляба возникает «мостик» — участок преждевременно сомкнувшихся дендритов, — то ниже этого мостика жидкий металл изолируется от питания. Он застывает последним, не имея возможности восполнить усадку.

   Стабильность скорости вытягивания — краеугольный камень профилактики этого дефекта. Резкие торможения и ускорения машины непрерывного литья заготовок приводят к неравномерному росту корочки. Даже кратковременная пауза в движении может спровоцировать образование очага усадочной раковины.

   Ключевой метод устранения — внедрение адаптивной системы динамического обжатия с обратной связью. Датчики давления и температуры по длине зоны кристаллизации передают данные в модель. Система в реальном времени вычисляет точку полного затвердевания и принудительно сжимает сляб именно в этой зоне, закрывая раковину пластической деформацией.

   Также помогает коррекция конусности кристаллизатора. Оптимальные значения конусности для разных сечений слябов давно рассчитаны. Но практика показывает, что эти значения необходимо корректировать при переходе на новую марку стали. Марки с высокой концентрацией углерода требуют более агрессивного конуса, чтобы компенсировать большую усадку в первичной зоне охлаждения.

   Нельзя забывать и про стабильность химического состава. Нестабильное содержание ниобия, ванадия или титана влияет на температуру солидуса. Если расчетная модель оперирует одними значениями, а реальный расплав имеет другие, то зона обжатия не попадает в хвост жидкой фазы. Регулярный экспресс-анализ состава на финишной стадии внепечной обработки решает эту проблему.

Какие 4 вида скрытого брака наиболее часто встречаются при непрерывной разливке слябов?

К основным видам скрытого брака относятся: 1) осевая ликвация и пористость (обогащение центральной зоны примесями и неметаллическими включениями); 2) трещины (поверхностные, подповерхностные, транскристаллитные, связанные с термическими и усадочными напряжениями); 3) неметаллические включения (шлаковые, огнеупорные, экзогенные и эндогенные), а также 4) расслоение (нарушение сплошности металла в плоскости деформации, обусловленное газовыми пузырями или инородными частицами).

Как устранить осевую ликвацию и пористость в слябах?

Методы устранения включают: использование мягкого обжатия (soft reduction) в зоне окончательного затвердевания; оптимизацию скорости разливки и перегрева стали; применение электроактивации и электромагнитного перемешивания (M-EMS, F-EMS); снижение содержания серы и фосфора до минимальных значений, а также контроль содержания водорода.

Какие меры предотвращения трещин при непрерывной разливке слябов наиболее эффективны?

Основные меры: поддержание строгого теплового режима кристаллизатора (равномерная смазка шлаком, контроль конусности гильзы); избегание резких колебаний скорости литья; применение «мягкого» обжатия; использование закалочных секций для предотвращения транскристаллитных трещин; оптимизация состава шлакообразующей смеси (уменьшение вязкости и температуры солидуса); контроль уровня и формы мениска.

Как бороться с неметаллическими включениями в процессе непрерывной разливки?

Эффективные методы: тщательная рафинировка стали (обработка в ковше-печи, вакуумирование, продувка аргоном) — до 70% включений удаляется на внепечном этапе; поддержание высокой чистоты шлакообразующей смеси; защита струи от вторичного окисления («длинная» погружная воронка); оптимизация геометрии погружного стакана (для спокойного потока); увеличение времени выдержки в промежуточном ковше (promotion of inclusion flotation).

Каковы методы выявления и устранения расслоения слябов?

Для обнаружения расслоения используют ультразвуковой и рентгеновский контроль, а также травление макротемплетов. Устранение достигается: полной дегазацией стали (вакуумирование для снижения газов); контролем влажности шлакообразующих смесей и огнеупоров; предотвращением захвата воздуха в струе (погружные сопла); корректировкой технологии раскисления (изменение количества и формы Al-окидов); применением электромагнитного торможения (EMBr) для успокоения потоков в кристаллизаторе.