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1、 冶金之家网站小方坯连铸生产 SWRH82B 工艺实践孔祥涛 1，周德 1，陈宏 2，孙齐松 1，王立峰 1(1首钢技术研究院，北京 100043；2首钢第二炼钢厂，北京 100041)摘 要：首钢大规格高强度 SWRH82B 盘条用户在加工过程中脆断严重，跟铸坯低倍角裂和皮下裂纹和盘条网状组织有关。经调查发现季节气温差异，导致铸机结晶器和二冷冷却强度相对较强。通过调整结晶器冷却水水量、二冷水比水量、更换性能合适的保护渣，产品质量达到大方坯工艺同等产品的质量要求。关 键 词：大规格高强度 SWRH82B；脆断；铸坯角裂；二冷冷却首钢采用 160mm160mm 小方坯连铸工艺生产直径 14016
2、0mm、抗拉强度大于1200MPa 级别 SWRH82B 热轧高碳钢盘条。2008 年 6 月增加铸机末端电磁搅拌设备，来改善高碳钢铸坯中心碳偏析问题。采用“三高”路线：高过热度、高强冷、高拉速 1，促进柱状晶生长，以消除中心偏析。二冷采用 12Lkg 比水量，拉速由原来 16mmin 提高到 18mmin。经过一段时间运行后，碳偏析指数平均值由原来的 114 以上降到 108以下，铸坯缩孔评级得以改善，对应盘条的面缩率也有所改善 2。天津用户反映首钢 2010年冬季生产 15mm 规格 SWRH82B 盘条在酸洗后放线、拉拔、刻痕过程均有不同程度的脆断现象，尤其在放线和刻痕过程断丝严重，要求
3、赔偿经济损失。经调查发现季节气温差异，导致铸机结晶器和二冷冷却强度相对较强，导致铸坯反复温升，多次发生相变导致铸坯低倍裂纹产生。通过调整结晶器冷却水水量、二冷水比水量、更换性能合适的保护渣，产品质量达到大方坯工艺同等产品的质量要求。1 铸机主要设备参数铸机主要设备和工艺参数见表 1、2。2 问题的提出用户反应 2009 年 11 月至 2010 年 1 月期间生产 SWRH82B1SG 盘条断丝特别严重，要求经济赔偿。SWRH82B 盘条经过酸洗磷化拉拔刻痕稳定化处理成盘工序制作成 100mm 规格 1570MPa 级别刻痕螺旋类预应力钢棒，应用于中国正在兴建的 350公里小时高速铁路 CRT
4、S(China Rail Transit System) 型无砟轨道板预应力结构件，是高速铁路无砟轨道系统荷载耐疲劳寿命的最关键结构部件之一。用户对盘条抗拉强度不仅要求高，而且对断丝率要求非常苛刻。抽查部分炉次的铸坯低倍检发现：铸坯出现角部裂纹和皮下裂纹评级。对部分炉次的铸坯进行了低倍检验，并对铸坯出现的角部裂纹和皮下裂纹进行了评级。铸坯低倍评级和典型形貌见表 3 和图 1 所示：2010 年 11 月份抽查炉次出现 05 级角裂评级；2010 年 12 月份与 2011 年 1 月份普遍出现 0520 级的角部裂纹评级和 05 级的皮下裂纹评级。 冶金之家网站3 铸坯裂纹成因分析钢水过热度、
5、拉速、二冷水量都会影响铸坯低倍缺陷，它们对中心缺陷具有互补性。在设备已定的情况下，根据所浇钢种优化 3 种工艺参数使其得到铸坯中心缺陷最小，这是工艺控制要解决的问题。用小方坯生产高碳钢，铸坯的中心缩孔和偏析状况对轧制线材产品质量有重要影响。要减轻或消除方坯内部缺陷，关键是控制铸坯柱状晶与等轴晶比例。从工艺上有两种截然不同的方法：1)传统方法：抑制柱状晶生长，扩大中心等轴晶区，采用“三低” 的路线：低过热度、低拉速、低水量。二冷不要太强，弱冷或中等冷却强度。拉速不要太高。2)新工艺：促进柱状晶生长，使铸坯完全形成柱状晶结构，以消除中心偏析，采用的“三高”路线：高过热度、高强冷、高拉速 3。二炼钢
6、 160mm160mm 小方坯连铸机的二冷区最大设计能力为 155Lkg，走新工艺路线：高过热度、高强冷、高拉速路线，铸坯可能带液芯矫直，增大铸坯产生皮下裂纹和中心裂纹的危险，这条工艺显然行不通。如果走传统方法工艺路线：低过热度、低拉速、低水量工艺路线，铸机拉速又没有办法降下来。而是决定采取既不同于强冷(二冷比水量1725Lkg)，又不同于弱冷 (二冷比水量 030 5Lkg)，而是采取 12Lkg的二冷比水量，拉速按照 18m min 进行控制。小方坯角部裂纹是在结晶器弯月面以下 250mm 以内产生，裂纹首先在固液交界面形成然后扩展。铸坯的角度为二维传热，凝固最快收缩最早，生产气隙，传热减
7、慢坯壳较薄， 冶金之家网站在鼓肚或菱变造成的拉应力作用下用于坯壳薄弱处而产生裂纹。铸坯的皮下裂纹是由于铸坯表面温度反复回升所发生多次相变，裂纹沿两种组织交界面扩展而形成的。北京冬季环境温度保持在10 20，相对于夏季炼钢车间环境温度 3040温度，外界温度相差4050。这些环境温度差因素会对铸机结晶器冷却水量冷却效果有很大影响。图 2 为夏冬季结晶器进出口水温差温度记录，从温差记录来看，冬季温度差要高于夏季，这说明冬季结晶器冷却强度相对要大些。加上冬季水温较冷，相同冷却水量的冷却效果造成结晶器相对强冷，造成首钢冬季生产 SWRH82B 出现轻微评级的铸坯低倍角部裂纹评级出现。同样道理，在二冷区
8、各段水雾效果在冬季要明显强于在夏季时期的冷却效果，造成铸坯表面冷却不均，反复温升温降发生多次相变，导致铸坯皮下裂纹产生。不论是铸坯的角部裂纹和皮下裂纹都纵贯于整个铸坯，长短不定，在轧制过程中很难完全愈合，会对铸坯质量造成很大影响。4 后续改进措施41 调整结晶器冷却水流量为了消除铸坯角部裂纹和皮下裂纹评级，在兼顾铸坯坯壳有合适厚度同时，把结晶器水流量做适当调整，使之保持结晶器冷却水入口水温与进口温差保持在 1012以内，保持结晶器相对“ 弱冷” ，以改善结晶器弯月面下 60mm 处钢液的导热情况，减少气隙厚度，改善结晶器铜板与坯壳之间导热均匀性。42 更换性能合适的保护渣高碳钢 SWRH82B
9、 使用的 FRK45 型保护渣属于低熔点、低粘度、低碱度类型保护渣，随着末端电磁搅拌使用，拉速提高，铸坯出现了皱皮、结疤等缺陷，这与结晶器传热效果不佳有关系。为提高铸坯质量，更换了新型的保护渣，由原来的 FRK45 改换成 GFH204B，其理化指标变化如下。与 FRK45 类型保护渣相比，GFH204B 具有较高熔点、粘度、碱度，文献认为高熔点、高粘度保护渣能够降低结晶器的热流，起到弱冷的作用，对消除铸坯内部裂纹有益处 4。 冶金之家网站43 调整二冷比水量调整二冷比水量由原来强冷(12Lkg) 变为中等强度比水量 (083Lkg)，使得铸坯凝固坯壳获得适合的温度场，铸坯产生最小热应力，避免
10、了角裂和皮下裂纹的产生。连铸坯低倍检验，角部裂纹和皮下裂纹评级消失。铸坯中心偏析检验表明无加重的趋势。5 结语经过工艺整改后，高强度大规格 SWRH82B 的产品质量有了很大的提高。2010 年 6 月份用户试用首钢 SWRH82B 盘条 600t，盘条酸洗、放线无脆断现象。盘条加工过程共发生断丝 3 次，盘条断丝率由原来的 68 次百 t，降为 0 5 次百 t，达到走真空、大方坯工艺同等产品的质量水平，2010 年累计产量达到 20000t，占全国市场份额 30。 冶金之家网站1)大规格高强度 SWRH82B 盘条断丝率偏高，冬季环境低温导致铸机结晶器冷却和二冷水冷却水强度相对偏高，造成铸
11、坯低倍出现角裂和皮下裂纹评级。在充分发挥铸机末端电磁搅拌降低铸坯中心偏析作用的同时，应充分考虑不同地域环境温度对铸机二冷区冷却效果的影响。2)通过调整结晶器冷却水水量，控制合适冷却水温差；更换性能合适的保护渣；调整合适的二冷水比水量等措施，铸坯低倍裂纹评级消失，铸坯中心偏析无加重趋势，产品百吨断丝率达到大方坯工艺同等产品质量水平。参 考 文 献：1 蔡开科连铸坯中心缺陷的控制现代连铸技术进展北京：冶金工艺出版社，2003：731002 汪洪峰，陈乃良，邹俊苏梅山 1 号连铸机二次配水工艺优化现代连铸技术进展北京：冶金工艺出版社，2003：243 HGSuzuki，SNishimura，JImanura et al TransISIJ，1984，24：544 李殿明，邵明天，杨宪礼连铸结晶器保护渣应用技术M北京：冶金工业出版社2008：99100
