低碳包晶钢连铸工艺设计及纵裂纹控制

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1、低碳包晶钢连铸工艺设计及纵裂纹控制马勤学(武汉钢铁集团公司)摘 要 重点论述了低碳包晶钢连铸时的特殊性引发的连铸坯纵裂纹问题,分析了此类纵裂纹缺 陷的特点及产生原因,根据武钢三炼钢厂在低碳包晶钢纵裂控制方面的生产实践,提出了浇铸低碳包晶 铸钢时的连铸工艺控制技术,取得了显著成效。 关键词 低碳包晶钢 纵裂缺陷的特点 连铸工艺设计 纵裂纹控制Design of Continuous Casting Technology for Low Carbon Peritectic Steel and Control of Longitudinal Cracks Ma Qinxue (Wuhan Iron

2、但在高(或较高)拉速浇铸时,则不然。纵裂纹是连铸坯常见的缺陷之一。连铸坯纵裂纹控制和预防是所有连铸生产厂必须面对且极为重要的质量管理工作内容。本文所论述的并非一般广义上的连铸坯纵裂纹控制,而是侧重于低碳包晶钢连铸时的特殊性引发的连铸坯纵裂纹问题;通过对此类纵裂缺陷的特点及产生的原因进行分析,结合武钢三炼钢厂在低碳包晶钢纵裂控制方面的经验教训,对浇铸低碳包晶钢时的连铸 工艺控制技术提出了新方案。该方案经武钢三炼 钢厂半年多的生产应用所取得的显著成绩证明是 行之有效的。2 低碳包晶钢的特殊性低碳包晶钢中的碳含量成分范围介于低碳钢 和包晶钢范围内,决定了此类钢种连铸时具有如 下特殊性:(1)实际碳成

3、分处于低碳钢(钢中w(C)0.08%范围时,其凝固过程中的体积收缩率相对较小, 产生纵裂的概率低,可采用高(或较高)拉坯速度浇 铸及与之相适应的其它连铸工艺条件进行生产。(2)实际碳成分处于包晶钢(钢中w(C) =0.09%0.15 %)范围时,由于在其凝固过程中发生L+ 转变,此时的体积收缩率较大,见图1。822000年 10月 第16卷 第5期炼 钢 SteelmakingOct. 2000 Vol.16 No.5图1 碳含量与钢热缩的关系若工艺或操作控制不当,产生纵裂的概率极 高;此时只可采用低(或较低)拉速浇铸及与之相 适应的其它连铸工艺条件。(3)上述两种碳成分与铸机拉坯速度、 纵裂

4、指数之间的关系见图2。图2 钢中C及拉速V对铸坯纵裂的影响由图2可以看出:(1)钢中C成分处于0.09 %0.15 %时(质量百分数)纵裂发生率最高; (2)连铸拉坯速度越高,铸坯表面纵裂发生率越高;(3)钢中C成分处于0.09 %0.15 %(质量百分数)时,随着铸机拉速的增加,铸坯纵裂发生 率的上升趋势显著增大。 由此可见,低碳包晶钢实际碳成分处于不同 含碳范围内,其连铸过程中的凝固特性有很大差 异。所以在低碳包晶钢的连铸过程中,理论上应根据钢中碳含量采用不同的连铸工艺技术标准。 然而,在实际生产中,同一钢种在连浇过程中根据 钢中碳成分的变化而及时相应变更连铸工艺参数(或条件)是不可能的。

5、连浇同一钢种采用同一连铸工艺技术标准是我们唯一的选择。因而,浇铸此类钢种时,若工艺标准选择不当或操作不当,均 会产生不良后果。3 低碳包晶钢纵裂缺陷及特点武钢三炼钢厂于1996年8月投产以后,在连铸低碳包晶钢时曾出现过因铸坯纵裂严重而造成 大量废品的问题。1998年712月,低碳包晶钢 因铸坯表面严重纵裂缺陷所产生的废品量占同期 纵裂废品总量的85 %左右,其代表性钢种与纵裂 废品量见表1。低碳包晶钢实际碳成分与铸坯纵裂关系见图3。图3 铸坯中C与纵裂废品率关系表1 典型低碳包晶钢纵裂废品量统计表钢种铸坯检查量/ t成品碳处于包晶钢范围比率/ %纵裂废品量/ t废品发生率/ %标准含碳范围/

6、%纵裂废品实际含碳范围(w)/ %Q195332866.0612.47362.8240.1090.060.120.090.12 09CuPTiRe54925.5911.81300.430.5470.060.120.090.12 SPHT- 134394.855.25133.4520.3880.050.100.090.10 合计796.719经观察后分析发现低碳包晶钢铸坯纵裂纹具 有如下特点:(1)因纵裂缺陷超标而被判为废品的铸坯,其碳成分均处在0.09 %0. 15 %(质量百分数)包晶钢范围内。 (2)纵裂纹所发生的部位均在铸坯表面中间区域(即与中包浸入式水口相对应的铸坯中心及 其附近表面)

7、。(3)铸坯纵裂缺陷程度严重且无法清理而判废的比率高。上述问题的产生与连铸工艺设计和浇铸操作 控制有着密切关系(如钢中碳实际成分控制、 拉速92马勤学:低碳包晶钢连铸工艺设计及纵裂纹控制等)。针对出现的这些问题,必须采取相应的对策 和技术措施加以解决。4 连铸工艺改进武钢三炼钢厂投产以来,开始对低碳包晶钢的特殊性认识不够,在制定该类钢的连铸工艺技 术标准时,忽视了可能引发的质量问题,因而造成 一定时期内产生了大量严重纵裂缺陷,无法处理 而成为废品。为了尽快有效地解决上述问题,通 过深入分析低碳包晶钢碳成分处于不同范围时的凝固特点及差异性,并结合原有的生产实际经验及 教训,对原低碳包晶钢的连铸工

8、艺标准进行了重新 设计。新、 旧两种连铸工艺标准的对比如表2。表2 低碳包晶钢新、 旧连铸工艺标准对比连铸工艺 项目名称新(改进后) 标 准旧(改进前) 标 准碳含量内控范围 及目标w(C)/ %范围:0.060.08 目标:0.07范围:0.070.09 目标:0.08最大拉坯速度/ mmin- 1碳内控时:1.4 碳超内控:1.2碳内控时:1.6 碳超内控:1.4结晶器保 护渣类型采用中碳钢专用渣 CK- 2或ST - SP/ 3R采用低碳钢专用渣 CK- 1或XLD - W1结晶器冷却强度弱强二次冷却强度/Lmin- 1比水量:0.70比水量:0.82在此基础上,加强了连铸关键工序环节的

9、操 作和设备维护管理,如:中包浸入式水口的插入深度、 大包保护浇铸、 结晶器液位控制及稳定性、 结 晶器铜板质量等。同时提高低碳包晶钢的成品碳 成分命中率,减少碳成分处在包晶钢范围内的频 次。 改进后的低碳包晶钢连铸工艺标准与低碳钢和包晶钢的区别见表3。表3 低碳钢、 低碳包晶钢和包晶钢连铸工艺标准对比连铸工艺 项目名称低碳钢低碳包晶钢包晶钢钢中碳内控范围 w(C)/ %0.080.050.140.080.14不同厚度铸坯最大 拉坯速度/ mmin- 1230mm:1.6 250mm:1.4230mm:1.4 250mm:1.2230mm:1.3 250mm:1.2结晶器保护渣类型低碳钢用渣中

10、碳钢用渣中碳钢用渣结晶器冷却强度宽面 单侧/Lmin- 1强弱弱二冷冷却强度比水量/Lmin- 1(强)0.82(中)0.70(弱)0.64从表3(实际应用的结果)可以看出:由于低碳钢和包晶钢采用了与其特性相适应的连铸工艺 技术标准,使其铸坯质量得到了良好的控制。而 低碳包晶钢采用其任何一种,均有其缺陷性(采用 低碳钢工艺标准铸坯质量无保证,采用包晶钢工 艺标准铸机生产能力下降)。5 工艺改进效果通过上述工艺改进并应用于连铸生产后,在 低碳包晶钢的铸坯表面纵裂纹控制取得了显著的 成效。1999年16月份与改进前的1998年712月份比较结果见表4。对于Q195 ,工艺改进前 后铸坯纵裂实际发生

11、率比较见图4。图4 Q195改进前不同含碳量纵裂发生率比较表4 1999.16月与1998.712月的结果比较钢 种铸坯检查量/ t成品w(C)处于包晶钢范围比率/ %铸坯纵裂废品与改进前比较产生量/ t发生率/ %产生量/ t纵裂发生率/ %纵裂废品发生率降低幅度/ % Q1955807333.1169.6880.012- 293.136- 0.9789.00 09CuPTiRe715252.6245.7760.064- 254.667- 4.8388.30 SPHT- 1514801.075.1480.010- 128.304- 3.7897.42 合计120.612- 676.107(下

12、转第50页)03 炼 钢 2000年第5期4. 3 有利于脱磷 由于铺底石灰提前加入及炉渣泡沫化程度高,流动性好且不断吹氧搅拌钢液炉渣,大大增加 了钢渣接触面积,极利于氧化渣脱磷反应进行。 唐钢冶炼实践证明,只有少数炉次熔清时分析磷 在0.030 %以上,一般来说,磷都能小于0.020 %。表2 采用泡沫渣埋弧冶炼新工艺与原工艺主要指标对比项目冶炼电耗 / kwht- 1冶炼时间 / min熔清磷 / %扒渣磷 / %综合成本 比较 /元t- 1原工艺516.082380.0410.0220 新工艺498.522170.0280.017- 21.08注:以上数据是50炉样本的加权平均值。综合成

13、本比较是一个相对数。5 结论及今后努力的方向(1)该工艺比原工艺吨钢综合成本降低21.08元,包括冶炼电耗降低,渣料的减少及劳动 生产率的提高等方面。(2)该工艺只需掌握好渣料成分配比、 配碳关系、 吹氧技术及配电制度,不需增加设备投资,简 易可行。(3)该工艺适用于不同功率和不同吨位电弧炉。参考文献1 徐增启.炼钢过程中泡沫渣.钢铁研究,1989 ,(8) :9152 朱 孚,马翠喜,电弧炉吹氧脱碳与泡沫渣工艺.工业加热,1996 ,(5) :32343 彭朝晖,肖中立,刘慧,等.采用发泡剂电炉泡沫渣炼钢工艺研究.钢铁,1996 ,(4) :27304 马廷温.电炉炼钢工艺技术与节能降耗.北

14、京:石油工业出版社,1993:283287(收稿日期:2000 - 05 - 06)(上接第30页) 上述结果显示:对低碳包晶钢连铸工艺的改 进是合理的,改进后的效果是显著的。目前低碳 包晶钢纵裂纹发生率虽然较低,但仍有发生,基本 上产生于每个浇次第一次的第一块铸坯上,这可能与连铸第一炉开浇时操作的不稳定性有关。是 今后须加以解决的问题。6 结 语低碳包晶钢根据成品不同碳含量,其凝固过程中的体积收缩率差别较大,使低碳包晶钢具有 低碳钢和包晶钢的二重性。因而在制定连铸工艺 标准和连铸操作等方面应充分考虑这一特性。(1)低碳包晶钢连铸时的设计拉速应介于低碳钢和包晶钢之间。 (2)低碳包晶钢应采用相

15、对较弱的一、 二冷却制度。(3)低碳包晶钢冶炼时,应尽可能地将钢中碳含量w(C)控制在低碳钢的范围内。(4)采用碱度、 粘度相对较高的结晶器保护渣,有利于其铸坯表面质量的控制。 (5)稳定连铸操作(中包水口插深度、 结晶器钢液面的稳定性等)是控制低碳包晶钢铸坯质量 的又一重要因素。在连铸工艺标准制定及连铸工序操作均符合 低碳包晶钢的特性要求时,低碳包晶钢的铸坯纵 裂问题就可以控制在较低的水平上。(收稿日期:2000 - 02 - 16)河南王封铁合金厂广告更正启事河南王封铁合金厂广告(炼钢 杂志彩色插二)中 “铁合金炉总装机容量2 500 kVA” 有误, 应为 “铁合金炉总装机容量25 000 kVA” 。 特此更正!(河南王封铁合金厂)05肖连华等:电弧炉泡沫渣埋弧冶炼的实践与探讨