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1、2007 年炉外精炼年会论文集 2112007 年 7 月 Ladle Refining 2007 Annual Meeting Proceedings July.2007高碳钢连铸坯偏析问题的分析与探讨曾四宝 1,2) 李洪波 1,2) 包燕平 1) 刘建华 1) 韩丽娜 1)1)北京科技大学冶金与生态工程学院; 2）济南钢铁集团石横特殊钢厂摘 要 本文针对石横特殊钢厂 R9m 连铸机生产 SWRH82B、GCr15 等高碳钢连铸坯的偏析问题，分析讨论了钢水过热度、拉速、二次冷却强度和组合式电磁搅拌对连铸坯碳偏析影响，并对中心碳偏析问题提出了改善措施。关键词 偏析;钢水过热度;二次冷却强度;
2、拉速;电磁搅拌1 前言对高碳钢来说，由于碳含量较高造成导热性差、凝固区间大，连铸坯本身容易产生偏析、疏松和缩孔等缺陷。当前轴承钢连铸坯的控制水平普遍要求碳中心偏析指数1.15；钢帘线钢对碳偏析有更严格的要求，一般碳中心偏析指数1.05，否则在拉丝和扭转过程中容易引起断裂。最近十几年来，随着钢水二次精炼、保护浇注、二次冷却、电磁搅拌和轻压下等技术的发展，高碳钢连铸技术也相应得到发展。实际上，影响高碳钢连铸坯偏析的因素很多，如钢液过热度、二冷参数、拉速及电磁搅拌方式等。关于钢液过热度对偏析的影响，国内外冶金工作者进行过大量的研究，得出了明确的结论，即随着过热度的降低，连铸坯的偏析逐渐减轻。但是关于
3、电磁搅拌和二冷水量等对偏析的影响目前还有争议。通过统计分析石横特殊钢厂 2006 年 39 月份的生产情况和工艺变化情况，探讨了高碳钢(如 SWRH82B、 GCr15)连铸坯碳偏析的产生原因以及公司进一步改善碳偏析的途径，为工艺和装备优化、改进提供依据。2 连铸机基本参数流数：4 流;铸机半径：R9000/17500mm;流间距：1250mm ;结晶器长度：850mm;浇铸断面：150mm150mm;最大拉速：2.8m/min;电磁搅拌方式：M + FEMS;二次冷却方式：足辊水冷 0 段+气雾冷却1、2、3 段;浇铸钢种：碳结钢 20#、45#、40Cr、ML1035，20CrMo、高碳钢
4、 70#、80# 、72A、82B、GCr15焊条钢 H08A、H08Mn2SiA 等。3 试生产数据和结果分析从 2006 年 3 月份开始，针对高碳钢(如SWRH82B、GCr15)连铸坯碳偏析的问题，就钢液过热度、二冷参数、拉速及电磁搅拌方式等内容进行了调整，可以从以下几个方面进行对比分析：一是中间包钢液过热度、拉速、二冷强度对比；二是搅拌强度和搅拌方式对比。3.1 中间包温度对偏析的影响众所周知，中间包温度越高，钢液过热度越大，钢液的凝固时间越长，选分结晶时间越长，P、S、C 元素的偏析倾向越严重。一旦遇到高过热度钢液，即使降低拉速也难以使偏析合格。从最近几个月 SWRH82B 的温度
5、控制情况如下（见图 1）：7月 份 中 间 包 温 度 分 布 图2029371405101520253035401485-14901491-14951496-15001501-1505温 度 区 间 分布比例%212 2007 年炉外精炼年会论文集 2007 年 7 月8月 份 中 间 包 温 度 分 布 图37 32241605101520253035401485-14901491-14951496-15001501-1505温 度 区 间 分布比例%9月 份 中 间 包 温 度 分 布 图28502201020304050601485-14901491-14951496-1500温 度
6、区 间 分布比例%图 1 2006 年 7-9 月份 SWRH82B 中间包温度分布图表 1 2006 年 7-9 月份 SWRH82B 中间包温度与偏析情况月 份 7 8 9 备注中间包温度148515051495148515051495148515001493分子为控制范围，分母为平均值碳偏析合格率% 67.547.553.5836.056.061.00.961.08 比例，分子为二流，分母为四流与图 1 对应月份的温度水平和碳偏析合格率见表 1从图 1 和表 1 可见：（1）7、8、9 月份的温度控制范围相当，平均水平基本一致，但是分布规律大相径庭，8月份的中间包温度没有体现“两头小，中
7、间大”的分布特点，说明集中度偏低，温度控制被动因素多，造成前期温度偏高、后期温度偏低，这与 8 月份的生产、设备不顺行有密切关系，这些因素使偏析合格率下降。（2）其次，9 月份的中间包温度分布集中度高，表明全流浇注率高，过程处于受控状态。同时也证明，边流与中间流的拉速适当差异可以在一定程度上改善中间包温度场。这使得二流、四流的偏析合格率差异缩小。3.2 不同温度下拉速匹配对偏析的影响低过热度、慢注速已经成为冶金行业浇注高碳钢的共识，但是各企业的工艺装备和工艺流程不同使得各企业不得不考虑生产节奏的匹配、铸坯规格和质量的保证。在生产过程中，往往需要注温和注速的结合，但是也不宜在一炉钢浇注过程中拉速
8、频繁调整，实际上，只要中间包前中后期温度差异小，拉速才能实现稳定。所以各钢厂都在加强大包、中间包的保温，上钢五厂、杭钢电炉厂、无锡华润的保温都堪称典范。石横特殊钢厂在生产 GCr15 时从 7 月份以来也实行了双重保温，从制定工艺卡时明确了温度与拉速的匹配关系，取得了明显效果，见表 2、3。表 2 连铸生产 GCr15 中间包温度与拉速匹配关系区 间 备注中间包温度 14891495 14811488 14751480 区间主要针中间包对第 1 包拉速 m/min 1.451.54 1.551.64 1.651.70在采取加强钢包、中间包保温和 VD 工序稳定精确控制温度的措施下，降低钢液过热
9、度，稳定拉速成为可能。从表 3 可见 2006 年 69 月份生产 GCr15 的结果：与 6 月份对比大包温度降低了 5.6，中间包温度降低了 6.2，浇注过程温差越来越小，整炉钢水浇注过程拉速波动0.10m/min。2007 年炉外精炼年会论文集 2132007 年 7 月 Ladle Refining 2007 Annual Meeting Proceedings July.2007表 3 2006 年 7-9 月份生产 GCr15 大包、中间包温度与拉速匹配对偏析影响月 份 6 月底 7 月底 9 月初 备注大包温度 151015291523 151515281520 15101527
10、1517.4 第一包除外，分子为控制范围， 分母为平均值中间包温度1491.15121490.63101484.917第一包除外，分子为平均值，分母为前中后期温差拉速m/min1.401.751.561.451.651.531.51.71.56第一包除外，分子为控制范围，分母为平均值碳偏析合格率% 31.5831.58 39.1333.33 58.3329.17 分子为 0.961.08 比例，分母为 1.091.15 比例当然，如果中间包后期温度很低，单纯提高拉速，会来不及补缩，产生缩孔。取样分析表明，生产 GCr15 时，中间包温度低于 1475，拉速 1.80 m/min 情况下浇注，会
11、使铸坯产生大量的缩孔超级。图 2、图 3 对比了 2006 年 69 月份生产GCr15 偏析的变化情况5.2631.58 31.58 31.582.90 5.5658.3329.176.9424.6433.3339.130.020.040.060.080.0 0.95 0.96-1.08 1.09-1.15 1.16范围比例 %6 月份 7 月份 9 月份图 2 2006 年 6、7、9 月份 GCr15 碳偏析各级比例图 3 2006年 6、 7、 9月 份 GCr15碳 偏 析 统 计 指 标1.11 1.26 0.950.0811.11.360.891.240.870.0700.090
12、1.0700.511.5平 均 最 大 最 小 标 准 偏 差衡 量 指 标偏析指数6 月 份 7 月 份 9 月 份图 3 2006 年 6、7、9 月份 GCr15 碳偏析统计指标3.3 二次冷却强度对偏析的影响 二次冷却的主要任务：（1）控制坯壳出结214 2007 年炉外精炼年会论文集 2007 年 7 月晶器后继续降温、长厚，确保不漏钢、不产生裂纹、不鼓肚、不脱方，保持规范良好的外部质量；（2）控制连续致密的内部质量，要求偏析、疏松级别合格，不得有缩孔、裂纹。高碳钢因其导热性差，过强的冷却容易产生裂纹，一般强调弱冷。但并非冷却强度越小越好，对于没有轻压下设备的连铸机一般要求进入拉矫机
13、前完成凝固，否则不利于补缩；为了获得更大面积的等轴晶区，通常讲究“热行” 。二炼钢的水质经历了 3 个月的治理过程，水质逐步好转，优化了喷嘴选型，加强维护水冷系统，考虑到铸坯的低倍综合质量，配水曲线逐步调整。石横特殊钢厂在2006 年 39 月份已经试验了不同的二次冷却强度，归纳为表 4。表 4 连铸生产 SWRH82B 时不同二冷比水量的偏析情况比水量 L/kg 0.35 0.40 0.45 备注SWRH82B 偏析合格率 % 55.26/12.5 / 76.32/75 最大/最小2006 年 3 月份以来实践表明，并不是二冷水量越小越好；在过热度控制较低的条件下，在保证低倍的缩孔、疏松级别
14、合格的前提下，尽量缩短凝固时间，对减轻偏析是有利的。例如在 2006 年 3、4、6 月份分别生产的 43 炉、49 炉、46 炉 SWRH82B，统计的结果来看，应用 5#配水曲线，虽然温度、拉速较高（如表5），但偏析的合格率却也高，见图 2、图 3。表 5 连铸生产 SWRH82B 时不同月份的温度拉速匹配不同月份 中间包温度 拉速 m/min 备注3 月份、15011510、14941500、14881493、 1.601.70、 1.711.80、 1.811.90类通常为中间包第一包，以类为主(下同)4 月份、15011515、14941500、14831493、 1.551.65、
15、 1.661.75、 1.761.85同上6 月份、15011510、14941500、14881493、 1.501.60、 1.611.70、 1.711.80同上图 4 2006年 3、 4、 6月 份 SWRH82B碳 偏 析 各 级 比 例21.0576.322.63 0.006.12 8.1675.008.33 5.5610.2075.5111.110.0020.0040.0060.0080.00100.00 0.95 0.96-1.08 1.09-1.15 1.16范 围比例%3月 份 4月 份 6月 份图 4 2006 年 3、4、6 月份 SWRH82B 碳偏析各级比例从图4、图5可见，3月份由于温度偏高、拉速较快，出现了21.05%的负偏析超标（偏析指数0.95） ，因而使整批平均偏析指数水平为0.99。4月份同样温度水平、拉速较3月份降低了July.2007 2007 年炉外精炼年会论文集 2150.05m/min，使负偏析超标比例降低到6.12%，但正偏析超标比例增加，出现了18.36% 的正偏析超标（偏析指数1.09） ，因而使整批平均偏析指数水平为1.05。6月份基本稳定了各级偏析比例。图 5 2006年 3、 4、 6月 份 SWRH82B碳 偏 析 统 计 指 标0.99 1.12 0.890.0451.051.310.931.021.190.92
