01興澄特殊鋼連鑄技術(shù)概述9-19

01興澄特殊鋼連鑄技術(shù)概述9-19俞亞鵬，李國(guó)忠，繆新德（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江陰214432）摘要：有關(guān)于一般碳素鋼，專門鋼對(duì)鋼的純潔度、氣體含量、夾雜物、低倍組織、表面質(zhì)量等有較高要求，連鑄生產(chǎn)有較大難度。本文介紹了興澄公司連鑄生產(chǎn)專門鋼的有關(guān)技術(shù)。包括愛護(hù)澆注、流場(chǎng)優(yōu)化、減輕偏析等方面的措施，對(duì)業(yè)界關(guān)注的興澄公司實(shí)踐的前沿技術(shù)：中間包感應(yīng)加熱、輕壓下、大圓坯生產(chǎn)也作了簡(jiǎn)介。關(guān)鍵詞：專門鋼、連鑄、感應(yīng)加熱、輕壓下、大圓坯ContinousCastingTechnologyofXingchengSpecialSteelYUYapeng，LIGuozhong，MIAOXinde(JiangyinXingchengSpecialSteelCoLtd，Jiangyin214432)Abstract:Differentfromgeneralcarbonsteel,specialsteelhashigherqualityofcleanliness,gascontent,inclusioncontent,macrostructure,surfacequalityetc.SoitproductsmoredifficultlyinCC.RelationalcontinouscastingtechnologyofXingchengspecialsteelisdescribedinthispaper,involvingthetechnologyofshieldingcasting,fluidfieldoptimizinganddecreasingsegregationetc.Theforelandtechnoloiesthatwehaveaheadadoptedsuchastundishinductionheating,softreductionandbigroundbloomproductionarealsosummarizedhere.Keywords:specialsteel,casting,inductionheating,softreduction,bigroundbloom前言自上世紀(jì)八十年代中后期特鋼連鑄在我國(guó)鋼鐵行業(yè)開始推廣以來(lái)已有約二十年的歷史，特鋼連鑄技術(shù)取得了令人矚目的進(jìn)步。江陰興澄公司的特鋼連鑄始于上世紀(jì)九十年代中期，通過十多年的努力，在連鑄工藝技術(shù)、品種質(zhì)量方面取得了龐大的進(jìn)展,已從剛開始只能生產(chǎn)一樣的優(yōu)碳鋼到現(xiàn)在已能生產(chǎn)高質(zhì)量要求、高技術(shù)含量的汽車用鋼、軸承鋼等品種。本文將對(duì)興澄特鋼連鑄技術(shù)作一簡(jiǎn)介。裝備情形工藝流程情形目前江陰興澄公司擁有三個(gè)煉鋼分廠，分別配備40噸交流電弧爐3座、100噸直流電弧爐和100噸純氧頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐各1座，后面配置相應(yīng)的LF鋼包精煉爐和真空脫氣爐。共有6臺(tái)大、小方坯連鑄機(jī)。工藝路線：1）.對(duì)一樣要求的鋼種為：初煉爐—LF鋼包精煉爐—連鑄澆注；2）.對(duì)要求高的鋼種為：初煉爐—LF鋼包精煉爐—真空脫氣處理—連鑄澆注。連鑄概況小方坯連鑄機(jī)共3臺(tái)：為40噸交流電弧爐配置，均為4機(jī)4流。其中1臺(tái)弧形半徑為6米，鑄坯規(guī)格分別為150方、Φ150mm、Φ180mm；其它2臺(tái)弧形半徑為8米，鑄坯規(guī)格為180方、Φ220mm。大方坯連鑄機(jī)共3臺(tái)：為100噸直流電弧爐和轉(zhuǎn)爐配置。其中2臺(tái)機(jī)為5機(jī)5流，弧形半徑均為12米，鑄坯規(guī)格為300×320mm、Φ350mm、Φ450mm、Φ500mm、Φ600mm。另1臺(tái)為3機(jī)3流，弧形半徑為16.5米，鑄坯規(guī)格為370×490mm。2.專門鋼連鑄面臨的技術(shù)課題[1]興澄公司要緊生產(chǎn)軸承鋼、彈簧鋼、齒輪鋼、易切削非調(diào)鋼、高壓管坯鋼、油田用鋼、系泊鏈鋼、硬線鋼等專門鋼。這些鋼種比一般碳素鋼對(duì)鋼質(zhì)有更高要求。⑴由于專門鋼中的合金元素較多，含量較高，碳含量操縱范疇大（0.02%~1.1%C），因此其凝固特性與一般碳素鋼有所不同。⑵專門鋼的純潔度（氣體含量、夾雜物數(shù)量及形狀）、平均性（低倍組織、微觀組織）等要求比一般碳素鋼高。⑶專門鋼中常含有V、Ti、Nb、Al等爽朗元素，極易與氧、氮反應(yīng)生成高熔點(diǎn)化合物；某些專門鋼中含有S、Al、N元素在澆注、凝固過程中極易形成脆性區(qū)或者堅(jiān)硬質(zhì)點(diǎn)，這給鑄坯質(zhì)量專門是表面及內(nèi)在質(zhì)量帶來(lái)一定危害。⑷某些合金元素與鋼中碳生成碳化物，極易產(chǎn)生偏析。連鑄過程的專門冷卻凝固條件使“小鋼錠效應(yīng)”成分偏析和組織偏析更為突出。專門鋼在生產(chǎn)過程中，為保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量，除了在冶煉過程中盡量提升鋼液純潔度、減少夾雜物，改善夾雜物形狀外，在連鑄過程中，必須采取必要的工藝技術(shù)措施，否則達(dá)不到預(yù)期要求。這些措施的目的歸結(jié)起來(lái)要緊是防止鋼液二次污染，提升鋼的潔凈度，提升連鑄坯的平均性，減少連鑄坯的表面及內(nèi)部缺陷，以及減輕凝固過程中產(chǎn)生的成分和組織的偏析。3.興澄公司專門鋼連鑄工藝實(shí)踐3.1愛護(hù)澆注愛護(hù)澆注關(guān)于專門鋼連鑄來(lái)講是個(gè)必不可少的技術(shù)措施。應(yīng)盡可能制造條件采納嚴(yán)格的愛護(hù)澆鑄措施。鋼包、中間包液面應(yīng)覆蓋良好，防止亮面。鋼包至中間包采納鋁碳質(zhì)長(zhǎng)水口，并有氬封及密封墊，中間包至結(jié)晶器采納內(nèi)裝整體鋁碳質(zhì)浸入式水口。選用與鋼種匹配的結(jié)晶器愛護(hù)渣，愛護(hù)渣的添加要規(guī)范平均。澆注時(shí)中間包內(nèi)應(yīng)嚴(yán)格操縱液面高度穩(wěn)固，換包時(shí)也要確保滿足臨界值。采納結(jié)晶器液面自動(dòng)操縱技術(shù)，液面操縱精度在±3mm以內(nèi)。3.2優(yōu)化流場(chǎng)中間包冶金在專門鋼連鑄中的地位已逐步為大伙兒所認(rèn)同。中間包內(nèi)流場(chǎng)的優(yōu)化對(duì)夾雜物的充分上浮吸取、以及溫度的平均化起到重要的作用。中間包采納大容量，保證鋼水液面高度800mm以上，設(shè)置合理的擋渣堰、導(dǎo)流孔，有條件時(shí)可用水力學(xué)模型來(lái)改進(jìn)中間包設(shè)計(jì)。通過中間包控流裝置改進(jìn)，小方坯連鑄機(jī)20噸T型中間包可實(shí)現(xiàn)鋼液較長(zhǎng)停留時(shí)刻，各流之間偏差小的成效。結(jié)晶器內(nèi)的流場(chǎng)也同樣重要。小方坯結(jié)晶器采納直通式浸入式水口，大方坯結(jié)晶器采納雙孔或四孔側(cè)通式浸入式水口，側(cè)通角度要合理，做到不沖刷初生坯殼又有合適的上升流。3.3減輕偏析選分結(jié)晶理論表明了連鑄坯上必定存在偏析，寬敞冶金工作者一直在致力于改善連鑄坯的偏析，專門是中心碳偏析。這是是連鑄生產(chǎn)專門鋼必須面對(duì)的關(guān)鍵咨詢題。低過熱度澆注一直被認(rèn)為是解決鑄坯偏析源頭的好方法。加大鋼包、中間包耐火襯的隔熱保溫性能，減少襯體散熱造成的溫降。采納中間包鋼水連續(xù)測(cè)溫技術(shù)，隨時(shí)關(guān)注鋼液溫度。鋼包、中間包隔熱板采納導(dǎo)熱系數(shù)≤0.15w/mk的保溫材料，在每爐鋼的澆注周期內(nèi)中間包鋼液溫度波動(dòng)≤10℃，中間包鋼液過熱度操縱在15~15℃。為進(jìn)一步降低澆注溫度，我公司在R16.5米大方坯連鑄機(jī)上還采納中間包感應(yīng)加熱技術(shù)。采納通道式感應(yīng)加熱，其原理簡(jiǎn)單描述為：中間包分成兩個(gè)區(qū)，一是沖擊區(qū)（大包鋼水注入?yún)^(qū)），二是澆注區(qū)（中包鋼水往結(jié)晶器注入?yún)^(qū)），由流鋼通道把這兩個(gè)區(qū)連接起來(lái)，在鋼水由沖擊區(qū)經(jīng)流鋼通道流到澆注區(qū)時(shí)，通過感應(yīng)加熱裝置對(duì)流鋼通道中的鋼水進(jìn)行加熱。采納中間包感應(yīng)加熱技術(shù)后，鋼水過熱度能夠穩(wěn)固操縱在15~20℃。另外，由于電磁力的作用，中間包感應(yīng)加熱對(duì)去除鋼中夾雜物，提升鋼水純潔度也有明顯成效。中間包感應(yīng)加熱技術(shù)的采納還使得精煉終止吊包溫度的可控范疇增大，利于生產(chǎn)組織順行。電磁攪拌已成為特鋼連鑄工藝中不可缺少的技術(shù)。興澄的六臺(tái)連鑄機(jī)都配置了M-EMS，其中三臺(tái)同時(shí)配置了F-EMS。對(duì)中低碳鋼而言，鑄坯表面及皮下質(zhì)量是決定產(chǎn)品質(zhì)量的要緊因素之一，結(jié)晶器攪拌是保證鑄坯表面及皮下質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)高碳鋼而言，鑄坯中心疏松、偏析則是鑄坯組織平均性的關(guān)鍵指標(biāo)，而（M+F）EMS技術(shù)的采納則是解決中心缺陷、組織平均性的良好手段。（M+F）EMS要緊應(yīng)用在鐵路提速用彈簧鋼、軸承鋼等高碳鋼[2]上。末端攪拌位置的確定相當(dāng)關(guān)鍵。能夠通過理論運(yùn)算與射釘試驗(yàn)相結(jié)合的方法，找到凝固末端。攪拌參數(shù)同樣也要按照不同斷面、不同鋼種試驗(yàn)確定。末端輕壓下技術(shù)是一項(xiàng)國(guó)內(nèi)新近采納的降低連鑄坯中心缺陷的技術(shù)[3]。末端輕壓下是在鑄坯凝固終止時(shí)期，給鑄坯內(nèi)部液芯一個(gè)小的受操縱的壓下量。那個(gè)壓下力能夠減輕鑄坯的中心疏松和提升中心致密度。末端輕壓下對(duì)打斷液芯處的樹枝晶搭橋十分有效。這些被打斷的樹枝晶在糊狀區(qū)域內(nèi)能夠作為一個(gè)凝固核心。小鋼錠的形成會(huì)在鑄坯的中心線上產(chǎn)生宏觀偏析，末端輕壓下幸免了它們的形成。與其他技術(shù)相比，末端輕壓下由于對(duì)減輕中心偏析專門有效，因此在國(guó)外得到了廣泛的應(yīng)用。興澄公司R16.5米大方坯合金鋼連鑄機(jī)上成功使用了這一技術(shù)。采納末端輕壓下技術(shù)技術(shù)后，高碳鋼的中心偏析明顯降低，其中高碳鉻軸承鋼的中心碳偏指數(shù)能操縱在0.95~1.05%的范疇內(nèi)，見圖1。同時(shí)，采納末端輕壓下技術(shù)技術(shù)后，中心疏松得到明顯改善，專門是大規(guī)格棒材由于壓縮比小，在使用這一技術(shù)前存在的低倍質(zhì)量差、超聲波探傷合格率低的咨詢題得到了解決，完全滿足了客戶的技術(shù)質(zhì)量要求?？梢姴杉{末端輕壓下技術(shù)是一項(xiàng)能夠降低鑄坯中心偏析和減少中心疏松的理想措施。圖1高碳鉻軸承鋼的中心碳偏指數(shù)折線圖Fig.1Centralcarbonsegregationbrokenlinepictureofhigh-carbonchromiumbearingsteel3.4連鑄大圓坯工藝技術(shù)特點(diǎn)為滿足市場(chǎng)需求，我們還主動(dòng)品種開發(fā)，在R12米方坯連鑄機(jī)上開發(fā)成功了圓坯Φ350mm、Φ450mm、Φ500mm，目前最大規(guī)格達(dá)φ600mm連鑄圓坯（如圖2），低倍檢驗(yàn)結(jié)果良好（見表1）。圖2φ600mm連鑄圓坯低倍組織圖Fig.2Macrostructurephotographofφ600mmcontinuouscastingroundbloom表1φ600mm連鑄圓管坯低倍檢驗(yàn)結(jié)果Table1Macrostructurecheckresultofφ600mmcontinuouscastingroundbloom中松級(jí)中偏級(jí)縮孔級(jí)角裂級(jí)邊裂級(jí)中間裂級(jí)中心裂級(jí)皮下氣泡級(jí)非金屬夾雜級(jí)等軸晶比例%0.5~1.00~0.50~1.00000~0.50035~50φ600mm圓坯要緊供給無(wú)縫鋼管廠制作大規(guī)格無(wú)縫鋼管和鍛造廠制作各種鍛件毛坯。長(zhǎng)期以來(lái)，連鑄坯的中心疏松、偏析和縮孔是國(guó)內(nèi)外冶金工作者長(zhǎng)期致力要解決的一項(xiàng)質(zhì)量難題，而且連鑄坯規(guī)格越大難度越大，由于技術(shù)難度大，目前世界上專門少有公司能夠生產(chǎn)Φ600mm超大規(guī)格連鑄圓坯，據(jù)報(bào)道國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的規(guī)格最大是φ500mm。Φ600mm連鑄圓坯的開發(fā)要緊采納了如下關(guān)鍵技術(shù)：①通過中間包壁使用低導(dǎo)熱系數(shù)的保溫材料和中間包連續(xù)測(cè)溫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了中間包鋼水低過熱度澆注，保證了圓坯內(nèi)部等軸晶區(qū)比率40%左右，從而也保證了圓坯具有良好的內(nèi)部質(zhì)量。②采納了結(jié)晶器電磁攪拌和專用結(jié)晶器愛護(hù)渣，解決了φ600mm特大規(guī)格圓坯低速澆注時(shí)結(jié)晶器表面鋼水易凝固的技術(shù)難題，保證了鋼水的順利澆注。③二次冷卻區(qū)布置的噴嘴噴出的霧化水的強(qiáng)制冷卻，實(shí)現(xiàn)了圓坯表面的平均冷卻，保證了圓坯具有良好的表面質(zhì)量。④φ600mm連鑄圓坯生產(chǎn)時(shí)，使用多輥拉矯機(jī)對(duì)圓坯實(shí)施凝固末端輕壓下解決管坯內(nèi)部的中心偏析和中心疏松的咨詢題。采納了低速澆注，保證圓坯凝固末端的位置在拉坯矯直區(qū)域；采納一定的壓下量，保證了圓坯內(nèi)部的中心偏析、中心疏松的質(zhì)量咨詢題得到解決，并能夠防止因輕壓下使圓坯產(chǎn)生裂紋。⑤使用了二冷緩冷技術(shù)，使圓坯在矯直時(shí)的表面溫度在850~950℃，躲開脆性溫度范疇的700~850℃，幸免了矯直時(shí)表面裂紋的產(chǎn)生。⑥φ600mm連鑄圓坯由于厚度厚，生產(chǎn)時(shí)矯直難度專門大，為此專門采納了多點(diǎn)矯直技術(shù)，使圓坯在每個(gè)矯直點(diǎn)的延伸率在形成裂紋的臨界值以下，從而保證了不產(chǎn)生內(nèi)、外矯直裂紋。3.5裝備自動(dòng)化連鑄是一個(gè)工藝和裝備緊密結(jié)合的工序。自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用也為連鑄工藝優(yōu)化、精細(xì)化治理起到了主動(dòng)作用。鋼包與中間包自動(dòng)稱重系統(tǒng)、下渣檢測(cè)系統(tǒng)、中間包車采納升降技術(shù)、中間包鋼液自動(dòng)測(cè)溫系統(tǒng)、結(jié)晶器液面自動(dòng)操縱技術(shù)、愛護(hù)渣自動(dòng)加渣系統(tǒng)、塞棒開口檢測(cè)系統(tǒng)、結(jié)晶器及二冷段冷卻操縱系統(tǒng)、自動(dòng)打號(hào)系統(tǒng)等等為操作者不僅減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，更重要的是提供了可靠的信息平臺(tái)、為工藝的精確執(zhí)行持續(xù)優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。4.結(jié)語(yǔ)⑴特鋼連鑄工藝是一項(xiàng)綜合技術(shù)，必須采納多項(xiàng)工藝技術(shù)措施，才能滿足品種質(zhì)量要求。⑵