莱钢炼钢厂于2 0 0 8年6月投产一台R 1 2 m 6机6流合金钢连铸机。投产初期, 2 6 0 m m×3 0 0 m m断面生产的4 5#、4 0 C r、20CrMnTiH等钢种矩形坯轧制Φ120以上圆钢时, 经常出现低倍夹杂以及顶锻裂纹缺陷缺陷, 影响了优钢产品质量。通过对连铸设备、保护渣、结晶器冷却、保护浇注等方面分析了影响大断面合金钢连铸坯夹杂的因素, 采取了相关的控制措施, 取得了良好的效果。
1 连铸机的主要工艺参数
机型R12六机六流全弧形连铸机
铸坯断面180×220、260×300、Ф200
定尺范围3m~8m
设计生产能力120×104t
浇注钢种优质碳素钢、合金结构钢、齿轮钢
中间包容量40t
冶金长度26m
2 电解夹杂物分析
截取50mm有缺陷的钢材, 进行大样电解法分析钢中大颗粒夹杂物, 采用物理方法分离夹杂物, 用H2气还原法分离夹杂物, 进行电镜分析。
夹杂物扫描结果如图1、2、3所示, 夹杂物主要为硅酸盐、硅铝酸盐以及三氧化二铝, 硅酸盐、硅铝酸盐类夹杂物尺寸均在1 0 0μm~2 0 0μm之间, 占了夹杂物总量的50%左右, 三氧化二铝夹杂物尺寸主要在2μm~30μm之间, 占了夹杂物总量的1 5%左右。分析认为夹杂物主要来自中间包耐火材料的侵蚀、结晶器钢水的卷渣以及脱氧产物。
3 铸坯洁净度连铸过程影响因素分析
3.1 中间包流场的影响
中间包内钢液的流动状态直接影响钢液内夹杂的去除。当中间包没有控流装置时, 由于钢包注流的冲击, 中间包钢水表面呈波浪运动, 容易将钢水表面的覆盖剂扩散开, 加剧钢液的二次氧化;中间包底部和角部区域存在钢水停滞区 (即死区) , 由于死区的存在, 不利于局部区域夹杂物的上浮。
3.2 保护渣的选用
保护渣的吸附夹杂物功能对大断面合金钢连铸显得尤为关键。莱钢转炉生产的45#、40Cr、20CrMnTiH等钢种均采取铝脱氧, 即使采用钙处理和软吹工艺后, 钢水中仍有较大部分夹杂物;同时大断面合金钢连铸坯拉速比较慢, 钢水在结晶器内停留时间相对比较长, 夹杂物上浮比较充分, 但是上浮的夹杂物得不到及时的去除, 容易被坯壳捕捉形成夹杂。
3.3 钢水的二次氧化
连铸工序的钢水保护浇铸做的不好, 钢水在浇注过程中很难避免与空气接触, 造成钢水二次氧化, 产生一些新的夹杂物。
3.4 工艺稳定性的影响
中间包液面、结晶器液面、拉速等工艺不稳定, 对夹杂物的上浮、去除都有很大影响。中间包液面、结晶器液面的不稳定, 容易造成钢水卷渣, 污染钢水;拉速不稳定对中间包的流场、结晶器内的流场均有较大影响, 造成夹杂物的上浮、去除困难。
4 改进措施
4.1 中间包流场优化
采用“V”字型挡墙, 优化中间包内流场, 使中间包内的流场更趋合理, 稳定注流区域钢水的稳定, 促进钢水中夹杂物的充分上浮;优化挡墙开孔方向和大小, 减少中间包死区;通过采用“V”字型挡墙, 将钢包下渣完全挡在冲击区内, 避免污染钢水。
4.2 使用大断面专用保护渣
由于45#、40Cr、20CrMnTiH等钢种均采用铝脱氧, 在大断面浇注此类钢种时, 拉速较慢, 夹杂物有充分的时间上浮, 若保护渣的吸附夹杂物功能小, 很容易造成上浮的夹杂物得不到及时的去除, 聚集在表层的夹杂物容易被坯壳捕捉, 形成铸坯表面或近表面夹杂缺陷。
通过调整保护渣的成分, 提高保护渣的碱度, 提高保护渣吸附夹杂物能力, 代表钢种保护渣改进前后的理化性能指标见表1。
4.3 结晶器电磁搅拌
结晶器电磁搅拌可以促进结晶器内的钢水流动, 使得钢水中的夹杂物特别是大型夹杂物在离心力的作用下一部分向弯月面聚集, 同时也使钢水和保护渣的接触面增大, 有利于保护渣吸附上浮的夹杂物。
4.4 严格保护浇注
(1) 使用“双渣”工艺。
原来使用的覆盖剂是碳化稻壳, 保温性能比较好, 浇铸铝镇静钢时, 稻壳中含有SiO2在钢/渣界面发生[Al]+ (SiO2) → (Al2O3) +[Si]反应, 使钢水中T[O]大幅增加, 渣中 (SiO2) 是有效的氧源, 渣中 (SiO2) 含量应尽可能低。通过研究采用中间包碱性覆盖剂和稻壳组合的“双渣”工艺, 可以避免以上反应, 同时提高覆盖剂吸附夹杂物的效果。
(2) 应用水口底封技术。
原来的大包长水口与钢包下水口之间、滑块与浸入式水口之间的接触主要是线接触, 密封效果比较差, 钢水吸气很容易造成二次氧化。通过研究, 将大包长水口与浸入式水口进行改型, 将原来依靠线接触密封改为主要依靠水口底封, 同时在水口与水口之间增加耐火纤维密封垫, 进一步提高密封效果。
4.5 实施“三恒”操作模式
“三恒”即恒液面、恒拉速、恒温度。通过优化生产组织和现场操作, 稳定中间包钢水液面和拉速控制, 减少因液面波动和拉速波动造成的钢水二次氧化以及卷渣现象, 提高钢水洁净度。
5 应用效果
(1) 通过对大断面连铸浇铸过程进行控制, 促进夹杂物在钢水中的上浮、去除, 减轻连铸过程钢水的二次氧化, 减少钢水的卷渣行为, 提高了连铸坯的实物质量, 减少了轧材缺陷。
(2) 连铸钢水的洁净度提高了, 也促进了生产的稳定顺行, 较少了连铸的过程甩坯, 降低生产成本。
6 结语
(1) 系统分析得出造成大断面铸坯轧制大规格圆钢时经常出现低倍夹杂以及顶锻裂纹的原因, 并分析了相关的影响因素。
(2) 采取了有效的改进措施, 提高了钢水洁净度, 提升了优钢质量控制水平。
摘要：本文主要是针对45#、40Cr、20CrMnTiH等钢种大断面铸坯夹杂问题导致了在轧制Φ120圆钢时出现低倍夹杂以及顶锻裂纹缺陷提出的, 为此我们从连铸设备、保护渣、保护浇注等方面进行了分析, 采取了相关的措施, 取得了良好的效果。
关键词：电解,夹杂物,保护渣,中间包流场,电磁搅拌
参考文献
[1] 卢盛意.连铸坯质量[M].北京:冶金工业出版社, 1994, 4.
[2] 贺道中.连续铸钢[M].北京:冶金工业出版社, 2007, 9.