圆坯连铸生产合金钢工艺研究

1、 东北大学硕士学位论文第二章翻坯合金钢连铸成分控制2控制电炉出钢碳在003%0.04%较窄的范围内。3提高电炉出钢温度缩短LF处理周期,减少LF电极升温造成钢水增碳。4出钢时加入部分铁合金减轻LF处理时间,通过适当提高出钢温度_在出钢过程中加入部分铁合金,以避免因LF工位多次升温造成增碳。通过采用以上的改进措施,对提高冶炼合金钢连铸的碳成分控制效果非常明显.碳保留率下降6.82%,见图2.1所示。 原来现在图2.1碳保留率Fig.2.1Carbon ret伽tionrate2.3合金钢连铸台金成分控制由于本课题所研究的钢种合金含量较高,合金成分保留率成为控制的关键点之一。统计结果表明,合金含量

2、与中心裂纹的关系如图2.2所示。为了更好的完成调整钢液成分的任务,加入铁台金时应满足下列要求【131:1合金元素被氧化的少,收得率离,和氧结合的夹杂物少,保证钢液质量。2铁台金带入的气体、夹杂物少。3铁合金在钢液中熔化,溶解的快,使成分容易均匀。上述要求中主要是防止易氧化元素的损失。为此必须在脱氧良好的基础:进行合金化,这样可提高元素的收得率,还原过程中钢渡和炉渣的氧逐渐降低,可将不易氧化铁合金如镍、钨铁、钼铁、锰铁、铬铁早期加入;容易氧化的钒铁、锟铁在脱氧良好的情况下加入,极易氧化的铁合金如钛铁、铝、硼铁、稀土金属等在真空毕时于精炼位一次性加入。因钢渡中的的氧和钢液中的不稳定氧化物也llO9

3、87654321墨瓣砸毖酶东北大学硕士学位论文第二=章翻坯合金钢连铸成分控制能使一些极易氧化的元素激烈氧化,所以极易氧化的元素加入时间尽量靠后,减少溶解的元素在钢液中的停留时间f”】。由于原工艺在添加合金成分时,没有采用分批加入方式,将合金成分一次调整到位,造成合金元素的收得率很低。因此,为了提高合金元素的收得率,叛工艺采用如下方案:(1根据规定出钢量,提前计算所需合金的用量,并准备到位。除毋】、fn】、(vI等易氧化元素外,其它合金在真空毕时于精炼位一次性加入,不易氧化的合金在钢包及出钢时分批加入如【Cr】、【Mo、【w】,同时在调整合金成分时做到批量加入,取样分析后依据结果再进行成分调整,

4、避免一次性将成分调整到位。蚕1:艇60蒸耄鼍、:J,。、/、023456台蝴%图2.2中心裂纹与钢种合金含量的关系Fig 22Relationship between centef cracks md a玎oy co.tent(2为了保证合金钢化学成分均匀以及避免浇铸过程降温异常引起拉速过快;对于生产合金钢辅材准备应保证钢包必须为底吹氩良好、热态周转包。采用以上改进方案后,合金元素的保留率得到显著的提高,合金成分保留率提高10.6%,如图2.3所示。 图2.3合金成分保留率Fis.2.3Alloyretentionrate4合金钢连铸气体含量控制12驻睐撕5丹船牮求镬埘如 东北大学硕士学位论文

5、第:二章翻坯合金锢连铸成分控制 琢来现在例24气体克幕保留率Fig 2,4Gas mtetion rate在台金钢冶炼过程中,只有用CaO才能使磷的氧化物P205稳定的存在于熔渣rp,从而进行有效的脱磷。用石灰脱磷的反应式为:2fP5(Feoj+4(CaO一(4CaO.P:,Os+5Fe(2-6、脱磷反应的平衡常数为:石。石万/,f 蕊l :g 。(27球lP|西口(czgx=40,.06-5715.掰(2.8为了分析问题方便,引入分配系数印;荔器表示炉渣的脱磷能力。印:K.("AFeOf.俾。o/.五.堕堕血(2-9ys20,从上式可以看出,影响炉渣脱磷的主要因素有炉渣的温度、成分

6、以及钢水的成分。1温度的影响脱磷是强烈放热反应,低温使脱磷反应的平衡常数增大,因而有利于脱磷反戍的进行。但是也不是熔池的温度越低越好,适当高的熔池潺度可以尽快形成高碱度的炉渣,并改善炉渣的流动性,有利于脱磷反应的进行。2炉渣碱度增加炉渣中CaO含量将使磷的分配系数增大,因面提高炉渣碱度有利于脱磷。但是若炉渣的中的CaO含董过高,则炉渣变粘而不程于脱磷。因此炉渣应具有适蚺璩H地吣8642碍龃举*喊簟r 东北大学硕士学位论文第三章圆坯合金钢连铸中心裂纹控制第三章圆坯合金钢连铸中心裂纹控制3.1概述针对宝钢电炉分厂现有的生产合金钢的设备条件,通过实验室研究及丁业现场试验,研究各个连铸工艺参数对铸坯的

7、中,Ii,裂纹的影响,总结出适合电炉分厂设备特点的工艺参数控制方案,提高低碳中、低合金钢铸坯的合格率。在连铸生产的各类铸坯缺陷中,中心裂纹是重要的缺陷之一,约占各类缺陷的50%117】。而在合金钢圆坯连铸的缺陷中,中。11,裂纹的缺陷达到80%以上,困此, ,p一11,裂纹是本课题所要解决的难点之一。中心裂纹缺陷见图3.1所示。 图3,I中心裂纹I Centre cracks ofeastirIg blankFig3连铸坯的质量决定了最终产品的质量,而连铸坯中心裂纹是影响铸坯质量的重要缺陷。铸坯产生中-11,裂纹,严重地影响正常的连铸生产、铸坯的后续加工以及最终产品的质量。防止铸坯产生中心裂纹

8、,对稳定连铸生产、提高产曲质量具有重要的意义。铸坯中心裂纹的形成是由于凝固前沿受到拉应力或拉应变的作用。当拉应力超过了凝固前沿钢的强度或扳应变超过某一临界值时,凝固前沿就会沿柱状晶开裂,形成中,11,裂纹18J。这一临界值既与钢的应变速率有关,又与钢的成分(特别是C、S、合金元素等的含量有关。丽钢所具有的应变抗力则与钢的组织结构、冷却凝固条件、高温力学性能等有关。实际上,中心裂纹的形成是连铸过程中力2l 本课题针对碳含量较低、合金古量较高的Cr-Mo系列和W-Ti.B系列钢种,在7鑫钢电炉厂进行试制,Cr-Mo系列的典型钢种有1Cr5Mo及10CrM0910.W-Ti一13系列的典型钢种有T2

9、3及钢102,其中对1Cr5Mo的试制有4次,对10CrM0910的试制有4次,对T23有3次,对钢102有4次,以下以1Cr5Mo的第2次试制及钢102的第4次试制为例,说明改进|1:艺后对改善铸坯中心裂纹的效果。34.1对于Cr-Mo系列的典型钢种的试制(”一I:艺方案该轮试制采用的主要工艺参数,见表3.4所示。0.089叠国0捌t8121620聪月面匪嚣缸圈3.9条件+下铸坯温度分布Fig.39The tempreture distribution atthe fwst eondition图310条件一下坯壳表面温度曲线Fig310Thetemprature CUlWeofcasttol

10、gblank surfaceatthefirstcondition 1480 1413 t344 1275 '2'38 f0蛐0000.089螽00.08908121620距弯月面距离Jm图311条件二下铸坯温度分布Fig311The tempreture dis仃ibution at the second condition距弩月面距离舾图312条件二下坯壳表面温度曲线Fig312Thetemprature curve ofcastingblank surface atthe second condition 0。089O0。08904B121620距弯月西瓶离抽图3.13条

11、件三下铸坯温度分布Fig.313The ternpreture distribution at the thirdcondition35t510 t425 13勰'211t075 0875ODt5t400 1300惶11t0000m 800D是_东北大学硕士学位论文第j章圆坯合金钢连铸中心裂纹控制距弩月面距离胁图314条件三下坯壳表面温度陆线Fig 314The temprature curVe ofcasting blank.s;i/face at the third condition表3.4主要工艺参数的指定Table34The determination ofprocessin

12、g pararnetor(2本轮试验结果:由陶315可以看出,本轮试验中心裂纹的合格率小于等于1级的提高r 9334%,有了明显的提高。蓉 州纂蒜鹜喜0级l级2级3缎4缬中心裂纹等级图3,15中心裂纹对比Fig.3。15Comparisonofcentercracks娜婚。东北大学硕士学位论文第三章圆坯台金钢连铸中心裂纹控制铸坯酸蚀后宏观照片对比,如图3.16、图3.17所示。 图316第一轮试验Fig 3.16Thephotooffirsttest (3二冷模式对比结果女100.00 嚣80.00撼60.00蠡40+002n 00廿n 00蝴1缀图317第二轮试验Fi9317The曲otoo

13、fsecondtest2级小于等于1级图318二冷模式与中心裂纹的关系Fig 318Relationshipbetweenc姚cracks and secondcoolingpa_-.em本轮实验除Y-冷比水量、四区水囊分布按流对比以外,其余工艺条件均相同,为了摸索不同二冷工艺对中心裂纹影响,现对二冷模式进行对比分析,从阁3.18可以看出,采用第1种二冷模式对减少中心裂纹较为理想。这恰好与数值模拟结果相吻合。3.42对于W.Ti-B系列的典型钢种的试制(1工艺方案该轮试制采用的主要工艺参数,觅表3.5所示。37东北大学硕士学位论史第三章圆坯合金钢连铸中心裂纹控制袭3.5主要工艺参数、盘定Tab

14、le35The determination ofprocessing pammb-.tgr(2本轮试验结果#瑚 鼬锄撼鬈舶乓o噘煅缴濒嘲中瞳璧砖鲰图319中心裂纹对比Fig319Comparison ofcente*cracks由图319可以看出,本轮试验中心裂纹的合格率小于等于3级的提高到8438%,较前一轮有了很大的提高。铸坯酸蚀后宏观照片对比,如图3.20所示。 A:第一轮B:第二轮c:第三轮翻320铸坯酸蚀宏观照片对比Fig320Theoornp日fflsonofphotoofcastingblankmacrograph(3二冷模式对比结果38矗80耋60慧40壁20”O级l缎2缓3缀

15、4擐中心裂纹等级图3.21二冷模式对中心裂纹的对比图Fig.3.21The comparison ofsecond cooling to center cracks从图3。2l可以看出,比水量为0,35L/kg,有利于改善铸坯中心裂纹。而且随着比水量增加铸坯中心裂纹有恶化趋势。:艺改进前后轧制钢管的内表面质量,见图3.22、圈3.23所示。3.5小结圈3.22改进前内表面质量Fig3,22Thequafityofinnersurface beforeimprovement图3.23工艺改进后内表面质量Fi93.23Thequalitydinner韵埘hceatXerj瑚弭aV班n蛳t 39 尔

16、JE大学硕士学位论文第四章圆坯会金钢连铸中心缩扎的控制第四章圆坯合金钢连铸中心缩孔控制4.1概述本章通过实验室研究及进行工业现场试验,研究各个连铸工艺参数对铸坯的缩孔的影响,总结出适合电炉分厂设备特点的工艺参数控制方案,提高低碳中、低合金钢铸坯的合格率。在(圆方坯连铸的各类缺陷中,缩孔是影响铸坯质量的重要缺陷,也是本课题的主要难点所在。铸坯缩孔见鼠4.1所示。 图4.t缩孔Fig.4.1Shrinkage ofcastingblmlk缩孔一般是在液体金属由浇注温度降至凝固温度的过程中,因其自身的液态收缩和凝固收缩.在金属内部产生孔洞,此孔洞由于种种原因没能得到补缩,故在最后凝固的地方形成缩孔,

17、因此,金属的体积收缩率越大则缩孔也越大;铸坯产生缩孔还与该铜种的凝固区间有关,凝固区问越宽,连铸过程中,液相穴长度越长,越容易产生缩孔【12】。通过实验室研究,得到该系歹fj钢种的凝越区间为中等温度范围的凝固区间,所以比较容易产生缩孔。另外,通过对产生缩孔的铸坯取样,对其进行成分分析,发现缩孔部位的碳含量属于包晶钢碳含量的范围,因此.虽然该钢种属于低碳钢,但由于碳偏析的原因,使得局部区域碳含量较高,发生包晶反应,体积收缩,更加剧了缩孔的发生率。所以,为了控制缩孔,应控制碳偏析的大小,采取T艺措东北大学硕士学位论文第四章圆垤合金钢连铸中心缩彳L的控制施,造成使钢渡产生同时凝固的条件。4.2影响缩孔的主要工艺因素4.2.1过热度对缩孔的影响,过热度是决定等轴晶区大小的一个重要参数。过热度越低,则断面上产生的等轴晶区就越大,从而偏析所占面积就越小,经过统计,等轴晶率与过热度的关系,如图4.2所示。60屯鼹40哩嚣200lo20304050过热宠图4.2等轴晶率与过热度的关系Fig4,2Relad虫ip b|啊蝴烈lIli8xcd crys