高碳钢连铸方坯质量控制

1、高碳钢连铸方坯质量控制蔡开科1前言高碳钢制品入钢轨，硬线，钢丝等广泛应用于国民经济各个部门。对高碳钢制品要求是：抗拉强度高，可承载较重的震动载荷承载能力大，使用安全可靠在高速条件下工作，运转平稳有良好的抗压性，耐磨性，耐腐蚀性等目前高碳钢生产有两件工艺：BOF（EAF）LF（VD）bloom大方坯BOF（EAF）LFBillet小方坯不管那种工艺，为获得高质量的产品，必须得到高质量的连铸坯。（1）高的洁净度，非金属夹杂物类型，数量，尺寸分布如表1表1 洁净度要求硬线钢由于夹杂易造成的冷拔断裂如图1图1 夹杂物所致冷拔断裂重轨钢，滚珠钢由于脆性夹杂产生疲劳裂纹而断裂（2）铸坯良好的低倍结构主要是

2、指中心缺陷（锻孔，疏松，中心偏析）。硬线钢的杯锥状断裂（图2）是由中心偏析所致图2 杯锥状断口硬线钢劈裂状断口（图3）主要是由中心疏松缩孔引起的。图3 劈裂状断口重轨钢由于中心偏析（C.S）而产生轨腰的断裂（图4）图4 钢轨形貌2铸坯中夹杂物控制当钢水凝固成固体后，铸坯中夹杂物数量就无法改变了。因此铸坯中夹杂物决定于炼钢精炼连铸的全过程。炼钢是一个氧化过程，钢中夹杂物可用总氧TO来评价：TO = OD + OI出钢时：钢水中OI O TO = OD aO脱氧合金化后：OD（aO）O TO = OI由此，可用总氧TO来表示钢的洁净度，也就是夹杂物水平。为使钢中夹杂物少，必须控制钢TO，为此（1）

3、降低OD，转炉终点aO（2）降低OI，脱氧（夹杂物工程），精炼（3）防止钢水再污染：连铸过程21转炉终点氧控制转炉终点aO是产生夹杂物的源头。重点aO决定于：C终渣中（FeO）钢水温度图5 转炉终点钢中C与aO关系对于中高碳钢转炉终点控制方法：低拉碳增碳法高拉碳补吹法两种方法结果比较于表2表2 低拉碳与高拉碳结果比较由表可知高拉碳法特点： 增C量小，成品C波动小 终点aO低 对铁水S，P要求研低拉碳法特点： 对铁水S，P要求可放宽些 有利于脱S，P 终点aO高 增C量大，碳粉收得率不稳，成品C波动在0.05以上两种方法各有优缺点，各厂根据具体条件决定采用哪种方法。22脱氧与夹杂物生成转炉吹炼到

4、终止，钢中aO高，出钢是在钢包进行脱氧合金化，其目的：合金化达到钢种所要求的成分夹杂物工程：控制夹杂物的组成，形态和尺寸，促进其上浮连铸时基本为镇静钢，根据钢种和产品质量要求，脱氧可分为三种模式： 硅镇静钢（SiMn） 硅铝镇静钢（SiMn少量Al） 铝镇静钢（Als0.01%）硅镇静钢如图6所示，形成夹杂物图6 FeOMnOSiO2相图 纯SiO2 MnO，SiO2（液体） MnO，FeO（固溶体）用SiMn脱氧的好处： 无Al2O3夹杂，可防拉拔脆断 控制Mn/Si2.5，生成MnO，SiO2（MnO54.1，SiO245.9）为上浮但缺点是： 钢水中与Si相平衡aO较高，4080ppm

5、在结晶加凝固铸坯易产生皮下气孔。为此对于高C硬线钢，在LF炉控制白渣精炼时间，把钢水中aO降到20ppm以下，就可防止气孔生成。硅铝镇静钢（SiMn少量Al）如图7所示，生成夹杂物： 2MnO.2Al2O3.5SiO2 3MnO.Al2O3.3SiO2 纯Al2O3（Al2O325%）图7 MnOSiO2Al2O3相图要把夹杂物成分控制相图中锰铝榴石阴影区（3MnO.Al2O3.3SiO2）的好处： 夹杂物熔点低1400球形 热轧时可塑性好（8001300） 无单独Al2O3析出，不堵水口 不生成气孔如何达到呢？如图8所示：Si0.2，Mn0.4，钢中Als0.005，则钢中aO20ppm，夹

6、杂物成分在相图阴影区。对于高碳硬线钢，用SiMn加少量铝脱氧来得到易变形的锰铝榴石而防止脆性Al2O3夹杂物析出对防止拉拔脆断是非常重要的。图8 钢水中Al与O关系以72A为例，两种脱氧工艺比较如表3表3 脱氧结果比较（平均值）脱氧方式MI（1/mm2）MA（mg/10kg）TO（ppm）Als（）SiMnSiMnAl14.463.1212.714.486537.70.14Cu/TO=0.71.22.3 夹杂物去除炉外精炼 TO = OD + OI要降低OI，必须使夹杂物上浮： 控制好脱氧产物的组成 钢包合适的顶渣成分 熔池的搅拌能力（吹Ar，LF，VD，RH）以SiMn镇静钢为例：钢成分：C

7、 0.7，Si 0.22，Mn 0.53，P 0.010，S 0.028。在LF炉，采用不同碱度精炼渣的结果：R（CuO/SiO2）3.360.821.00.940.871.130.720.96TOppm1425312619273525采用较低碱度钢包渣（R1.0左右），加上Ar搅拌，促进夹杂物上浮，可使钢水中TO30ppm，除总氧TO低以外，还必须使夹杂物具有良好的塑性，为此要： 夹杂物成分：0.150.30 Mn/Si2.5 夹杂物尺寸10um24 连铸过程防止钢水再污染经精炼后，钢水TO1 正偏析K20个/m2，有0.2个/m2 夹杂物上浮，提高洁净度 增加中心等轴晶MEMS安装位置：

8、SEN保护渣，弯月面区一下150mm卷渣指数SEN侵蚀无EMS150A200A717351.0mm/h1.0mm/h5.0mm/h安装在结晶器下部和足辊区域大方坯中心等轴晶在55以上，碳中心偏析40mmEMS对铸坯等轴晶率影响如图16图16 EMS对等轴晶影响EMS对中心碳偏析影响如图17图17 EMS对方坯中心碳偏析影响EMS的冶金效果与搅拌的功率关系如图18图18 搅拌功率与冶金效果关系S曲线：区 功率太低，效果不大区 功率增加，效果增加区 功率达到某一临界值，效果稳定有试验来决定这一关系33 凝固末端轻压下（1）轻压下目的： 补偿凝固收缩，减轻中心偏析和半宏观偏析 固/液界面不会产生内裂

9、纹为此，必须确定： 合适压力位置（图1） 合适压下量和压下量分配（图2）图1 凝固分率示意图图2 轻压下示意图（2）轻压下模型要建立两个基本模型：凝固模型 H：液相长度 确定fs范围轻压下位置（图3） S：凝固壳厚度 Ts：坯壳表面温度图3 凝固示意图坯壳应变模型压下坯壳应变量固/液界面不产生裂纹。两个模型耦合压下量、压下位置。方坯铸机轻压下主要参数如表1，表2，表3表1 轻压下主要参数表2 轻压下主要参数表3 轻压下主要参数从上表可知： 轻压下区长度：液相穴末端46m，压下机架37架，相当于fs0.30.8。 挡压下量在012mm，压下量11.2mm/m，压下速率0.70.9mm/min 轻压下区域较长，根据拉速变化可以调整轻压下位置。开发动态轻压下工艺。（3）轻压下效果轻压下好处： 清除了方坯中心偏析（图4） 减轻方坯中心偏析，消除了半宏观偏析，成分分布更均匀（图5）图4 中心疏松改善图5 方坯纵断面中心偏析 降低浇注参数变化而引起品质下降4 结语提高钢的洁净度，控制脱氧获得可塑性