01兴澄特殊钢连铸技术概述9-19.

第四届发展中国家连铸国际会议（CCC’08）论文集-1-兴澄特殊钢连铸技术概述俞亚鹏，李国忠，缪新德（江阴兴澄特种钢铁有限公司，江阴214432）摘要：相对于普通碳素钢，特殊钢对钢的纯净度、气体含量、夹杂物、低倍组织、表面质量等有较高要求，连铸生产有较大难度。本文介绍了兴澄公司连铸生产特殊钢的相关技术。包括保护浇注、流场优化、减轻偏析等方面的措施，对业界关注的兴澄公司实践的前沿技术：中间包感应加热、轻压下、大圆坯生产也作了简介。关键词：特殊钢、连铸、感应加热、轻压下、大圆坯ContinousCastingTechnologyofXingchengSpecialSteelYUYapeng，LIGuozhong，MIAOXinde(JiangyinXingchengSpecialSteelCoLtd，Jiangyin214432)Abstract:Differentfromgeneralcarbonsteel,specialsteelhashigherqualityofcleanliness,gascontent,inclusioncontent,macrostructure,surfacequalityetc.SoitproductsmoredifficultlyinCC.RelationalcontinouscastingtechnologyofXingchengspecialsteelisdescribedinthispaper,involvingthetechnologyofshieldingcasting,fluidfieldoptimizinganddecreasingsegregationetc.Theforelandtechnoloiesthatwehaveaheadadoptedsuchastundishinductionheating,softreductionandbigroundbloomproductionarealsosummarizedhere.Keywords:specialsteel,casting,inductionheating,softreduction,bigroundbloom前言自上世纪八十年代中后期特钢连铸在我国钢铁行业开始推广以来已有约二十年的历史，特钢连铸技术取得了令人瞩目的进步。江阴兴澄公司的特钢连铸始于上世纪九十年代中期，经过十多年的努力，在连铸工艺技术、品种质量方面取得了巨大的进展,已从刚开始只能生产一般的优碳钢到现在已能生产高质量要求、高技术含量的汽车用钢、轴承钢等品种。本文将对兴澄特钢连铸技术作一简介。1.装备情况1.1.工艺流程情况目前江阴兴澄公司拥有三个炼钢分厂，分别配备40吨交流电弧炉3座、100吨直流电弧炉和100吨纯氧顶底复吹转炉各1座，后面配置相应的LF钢包精炼炉和真空脱气炉。共有6台大、小方坯连铸机。工艺路线：1）.对一般要求的钢种为：初炼炉—LF钢包精炼炉—连铸浇注；2）.对要求高的钢种为：初炼炉—LF钢包精炼炉—真空脱气处理—连铸浇注。1.2.连铸概况1）小方坯连铸机共3台：为40吨交流电弧炉配置，均为4机4流。其中1台弧形半径为6米，铸坯规格分别为150方、Φ150mm、Φ180mm；其它2台弧形半径为8米，铸坯规格为180方、Φ220mm。2）大方坯连铸机共3台：为100吨直流电弧炉和转炉配置。其中2台机为5机5流，弧形半径均为12米，铸坯规格为300×320mm、Φ350mm、Φ450mm、Φ500mm、Φ600mm。另1台为3机3流，弧形半径为16.5米，铸坯规格为370×490mm。2.特殊钢连铸面临的技术课题[1]兴澄公司主要生产轴承钢、弹簧钢、齿轮钢、易切削非调钢、高压管坯钢、油田用钢、系泊链钢、硬线钢等特殊钢。这些钢种比普通碳素钢对钢质有更高要求。⑴由于特殊钢中的合金元素较多，含量较高，碳含量控制范围大（0.02%~1.1%C），因此其凝固特性与普通碳素钢有所不同。⑵特殊钢的纯净度（气体含量、夹杂物数量及形态）、均匀性（低倍组织、微观组织）等要求比普通碳素钢高。⑶特殊钢中常含有V、Ti、Nb、Al等活泼元素，极第四届发展中国家连铸国际会议（CCC’08）论文集-2-易与氧、氮反应生成高熔点化合物；某些特殊钢中含有S、Al、N元素在浇注、凝固过程中极易形成脆性区或者坚硬质点，这给铸坯质量尤其是表面及内在质量带来一定危害。⑷某些合金元素与钢中碳生成碳化物，极易产生偏析。连铸过程的特殊冷却凝固条件使“小钢锭效应”成分偏析和组织偏析更为突出。特殊钢在生产过程中，为保证最终产品的质量，除了在冶炼过程中尽量提高钢液纯净度、减少夹杂物，改善夹杂物形态外，在连铸过程中，必须采取必要的工艺技术措施，否则达不到预期要求。这些措施的目的归结起来主要是防止钢液二次污染，提高钢的洁净度，提高连铸坯的均匀性，减少连铸坯的表面及内部缺陷，以及减轻凝固过程中产生的成分和组织的偏析。3.兴澄公司特殊钢连铸工艺实践3.1保护浇注保护浇注对于特殊钢连铸来说是个必不可少的技术措施。应尽可能创造条件采用严格的保护浇铸措施。钢包、中间包液面应覆盖良好，防止亮面。钢包至中间包采用铝碳质长水口，并有氩封及密封垫，中间包至结晶器采用内装整体铝碳质浸入式水口。选用与钢种匹配的结晶器保护渣，保护渣的添加要规范均匀。浇注时中间包内应严格控制液面高度稳定，换包时也要确保满足临界值。采用结晶器液面自动控制技术，液面控制精度在±3mm以内。3.2优化流场中间包冶金在特殊钢连铸中的地位已逐渐为大家所认同。中间包内流场的优化对夹杂物的充分上浮吸收、以及温度的均匀化起到重要的作用。中间包采用大容量，保证钢水液面高度800mm以上，设置合理的挡渣堰、导流孔，有条件时可用水力学模型来改进中间包设计。通过中间包控流装置改进，小方坯连铸机20吨T型中间包可实现钢液较长停留时间，各流之间偏差小的效果。结晶器内的流场也同样重要。小方坯结晶器采用直通式浸入式水口，大方坯结晶器采用双孔或四孔侧通式浸入式水口，侧通角度要合理，做到不冲刷初生坯壳又有合适的上升流。3.3减轻偏析选分结晶理论表明了连铸坯上必然存在偏析，广大冶金工作者一直在致力于改善连铸坯的偏析，尤其是中心碳偏析。这是是连铸生产特殊钢必须面对的关键问题。低过热度浇注一直被认为是解决铸坯偏析源头的好办法。加强钢包、中间包耐火衬的隔热保温性能，减少衬体散热造成的温降。采用中间包钢水连续测温技术，随时关注钢液温度。钢包、中间包隔热板采用导热系数≤0.15w/mk的保温材料，在每炉钢的浇注周期内中间包钢液温度波动≤10℃，中间包钢液过热度控制在15~15℃。为进一步降低浇注温度，我公司在R16.5米大方坯连铸机上还采用中间包感应加热技术。采用通道式感应加热，其原理简单描述为：中间包分成两个区，一是冲击区（大包钢水注入区），二是浇注区（中包钢水往结晶器注入区），由流钢通道把这两个区连接起来，在钢水由冲击区经流钢通道流到浇注区时，通过感应加热装置对流钢通道中的钢水进行加热。采用中间包感应加热技术后，钢水过热度可以稳定控制在15~20℃。另外，由于电磁力的作用，中间包感应加热对去除钢中夹杂物，提高钢水纯净度也有明显效果。中间包感应加热技术的采用还使得精炼结束吊包温度的可控范围增大，利于生产组织顺行。电磁搅拌已成为特钢连铸工艺中不可缺少的技术。兴澄的六台连铸机都配置了M-EMS，其中三台同时配置了F-EMS。对中低碳钢而言，铸坯表面及皮下质量是决定产品质量的主要因素之一，结晶器搅拌是保证铸坯表面及皮下质量的关键技术。对高碳钢而言，铸坯中心疏松、偏析则是铸坯组织均匀性的关键指标，而（M+F）EMS技术的采用则是解决中心缺陷、组织均匀性的良好手段。（M+F）EMS主要应用在铁路提速用弹簧钢、轴承钢等高碳钢[2]上。末端搅拌位置的确定相当关键。可以通过理论计算与射钉试验相结合的方法，找到凝固末端。搅拌参数同样也要按照不同断面、不同钢种试验确定。末端轻压下技术是一项国内新近采用的降低连铸坯中心缺陷的技术[3]。末端轻压下是在铸坯凝固结束阶段，给铸坯内部液芯一个小的受控制的压下量。这个压下力可以减轻铸坯的中心疏松和提高中心致密度。末端轻压下对打断液芯处的树枝晶搭桥十分有效。这些被打断的树枝晶在糊状区域内可以作为一个凝固核心。小钢锭的形成会在铸坯的中心线上产生宏观偏析，末端轻压下避免了它们的形第四届发展中国家连铸国际会议（CCC’08）论文集-3-成。与其他技术相比，末端轻压下由于对减轻中心偏析非常有效，因此在国外得到了广泛的应用。兴澄公司R16.5米大方坯合金钢连铸机上成功使用了这一技术。采用末端轻压下技术技术后，高碳钢的中心偏析明显降低，其中高碳铬轴承钢的中心碳偏指数能控制在0.95~1.05%的范围内，见图1。同时，采用末端轻压下技术技术后，中心疏松得到明显改善，特别是大规格棒材由于压缩比小，在使用这一技术前存在的低倍质量差、超声波探伤合格率低的问题得到了解决，完全满足了客户的技术质量要求。可见采用末端轻压下技术是一项可以降低铸坯中心偏析和减少中心疏松的理想措施。0.90.920.940.960.9811.021.041.06中心碳偏指数，%图1高碳铬轴承钢的中心碳偏指数折线图Fig.1Centralcarbonsegregationbrokenlinepictureofhigh-carbonchromiumbearingsteel3.4连铸大圆坯工艺技术特点为满足市场需求，我们还积极品种开发，在R12米方坯连铸机上开发成功了圆坯Φ350mm、Φ450mm、Φ500mm，目前最大规格达φ600mm连铸圆坯（如图2），低倍检验结果良好（见表1）。图2φ600mm连铸圆坯低倍组织图Fig.2Macrostructurephotographofφ600mmcontinuouscastingroundbloom表1φ600mm连铸圆管坯低倍检验结果Table1Macrostructurecheckresultofφ600mmcontinuouscastingroundbloom中松级中偏级缩孔级角裂级边裂级中间裂级中心裂级皮下气泡级非金属夹杂级等轴晶比例%0.5~1.00~0.50~1.00000~0.50035~50第四届发展中国家连铸国际会议（CCC’08）论文集-4-φ600mm圆坯主要供给无缝钢管厂制作大规格无缝钢管和锻造厂制作各种锻件毛坯。长期以来，连铸坯的中心疏松、偏析和缩孔是国内外冶金工作者长期致力要解决的一项质量难题，而且连铸坯规格越大难度越大，由于技术难度大，目前世界上很少有公司能够生产Φ600mm超大规格连铸圆坯，据报道国内生产的规格最大是φ500mm。Φ600mm连铸圆坯的开发主要采用了如下关键技术：①通过中间包壁使用低导热系数的保温材料和中间包连续测温技术，实现了中间包钢水低过热度浇注，保证了圆坯内部等轴晶区比率40%左右，从而也保证了圆坯具有良好的内部质量。②采用了结晶器电磁搅拌和专用结晶器保护渣，解决了φ600mm特大规格圆坯低速浇注时结晶器表面钢水易凝固的技术难题，保证了钢水的顺利浇注。③二次冷却区布置的喷嘴喷出的雾化水的强制冷却，实现了圆坯表面的均匀冷却，保证了圆坯具有良好的表面质量。④φ600mm连铸圆坯生产时，使用多辊拉矫机对圆坯实施凝固末端轻压下解决管坯内部的中心偏析和中心疏松的问题。采用了低速浇注，保证圆坯凝固末端的位置在拉坯矫直区域；采用一定的压下量，保证了圆坯内部的中心偏析、中心疏松的质量问题得到解决，并可以防止因轻压下使圆坯产生裂纹。⑤使用了二冷缓冷技术，使圆坯在矫直时的表面温度在850~950℃，避开脆性温度范围的700~850℃，避免了矫直时表面裂纹的产生。⑥φ600mm连铸圆坯由于厚度厚，生产时矫直难度很大，为此特别采用了多点矫直技术，使圆坯在每个矫直点的延伸率在形成裂纹的临界值以下，从而保证了不产生内、外矫直裂纹。3.5装备自动化连铸是一个工艺和装备紧密结合的工序。自动化技术的广泛应用也为连铸工艺优化、精细化管理起到了