奥氏体不锈钢连铸圆坯表面质量的控制

表 2 保护渣性能对铸坯的影响
保护渣性能 保护渣耗量T s 升高 T c 升高
下降
减少 减少
下降 下降
由表 2 可以看出当保护渣的黏度和凝固温 度升高时, 其耗量相应下 降, 导致 经弯月面通道 向下补充 的液渣 减少, 凝 固壳 与结 晶器铜 壁之 间的液态 渣膜厚 度减 少, 因此 对铸 坯润滑 及传 热产生不利影响, 容易引 发夹渣、坯壳厚度不均 等缺陷。而当凝固温度 T s 和结晶温度 T c 升高 时, 铸坯出现表面 纵裂纹的趋势 下降。 因此, 应 适当提高保护渣的碱度, 以降低黏度、提高凝固 温度和结 晶温度, 这 对减 少不 锈钢 连铸坯 的表 面缺陷较为有利。
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3 奥氏体不锈钢连铸坯缺陷的成因
奥氏体不锈钢属单相钢, 虽然在凝固过程中 没有第二相的析出, 但是由于其固液相温度范围 宽, 晶粒粗大, 促使低熔点夹杂物在晶界区聚集, 再加上本身导热性能较差, 应力大, 容易引发出裂 纹。与一般钢种不同, 不锈钢的凝固特点是具有 比较发达的粗大柱状晶带, 甚至形成穿晶结构, 因 而可能形成比较严重的中心偏析、中心疏松、缩孔 及中心裂纹等缺陷。如果浇注过热度控制过高, 则会加重这些缺陷。
通过对 VOD 出钢温度及连铸中包钢水过热 度进行对比分析, 找出造成中包过热度偏高的主 要原因: 一是 出 钢 温 度控 制 目 标 偏 高; 其 次 是 VOD 由于采用人工测温, 准确度较差。为减少上 述缺陷, 提高铸坯质量, 必须将中包钢水过热度控 制在合理范围, 为 此采取的 措施首 先是对 VOD 出钢温度控制标准重新进行调整, 将出钢过热度 目标下降 5 , 即按照开浇炉( 60 5) 、连浇炉 ( 50 5) 进行控制。另外, 在 VOD 增高自动测 温装置, 以确保测温准确。通过采用这 2 项措施, 连铸中包钢水浇注过热度基本控制在 20~ 35 范围内, 而拉速则保持在1. 2~ 1. 4 m/ min, 浇注 速度明显加快。此后生产中铸坯的纵裂、夹渣和 结疤缺陷明显减少。图 1 所示的是过热度降低前 后铸坯缺陷比例对比。
Abstract: In t he cont inuous casting o f aust enit ic stainless st eel ro und tube, the inf luencing f act ors o f som e ser io us surf ace def ect s such as long itudinal face crack, scar and subsurf ace inclusio n are f ound out by experiment s and analy ses. By m eans of reasonably co nt ro lling cast ing t em perat ure, adopting suitable mo ld pow der and subm er ged ent ry nozzle, the per cent age of each def ect has been co nt ro lled w it hin the limit of 4 % , and the surf ace qualit y of aust enit ic st ainless steel ro und tube has been im pro ved rem ar kably. Key words: aust enit ic st ainless st eel; r ound t ube; sur face qualit y; inf luencing facto r
图 1 过热度对不锈钢连铸圆坯 缺陷的影响比较
4. 2 保护渣的选用
保护渣对不锈钢连铸圆坯的表面质量同样具 有重要影响, 因此在控制好连铸钢水浇注过热度 的基础上, 还必须重视保护渣的选用。从试生产 开始, 共对 3 种保护渣进行过试用, 以确定最佳选 择。表 1 所示的是奥氏体不锈钢连铸圆坯浇注使 用的 3 种保护渣碱度及性能比较。
烟台金澄精密线材有限公司隶属于台湾华新 丽华集团特殊钢事业群, 是目前山东省规模最大 的电炉不锈钢生产 企业。2009 年 4 月新 投产 1 条不锈钢生产线, 以废钢和铁合金为主要原料生 产美标 300 系奥氏体不锈钢, 主体装备有 1 座50 t 超高功率电弧炉, 1 座 60 t VOD 炉( 双工位) , 1 座 60 t 高功率 L F 炉, 1 台弧形半径 9 m 3 机 3 流 方、圆坯连铸机, 产品规格为 130~ 220 mm 不锈 钢连铸圆 坯, 主要规 格是 200 mm。在 生产 初 期, 连铸坯存在较多的表面质量缺陷, 主要是表面 纵裂纹、结疤 和 皮 下 夹渣, 有 的缺 陷 比 例 达 到 10 % 以上。对上述缺陷进行研究分析后, 发现主 要影响因素是钢水浇注温度偏高、连铸保护渣选 用不当、中包浸入式水口选型不合适等, 并针对这 些问题采取相应措施, 使铸坯表面质量得到明显 改善。
另外由于不锈钢中含有铬铝钛等易氧化元素生成的cr2o3al2o3和tio2等高熔点氧化物使钢水发粘当连铸保护渣吸收溶解这些氧化物超过一定限度后渣子熔点和黏度显著升高破坏了渣子的玻璃态析出硅灰石caosio2铬酸钙cacro4等高熔点结晶体使结晶器保护渣结壳影响保护渣的传热和润滑性能以及铸坯的冷却均匀性从而严重影响不锈钢铸坯的表面质量甚至导致铸坯纵裂结疤表面和皮下夹渣等缺陷
2 不锈钢的生产工艺流程
烟台金澄精密线材有限公司不锈钢的生产流 程工艺为: 电炉熔炼 钢包吹氧脱碳粗炼 VOD 精炼 钢包喂线处理 连铸浇注 火焰切割 连 铸坯。
作者简介: 刘忠英( 1971- ) , 男, 工程师, 主要从事冶炼和连铸工艺技术研究及新产品开发工作.
第1期
刘忠英, 等: 奥氏体不锈钢连铸圆坯表面质量的控制
经过分析, 发现连铸中包钢水浇注温度( 过热 度) 越高的炉次, 铸坯中上述缺陷的比例越高, 因 此中包钢水过热度控制是影响铸坯表面质量的重 要因素。过热度的高低, 直接影响连铸拉速的控 制, 过热度过高, 拉速必然控制很慢, 由此导致结
晶器内钢水表面特别是弯月面处温度过低, 从而 使弯月面处保护渣的熔化不良甚至结壳严重, 液 渣层厚度不足, 最终影响保护渣的润滑、传热及铸 坯在结晶器内的冷却均匀性。而铸坯初生坯壳厚 度由于不均匀, 在外力的作用下坯壳的薄弱处极 易产生纵向凹陷甚至纵裂纹或结疤缺陷。同时由 于保护渣熔化及润滑不良, 铸坯表面很容易造成 皮下夹渣。而钢水温度过高时, 结晶器内坯壳厚 度变薄, 强度下降, 易发生破裂产生结疤缺陷。
2011 年 2 月 52 第 39 卷 第 1 期
钢铁研究 Research on Iron & St eel
F eb. 2011 Vol. 39 No . 1
奥氏体不锈钢连铸圆坯表面质量的控制
刘忠英, 鲁健波, 纪延波, 李永寿
( 烟台金澄精密线材有限公司, 山东 烟台 264006)
摘 要: 针对奥氏体不锈钢连铸圆坯生产中出现较严 重的纵裂、结疤、皮下夹渣等表面缺陷, 经过试 验对 比和分析研究, 找出了产生上述缺陷的主要影响因素 。通过合 理控制钢水浇注温度、选用 适宜的连 铸保 护渣及浸入式中包水口, 大大减少了不锈钢连铸圆 坯的表 面缺陷, 各种 缺陷比 例均控制 在 4 % 以下, 铸 坯表面质量得到明显改善。 关键词: 奥氏体不锈钢; 连铸圆坯; 表面质量; 影响因素 中图分类号: T F 777. 4 文献标识码: A 文章编号: 1001- 1447( 2011) 01- 0052- 03
Surface quality control for austenitic stainless steel round tube
L IU Z ho ng- y ing, L U Jian- bo, JI Yan- bo, LI Yo ng- sho u ( Yant ai Jincheng Pr ecision Wire Rod Co. L td. , Yant ai 264006, China)
连铸保护渣的主要作用是吸收溶解夹杂物、 润滑和改善结晶器传热, 其主要性能指标包括熔 化温度 T m、1 300 黏度 、凝固温度 T s 和结晶 温度 T c , 其中后 3 项性能的搭配是否合理对铸坯
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钢铁研究
第 39 卷
表 1 保护渣碱度及性 能
保护渣型号
ST- W C/ 300L ( A) SPH- C- 129( B) ST- W C/ 300A ( C)
碱度
1. 02 1. 10 0. 92
黏度/ ( Pa s)
3. 11 1. 30 3. 76
凝固温 熔化温 度 T s/ 度 Tm/
1 183 1 124 1 152 1 120 1 105 1 158
的润滑和调 节从铸坯传往结 晶器的热流影 响很 大, 这 3 种性能对保护渣的耗量、传热及铸坯表面 纵裂纹的影响如表 2 所示。而对保护渣的主要性 能影响最大的是其成分中 w ( CaO ) 与w ( SiO 2) 之 比, 即碱度, 通常当碱度增加时, 黏度 降低, 凝固 温度 T s 和结晶温度 T c 升高。
另外, 由于不锈钢中含有铬、铝、钛等易氧化元 素, 生成的 Cr2 O3 、A l2 O 3 和 T iO2 等高熔点氧化物使 钢水发粘, 当连铸保护渣吸收溶解这些氧化物超过 一定限度后, 渣子熔点和黏度显著升高, 破坏了渣 子的 玻 璃 态, 析出 硅 灰 石 ( CaO SiO2 ) 、铬 酸 钙 ( CaCrO4) 等高熔点结晶体, 使结晶器保护渣结壳, 影响保护渣的传热和润滑性能以及铸坯的冷却均 匀性, 从而严重影响不锈钢铸坯的表面质量, 甚至 导致铸坯纵裂、结疤、表面和皮下夹渣等缺陷。
表 1 中所列 3 种保护渣, C 型碱度最低, 凝固 温度最低, 不易结渣壳, 但黏度最高。A 型碱度较 高, 黏度较高, 凝固温度最高, 易结壳。B 型碱度 最高, 黏度最低, 凝固温度较高。由于不锈钢浇注 温度较低, 考虑到 C 型保护渣凝固温度最低, 不 易结渣壳, 在生产过程中, 首先试用的是 C 型, 结 果发现铸坯出现较严重的结疤缺陷, 而后试用 A 型保护渣时结疤缺陷略为减少, 但同时出现表面 不规则缺陷。后来选用 C+ B 2 种保护渣混合, B 和 C 配比为 2 1, 与 A 型进行对比, 具体对比方法 是每炉浇注时在 2 个流使用 A 型, 1 个流使用 C + B 混合, 对生产的铸坯表面质量进行对比。经 过连续 32 炉测试对比, 结果表明, 使用 C + B 混 合的铸坯各种表面缺陷明显减少。图 2 所示的是 使用 C+ B 与 A 型保护渣时不锈钢连铸圆坯表面 缺陷情况对比( 中包浸入式水口均为 5 孔式) 。
1 连铸机的主要技术参数
铸机流数: 3 流; 中 间罐容量: 15 t ; 浇注方 式: 电动缸塞棒自动控制加保护浇注加结晶器液 面自动控制; 浇注断面: 130~ 220 m m; 铸机半 径: 9 m; 铜管长度: 850 m m, 单锥度; 结晶器振动 方式: 四连杆正弦振动; 二冷区: 足辊加一 段加 二段, 足辊水冷, 其它段气雾冷却, 自动配水; 拉矫 机: 一点矫直; 铸坯切割方式: 火焰切割; 引锭杆 类型: 刚性。
4 影响奥氏体不锈钢连铸圆坯表面质量 的因素及改进措施
4. 1 钢水浇注温度
对不锈钢连铸圆坯表面质量影响较大的首先 是钢水浇注温度必须合理控制, 在不锈钢生产初 期, 由于 V OD 操作熟练度不高, 同时连铸设备故 障率较高, 为保证钢水的浇成率及连浇炉数, VOD 出钢温度控制偏高, 具体为开浇炉 VOD 出 钢过热度目标( 65 5) , 连浇炉出钢过 热度目 标( 55 5) , 中包钢水过热度控制目标是 30~ 40 , 拉速控制目标是1. 2~ 1. 3 m / min。在生产 过程中, 发现连铸中包浇注过热度居高不下, 经常 达到 40 以上, 个别炉次达到 50 以上, 对应的 拉速则低于 1. 0 m/ m in, 而铸 坯则出现严重 的纵 裂、结疤、夹渣等表面质量问题, 其中结疤缺陷比 例达到 20 % 以上。这些缺陷中轻微的需要进行 修磨处理, 而严重的纵裂即使经过修磨, 也可能对 后序轧制的成材率及最终产品质量产生影响。