高质量圆坯连铸技术工艺研究
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自2002年4月份建成投产以来，根据市场需求，目前已成功 开 发 出 高 质 量 的 铁 路 用 HDSA 、 KKD 快 速 车 轮 、 KDQ 型 (200Km/h)及GKD型(270km/h)高速车轮、1250整体机车车轮等。 所轧制产品经综合检验，结果表明采用连铸圆坯所生产的车轮 轮箍产品各项性能指标均较好满足标准及用户需求，车轮轮箍 的内在产品质量达到了国际先进水平。
2020年4月27日5时44分 16-
铸坯成分偏析分析
铸坯宏观成品偏析采取了断面成分分析法及原位分析法， 对380mm圆坯断面成分偏析检测结果见图。结果表明，圆坯 除有存在轻微的中心偏析外，总体偏析较小。
图 380mm圆坯断面[C]元素分布情况
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 17-
1）圆坯低倍质量分析 2）铸坯纯洁度分析 3）铸坯成分偏析分析 4）铸坯致密度分析
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 14-
圆坯低倍质量分析
铸坯低倍检验统 计结果见表。结果表 明，圆坯具有组织均 匀、中心等轴晶比率 高等特点。CL60 钢 380mm 圆 坯 低 倍 形 貌见图
表 450mm圆坯低倍质量检测结果
表 车轮钢圆坯气体含量 （1×10-6）
Item
T.O
[N]
1/2R inner arc 1/2 R outer arc 1/2 R inner arc 1/2 R outer arc
Max
27.2
24.7
71.3
70.8
Min
15.8
百度文库
12.9
46.5
45.2
Avg
20.9
19.8
58.4
57.1
马鞍山钢铁股份有限公司
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 2-
马钢圆坯连铸机主要技术参数
❖ 弧形半径：R＝12m ❖ 铸机流数：3流 ❖ 流间距：1800mm ❖ 铸坯尺寸：380mm、450mm ❖ 定尺长度：3500～6500mm ❖ 拉坯速度：380mm：≤0.70m/min；450mm：≤0.58m/min ❖ 中间罐容量：28t ❖ 浇铸周期：60～70min ❖ 注流保护：大包长水口＋浸入式水口 ❖ 结晶器：带足辊双锥度 ❖ 电磁搅拌：M-EMS（外置式） ❖ 二冷方式：水冷，弱冷方式 ❖ 矫直机：三点五机架矫直
高质量圆坯连铸技术工艺研究
龚志翔 张建平 等
马鞍山钢铁股份有限公司
2004年10月
前言
随着我国国民经济的迅猛发展，对铁路运输也提出 来越来越高的要求。车轮是火车的关键部件，随着铁路 列车提速、重载战略的实施，对车轮使用条件的要求日 趋严格，因此车轮质量的好坏直接影响到我国铁路运输 大发展的进程。马鞍山钢铁股份有限公司作为我国高质 量车轮产品的重点生产企业，为适应我国铁路运输发展 的需要，不断开展技术改进和技术创新。为进一步提高 车轮钢质量和优化其生产工艺，2002年马钢投巨资引进 和建设具有90年代先进水平的全弧形大断面圆坯连铸机， 通过近两年的大量试验研究，形成系列生产高质量圆坯 的连铸技术，并自主完成了圆坯三流技术改造工作。综 合检验结果表明，所生产铸坯具有表面质量优良，内部 质量高的特点，完全满足生产车轮轮箍的质量需求。
根据铸坯凝固及传热特点，铸坯的柱状晶区和等 轴晶区的相对大小主要取决于钢水温度、铸机拉速及 冷却制度。在一定的连铸工艺条件下，为了最大程度 地获得等轴晶组织，通常采取降低浇铸温度、调整拉 速和弱冷方式，同时采用合理的电磁搅拌技术等。下 面就简要介绍结晶器电磁搅拌技术的开发及其对铸坯 组织影响情况。
马鞍山钢铁股份有限公司
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 20-
项目
椭圆度,% 内弧柱状晶厚,mm 外弧柱状晶厚,mm 中心等轴晶比率,%
最大值
1.5
130
100
58.2
最小值
0
90
60
45.5
平均值
0.95
115
90
52.1
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 15-
铸坯纯洁度分析
检 测 分 析 了 13 块 450mm 车 轮 钢 圆 坯 断 面 上 （内外弧）全氧及气体含量，结果见表4。由此可见， 铸坯具有较低的氮及全氧含量，且铸坯内外弧无明 显质量差异。
同时根据市场需求，成功开发研制出高压无缝钢管用20G、 15CrMoG、12Cr1MoVG等圆管坯，填补了我国大断面连铸圆 管坯产品的空白，产品深受用户欢迎与好评，经综合检测，其 实物质量已达到了国际同类产品先进水平。
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 19-
谢谢！
敬请各位专家批评指正！
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 3-
圆坯质量要求
马钢所生产的大圆坯主要用于生产车轮轮箍产 品，车轮轮箍产品作为列车的行走的关键部件，其 质量的好坏直接影响到列车的运行安全和运行质量， 主要要求如下： (1) 铸坯表面质量：铸坯表面不得有肉眼可见的夹渣、 结疤、鼓肚、孔洞、划痕、裂纹等缺陷；表面振痕 均匀有规律。 (2) 铸坯内部质量：铸坯不允许存在肉眼可见的白点、 气泡、夹杂（渣）、皮下气泡和裂纹等缺陷；较低 的铸坯疏松、偏析级别。
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 5-
无缺陷连铸技术的研究与开发
铸坯质量状况直接影响到最终产品的质量，因 此无缺陷或低缺陷是连铸生产的基本要求，也是衡量 铸坯质量的重要技术指标。为确保车轮轮箍产品质量， 马钢积极开展无缺陷连铸技术的开发与研究。
Ⅰ. 表面无缺陷连铸技术 Ⅱ. 铸坯内部质量控制技术 Ⅲ. 优化铸态组织技术
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 4-
圆坯技术研究开发现状
为满足车轮较高的质量需求，自2002年圆坯连铸机建成投产 以来，马钢公司积极与国内冶金院所合作开展相关技术研究， 进行了大量的工艺试验和技术改造工作。如开展了车轮轮箍钢 连铸的传热及凝固机理、铸坯连铸过程应力应变研究，连铸工 艺（如钢水过热度、电磁搅拌、冷却制度等）对圆坯凝固及内 部质量的影响等，较好地掌握了圆坯连铸生产高质量车轮轮箍 用钢坯的相关技术。使得生产的铸坯质量具有表面质量优良， 铸坯铸态组织结构均匀致密，铸坯中心等轴晶比率高（达50％ 以上），内在质量高（低的S、P夹杂元素、气体及夹杂含量） 等特点。使用圆坯轧制的HDSA、KKD、LG61、KDQ等车轮轮 箍产品的综合检验结果表明，产品的各项性能指标均较好地满 足标准要求。所研制开发的高压无缝钢管用圆管坯15CrMoG、 12Cr1MoVG等产品综合质量达到国际同类产品先进水平。
2020年4月27日5时44分 10-
搅拌电流与铸坯中心等轴晶比率关系图
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 11-
M-EMS对铸坯铸态组织的影响
无电磁搅拌，等轴晶比率：6.0％
电磁搅拌I=300A，等轴晶比率：72.2％
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 12-
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 6-
CL60钢圆坯高温力学性能试验
试验在Gleeble2000热模拟试验机上进行，通过测定圆坯的高温 强度和断面收缩率，为连铸二冷水工艺优化提供技术依据。
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 7-
二冷水工艺优化试验
连铸的二次冷却方式及冷却制度对铸坯的质量有着直接的 影响[1]，为获取优良的铸坯质量，根据车轮轮箍钢特点及铸坯 质量要求，研究开展二冷工艺优化试验。试验根据连铸的凝固 及传热特点，依据目标温度反算法原理，采用比水量的方法， 建立和制定二冷工艺试验方案。
铸坯致密度分析
铸坯致密度直接反应和决定了铸坯的疏松及偏析情况，对铸 坯断面密度测定结果见下图，表明所生产铸坯具有较好的致密 度，从而确保了铸坯质量满足后续产品需求。
图 450mm圆坯断面铸坯密度测定结果
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 18-
结语
为满足高质量车轮轮箍产品质量的需求，开展了生产高质 量铸坯的连铸技术的相关试验研究与开发，使圆坯的表面及内 在质量显著提高，较好满足车轮轮箍等产品需求。
2020年4月27日5时44分 8-
铸坯表面温度检测结果
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 9-
优化铸态组织技术开发
铸坯的铸态组织是评价铸坯内部质量的主要指标， 因为铸坯内部质量的好坏很大程度上取决于铸坯的铸 态组织，均匀而致密的等轴晶组织是铸坯最为理想的 组织。如何提高等轴晶比率是提高连铸坯内部质量的 关键，是获得良好的铸坯内部质量的首要条件。
试验过程中采用红外线测温仪对铸坯表面温度进行在线测 定，结果见图。铸坯表面温度变化较为合理，铸坯表面回温较 小，进矫直区铸坯表面温度全部在900℃以上。
表 二冷工艺主要技术参数
冷却段 4段
冷却长度,m 5.7
冷却方式 水冷
喷嘴类型 圆锥形90°/60°
比水量，L/kg 0.30-0.35
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电磁搅拌对铸坯夹杂物分布影响
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 13-
圆坯质量分析
通过对圆坯连铸开展的系统技术研究工作，形 成了系统的高质量圆坯连铸生产技术，配合先进的 冶炼及精炼工艺技术，使所生产的铸坯具有表面质 量好，振痕均匀，铸坯内在质量纯洁度高，铸坯内 部组织均匀、致密、成分偏析小的特点。
2020年4月27日5时44分 16-
铸坯成分偏析分析
铸坯宏观成品偏析采取了断面成分分析法及原位分析法， 对380mm圆坯断面成分偏析检测结果见图。结果表明，圆坯 除有存在轻微的中心偏析外，总体偏析较小。
图 380mm圆坯断面[C]元素分布情况
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1）圆坯低倍质量分析 2）铸坯纯洁度分析 3）铸坯成分偏析分析 4）铸坯致密度分析
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圆坯低倍质量分析
铸坯低倍检验统 计结果见表。结果表 明，圆坯具有组织均 匀、中心等轴晶比率 高等特点。CL60 钢 380mm 圆 坯 低 倍 形 貌见图
表 450mm圆坯低倍质量检测结果
表 车轮钢圆坯气体含量 （1×10-6）
Item
T.O
[N]
1/2R inner arc 1/2 R outer arc 1/2 R inner arc 1/2 R outer arc
Max
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马钢圆坯连铸机主要技术参数
❖ 弧形半径：R＝12m ❖ 铸机流数：3流 ❖ 流间距：1800mm ❖ 铸坯尺寸：380mm、450mm ❖ 定尺长度：3500～6500mm ❖ 拉坯速度：380mm：≤0.70m/min；450mm：≤0.58m/min ❖ 中间罐容量：28t ❖ 浇铸周期：60～70min ❖ 注流保护：大包长水口＋浸入式水口 ❖ 结晶器：带足辊双锥度 ❖ 电磁搅拌：M-EMS（外置式） ❖ 二冷方式：水冷，弱冷方式 ❖ 矫直机：三点五机架矫直
高质量圆坯连铸技术工艺研究
龚志翔 张建平 等
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2004年10月
前言
随着我国国民经济的迅猛发展，对铁路运输也提出 来越来越高的要求。车轮是火车的关键部件，随着铁路 列车提速、重载战略的实施，对车轮使用条件的要求日 趋严格，因此车轮质量的好坏直接影响到我国铁路运输 大发展的进程。马鞍山钢铁股份有限公司作为我国高质 量车轮产品的重点生产企业，为适应我国铁路运输发展 的需要，不断开展技术改进和技术创新。为进一步提高 车轮钢质量和优化其生产工艺，2002年马钢投巨资引进 和建设具有90年代先进水平的全弧形大断面圆坯连铸机， 通过近两年的大量试验研究，形成系列生产高质量圆坯 的连铸技术，并自主完成了圆坯三流技术改造工作。综 合检验结果表明，所生产铸坯具有表面质量优良，内部 质量高的特点，完全满足生产车轮轮箍的质量需求。
根据铸坯凝固及传热特点，铸坯的柱状晶区和等 轴晶区的相对大小主要取决于钢水温度、铸机拉速及 冷却制度。在一定的连铸工艺条件下，为了最大程度 地获得等轴晶组织，通常采取降低浇铸温度、调整拉 速和弱冷方式，同时采用合理的电磁搅拌技术等。下 面就简要介绍结晶器电磁搅拌技术的开发及其对铸坯 组织影响情况。
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项目
椭圆度,% 内弧柱状晶厚,mm 外弧柱状晶厚,mm 中心等轴晶比率,%
最大值
1.5
130
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最小值
0
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平均值
0.95
115
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铸坯纯洁度分析
检 测 分 析 了 13 块 450mm 车 轮 钢 圆 坯 断 面 上 （内外弧）全氧及气体含量，结果见表4。由此可见， 铸坯具有较低的氮及全氧含量，且铸坯内外弧无明 显质量差异。
同时根据市场需求，成功开发研制出高压无缝钢管用20G、 15CrMoG、12Cr1MoVG等圆管坯，填补了我国大断面连铸圆 管坯产品的空白，产品深受用户欢迎与好评，经综合检测，其 实物质量已达到了国际同类产品先进水平。
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圆坯质量要求
马钢所生产的大圆坯主要用于生产车轮轮箍产 品，车轮轮箍产品作为列车的行走的关键部件，其 质量的好坏直接影响到列车的运行安全和运行质量， 主要要求如下： (1) 铸坯表面质量：铸坯表面不得有肉眼可见的夹渣、 结疤、鼓肚、孔洞、划痕、裂纹等缺陷；表面振痕 均匀有规律。 (2) 铸坯内部质量：铸坯不允许存在肉眼可见的白点、 气泡、夹杂（渣）、皮下气泡和裂纹等缺陷；较低 的铸坯疏松、偏析级别。
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 5-
无缺陷连铸技术的研究与开发
铸坯质量状况直接影响到最终产品的质量，因 此无缺陷或低缺陷是连铸生产的基本要求，也是衡量 铸坯质量的重要技术指标。为确保车轮轮箍产品质量， 马钢积极开展无缺陷连铸技术的开发与研究。
Ⅰ. 表面无缺陷连铸技术 Ⅱ. 铸坯内部质量控制技术 Ⅲ. 优化铸态组织技术
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2020年4月27日5时44分 4-
圆坯技术研究开发现状
为满足车轮较高的质量需求，自2002年圆坯连铸机建成投产 以来，马钢公司积极与国内冶金院所合作开展相关技术研究， 进行了大量的工艺试验和技术改造工作。如开展了车轮轮箍钢 连铸的传热及凝固机理、铸坯连铸过程应力应变研究，连铸工 艺（如钢水过热度、电磁搅拌、冷却制度等）对圆坯凝固及内 部质量的影响等，较好地掌握了圆坯连铸生产高质量车轮轮箍 用钢坯的相关技术。使得生产的铸坯质量具有表面质量优良， 铸坯铸态组织结构均匀致密，铸坯中心等轴晶比率高（达50％ 以上），内在质量高（低的S、P夹杂元素、气体及夹杂含量） 等特点。使用圆坯轧制的HDSA、KKD、LG61、KDQ等车轮轮 箍产品的综合检验结果表明，产品的各项性能指标均较好地满 足标准要求。所研制开发的高压无缝钢管用圆管坯15CrMoG、 12Cr1MoVG等产品综合质量达到国际同类产品先进水平。
2020年4月27日5时44分 10-
搅拌电流与铸坯中心等轴晶比率关系图
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M-EMS对铸坯铸态组织的影响
无电磁搅拌，等轴晶比率：6.0％
电磁搅拌I=300A，等轴晶比率：72.2％
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CL60钢圆坯高温力学性能试验
试验在Gleeble2000热模拟试验机上进行，通过测定圆坯的高温 强度和断面收缩率，为连铸二冷水工艺优化提供技术依据。
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 7-
二冷水工艺优化试验
连铸的二次冷却方式及冷却制度对铸坯的质量有着直接的 影响[1]，为获取优良的铸坯质量，根据车轮轮箍钢特点及铸坯 质量要求，研究开展二冷工艺优化试验。试验根据连铸的凝固 及传热特点，依据目标温度反算法原理，采用比水量的方法， 建立和制定二冷工艺试验方案。
铸坯致密度分析
铸坯致密度直接反应和决定了铸坯的疏松及偏析情况，对铸 坯断面密度测定结果见下图，表明所生产铸坯具有较好的致密 度，从而确保了铸坯质量满足后续产品需求。
图 450mm圆坯断面铸坯密度测定结果
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2020年4月27日5时44分 18-
结语
为满足高质量车轮轮箍产品质量的需求，开展了生产高质 量铸坯的连铸技术的相关试验研究与开发，使圆坯的表面及内 在质量显著提高，较好满足车轮轮箍等产品需求。
2020年4月27日5时44分 8-
铸坯表面温度检测结果
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优化铸态组织技术开发
铸坯的铸态组织是评价铸坯内部质量的主要指标， 因为铸坯内部质量的好坏很大程度上取决于铸坯的铸 态组织，均匀而致密的等轴晶组织是铸坯最为理想的 组织。如何提高等轴晶比率是提高连铸坯内部质量的 关键，是获得良好的铸坯内部质量的首要条件。
试验过程中采用红外线测温仪对铸坯表面温度进行在线测 定，结果见图。铸坯表面温度变化较为合理，铸坯表面回温较 小，进矫直区铸坯表面温度全部在900℃以上。
表 二冷工艺主要技术参数
冷却段 4段
冷却长度,m 5.7
冷却方式 水冷
喷嘴类型 圆锥形90°/60°
比水量，L/kg 0.30-0.35
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电磁搅拌对铸坯夹杂物分布影响
马鞍山钢铁股份有限公司
2020年4月27日5时44分 13-
圆坯质量分析
通过对圆坯连铸开展的系统技术研究工作，形 成了系统的高质量圆坯连铸生产技术，配合先进的 冶炼及精炼工艺技术，使所生产的铸坯具有表面质 量好，振痕均匀，铸坯内在质量纯洁度高，铸坯内 部组织均匀、致密、成分偏析小的特点。