特钢连铸技术和生产的现状及发展

特钢连铸技术和生产的现状及发展

干勇王忠英

（钢铁研究总院）

ｆ连铸技术国家工程研究中心）

摘要：本文通过对国外特钢连铸技术和国内特钢连铸生产及主要产品质量的分析

对我国特钢连铸技术的发展进行了探讨。

关键词：特殊钢。连铸现式发展ｘ

随着现代工业的发展，对钢铁材料的质量提出了更高的要求。高质量钢的主要特点是表现在，ｉ个方面：（１）高洁净度，根据钢种的不『司，通过对原材料的控制、冶炼工艺的优化和保护浇铸措施的实施，使钢中残余元素、气体含量及夹杂物组成及分布符合特定的要求；（２）均匀的化学成分及组织，通过连铸工艺和加工热处理工艺的优化减轻由于凝固造成的宏观成分偏析和微观组织偏析；（３）细小的晶粒度，通过全流程的控制保证形成细小均匀的晶粒度。

由于连铸技术具有显著提高生产效率、成材率及产品质量等特点，自５０年代开始钢的连铸工业化以来，得到迅速的发展，目前世界大多数国家的连铸比达到或超过９０％。我国自１９９６年钢产量超过日本，成为世界第一产钢大国以来，连铸比连年增加，到２００１年的连铸比达到８９．４％．丰目比与普钢连铸，我国特钢的连铸技术明显处于落后状态，２００１年特钢连铸比４３．５％。下面通过对国内外特钢连铸技术的分析，对我国特钢连铸技术的发展进行探讨。

１国外特钢生产技术现状及进展

表１是国外几家典型特钢企业的工艺流程及主要产品，从表１可见，除一些特殊用途的高合金钢、轴承钢和工模具钢等仍采用模铸工艺生产外，几乎所有大量生产的商用特殊钢都可以用连铸工艺来生产。

表１国外特殊钢生产典型工艺流程及主要品种

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ｆｎＦ特殊钢对钢材洁净度、成分和组织的均匀性和钢材的致密性都有严格的要求，而且由』．【幺类钢合金元素高，易偏析元素多，在连铸时易产生一ｈ心偏析、裂纹和缩孔等缺陷，因此为保汪最终成品的质量，一般都配有以下技术。

（１）保护浇注

为保证铡水二次精炼的效果．钢包一中间包一结晶器的全程保护浇注模式已在仝世界各铡Ｊ＿ｒ泛应用。其具体措施一般为钢包一中间包采用长水口浇注，中包加覆盖剂；ｑ，问包一结晶器采用浸入式长水口，并在滑动水口与浸入式水【Ｊ的接缝处吹氩或吹氮气保护，防止宅气进入；为降低中包内的氧浓度，在开浇前对中包充惰性气体排除窄气，并在中间包上端及包盖周围采川水冷结构，防ｊｊ：使用过程中由Ｔ热应力引起的变形，使空气进入中包，保证整个浇铸过程中，｝，包内的气氛鞔浓度小于０．１％；为防止钢包渣进入中包，采用电磁检测设备进行钢包留治操作：采用夫容量中包和优化ｑ，包内结构，延长钢液在ｑ，包内的停留时间，促使犬颗粒夹杂的上浮和排ｆ｝｛：采ｊＨ液血自动控制装置，稳定浇铸速度，防止浇铸过程卷渣或拉漏事故的发生：针对不川钢种，采用相应的结晶器保护渣，以吸附钢中央杂物和起到良好的润滑和均匀导热作用。通过这些措施的采用，可避免钢液的－次氧化．有效地减少连铸坯中的夹杂物。

ｆ２）增大连铸坯断面

巾｝』铸坯的部分低倍缺陷可以通过一定的｛Ｉｉ缩比得以减轻或消除，而且一定的匿缩比也是稳定最终钢材性能的必要措施，如为保证气孔焊合一股要求压缩比为４以上，为得到稳定的机械性能，要求压缩比为７～１２，因此，特钢连铸的发展方向是根据所产钢材种类和规格的不同，采用人弧形半径的大断面铸机，其原吲一是继续发挥原有秒Ｊ轧机的作用，二是通过大压缩比改薄轧材的组织。表２是日本大间知多厂对不同钢材的Ｊ＆缩比要求。

表２日本大同知多厂对不同钢材的压缩比要求

钢种压缩比

优质碳素结构钳ｆ低、中碳制）≥１０

台金结构钢ｆ禽凶轮钢）≥１２

碳索和合金ｒ具Ｎ（Ｏ８％）≥１５

１Ｆ滚动体Ⅲ轴康锊Ｊ≥１５

滚动体用轴承钢≥５０

但随着高洁净钢生产技术的发展和连铸技术的改进，使钢【｝】有害杂质和夹杂物总量显著降低，电磁搅拌和液相穴压Ｆ技术的采用有效地减轻了中心偏析．这些都为减小铸坯断面、采用火成材创造了条件。

ｆ３１低过热度浇铸及配套技术

由于高碳钢在凝固时体积收缩较大，如果钢水过热度太高，则铸坯内柱状晶发达，在热应力综合作用下，易产生中心蔬松、缩孔和内裂，而采用较低豹过热度浇铸钢液除使铸坯中心消除过热后完全凝固，缩短柱状晶区长度、发展等轴晶区，使坯芯成分均匀，避免中心偏析、疏松和裂纹等低倍缺陷的发展外，还具有提高生产率和钢水收得率的作用，凶此低过热度浇铸已越柬越引起人们的关注。低过热度浇铸技术开发的首要关键是准确控制连铸过程中包钢水温度稳定，在此基础上再考虑降低过热度的措施。如日本大『岍Ｊ知多厂为保证其中包钢水温度稳定，在其新建连铸机上增设中包感应加热装置，其新旧铸机情况见表３所示。

表３大同特钢知多厂连铸机参数

目前通过炉外精炼可将钢液温度控制在很窄的范围内，再加上中包保温技术的采用和钢中央杂物控制技术的采用，为低温低速浇铸创造了条件。研究表明，控制中包钢液温度稳定最有效的手段是采用等离子加热装置向中包补充稳定、可靠的中性热能。此外，降低钢液过热度还町考虑采用水冷水口或在钢液弯月面用圆锥形无耗冷凝器进行辅助冷却。

尽管低温低速浇铸可在一定程度上改善铸坯的偏析．但此工艺在大生产操作中很难控制，考虑到上述主要低倍缺陷ｆ疏松、偏析）都是在铸坯的液相穴的糊状区形成，因此采用低温浇铸与电磁搅拌相结合的办法，通过控制液芯金属的流动，扩大等轴晶区来减轻偏析。

ｆ４）电磁搅拌技术

近年来，为改善连铸坯质量，电磁搅拌技术（ＥＭＳ）已被广泛应用．其工艺已由单～式的搅拌Ｊ‘艺发展成组合式搅拌工艺，其作用已由减轻中碳钢和高碳钢方坯的中心偏析，发展为进一步诱发等轴晶。对轴承钢而言，为获得良好的表面、皮Ｆ、凝固结构、中心疏松和中心偏析质量，须采用组合式ｉ段电磁搅拌工艺，安装在结晶器的搅拌器（Ｍ．ＥＭＳ）用于消除过热，促进等