高碳钢连铸坯偏析问题的分析与探讨

2007年炉外精炼年会论文集211

高碳钢连铸坯偏析问题的分析与探讨

曾四宝1,2)李洪波1,2)包燕平1)刘建华1)韩丽娜1)

1)北京科技大学冶金与生态工程学院; 2）济南钢铁集团石横特殊钢厂

摘要本文针对石横特殊钢厂R9m连铸机生产SWRH82B、GCr15等高碳钢连铸坯的偏析问

题，分析讨论了钢水过热度、拉速、二次冷却强度和组合式电磁搅拌对连铸坯碳偏析影响，并对

中心碳偏析问题提出了改善措施。

关键词偏析;钢水过热度;二次冷却强度;拉速;电磁搅拌

1 前言

对高碳钢来说，由于碳含量较高造成导热性差、凝固区间大，连铸坯本身容易产生偏析、疏松和缩孔等缺陷。当前轴承钢连铸坯的控制水平普遍要求碳中心偏析指数≤1.15；钢帘线钢对碳偏析有更严格的要求，一般碳中心偏析指数≤1.05，否则在拉丝和扭转过程中容易引起断裂。最近十几年来，随着钢水二次精炼、保护浇注、二次冷却、电磁搅拌和轻压下等技术的发展，高碳钢连铸技术也相应得到发展。实际上，影响高碳钢连铸坯偏析的因素很多，如钢液过热度、二冷参数、拉速及电磁搅拌方式等。关于钢液过热度对偏析的影响，国内外冶金工作者进行过大量的研究，得出了明确的结论，即随着过热度的降低，连铸坯的偏析逐渐减轻。但是关于电磁搅拌和二冷水量等对偏析的影响目前还有争议。

通过统计分析石横特殊钢厂2006年3~9月份的生产情况和工艺变化情况，探讨了高碳钢(如SWRH82B、GCr15)连铸坯碳偏析的产生原因以及公司进一步改善碳偏析的途径，为工艺和装备优化、改进提供依据。

2 连铸机基本参数

流数：4流;

铸机半径：R9000/17500mm;

流间距：1250mm;

结晶器长度：850mm;

浇铸断面：150mm×150mm;

最大拉速：2.8m/min;

电磁搅拌方式：M + F—EMS;

二次冷却方式：足辊水冷0段+气雾冷却1、2、3段;

浇铸钢种：碳结钢20#、45#、40Cr、ML10~35，20CrMo、

高碳钢70#、80#、72A、82B、GCr15

焊条钢H08A、H08Mn2SiA等。

3 试生产数据和结果分析

从2006年3月份开始，针对高碳钢(如SWRH82B、GCr15)连铸坯碳偏析的问题，就钢液过热度、二冷参数、拉速及电磁搅拌方式等内容进行了调整，可以从以下几个方面进行对比分析：一是中间包钢液过热度、拉速、二冷强度对比；二是搅拌强度和搅拌方式对比。

3.1 中间包温度对偏析的影响

众所周知，中间包温度越高，钢液过热度越大，钢液的凝固时间越长，选分结晶时间越长，P、S、C元素的偏析倾向越严重。一旦遇到高过热度钢液，即使降低拉速也难以使偏析合格。从最近几个月SWRH82B的温度控制情况如下（见图1）：

• 212 •2007年炉外精炼年会论文集2007年7月

图1 2006年7-9月份SWRH82B中间包温度分布图

表1 2006年7-9月份SWRH82B中间包温度与偏析情况

月份7 8 9 备注

中间包温度

℃1485~1505

1495

1485~1505

1495

1485~1500

1493

分子为控制范围，分母为平均值

碳偏析合格率% 67.5

47.5 53.58

36.0

56.0

61.0

0.96~1.08比例，分子为二流，分母为四流

与图1对应月份的温度水平和碳偏析合格率见表1

从图1和表1可见：

（1）7、8、9月份的温度控制范围相当，平均水平基本一致，但是分布规律大相径庭，8月份的中间包温度没有体现“两头小，中间大”的分布特点，说明集中度偏低，温度控制被动因素多，造成前期温度偏高、后期温度偏低，这与8月份的生产、设备不顺行有密切关系，这些因素使偏析合格率下降。

（2）其次，9月份的中间包温度分布集中度高，表明全流浇注率高，过程处于受控状态。同时也证明，边流与中间流的拉速适当差异可以在一定程度上改善中间包温度场。这使得二流、四流的偏析合格率差异缩小。

3.2不同温度下拉速匹配对偏析的影响

低过热度、慢注速已经成为冶金行业浇注高碳钢的共识，但是各企业的工艺装备和工艺流程不同使得各企业不得不考虑生产节奏的匹配、铸坯规格和质量的保证。在生产过程中，往往需要注温和注速的结合，但是也不宜在一炉钢浇注过程中拉速频繁调整，实际上，只要中间包前中后期温度差异小，拉速才能实现稳定。所以各钢厂都在加强大包、中间包的保温，上钢五厂、杭钢电炉厂、无锡华润的保温都堪称典范。石横特殊钢厂在生产GCr15时从7月份以来也实行了双重保温，从制定工艺卡时明确了温度与拉速的匹配关系，取得了明显效果，见表2、3。

表2 连铸生产GCr15中间包温度与拉速匹配关系

区间ⅠⅡⅢ备注

中间包温度℃1489~14951481~14881475~1480区间Ⅰ主要针中间包对第1包拉速m/min 1.45~1.54 1.55~1.64 1.65~1.70

在采取加强钢包、中间包保温和VD工序稳定精确控制温度的措施下，降低钢液过热度，稳定拉速成为可能。从表3可见2006年6~9月份生产GCr15的结果：与6月份对比大包温度降低了5.6℃，中间包温度降低了6.2℃，浇注过程温差越来越小，整炉钢水浇注过程拉速波动±0.10m/min。

July.20072007年炉外精炼年会论文集• 213 •表3 2006年7-9月份生产GCr15大包、中间包温度与拉速匹配对偏析影响

月份6月底7月底9月初备注

大包温度℃1510~1529

1523

1515~1528

1520

1510~1527

1517.4

第一包除外，分子为控制范围，

分母为平均值

中间包温度

℃1491.1

5~12

1490.6

3~10

1484.9

1~7

第一包除外，分子为平均值，

分母为前中后期温差

拉速m/min 1.40~1.75

1.56

1.45~1.65

1.53

1.5~1.7

1.56

第一包除外，分子为控制范围，

分母为平均值

碳偏析合格率% 31.58

31.58

39.13

33.33

58.33

29.17

分子为0.96~1.08比例，分母为

1.09~1.15比例

当然，如果中间包后期温度很低，单纯提高拉速，会来不及补缩，产生缩孔。取样分析表明，生产GCr15时，中间包温度低于1475℃，拉速1.80 m/min情况下浇注，会使铸坯产生大量的缩孔超级。

图2、图3对比了2006年6~9月份生产GCr15偏析的变化情况

图2 2006 年6、7、9 月份GCr15碳偏析各级比例

图3 2006 年6、7、9 月份GCr15碳偏析统计指标

3.3 二次冷却强度对偏析的影响

二次冷却的主要任务：（1）控制坯壳出结晶器后继续降温、长厚，确保不漏钢、不产生裂纹、不鼓肚、不脱方，保持规范良好的外部质量；（2）控制连续致密的内部质量，要求偏析、疏松级别合格，不得有缩孔、裂纹。高碳钢因其导