低碳包晶钢连铸工艺及纵裂纹的控制

1低碳包晶钢连铸工艺及纵裂纹的控制天管特殊钢有限公司二炼钢连铸作业区勾淼摘要重点论述了低碳包晶钢的生产工艺以及在生产过程中对包晶钢纵裂纹的控制，根据天管特殊钢有限公司第二炼钢厂对低碳包晶钢纵裂纹控制的生产实践，提出浇注低碳包晶钢时的连铸工艺要求，取得显著成效。关键词低碳包晶钢连铸工艺工艺设计纵裂纹控制1前言本文所论述“低碳包晶钢”是指成品碳成分（标准）介于低碳钢（钢中碳含量（C）0.08%）和包晶钢（钢中碳含量（C）=0.09%~0.17%）范围内。此类钢种在低拉速时，期发生纵裂纹的倾向性与实际碳含量之间的关系不明显；但是在高拉速（或较高）拉速浇注时，则不然。纵裂纹是连铸坯常见的缺陷之一。连铸坯纵裂纹的控制和预防是所有连铸生产厂必须面对且极为重要的质量工作内容。本文所论述的并非广义上的连铸坯纵裂纹的控制，而是侧重于低碳包晶钢连铸时的特殊性引发的连铸坯纵裂纹问题；通过对此类纵裂缺陷的特点及生产的原因进行分析。结合天管特殊钢有限公司第二炼钢厂在低碳包晶钢纵裂控制的经验教训，对浇注低碳包晶钢时的连铸工艺控制技术提出了新方案。该方案经过天管特殊钢第二炼钢厂的生产应用所取得的显著成绩证明是行之有效的。2连铸包晶钢漏钢和纵裂纹产生的原因圆坯连铸工作者都知道碳含量在0.08%~0.17%合金结构钢最容易发生拉漏事故，而且连铸坯表面上纵裂是圆坯连铸最常见的缺陷。从铁碳相图上看，在这个含碳范围内液相首先析出的具有体心立方的铁素体，随着枝晶间钢水温度不断降低，相比例不断增加，液相碳含量逐步升高达到0.57%的含量，在1493C温度以下的逐步冷却中，枝晶间钢水和铁素体逐2渐转变较为致密的奥氏体相，体积发生了急剧的收缩。纯铁的液态钢水、相铁素体、相奥氏体的密度分别是7.035g/cm2、7.406g/cm2、7.690g/cm2。显而易见，初生坯壳收到了强烈的收缩，具有脱离铜管内墙的趋势，在某一处或者多出局部脱离铜管，即形成凹陷，产生气隙如图2.1所示。图2.1初生坯壳内奥氏体结构示意图此时如果保护渣不能流动进入气隙中，在此就产生了对流导热，有传输原理我们可以知道对流导热要比传质导热强度弱的多，所以该处的一冷过程大为恶化，在随后的结晶器冷却过程中都不能得到充分的冷却，坯壳增厚过程极为缓慢，从拉漏的坯壳分析看，若坯壳某处厚度为8mm以下，产生纵裂和拉漏极易发生。离开结晶器铜管坯壳厚度达到15~20mm是圆坯连铸顺行的保证。[1，2]33主要设备及工艺流程3.1主要设备及工艺参数表3.1连铸机主要的技术性能及工艺参数序号项目单位性能与设备参数1型式四点矫直弧形方-圆坯连铸机2台数台13流数流64弧形半径m10.5，13.5，18.0，30.55铸坯规格mmφ150，φ210，φ251,φ270，150×1506各流中心距mm12507铸机冶金长度m普钢：~33不锈钢：13～198浇注时间分/炉普钢：35~45不锈钢：40~659铸坯定尺范围m6.0~10.010送引锭速度m/min0.25~5.011φ150设计最大拉速m/min普钢：3.4不锈钢：2.212φ210设计最大拉速m/min普钢：2.3不锈钢：1.513φ251设计最大拉速m/min普钢：1.4不锈钢：1.114φ270设计最大拉速m/min普钢：1.3不锈钢：1.015150X150设计最大拉速m/min普钢：2.8不锈钢：2.216引锭杆装入方式下装式17中间包容量吨浇注液位（800mm）溢流液位（850mm）21~24t26~28t18结晶器铜管长度mm800（φ150、φ210、φ251、φ270断面）850（150×150断面）19结晶器及设备事故水米310020喷淋事故水米33621切割方式普钢：在线氧—天然气切割不锈钢：在线氧－天然气－铁粉切割22出坯方式辊道、高架钩车、（缓冷）、冷床、收集台43.2工艺流程图3.2.1普钢及不需要缓冷的不锈钢工艺流程图图3.2.2需要进行缓冷的特钢及不锈钢工艺流程图4低碳包晶钢纵裂纹的形成及预防措施4.1拉速的影响在连铸生产中，拉速波动会导致结晶器液面不稳定，而且拉速的改变还会直接影响到保护渣的消耗量。保护渣的消耗量是反映液渣层厚度的一个重要指标，对于同样的保护渣，保护渣消耗量越大表示液渣层越厚。当拉速提高时，保护渣消耗量降低；拉速降低时，保护渣消耗量提高，这就意味着在拉速改变的同时，保护渣液渣层的厚度也在发生变化。薄厚不均的液渣层导致坯壳向外界的传热不5均，坯壳薄厚不均，最终导致纵裂纹的产生。所以，我厂在生产过程中保持拉速稳定，很少出现由拉速不均产生的纵裂纹。但在包晶钢生产的过程中还要注意控制拉速，表4.1.1为改进后的拉速控制表，表4.1.2为改进前的拉速控制表表4.1.1拉速控制表过热度（C）拉速（m/min）断面2021~2930~3536~4041~45451502.702.60~2.502.50~2.402.40~2.302.202.102101.90~1.801.80~1.701.70~1.501.50~1.401.40~1.301.302511.101.000.900.800.750.702701.00.950.900.800.750.7表4.1.2拉速控制表过热度（C）拉速（m/min）断面1516~2021~2930~4445~49501503.403.30~3.203.20~3.003.00~2.902.80~2.502.50~2.402102.302.25~2.052.05~1.851.85~1.651.70~1.501.50~1.402511.451.40~1.351.35~1.251.25~1.001.05~0.850.85~0.702701.301.25~1.101.25~1.001.10~0.900.85~0.700.75~0.65改进前后分别随机抽取80炉12Cr1MoVG其纵裂纹发生率分别为：改进后0.08%，改进前。由此我们可以看出在包晶钢连铸过程中要适当降低拉速，在单位时间内传递相同热量的情况下，可以相应的增加坯壳厚度，从而降低纵裂漏钢几率。4.2保护渣保护渣是影响圆坯质量的重要因素之一，理想的保护渣不仅对凝固坯壳进行润滑，还可以有效减少气隙热阻。在保证润滑的条件下，同时需要保证液渣流入的均匀性和合适的渣膜结构，以提高保护渣的传热效果。6表4.1改进前（ST-SP/LC-Q2）后ST-SP/512SV-O保护渣各项参数保护渣型号碱度软化点（C）熔融点（C）流动点（C）粘度ST-SP/LC-Q20.851220125012706.9ST-SP/512SV-O0.7011501188120011.5由表4.1我们可以看出在保证高碱度的同时适当增加保护渣的粘度，这样能使保护渣不会因为粘度小而流动性过强而造成的液渣层不均匀形成气隙使导热不均匀，同时适当的降低保护渣的熔点，减少卷渣发生的几率。4.3水口插入深度及水口对中情况的影响我厂对中间包浸入式水口安装前严格检查，不得有裂纹和缺陷。安装后要用对中台检查。安装好的浸入式水口必须垂直于水平面，六个流的浸入式水口中心线应在同一垂直面上，其偏差不得超过±2mm，水口下边伸出中包底部510mm，误差不得超过±5mm，在烤包之前再次进行检查确认。浸入式水口设计与插入深度将直接影响结晶器内钢水流场的分布，因而影响圆坯坯壳生长的均匀性。水口插入太深，使得从水口下口带到钢液面的热量不足，保护渣不能均匀熔化，影响初生坯壳的均匀性，同时高温区下移，出结晶器坯壳变薄；水口插入太浅，钢水流动将液渣裹入凝固前沿，引起卷渣。浸入式水口在浇注过程出现断裂现象，钢水流将冲击坯壳，使该部分的坯壳变薄，承受应力的能力下降，当冷凝收缩、拉坯等应力超过坯壳所能承受的应力时，容易在该区域产生纵裂或漏钢。我厂根据水口状况适时升降包，从而提高连浇炉数，减少水口断裂发生的几率。良好的浸入式水口对中是防止纵裂的又一关键因素。浸入式水口对中不良，靠近结晶器壁的一侧钢水冲刷使凝固坯壳变薄，在坯壳薄弱处造成应力集中，使连铸纵裂倾向增加。我厂采用严格的对中制度，在烤包前对中间包再次检查，水口不对中发生率基本为零。4.4硫含量硫在钢中是易偏析元素，由于硫在钢中的宏观偏析，较大的降低了钢的零塑性性温度(ZTD)，在磷含量不变的情况下，硫含量增加则圆坯坯纵裂的可能性增7加，硫含量越小，圆坯出现裂纹的可能越小。5结论在包晶钢生产过程中，第一钢水在上连铸之前，要确保较低的硫含量；第二要保证连铸过程中中间包温度的稳定，进而保证拉速的稳定；第三中间包在安装过程中，要注意水口的对中及水口出中包的长度；第四要选择相应的保护渣，保证结晶器的传热良好；最后，在浇注过程中，要适当放慢拉速，严格执行新的工艺制度。参考文献[1]刘浏张如斌钢铁工业节能减排新技术5000问.北京：中国科学技术出版社2009.7272[2]胡赓祥蔡珣材料科学基础上海：上海交通大学出版社2006.7270—271