連鑄式液態(tài)電渣澆注圓錠表面質(zhì)量的影響因素

鄧 鑫，姜周華，臧喜民，董艷伍

(東北大學 材料與冶金學院，沈陽 110004)

東北大學鋼鐵冶金研究所采用中間包加熱、導電結(jié)晶器［1～3］、低頻電源、鋼水小流量控制、渣－金界面控制等技術(shù)，在國內(nèi)首次成功開發(fā)了“連鑄式液態(tài)電渣”新技術(shù)，該技術(shù)特征是去除傳統(tǒng)電渣重熔工藝流程中自耗電極的鑄造和準備工序，并通過改變渣池中溫度分布使?jié)沧⑺俣缺葌鹘y(tǒng)電渣自耗電極熔速提高5～10倍、電耗大幅度降低，克服了傳統(tǒng)電渣重熔過程中“工藝流程長、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高”的缺點.其原理如圖1所示.

圖1 連鑄式液態(tài)電渣原理Fig.1 Principle of ESCCLM

嚴格控制連鑄式液態(tài)電渣澆注［4］圓錠的表面質(zhì)量，消除鑄錠表面皺褶、重皮以及裂紋等現(xiàn)象的發(fā)生，可以減少下一道工序的修磨處理，對提高產(chǎn)品成材率和鑄錠的內(nèi)部質(zhì)量都有很好的促進作用.

1 鋼水澆注溫度的影響

實驗鋼種為45#鋼(成分見表1)，液態(tài)電渣錠的截面直徑為1 000 mm.

表1 實驗鋼種的化學成分(質(zhì)量分數(shù))Table 1 Chemical compositions of test steels(mass fraction)%

在相同渣系與渣量、以及相同供電制度的條件下，進行連鑄式液態(tài)電渣澆注實驗時，澆注溫度分別為1 576℃和1 606℃時的鋼錠表面質(zhì)量如圖2中(a)和(b)所示.從圖2不難看出，當鋼水澆注溫度在1 576℃時，鑄錠成型不夠飽滿，表面皺褶的現(xiàn)象較為嚴重;當鋼水澆注溫度達到1 606℃時，鑄錠表面非常光潔.可見，1 606℃的鋼水澆注溫度可以使鋼水和熔渣的流動性大大提高，金屬熔池上部圓柱形段的深度增加，從而使熔渣在鋼水中可以獲得充分的上浮時間，消除了鑄錠表面以及內(nèi)部夾渣的現(xiàn)象，這些都有利于得到光潔的鑄錠表面質(zhì)量.

2 供電制度的影響

2.1 導電結(jié)晶器的作用

熔煉電流通過導電結(jié)晶器將電源、渣池、金屬熔池［5］和鋼錠構(gòu)成供電回路，解決鋼水在熔池中熱量分布不均勻的問題，增加渣池邊緣的溫度，有利于金屬熔池上部圓柱段的形成，并可以有效控制其圓柱段深度 Hms≥10 mm［6］，以保證鋼錠的表面光潔，如圖3所示.

2.2 電流和電壓

借用傳統(tǒng)電渣的實踐經(jīng)驗與定性結(jié)論，一般認為電流和電壓增高，熔渣溫度隨之升高［7］，渣皮變薄使得鋼錠表面成型飽滿.

在工業(yè)實驗中采用不同的供電制度生產(chǎn)同一支鋼錠時，當熔煉電壓分別為73 V和80 V，熔煉電流為18 kA時鑄錠的表面質(zhì)量如圖4所示，隨著熔煉電壓從73 V提高到80 V，鑄錠表面的渣溝深度也隨之逐漸變淺，可見提高熔煉電壓對鑄錠表面質(zhì)量的改善是非常必要的.

3 專用預熔渣的影響

本實驗采用的專用預熔渣既起到精煉的功能又起到潤滑的作用［8］，其強度較高，能夠滿足連續(xù)抽錠的需要.該預熔渣的熔點低，黏度隨溫度變化較小，電導率也比較低.在配合提高熔煉電壓之后，鋼錠的表面質(zhì)量得到較好的改善.

圖2 不同澆注溫度下鋼錠的表面質(zhì)量Fig.2 Surface quality of ingot with different casting temperature

4 二次冷卻的影響

二次冷卻的控制是連鑄式液態(tài)電渣鑄錠質(zhì)量控制的關(guān)鍵之一.在二次冷卻區(qū)域冷卻量過強或過弱都會對鋼錠的表面質(zhì)量有影響，弱冷會導致鋼錠表面溫度高，氧化鐵皮生成加速，促使殘余元素(Cu、Sn)沿晶界富集形成表面裂紋.強冷會導致鑄錠表面溫度大大降低，加大了坯殼的溫度梯度，促使微量元素(Al、Nb、B…)沿晶界沉淀，增加了裂紋的敏感性［9］.

因此，二次冷卻量的控制要保持均勻、穩(wěn)定、適量的狀態(tài).在實驗中由于二次冷卻區(qū)域非常不均勻造成鑄錠表面產(chǎn)生裂紋，如圖5所示.

圖3 ESCC鑄錠金屬熔池形狀示意圖Fig.3 Shape sketch of metal pool in ESCC ingot

圖4 不同電壓下鋼錠的表面質(zhì)量Fig.4 Surface quality of ingot with different voltage

5 抽錠速度的影響

在實驗中抽錠速度變化幅度過大對鋼錠表面質(zhì)量的影響較大，抽速過快會有漏渣、漏鋼的風險;抽速過慢會產(chǎn)生渣皮過厚、表面皺褶等現(xiàn)象.從目前實驗結(jié)果來看，在穩(wěn)定控制渣－金界面的前提下，抽錠速度始終保持在8～10 mm/min的范圍內(nèi)有利于鑄錠表面質(zhì)量的控制.

圖5 鋼錠表面裂紋Fig.5 Crack surface of ingot

6 結(jié)論

(1)鋼水的澆注溫度對鑄錠表面質(zhì)量影響很大，采用1 606℃的鋼水澆注溫度所生產(chǎn)的鑄錠表面非常光潔.

(2)采用高電壓，穩(wěn)定的熔煉電流有利于改善鑄錠表面質(zhì)量.

(3)在連續(xù)抽錠的澆注過程中，采用強度較高、熔點低、黏度隨溫度變化小、電導率較低的專用預熔渣，對于鑄錠的表面質(zhì)量控制是很有必要的.

(4)均勻穩(wěn)定、適量的二次冷卻控制可以減少鋼錠表面裂紋的發(fā)生.

(5)保持抽錠速度在8～10 mm/min的范圍內(nèi)有利于鑄錠表面質(zhì)量的控制.

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