LF真空直澆技術的研究與應用

宦曉平　稅遠強　馬　平　范　明

(二重集團(德陽)重型裝備股份有限公司，四川618013)

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LF真空直澆技術的研究與應用

宦曉平稅遠強馬平范明

(二重集團(德陽)重型裝備股份有限公司，四川618013)

摘要：針對LF真空直澆技術難點，對LF工藝技術進行研究與改進，實現(xiàn)了單包鋼水真空直澆以及真空直澆多包合澆操作，生產(chǎn)出了大型超純凈鋼錠。

關鍵詞：超純凈鋼錠；LF真空直澆；夾雜物

隨著國內(nèi)裝備制造業(yè)迅速發(fā)展，對常規(guī)產(chǎn)品的材料純凈度以及氣體含量的要求在不斷地提高。而傳統(tǒng)的LF+中間包真空澆注的冶煉工藝已經(jīng)不能滿足該類產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，雖然真空電渣制造工藝能很好地實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量要求，但仍然局限于小鋼錠的生產(chǎn)且制造成本較高。因此，大型超純凈鋼錠的生產(chǎn)制造還需立足于對LF工藝技術的改進。二重通過大量試驗與研究攻克了LF真空直澆技術中存在的難題，并將LF真空直澆技術成功應用于大型超純凈鋼錠的生產(chǎn)中。

1真空直澆與中間包澆注的對比

傳統(tǒng)的真空鑄錠技術是先把中間包坐到真空鑄錠室上進行真空預抽，然后把精煉好的鋼水兌入中間包內(nèi)。待真空度達到工藝要求后，再把中間包內(nèi)的鋼水澆入鋼錠模內(nèi)。而LF真空直澆技術則是取消了澆注用的中間包，把精煉好鋼水的LF爐鋼包引流后，直接坐到真空室上，再開始抽真空，待真空度達到工藝要求后，拉開LF滑動水口機構將鋼水澆入鋼錠模內(nèi)。真空直澆和中間包澆注對比見圖1。

采用LF真空直澆省去了常規(guī)澆注方式中鋼水兌入中間包的過程，有效地避免了兌鋼吸氣、二次氧化，以及中間包浮渣、中間包系列耐火材料等外來夾雜物引入鋼水，降低鋼水純凈度。但LF真空直澆的操作技術要求更高，需要攻克相關技術難點，精確控制操作過程。中間包澆注與LF真空直澆對比見表1。

圖1　LF真空直澆與中間包澆注對比示意圖Figure 1　Contrast sketch of LF direct vacuum pouring process and tundish pouring process

表1　中間包澆注與LF真空直澆對比Table 1　Comparison between tundish pouring process and LF direct vacuum pouring process

2真空直澆的技術難點

工藝制造路線采用：EF→LF(HV)→真空直澆。針對真空直澆的技術難點，二重完成了一系列技術準備與論證工作，提出了解決方案。

2.1真空罐體設備承重問題

真空罐體為鋼板焊接結構，安裝于車間地面以下，罐體與罐蓋間以及罐蓋與鋼包間采用橡膠密封。LF真空直澆時，真空罐體最大承受重量約300 t。經(jīng)測算，真空罐體設備雖能承受該重量，但出于安全考慮，單包直澆時選用行車吊包澆注，靠行車來承重是最優(yōu)方案。

2.2鋼包上坑定位

鋼包上坑時，鋼包水口與真空蓋導流環(huán)中心線必須重合才能避免澆注鋼水偏流，要快速的完成水口對位需做好相應的定位工裝。

2.3真空快速到位

傳統(tǒng)的中間包澆注是在中間包上坑后進行提前預抽真空，有充足的時間進行真空檢漏。而真空直澆是鋼包上坑后才進行抽真空，必須做到真空快速到位，否則無法控制好澆注溫度。

2.4滑動水口拉開來流

LF真空直澆的關鍵就在確保鋼包滑板拉開來流。滑動水口機構處于密封的真空狀態(tài)下，若未做到一次性拉開來流就意味著澆注失敗。只有破壞真空，鋼包重新回爐調(diào)整溫度與成分，這會帶來成分超標的風險。

2.5直澆鋼流擴散問題

鋼包爐采用高真空脫氣處理后，鋼水中氣體含量已經(jīng)達到一個非常低的水平，而采用真空直澆時，由于鋼水沒有接觸空氣，不會發(fā)生吸氣，所以澆注鋼流擴散通常都會很差，將影響鋼錠質(zhì)量。通過改進直澆工藝，鋼流擴散效果良好。改進前后鋼流擴散效果對比見圖2。

3真空直澆多包澆注操作

在掌握單包真空直澆技術的基礎上，實現(xiàn)真

改進前　　　　　　　　改進后

空直澆多包澆注是生產(chǎn)超大型超純凈真空鋼錠的有效途徑。單包澆注由于受鋼包裝入鋼水量的限制，我廠所能制造的鋼錠噸位在(50～160)t，因此想要利用真空直澆的方式獲得更大的超純凈鋼錠必須實現(xiàn)多包合澆。目前，二重采用第一包鋼水座包直澆，其余鋼包鋼水利用長水口穿透第一包精煉渣層兌鋼的方式來完成多包澆注。這樣既能有效地避免鋼水曝露于空氣中，又能避免鋼水沖刷渣層導致卷渣危害。澆注過程必須控制好關鍵環(huán)節(jié)：一是兌鋼包與澆注包各自的鋼水流速，使兌鋼包的長水口始終貫穿澆注包的精煉渣層；二是兌鋼鋼包的銜接時間，要避免座包鋼包液面下降過深，才能確保合澆鋼錠的澆注質(zhì)量。

4真空直澆生產(chǎn)超純凈鋼的性能檢測

4.1O、N含量檢測

鋼中全氧、氮影響著材料的使用壽命，降低全氧、氮含量能夠顯著提高材料的抗疲勞性。二重使用LF真空直澆技術進行了批量化生產(chǎn)超純凈鋼，對已生產(chǎn)出的34件產(chǎn)品進行全O、N含量統(tǒng)計，見表2。

表2　直澆產(chǎn)品全O、N含量統(tǒng)計Table 2　Total oxygen content and nitrogen content of direct pouring products

注：全O含量最小值3×10-6，平均值8×10-6；全N含量最小值20×10-6，平均值48×10-6。

從表2可以看出，LF爐真空直澆鍛件的全氧含量非常低，平均水平在8×10-6，對提高鋼錠的純凈度起到了重要作用。從鍛件中氮的分析結果看，雖氮含量在(61～80)×10-6的鍛件有10件，但全集中在高鉻控鋁鋼，是因為鉻元素的固氮效果使氮不易降至低水平。而氮含量最低為20×10-6，也說明真空直澆能將產(chǎn)品中的氮控制到一個非常低的水平。

4.2產(chǎn)品夾雜物評級

直澆產(chǎn)品夾雜物評級見表3。

從表3可知，產(chǎn)品鍛件各類夾雜物評級均達到0級或0.5級，四類夾雜物之和≤2級；出現(xiàn)C類、D類夾雜物為1級的鍛件主要集中在控鋁鋼；目前尚未發(fā)現(xiàn)夾雜物評級大于1級的鍛件。

4.3解決控Al鋼表層磁粉檢測缺陷問題

表3　直澆產(chǎn)品夾雜物評級Table 3　Evaluation of inclusion for direct pouring products

圖3　控Al鋼表層微小線性夾雜物缺陷Figure 3　The tiny linear inclusion on the surface of steel with controlled aluminum content

某些特殊鋼有較高的晶粒度與純凈度要求，鋼中控制Al含量能夠起到良好的細化晶粒效果，但同時也容易帶來大量氧化鋁以及含氧化鋁的復合型夾雜物。該類型夾雜物尺寸極小(線性≤1 mm)，無規(guī)律分布在鍛件內(nèi)部，雖經(jīng)超聲檢測均合格，但經(jīng)常暴露于工件加工面，無法達到磁粉檢測零缺陷的要求?？谹l鋼表層線性夾雜物缺陷見圖3。

采用傳統(tǒng)中間包澆注的控Al鋼受到空氣二次氧化與耐材二次污染，容易聚集氧化鋁的復合型夾雜物。而采用LF真空直澆技術投料生產(chǎn)的13件產(chǎn)品完全達到磁粉檢測零缺陷的要求。

5結論

LF真空直澆技術是鋼包爐生產(chǎn)制造大型超純凈鋼錠的有效途徑。二重通過對LF真空直澆工藝技術的研究與改進，攻克了直澆操作過程中存在的一系列難題，成熟地掌控了LF真空直澆技術，并將其應用于加氫、核電、火電等領域產(chǎn)品的生產(chǎn)。

參考文獻

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編輯杜敏

Study and Application of LF Direct Vacuum Pouring Process

Huan Xiaoping,Shui Yuanqiang,Ma Ping,Fan Ming

Abstract：For the technical difficulties of LF direct vacuum pouring process,the LF process technology has been studied and improved.Thereby,the direct vacuum pouring process with single molten steel ladle and the direct vacuum pouring process with multiple molten steel ladles have been realized.Meanwhile,the heavy super pure steel ingot has been manufactured.

Key words：super pure steel ingot;LF direct vacuum pouring;inclusion

收稿日期：2016—01—11

中圖分類號：TF775+.4

文獻標志碼：B