宣鋼82B小方坯中心碳偏析控制

趙貝貝

（河鋼集團(tuán)宣鋼公司， 河北 宣化 075100）

82B屬于預(yù)應(yīng)力鋼絞線用鋼，鋼中碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）高達(dá)0.82%，因其液相線與固相線間的溫度區(qū)間大，凝固區(qū)間的溫度變化較大，凝固過程的糊狀區(qū)寬，在小方坯連鑄過程中易產(chǎn)生嚴(yán)重的中心碳偏析，導(dǎo)致在后續(xù)軋制過程中形成網(wǎng)狀滲碳體，盤條在拉拔加工時(shí)產(chǎn)生斷裂。至今為止，減少或消除偏析技術(shù)主要是增加等軸晶比例和改善凝固末期鋼水的補(bǔ)縮條件[1]。為此對(duì)連鑄工藝參數(shù)進(jìn)行分析，通過采取低過熱度澆注、恒定連鑄機(jī)拉速、調(diào)整二次冷卻強(qiáng)度、優(yōu)化電磁攪拌工藝等措施，鑄坯碳偏析指數(shù)控制在1.05之內(nèi)，82B產(chǎn)品質(zhì)量得到了穩(wěn)定控制。

1 鑄機(jī)主要工藝參數(shù)（見表1）

表1 連鑄機(jī)主要工藝參數(shù)

2 鑄坯中心碳偏析控制措施

2.1 低過熱度澆注

在相同的拉速下采用低的過熱度澆注能夠降低凝固前沿的溫度梯度，從而降低柱狀晶的發(fā)達(dá)程度，減輕鑄坯的中心偏析。鑄坯碳偏析會(huì)使盤條軋制時(shí)局部含碳量超過共析點(diǎn)成分，連續(xù)冷卻時(shí)會(huì)產(chǎn)生厚的網(wǎng)狀滲碳體。通過盤條網(wǎng)狀滲碳體等級(jí)可以反映連鑄坯中心偏析狀況。中包過熱度對(duì)網(wǎng)狀滲碳體的影響如圖1所示。

圖1 過熱度對(duì)網(wǎng)狀滲碳體的影響

由圖1可見，過熱度升高，不小于2級(jí)網(wǎng)狀滲碳體比例增加。過熱度大于40℃后，不小于2級(jí)網(wǎng)狀滲碳體比例顯著增加。這是因?yàn)檫^熱度越低，小方坯中心等軸晶區(qū)比例就越大，中心偏析也就越小。考慮生產(chǎn)澆注順行，將目標(biāo)過熱度設(shè)定為25℃，過熱度嚴(yán)格控制在20～30℃。

2.2 恒定連鑄機(jī)拉速

拉速對(duì)82B鑄坯中心碳偏析影響比較大。中包過熱度和比水量不變，拉速由1.8 m/min提高至1.9 m/min，中心碳偏析由1.06增加到1.11，表明提高拉速會(huì)加重中心碳偏析（見下頁圖2）。因?yàn)殡S著拉速提高,鑄坯在結(jié)晶器和二冷區(qū)冷卻時(shí)間變短，鋼液凝固速率降低，鑄坯液芯延長，造成柱狀晶區(qū)擴(kuò)大，增大了柱狀晶搭橋的幾率，會(huì)造成中心偏析程度加重。因此，82B應(yīng)嚴(yán)格控制拉速。考慮生產(chǎn)狀況，82B拉速控制在1.8 m/min。

2.3 調(diào)整二次冷卻強(qiáng)度

圖2 提高拉速會(huì)加重中心碳偏析

鑄坯的中心碳偏析是在連鑄二次冷卻及后續(xù)緩冷時(shí)形成的，二冷冷卻強(qiáng)度對(duì)82B中心碳偏析有很重要的影響。對(duì)小方坯來說，增加二冷強(qiáng)度將會(huì)減小二次枝晶間距，形成細(xì)密的枝晶結(jié)構(gòu)，使枝晶間殘余液相被枝晶網(wǎng)格阻隔不易流動(dòng),從而降低中心碳偏析[2]。理論上增強(qiáng)二次冷卻強(qiáng)度還可以增加坯殼厚度減輕鼓肚，同時(shí)冷卻速度加快，可以阻止溶質(zhì)元素析出和擴(kuò)散，減輕碳偏析。但隨著冷卻強(qiáng)度的增強(qiáng)，鑄坯出現(xiàn)內(nèi)部裂紋的幾率大增。宣鋼82B小方坯初始生產(chǎn)采用比水量為0.45 L/kg的冷卻強(qiáng)度,在其他工藝參數(shù)不變的情況下，逐步將比水量增加到0.8 L/kg，通過取低倍樣和碳偏析樣對(duì)比分析，鑄坯中心碳偏析指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢（見圖3），82B小方坯中心碳偏析得到有效控制。但比水量為0.6 L/kg時(shí)，鑄坯中心出現(xiàn)中心裂紋。為確保鑄坯質(zhì)量，將82B二冷比水量調(diào)整為0.55 L/kg，鑄坯碳偏析控制良好。

圖3 比水量對(duì)中心碳偏析的影響情況

2.4 優(yōu)化末端電磁攪拌工藝

2.4.1 末端電磁攪拌安裝位置確定

末端電磁攪拌(F-EMS)主要作用：使凝固末端鑄坯內(nèi)的鋼液快速流動(dòng)，抑制了柱狀晶的形成，避免了大樹枝狀在最后凝固區(qū)域形成的“搭橋”現(xiàn)象，可使鑄坯獲得中心寬大的等軸晶帶，是減輕中心偏析的有效措施。

F-EMS的安裝位置非常關(guān)鍵，安裝位置靠前過早攪拌等同于二冷區(qū)電磁攪拌，不能起到應(yīng)有的效果。安裝位置靠后攪拌時(shí)鋼水已經(jīng)凝固，攪拌失去了意義[3]。為了發(fā)揮宣鋼2號(hào)鑄機(jī)F-EMS的電磁攪拌作用，采用射釘法對(duì)82B在不同拉速和比水量下的鑄坯凝固坯殼厚度進(jìn)行了測定，選擇鑄坯液芯厚度45 mm、50 mm及55 mm進(jìn)行計(jì)算。鑄坯液芯厚度45 mm時(shí)，凝固坯殼厚度D為52.5 mm。以拉速V=1.8 m/min、D=52.5 mm為例計(jì)算液相穴長度，L=（D/K）2。V=（52.5/28.2）2×1.8=6.8 m，式中 k 為凝固系數(shù)其他計(jì)算以此類推，計(jì)算的凝固末端電磁攪拌位置如表2所示。

(150 mm×150 mm)凝固末端電攪拌位置

表2 推薦的82B方坯

由表2中可見拉速對(duì)F-EMS最佳安裝位置影響非常大。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，選取鑄坯中液芯厚度45mm的位置安裝末端電磁攪拌裝置（F-EMS），即末端電磁攪拌裝置中心處到彎月面距離6.2～6.9m時(shí)，可滿足2號(hào)鑄機(jī)在1.8～2.0m/min時(shí)生產(chǎn)82B小方坯控制鑄坯中心碳偏析的工藝要求。結(jié)合2號(hào)鑄機(jī)的設(shè)備情況，針對(duì)82B小方坯的1.8m/min工作拉速，末端電磁攪拌裝置（F-EMS）中心處安裝在距彎月面6.5m處。

2.4.2 末端電磁攪拌參數(shù)優(yōu)化

2.4.2.1 F-EMS最佳電流的選擇

中包溫度1490℃、拉速1.8 m/min、二冷比水量0.55 L/kg保持不變，調(diào)整末端電磁攪拌電流，末端電磁攪拌電流對(duì)鑄坯中心碳偏析的影響如圖4所示。

圖4 末端電磁攪拌電流對(duì)中心碳偏析影響情況

由圖4可見，隨著末端電磁攪拌電流的提高，中心碳偏析指數(shù)先降低后升高。在電流為300 A時(shí)，中心偏析值最小。在末端電磁攪拌電流為400 A時(shí)，中心碳偏析值最高。末端電磁攪拌電流低時(shí)，感應(yīng)電磁力小，對(duì)液芯鋼水的攪拌比較弱，無法使鋼液流動(dòng)起來，達(dá)不到電磁攪拌預(yù)期效果。攪拌電流高時(shí)，感應(yīng)電磁力過大，攪拌過于劇烈，液芯鋼水的流動(dòng)速度大使得鑄坯中心產(chǎn)生負(fù)偏析，造成更嚴(yán)重的鑄坯中心碳偏析。因此選擇末端電磁攪拌最佳電流為300 A。

2.4.2.2 F-EMS最佳頻率的選擇

中包溫度1490℃、拉速1.8 m/min、二冷比水量0.55 L/kg保持不變，調(diào)整末端電磁攪拌頻率，末端電磁攪拌頻率對(duì)中心碳偏析的影響如圖5所示。F-EMS頻率提高可增加感應(yīng)電磁力，但另一方面，頻率提高坯殼對(duì)電磁感應(yīng)的屏蔽作用就越大，會(huì)引起磁場衰減系數(shù)變大，從而又減小電磁推力，因此電磁力隨頻率的變化不是單調(diào)的，而是有一個(gè)最大值。通過實(shí)際測試和鑄坯中心碳偏析取樣分析，由此確定末端電磁攪拌的最佳頻率為8 Hz。

圖5 末端電磁攪拌頻率對(duì)中心碳偏析影響情況

3 結(jié)論

1）82B中包過熱度控制在20～30℃，拉速1.8 m/min恒定，適當(dāng)增強(qiáng)二次冷卻強(qiáng)度有利于控制82B中心碳偏析.

2）通過射釘法測定坯殼厚度，理論計(jì)算末端電磁攪拌最佳安裝位置，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際將末端電磁攪拌裝置F-EMS中心處安裝在距彎月面6.5 m處，能充分發(fā)揮末端電磁攪拌攪拌效果，有效控制了82B中心碳偏析。

3）末端電磁攪拌裝置選取電流300 A、頻率8 Hz時(shí)，82B中心碳偏析控制最佳。

[1]朱苗勇，祭程，羅森.連鑄坯的偏析及其控制[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2015.

[2]王韜，陳偉慶，王宏斌，等.連鑄參數(shù)和末端電磁攪拌對(duì)82B鋼小方坯中心碳偏析的影響[J].特殊鋼，2013，34（1）：49-51.

[3]王寶峰，李建超.連鑄電磁攪拌和電磁制動(dòng)的理論及實(shí)踐[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2011.