澆注工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)

1、澆注工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)摘要：從溫度、成份、流股等方面對低合金結(jié)構(gòu)鋼圓錠縱裂紋形成的機(jī)理作了較為詳細(xì)的研究,找出了控制圓錠縱裂紋的有效方法,對降低質(zhì)量成本有所裨益。關(guān)鍵詞：圓錠縱裂紋控制STUDY AND CONTROL OF LONGITUDINAL CRACK IN ROUNDINGOT OF LOW ALLOY STRUCTURAL STEELFan Dingdong（Maashan Iron & Steel Co.Ltd.）Zhu Ritian（Maashan Iron & Steel Co.Ltd.）Jiao Xingli（Maashan Iron & Steel Co.Ltd.）Abs

2、tract：The mechanism of Longitudinal crack formation has been studied in detail in the round ingot of low alloy structural steel from aspects of temperature, compositions and fluid flow. At the same time the effective measures of controlling the longitudinal cracks in the round ingot are put forward,

3、 which are more benefitial to quality cost reduction.Keywords：round ingotlongitudinalcrackcontrol1前言縱裂紋是鋼錠的主要缺陷之一,是澆注工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。盡管縱裂紋的形成機(jī)理至今還沒有最后而定論,但在鋼錠廢品中占相當(dāng)大的比例且圓錠更加一籌已是眾所周知的事實(shí)。在過去的生產(chǎn)中,我廠一直受圓鋼錠縱裂紋的困擾,每年損失數(shù)以百萬,所以多年來工程技術(shù)人員也一直在探索其解決的方法,但收效甚微。自從1998年9月系統(tǒng)試驗(yàn)研究以來,取得明顯效果。圖1是試驗(yàn)攻關(guān)前后的縱裂紋廢品的發(fā)生情況。本文就馬鋼在攻克圓錠縱裂紋方

4、面所進(jìn)行的主要技術(shù)工作進(jìn)行分析以揭示影響圓錠裂紋的主要影響因素,并尋找出有效控制方法。圖11998年1月1999年4月圓錠縱裂發(fā)生率情況2主要工藝及其參數(shù)2.1工藝路線初煉鋼水鋼包SKF精煉爐LF+VD出站澆注模注脫模精整2.2錠型尺寸錠型錠重模高上部直徑下部直徑圓2.886 t2 170 mm492 mm437 mm2.3溫度參數(shù)SKF站溫度(上部)1 5501 565 開澆溫度(1 52015) 脫錠溫度500 2.4主要鋼種50Mn20CrNiMoCL603試驗(yàn)方法及結(jié)果鋼錠的縱裂紋形成機(jī)理十分復(fù)雜,文獻(xiàn)1和2都分析了大小原因數(shù)十條,對于這些復(fù)雜原因相互作用的關(guān)系,進(jìn)行定量數(shù)學(xué)描述將相當(dāng)

5、困難。因此,本試驗(yàn)對人為的非可控因素作為管理因素處理,沒作為實(shí)驗(yàn)重點(diǎn),而是把重要的工藝方法和參數(shù)作為試驗(yàn)重點(diǎn)。對開澆溫度的穩(wěn)定性的參數(shù)控制,模溫的參數(shù)控制,Als含量控制及鋼水進(jìn)入模內(nèi)流股方式進(jìn)行了試驗(yàn)研究,結(jié)果如圖27和表1所示(圖2圖7數(shù)據(jù)見附件)。表1澆注過程中模溫有關(guān)數(shù)值位置初始溫度/最高溫度/極差/達(dá)到最高溫度時間/min澆注溫度/最高溫度持續(xù)時間/s鋼錠模A上部8250141910725中部9248239081152427下部854263418131鋼錠模B上部314774469130中部3247444277152622下部334344017821圖2澆注溫度與縱裂關(guān)系圖3澆注溫度

6、隨時間的變化圖4溫度波動與縱裂紋的關(guān)系圖5模溫與縱裂紋的關(guān)系圖6模溫變化曲線圖7Als含量與縱裂紋的關(guān)系4結(jié)果分析4.1澆注溫度對縱裂紋的影響通過現(xiàn)場的跟蹤統(tǒng)計(jì),澆注溫度對縱裂紋的影響呈現(xiàn)出拋物形曲線關(guān)系如圖2所示。當(dāng)澆注溫度在1 5201 530 之間縱裂紋的發(fā)生率最低為0.2 %0.3 %,隨著注溫的升高或降低縱裂紋的發(fā)生率明顯提高。注溫的升高,鋼水的過熱度增加,使得錠殼表面與液芯的溫度梯度增大,熱應(yīng)力增大,同時由于注溫的升高,使得鋼錠的激冷層減薄,在靜壓力的作用下,使得鋼錠產(chǎn)生縱裂的機(jī)率增大,溫度越高,縱裂的發(fā)生率就越大,這與有關(guān)文獻(xiàn)1、2所述相吻合。但是,人們一般認(rèn)為低溫有利于克服縱裂

7、問題與本試驗(yàn)有相悖之處?？磥磉@與澆注工藝相關(guān)。在正常狀態(tài)下,澆注溫度的降低,意味著過熱度減少,鋼水被注入鋼錠模后,在其溫差的作用下,低溫鋼水的產(chǎn)生的激冷層將大大增厚,使得抵抗靜壓力能力大為增強(qiáng),而且,對于0.60 %C的鋼,在800 以前幾乎沒有轉(zhuǎn)晶問題,都是奧氏體,組織應(yīng)力不會成為縱裂紋的主要因素,從這個意義上說,低溫鋼水澆注的確有利于減輕縱裂紋。不過圖2所示的當(dāng)過熱度低于某一數(shù)值后,縱裂紋發(fā)生率將隨著過熱度的降低而迅速升高。這是注流進(jìn)入鋼錠模的流股狀態(tài)發(fā)生變化的結(jié)果。當(dāng)鋼水進(jìn)入模內(nèi)的流股最大沖擊力位于鋼錠模中心,由圖8(a)所示,那么這將意味著激冷層厚而均勻,鋼錠外殼的收縮雖大,但都指向錠

8、芯,縱裂紋也是不會產(chǎn)生的。問題在擺放模具時,每一個模具的模底磚與底板的淌道尾磚都能位于同一條中心線卻是十分困難的,特別是車注工藝的澆注方式,因長距離的火車運(yùn)輸,移位的情況更是難以避免。只要模底磚與淌道尾磚不在同一條中心線,鋼水進(jìn)入鋼錠模的流股狀況將如圖8(b)所示。其鋼水流股偏向的一邊,由于傳熱條件和流股的攪拌作用,必然使得激冷層(過熱度過小時,有可能在遠(yuǎn)離流股的鋼水,已結(jié)晶形成柱狀晶體)過薄。同時,由于低溫澆注往往采用沖壓的辦法把鋼水澆下去,這時將會進(jìn)一步加重流股對其偏向一側(cè)的激冷層以及生成的少量柱狀晶進(jìn)行的沖擊。這種沖擊同過熱度的情況明顯不同。一方面是由于溫度低造成的鋼液粘稠,在其回流區(qū)內(nèi)

9、,注流的動壓較多地被消耗于克服流體上升的阻力,使流場發(fā)生變化。另一方面過熱度高時,鋼液流動性能良好,盡管流股中心線有所偏離,但偏離中心的流股由于上升無阻,對鋼錠的激冷層的結(jié)晶過程影響較小,所以截面上存在的凝固拉應(yīng)力不平衡程度不太嚴(yán)重,不會因凝固的拉力而產(chǎn)生裂紋。因此在低溫下澆注造成其流股偏向的一側(cè)凝固相對薄弱的部位會在其粘稠鋼液流股的沖擊下變得更加薄弱,這樣使得整個鋼錠的冷凝外殼的截面上收縮拉應(yīng)力極不均勻,因此形成縱裂紋的機(jī)率將會明顯增加。圖84.2鋼包鋼水的溫度的穩(wěn)定性對縱裂紋的影響鋼包鋼液溫度的穩(wěn)定性關(guān)系到整個澆注過程的順利進(jìn)行,鋼包鋼水的溫降由鋼包裝滿后的鋼水熱平衡所決定:MCpdT/d

10、t=Q1+Q2+Q3式中M鋼水重量Cp鋼水比熱Q1鋼液輻射熱損失Q2包襯使導(dǎo)熱損失Q3對流熱損失在澆注過程中M,Q1,Q2,Q3,這些都是時間的函數(shù),隨時間的變化而變化,而且圖3中的曲線就是試驗(yàn)調(diào)查情況(未采取技術(shù)措施前),圖4給出了一包鋼水澆注過程中的溫度波動對縱裂的影響程度,它隨著澆注過程的溫度波動幅值大小而變化。波動值越大,裂紋的傾向性就越大,其機(jī)理與澆注溫度的影響相一致。但是值得一提的是,因?yàn)槎喟鍧沧?鋼包內(nèi)鋼液溫度的穩(wěn)定性一般較差,在不采取適當(dāng)?shù)拇胧r,開澆溫度與末板溫度的差值一般在20 左右。但最大值與最小值難以準(zhǔn)確預(yù)測,操作者靠經(jīng)驗(yàn)判斷時常有偏差,因此,注溫與注速的合理配合將變得

11、難以控制,因此澆注后期的裂紋狀況將比前期嚴(yán)重。由此可見,穩(wěn)定鋼包內(nèi)鋼液溫度對其縱裂有著十分重要的意義。通過(1)式可以看出,鋼包容量、包襯材質(zhì)、周轉(zhuǎn)時間、使用次數(shù)、烘烤溫度與時間及其保溫狀況等均影響著澆注過程的溫降,其溫度波動越小,裂紋的發(fā)生率就越低。因此,必須采取措施減少Q(mào)1,Q2,Q3的三項(xiàng)熱損失,而在鋼包內(nèi)熱損失中,Q3損失是次要的。所以減少Q(mào)1,Q2損失是其控制重點(diǎn)。其減少鋼液輻射熱(Q1)損失的根本辦法就是強(qiáng)化鋼包頂部的保溫和蓄熱能力。減少包襯傳導(dǎo)熱(Q2)的損失的根本措施就是提高鋼包壁襯的蓄熱能力和減少其導(dǎo)熱損失。為此,我們在精煉鋼包上采取了幾項(xiàng)技術(shù)措施:增大并穩(wěn)定精煉渣量,頂渣加

12、入量1 200 kg/包,渣層厚度200 mm;在鋼包出站澆注前加入250 kg/包的覆蓋劑;采用復(fù)合型雙層鋼包保溫層,使精煉包的外殼溫度220 ;加強(qiáng)鋼包的烘烤的過程控制,周轉(zhuǎn)鋼包烘烤時間1 h,備用鋼包的烘烤時間4 h控制出站與開澆間隔時間25 min。通過幾項(xiàng)措施的實(shí)施,使得澆注過程的溫度變化明顯減小而且穩(wěn)定,其結(jié)果如圖2的曲線所示,平均溫降為4.75 ,這與縱裂的發(fā)生率下降相對應(yīng)。4.3模溫對縱裂的影響模溫對產(chǎn)生縱裂的影響不常被人們重視。試驗(yàn)中我們對澆注過程中模溫變化情況進(jìn)行測試,并跟蹤其縱裂紋的發(fā)生情況,結(jié)果如圖5和表1所示其測試。結(jié)果表明,鋼錠模的初始溫度在60100 時,鋼錠縱裂

13、紋產(chǎn)生機(jī)率較小,當(dāng)模溫超過120 或低于50 時,縱裂的產(chǎn)生機(jī)率明顯上升。曲線也呈拋物線型,前者是因?yàn)?模溫的相對提高,使其鋼水進(jìn)入鋼錠模后溫差減少,最先形成的激冷層相對較薄,在其靜壓力的作用下,產(chǎn)生縱裂紋的機(jī)率將相對增加,而對于后者,由于模溫相對較低,所形成的激冷層相對較厚,但是由于體積的收縮原因,使得模錠之間的氣隙將增大,阻礙了錠與模間的熱交換,而且由于模內(nèi)鋼水對模壁的熱輻射作用,使得鋼錠模內(nèi)壁上下溫差相對較大,激冷層的厚度將發(fā)生變化,這樣組織應(yīng)力的不均勻性將導(dǎo)致縱裂紋的增加。因此,模溫適中時,一方面可以獲得足以承受靜壓力的激冷層,另一方面模錠間的氣隙小,傳熱狀況相對良好,其組織應(yīng)力和熱應(yīng)

14、力均勻而又不過大,從而使得縱裂發(fā)生的機(jī)率降低。表1是我們對兩根不同初始溫度的鋼錠模在澆鋼過程中測試的有關(guān)參數(shù)。由表可見,初始模溫遍所達(dá)到的最高模外壁溫度也有所提高,達(dá)到最高壁溫的時間也有所延長,最高溫度的持續(xù)時間卻有所減短。前者是由于模體自身吸熱的結(jié)果,而后者可能是由激冷層厚度的差異導(dǎo)致收縮量不一樣,模錠間的氣隙大小程度對傳熱影響的結(jié)果。其圖6所示的模溫變化情況,反映了初始模溫高的變化曲線的斜率變化比初始模溫低的要小,模溫開始升高的時間比較早,且模子上、中、下部位的溫度梯度也小,因此初始模溫高的鋼錠模在澆注過程中,鋼錠凝固的溫度梯度減小,錠模的熱沖擊減弱,激冷層減薄,這與圖5反映出的狀況相一致

15、。4.4成分對縱裂紋的影響在試驗(yàn)過程中,我們就其化學(xué)成分與縱裂紋的關(guān)系作了分析調(diào)查,在其主要成分C、Si、Mn、P、S所要求的范圍內(nèi),其影響無明顯的規(guī)律性。但是Als與縱裂紋的關(guān)系卻有明顯的規(guī)律性,其結(jié)果如圖9所示。Als在0.010 %0.015 %的范圍內(nèi)縱裂發(fā)生率出現(xiàn)了峰值。這看來與AlN的含量有關(guān)。因?yàn)樵谟娩X脫氧的鋼中N和Al通常結(jié)合成AlN。AlN在奧氏體中的溶解度比在鐵素體中小。鋼冷卻時發(fā)生奧氏體到鐵素體的轉(zhuǎn)變,同時AlN由奧氏體中進(jìn)入晶界上的鐵素體中,使鋼的強(qiáng)度尤其是塑性大大降低所致。有資料指出當(dāng)鋼中的酸溶鋁含量大于0.001%時冷卻中析出的AlN量猛增,這樣將使裂紋傾向性增大。

16、由于我廠SKF精煉爐所煉鋼種對Als含量大多有要求,而且w(N)大多波動在(68)10-5的范圍內(nèi)。根據(jù)AlN的分子組成可知,N的重量百分比占34.18 %,如果N全部與Al相合,生成AlN,則所對應(yīng)w(Al)將為0.012 %34.18 %,如果N全部與Al相合,生成AlN,則所對應(yīng)w(Al)將為0.012 %0.015 %,這將與圖7中的峰值完全對應(yīng)。但是當(dāng)Als的含量超出0.015 %以后,Al將以合金元素析出,可以明顯地提高鋼的塑性,從而使得AlN的不良影響得到控制,因此把Als將以合金元素析出,可以明顯地提高鋼的塑性,從而使得AlN的不良影響得到控制,因此把w(Als)控制在0.01

17、5 %以上對減少縱裂紋是有作用的。5結(jié)論(1)盡管縱裂紋的形成機(jī)理十分復(fù)雜,但是通過合理的技術(shù)參數(shù)和工藝參數(shù)的控制,還是可以獲得較為滿意的結(jié)果。(2)提高鋼包鋼水溫度的穩(wěn)定性,使注溫穩(wěn)定在1 5201 530 之間可有效地防止縱裂紋的產(chǎn)生。(3)合適的初始模溫(60100 )以及擺正鋼錠?？梢允箍v裂紋得以減少。(4)w(Als)0.015 %時,對防止縱裂紋的產(chǎn)生有利?；痦?xiàng)目：本成果通過安徽省科技成果鑒定作者簡介：聯(lián)系人:范鼎東,高級工程師,安徽省馬鞍山市(243000)馬鋼煉鋼廠作者單位：范鼎東（馬鞍山鋼鐵股份有限公司）朱瑞田（馬鞍山鋼鐵股份有限公司）焦興利（馬鞍山鋼鐵股份有限公司）參考文

18、獻(xiàn)：1煉鋼工藝學(xué).東北工學(xué)院煉鋼教研室編.沈陽:東北工學(xué)院出版社,19802鋼錠澆注與鋼錠質(zhì)量.孟凡欽編.北京:冶金工業(yè)出版社,19943鋼錠澆注問答.北京鋼鐵學(xué)校編.北京:冶金工業(yè)出版社,1980附件圖2數(shù)據(jù)開澆溫度/1505151515151525152515351535154515451555澆注根數(shù)45010001302660310縱裂根數(shù)75467縱裂發(fā)生率/%1.560.500.310.912.26圖3數(shù)據(jù)爐罐號開澆溫度/末板溫度/溫降/平均溫降/9827781532151418實(shí)驗(yàn)前982781152515131218.7598278515221498249827851541152021992632152115174實(shí)驗(yàn)后9926321519151634.75992041152515196992041152315185圖4數(shù)據(jù)溫度波動/0551