潘 江
(首鋼貴陽(yáng)特殊鋼有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550005)
釬鋼,俗稱釬子鋼,是指專門(mén)制造釬具的鋼材。釬鋼有兩大類,即實(shí)心釬鋼和空心釬鋼,后者即人們通常所稱的中空鋼。因釬具中用量最大的是釬桿,而目前我國(guó)所使用的釬桿基本上是中空釬桿,因此長(zhǎng)期以來(lái),人們習(xí)慣性地把中空鋼稱之為釬鋼。鑿巖釬具由于在鉆爆工程中受到鑿孔直徑的限制,其橫截面積均很小,然而,這種細(xì)長(zhǎng)的桿件,卻要在劇烈磨損和具有腐蝕性介質(zhì)作用的條件下,承受高頻率(2000~3000次/min)、高沖擊(約294J)鑿巖機(jī)施加的拉、壓、彎、扭等循環(huán)應(yīng)力。釬具在鉆鑿過(guò)程中承受的應(yīng)力主要有:軸向應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力。同時(shí),在濕式作業(yè)條件下,釬鋼還承受著礦水腐蝕的作用,即釬鋼是在應(yīng)力疲勞和礦水腐蝕條件下工作的。因此,沖擊鑿巖對(duì)中空鋼的要求為[1]:
1)足夠高的疲勞強(qiáng)度;
2)適量的塑性和韌性,尤其是具有良好的微觀塑性,以保證鋼材有較低的疲勞缺口敏感性;
3)良好的循環(huán)韌性,從而保證鋼材的消振性能良好,并且還可以降低疲勞裂紋的擴(kuò)展速率;
4)一定的抗腐蝕能力,主要是耐大氣和礦水的腐蝕;
5)良好的工藝性能,包括冷、熱加工,鍛造和熱處理性能。
貴陽(yáng)特殊鋼有限責(zé)任公司進(jìn)行釬具鋼生產(chǎn)的老牌廠家,其傳統(tǒng)工藝流程為鑄管法:電爐——精煉爐—— 模注(雙筒錠140kg錠)——精整——軋制。采用此傳統(tǒng)工藝流程進(jìn)行生產(chǎn)時(shí),在生產(chǎn)操作過(guò)程中需要在鋼錠模中預(yù)先加入合金毛管,合金毛管的上端利用卡子固定,下端利用帶有固定槽的模底磚固定,模底磚角部開(kāi)有流鋼孔,鋼液由流鋼孔注入鋼錠模后,凝固成型。
1)因?yàn)橹锌珍撃W⑸a(chǎn)流程的特點(diǎn):在生產(chǎn)過(guò)程中需要在鋼錠模的中心加裝合金毛管,采用下注法,將鋼液由鋼錠模的角部注入。因?yàn)殇撘鹤⑷氲牟粚?duì)稱,導(dǎo)致鋼液的澆鑄、凝固過(guò)程的不對(duì)稱性,就造成了凝固過(guò)程不均勻,因而嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量,同時(shí)為了避免合金毛管熔化,必須采用低溫澆鑄,而且合金毛管溫度較低,因此在合金毛管壁附近區(qū)域存在非常嚴(yán)重縮孔。如圖1所示:在鋼錠的上部(小頭部分)有非常嚴(yán)重的縮孔;如圖2所示在鋼錠的中部,縮孔略微減少,并且縮孔尺寸也較小;如圖3所示在鋼錠的下部(大頭部分),單側(cè)的縮孔較為嚴(yán)重。
圖1 釬具鋼鋼錠上部
2)外來(lái)夾雜物:模注過(guò)程中,由于是采用下注法,鋼液由鋼包注入中注管,在中注管底部有一個(gè)四孔流鋼磚,將鋼流分流到四澆注通道。這這一個(gè)模注的澆鑄過(guò)程中,需要采用中注管磚及湯道磚等耐火材料,在澆鑄過(guò)程中,這一些耐火材料制品,經(jīng)過(guò)鋼流沖刷會(huì)剝落而形成外來(lái)夾雜物。并且這些耐火材料有可能因受熱不均而炸裂,更加大了外部夾雜物進(jìn)行鋼液內(nèi)部的可能性;
3)因?yàn)槟W⒅锌珍搯沃讳撳V僅重140kg,斷面較小,而且錠身較長(zhǎng),導(dǎo)致鋼液的凝固速度較快,從而導(dǎo)致鋼液中的夾雜物不能順利上浮去除,而殘留在鋼錠內(nèi)部;
4)二次吸氣:中空鋼在澆鑄過(guò)程中,因每支鋼錠的重量較小,需要澆鑄的支數(shù)較多,因此需要分多板進(jìn)行澆鑄,在澆鑄過(guò)程中就需要多次開(kāi)關(guān)鋼流及調(diào)整鋼流的大小,導(dǎo)致了在澆鑄過(guò)程中不能對(duì)鋼流進(jìn)行有效的保護(hù),而鋼液就產(chǎn)生的較嚴(yán)重的二次吸氣。
因此模注中空鋼在澆鑄過(guò)程中對(duì)質(zhì)量的影響環(huán)節(jié)較多,造成中空鋼的質(zhì)量極不穩(wěn)定,從而就導(dǎo)致了釬具質(zhì)量的不穩(wěn)定。近年來(lái)隨著大功率鑿巖機(jī)廣泛采用,鑿巖釬具用中空鋼在原來(lái)質(zhì)量的基礎(chǔ)上必須要進(jìn)一步提高和穩(wěn)定。因此必須對(duì)中空鋼的澆鑄工藝進(jìn)行改進(jìn)。
因?yàn)槟W⑩F具鋼的質(zhì)量極不穩(wěn)定,為此首鋼貴陽(yáng)特殊鋼有限責(zé)任公司第一煉鋼廠進(jìn)行了連鑄生產(chǎn)釬具鋼的攻關(guān),新工藝流程為:30T EBT電弧爐 ——35T LF精煉爐——連鑄——精整入庫(kù)——650 軋制開(kāi)坯——鉆孔——裝芯——軋制——抽芯——制釬,澆鑄斷面為260×300mm2。
連鑄機(jī)主要技術(shù)工藝參數(shù)如表1。
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根據(jù)連鑄的生產(chǎn)特點(diǎn),為提高連鑄鋼液的可澆性,在精煉末期調(diào)整氬氣流量,進(jìn)行弱攪拌,同時(shí)按0.5kg/t~1.5kg/t鋼的喂入量,喂入CaSi線,進(jìn)行夾雜物變性處理,提高鋼液的可澆性,避免水口結(jié)瘤。同時(shí),控制好吊包前8分鐘~12分鐘的軟吹時(shí)間,使得夾雜物的上浮去除,提高鋼液質(zhì)量。
為得到氣體含量較低的連鑄坯,在連鑄過(guò)程中采取全程保護(hù)技術(shù),即在鋼包——中間包——結(jié)晶器之間采用全程保護(hù)澆鑄技術(shù):其中在鋼包——中間包之間采用長(zhǎng)水口保護(hù)鑄流;在鋼包下水口與長(zhǎng)水口之間采用氬氣密封;在中間包內(nèi)加入中間包保護(hù)渣和保溫劑進(jìn)行中間包內(nèi)的鋼水液面保護(hù);在中間包——結(jié)晶器之間采用浸入式水口進(jìn)行鑄流保護(hù);在結(jié)晶器液面采用保護(hù)渣進(jìn)行鋼水液面保護(hù)。從而實(shí)現(xiàn)全程保護(hù)澆鑄。為實(shí)現(xiàn)連鑄的有效全程保護(hù)澆鑄,有兩個(gè)環(huán)節(jié)是關(guān)鍵點(diǎn):
1)強(qiáng)化鋼包下水口與長(zhǎng)水口之間采用氬氣密封的效果,當(dāng)氬氣量較小時(shí),達(dá)不到密封效果。而當(dāng)氬氣量過(guò)大時(shí),部分氬氣會(huì)被吸入長(zhǎng)水口中,而且會(huì)帶入一部分空氣進(jìn)入鋼液。經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐,將氬氣壓力調(diào)整在0.15~0.30MPa,就能達(dá)到良好的密封效果;
2)結(jié)晶器中鋼水液面要保持穩(wěn)定,避免因鋼液面波動(dòng)過(guò)大時(shí),保護(hù)渣不能良好隔絕空氣,形成二次吸氣。
為減少澆鑄過(guò)程中的漏鋼概率,將二冷水比水量調(diào)高約10%。同時(shí)如果二冷水分配不良,鑄坯表面溫度回升會(huì)引起凝固前沿的拉應(yīng)力,促使裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)大,因此,在配水中對(duì)二冷一段水量的分配比例進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。合理分配三段冷卻水區(qū)域的比例。
為了保證澆鑄能順利進(jìn)行,并能獲得良好鑄坯質(zhì)量,溫度的控制非常關(guān)鍵。在澆鑄過(guò)程中,中間包內(nèi)鋼水過(guò)熱度盡可能控制在15~25℃的范圍內(nèi),以提高連鑄坯質(zhì)量,減少鑄坯中心疏松和中心縮孔的產(chǎn)生;同時(shí)保證連鑄順利進(jìn)行。
合理優(yōu)化調(diào)整中間包擋渣墻,改善中間包鋼水流動(dòng)模式,有效消除中間包的冷區(qū),控制鋼液在中間包內(nèi)停留足夠長(zhǎng)的時(shí)間(約17分鐘),使鋼液中的夾雜物有進(jìn)一步上浮的時(shí)間。
通過(guò)對(duì)釬具鋼進(jìn)行連鑄生產(chǎn)的開(kāi)發(fā)及工藝優(yōu)化后,經(jīng)過(guò)隨機(jī)對(duì)一部分模注釬具鋼及連鑄釬具鋼進(jìn)行檢驗(yàn),連鑄釬具鋼在氣體含量、夾雜物、實(shí)際使用測(cè)試等方面均優(yōu)于模注釬具鋼,并且質(zhì)量較穩(wěn)定。
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連鑄釬具鋼中的夾雜物評(píng)級(jí)較低,并且較穩(wěn)定,而模注釬具鋼中夾雜物的評(píng)級(jí)級(jí)別波動(dòng)較大,超標(biāo)爐次較多。
通過(guò)采用30T EBT電弧爐—35T LF精煉爐—連鑄—精整入庫(kù)—650軋制開(kāi)坯—鉆孔—裝芯—軋制—抽芯—制釬這一工藝流程進(jìn)行釬具的生產(chǎn),并將其產(chǎn)品與其他模注流程所生產(chǎn)的優(yōu)釬產(chǎn)品,進(jìn)行了同鋼種釬鋼的對(duì)比試驗(yàn),經(jīng)過(guò)在云南某鐵礦進(jìn)行了成品釬現(xiàn)場(chǎng)鑿巖(巖石系數(shù):f 12~16,鑿巖機(jī):YT28)對(duì)比試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。
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通過(guò)采用260×300mm2連鑄進(jìn)行釬鋼的生產(chǎn),產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)于模注鋼,并且穩(wěn)定性較高:
1)連鑄釬鋼的[O]、[H]含量比模注釬鋼低,夾雜物評(píng)級(jí)優(yōu)于模注釬鋼,達(dá)到了指標(biāo)要求。連鑄坯低倍評(píng)級(jí)級(jí)別較低,滿足下工序要求;
2)連鑄釬鋼的使用壽命大幅提高,且較穩(wěn)定,模注釬鋼的使用壽命僅約為260×300mm2連鑄釬具鋼的40% ~60%。
[1]洪達(dá)靈,顧太和,徐曙光,等.釬鋼與釬具[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2000.