高山?段朋朋?王忠剛

摘 要：連鑄坯潔凈化和均質(zhì)化是連鑄技術(shù)發(fā)展的主要方向，但是鑄坯中心偏析和中心疏松等缺陷是連鑄坯實(shí)現(xiàn)潔凈化和均質(zhì)化的技術(shù)瓶頸。深入研究結(jié)晶器喂鋼帶技術(shù)，通過改變結(jié)晶器內(nèi)熔體的溫度場，降低結(jié)晶器內(nèi)熔體過熱度和溫度梯度，提高形核率和鑄坯等軸晶率，全面改善鑄坯中心偏析和中心疏松，提高連鑄坯潔凈化和均質(zhì)化水平。

關(guān)鍵詞：喂鋼帶；中心疏松；中心偏析

RESEARCH AND APPLICATION OF MOLD STEEL STRIP FEEDING TECHNOLOGY IN WIDE AND THICK PLATE CASTER

Gao Shan Duan Pengpeng Wang Zhonggang

（Steel making plant of Laiwu branch of Shandong Iron and Steel Co.， Ltd. Jinan 271104，China）

Abstract：Cleaning and homogenization of continuous casting slab are the main development direction of continuous casting technology， but the defects such as central segregation and central porosity are the technical bottleneck of cleaning and homogenization of continuous casting slab. In this paper， the steel strip feeding technology in the mold is deeply studied. By changing the temperature field of the melt in the mold， reducing the superheat and temperature gradient of the melt in the mold， improving the nucleation rate and equiaxed crystal rate of the slab， comprehensively improving the central segregation and porosity of the slab， and improving the cleaning， purification and homogenization level of the continuous casting slab.

Key words：feed steel belt；central porosity；central segregation

0 前 言

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及各行各業(yè)的進(jìn)步，市場對鋼材質(zhì)量要求越來越高。生產(chǎn)表面無缺陷、高性能鋼材成為當(dāng)今鋼鐵生產(chǎn)的發(fā)展方向之一，連鑄坯潔凈化和均質(zhì)化是連鑄技術(shù)發(fā)展的主要方向。然而鑄坯中心偏析和中心疏松等缺陷一直是限制鑄坯潔凈化和均質(zhì)化技術(shù)提升的瓶頸，因此，國內(nèi)外大型鋼鐵企業(yè)均展開鑄坯組織、成分均勻性控制技術(shù)的研究與應(yīng)用。連鑄機(jī)結(jié)晶器喂鋼帶技術(shù)是將一定形狀的鋼帶喂入結(jié)晶器，利用鋼帶熔化吸收熱量來實(shí)現(xiàn)熔體低梯度溫度場和低過熱度，同時(shí)利用鋼帶機(jī)械運(yùn)動(dòng)破碎熔體枝晶組織，增加晶粒成長形核質(zhì)點(diǎn)，提高等軸晶率、抑制柱狀晶晶粒生長、改善鑄坯質(zhì)量的一種技術(shù)。

1 技術(shù)原理

喂鋼帶是向結(jié)晶器內(nèi)喂入普通碳素鋼帶，鋼帶在結(jié)晶器中的熔化吸熱，改變結(jié)晶器內(nèi)熔體的溫度場，降低結(jié)晶器內(nèi)熔體過熱度和溫度梯度，并利用鋼帶的機(jī)械運(yùn)動(dòng)破碎熔體枝狀晶組織，增加晶粒生長的形核質(zhì)點(diǎn)，依此來提高形核率和鑄坯等軸晶率。改善連鑄生產(chǎn)中易出現(xiàn)的鑄坯偏析、疏松、裂紋和中心偏析等缺陷，促進(jìn)硫、磷等非鐵元素的均勻分布，改善板坯的宏觀組織結(jié)構(gòu)。結(jié)晶器喂鋼帶的本質(zhì)是降低鋼水在結(jié)晶器中的溫度，縮小液相區(qū)，增加糊狀區(qū)。具體工藝示意見圖1。

2 喂鋼帶技術(shù)應(yīng)用

2.1 鋼種選擇

熱試鋼種選擇Q460D，連鑄機(jī)斷面選擇250 mm×2 200 mm，Q460D鋼種的固相線溫度1 483 ℃，液相線溫度1 505 ℃，澆鑄速度為1 m/min。

2.2 喂帶參數(shù)控制

喂帶速度為1～9 m/min，具體時(shí)間段內(nèi)喂帶速度如表1所示。

2.3 應(yīng)用效果

2.3.1 低倍組織結(jié)構(gòu)對比

為檢驗(yàn)喂鋼帶對鑄坯質(zhì)量的影響，對未喂鋼帶、喂帶速度6.0 m/min和喂帶速度9.0 m/min的鑄坯分別取樣進(jìn)行對比分析。

未喂鋼帶，評級(jí)：中心線偏析B類1.0級(jí)，中心疏松1.0級(jí)。

喂帶速度6 m/min，評級(jí)：中心線偏析C類1.0級(jí)，中心疏松1.0級(jí)。

鋼種Q460D，喂帶速度9 m/min，中心線偏析C類0.5級(jí)，中心疏松0.5級(jí)。

對比未喂帶的鑄坯低倍樣，喂帶以后，低倍樣改善非常明顯，中心線偏析從B類1.0級(jí)提高到C類0.5級(jí)。從低倍試樣可看出，相對于未喂帶連鑄坯，喂帶后中心疏松和中心偏析明顯降低，等軸晶區(qū)發(fā)達(dá)，柱狀晶區(qū)占比很小。沒喂帶的樣低倍組織柱狀晶區(qū)發(fā)達(dá)，等軸晶區(qū)占比很小，并且中心有明顯裂紋，這是因?yàn)橹鶢罹L過程中某些雜質(zhì)元素、非金屬夾雜物及氣體等被排斥在晶體生長界面前沿，最后分布于柱狀晶與柱狀晶或中心等軸晶之間，從而在這些部位形成了性能的薄弱環(huán)節(jié)，凝固末期容易產(chǎn)生熱裂紋。對于鑄坯來說，還易于在以后的塑性加工或軋制過程中導(dǎo)致裂紋。喂帶后顯著消除裂紋，并且極大的擴(kuò)張了中心等軸晶區(qū)，因?yàn)槲箮Чに囈氘愘|(zhì)形核位點(diǎn)，并且改變中心溫度分布，減少液態(tài)金屬由于高溫而引起的晶粒重熔的數(shù)量，使得先期形成的晶粒更多地存留下來;另一方面，液態(tài)金屬過熱溫度的降低也有利于產(chǎn)生較多的游離晶粒。這兩方面的作用均有利于抑制柱狀晶區(qū)的形成和發(fā)展，擴(kuò)大等軸晶區(qū)的范圍。

2.3.2 鑄坯微觀組織對比

在鑄坯橫斷面1/2處和邊部進(jìn)行取樣，如圖5所示。對比分析喂線速度為6 m/min和9 m/min下的鑄態(tài)微觀組織形態(tài)，如圖6和圖7所示。

從樣品的微觀組織可看出，近表層為急冷的精細(xì)組織，取向不明顯，為等軸凝固組織。鑄坯內(nèi)部1/4和1/2處的組織類型相同，完全沒有取向，為等軸晶組織結(jié)構(gòu)。由于受到冷卻速度較慢的影響，1/2處的奧氏體晶粒比1/4處的奧氏體晶粒粗大一些。整體上看，喂鋼帶量越大，奧氏體晶粒越細(xì)一些。

2.3.3 鑄坯顯微組織結(jié)構(gòu)對比

觀察微觀組織可知相對于未喂帶連鑄坯，喂帶后中心晶粒尺寸和成分偏析減小。該技術(shù)在很大程度上消除了中心偏析、提高了中心組織的致密度、抑制了柱狀晶晶粒生長，由此拓寬了等軸晶區(qū)的比例，而且明顯改善了連鑄坯的宏觀組織結(jié)構(gòu)，可顯著改善連鑄坯的質(zhì)量，提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量。

喂帶和沒喂帶的樣微觀組織都是貝氏體和鐵素體，如圖8和圖9所示。沒喂帶的主要是散狀分布的多邊形鐵素體和粒裝、板條狀貝氏體，喂帶后沿晶界網(wǎng)狀分布的先共析鐵素體發(fā)達(dá)，晶粒尺寸減小，因?yàn)槲箮Чに囈氘愘|(zhì)形核位點(diǎn)，并且改變中心溫度分布，有利于先共析鐵素體生成，減少液態(tài)金屬由于高溫而引起的晶粒重熔的數(shù)量，使得先期形成的晶粒更多地存留下來;另一方面，液態(tài)金屬過熱溫度的降低也有利于產(chǎn)生較多的游離晶粒。這兩方面的作用均有利于細(xì)化等軸晶組織。

3 結(jié) 語

1）從低倍試樣看相對于未喂帶連鑄坯，喂帶后中心疏松和中心偏析明顯降低，喂鋼帶前幾乎沒有等軸晶區(qū)，喂鋼帶后等軸晶區(qū)高達(dá) 84.65％。

2）喂鋼帶情況下溶質(zhì)原子C中心偏析減輕，雜質(zhì)原子S中心偏析減輕。C原子的含量明顯低于不喂鋼帶的情況，降低幅度達(dá)到 15.6%；雜質(zhì)元素S含量變化明顯，S含量低于基體含量。

3）喂鋼帶和沒喂鋼帶鑄坯的微觀組織都是貝氏體和鐵素體，但是喂鋼帶后晶粒尺寸明顯減小。

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