钢液过热度控制对连铸工艺和铸坯质量的影响

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２９卷第５期　・特殊钢　ＳＰＥＣＩＡＬ　ＳＴＥＥＬ　５０・２００８年１０月　Ｖｏ１．２９．Ｎｏ．５　Ｏｃｔｏｂｅｒ　２００８　钢液过热度控制对连铸工艺和铸坯质量的影响　鲁路鲁开嶷　（西安建筑科技大学冶金工程学院，西安７１００５５）　摘要研究了２５　ｔ钢包炉和１６　ｔ中间包中ＧＣｒｌ５、６０Ｓｉ２Ｍｎ、４０Ｃｒ和２０钢液的过热度控制。钢液过热度控制　主要取决于钢包衬蓄热过程达到平衡状态时钢液温降速率一钢包和中间包钢液温降速率分别为≤１　ｑＣ／ｍｉｎ和４０．５　￣Ｃ／ｍｉｎ；钢液过热度为１５～３５　ｑＣ时，２００　ｍｍ　ｘ２００　ｍｍ铸坯等轴晶率可达２０％～３０％，连铸拉漏率≤０．２３％，铸坯　质量良好。　关键词钢液过热度连铸工艺铸坯质量　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　Ｍｏｌｔｅｎ　Ｓｔｅｅｌ　Ｓｕｐｅｒｈｅａｔ　ｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｏｎｃａｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｂｉｌｌｅｔ　Ｌｕ　Ｌｕ　ａｎｄ　Ｌｕ　Ｋａｉｙｉ　（Ｔｈｅ　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｌｕ　ｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｌｌ　７　１００５５）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｍｏｌｔｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ｓｕｐｅｒｈｅａｔ　ｏｆ　ＧＣｒ１５．６０Ｓｉ２Ｍｎ．４０Ｃｒ　ａｎｄ　０．２０Ｃ　ｓｔｅｅｌ　ｉｎ　２５　ｔ　ｌａｄｌｅ　ａｎｄ　１６　ｔ　ｔｕｎｄｉｓｈ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｏｆ　ｍｏｌｔｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ｓｕｐｅｒｈｅａｔ　ｗａｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｄｅｐｅｎｄｅｄ　ｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｍｏｌｔｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｌａｄｉｅ　ｌｉｎｅ　ｃａｍｅ　ｔｏ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ　ｓｔａｔｅ—．ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｍｏｌｔｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ｉｎ　ｌａｄｌｅ≤１　ｑＣ／ｍｉｎ　ａｎｄ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ｔｕｎｄｉｓｈ　４０．５　ｑＣ／ｍｉｎ：ａｓ　ｓｕｐｅｒｈｅａｔ　ｏｆ　ｍｏｌｔｅｎ　ｓｔｅｅｌ　Ｗａｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　１５　ｑＣ　ａｎｄ　３５　ｑＣ．　ｔｈｅ　ｅｑｕｉａｘｉａｌ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｒａｔｉｏ　ｉｎ　２００　ｍｍ　ｘ　２００　ｍｍ　ｂｉｌｌｅｔ　ｗａｓ　ｕｐ　ｔｏ　２０％～３０％，ｔｈｅ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｂｒｅａｋｉｎｇ　ｏｕｔ≤０．２３％．　ａｎｄ　ｉｔ　ｗａｓ　ａｖａｉｌａｂｌｅ　ｔｏ　ｇｅｔ　ｂｅｔｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｂｉｌｅｔ．　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｉｎｄｅｘ　Ｓｕｐｅｒｈｅａｔ　ｏｆ　Ｍｏｌｔｅｎ　Ｓｔｅｅｌ，Ｃｏｎｃａｓｉｆｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ，Ｏｕａｌｉ　０ｆ　ＢｉＵｅｔ　研究工作在弧型连铸机上进行，由２０　ｔ电弧炉　提供钢水，经２５　ｔ　ＬＦ精炼后注入１６　ｔ中间包，铸坯　断面为２００　ｍｍ　ｘ　２００　ｍｍ，试验钢种ＧＣｒｌ５、　６０Ｓｉ２Ｍｎ、４０Ｃｒ和２０钢。　１研究方法　通过渣层的散热量Ｑ　按单层平壁传导传热计算：　＾　Ｑ　＝　（　—　）　丁　ｓ　（３）　式中：Ａ　一渣层导热系数；　一渣的表面温度；Ｆ　一渣　的表面积；Ｓ　一渣层厚度；丁一散热时间。　加盖包的渣面上部传热，是把该体系看作包盖　绝热板下热流由绝热板向外部空气散热的综合传热　过程。渣面上热气流向绝热板的辐射和对流传热，　在绝热板中按单层平壁稳态传热计算。　根据钢液的总热容可求出该过程的温降速率　：　＝　（４）　用传热理论计算从出钢至中间包浇铸过程的钢　液热损失。其中，包衬（钢包和中间包）蓄热损失最　大。在一级近似的情况下，按热界面温度恒定的半　无限大平板的非稳定传热计算口］。钢液在停留期　丁　（蓄热时间）内单位衬壁表面导去的总热量ｑ　：　ｄｒ：一２Ｋ（Ｔｉ一　）　、，　０玎　、。ＩＩｕ　（１）　包衬总蓄热量Ｑ　：　式中：（）　一钢液的总热损失；Ｃｐ一钢液比热容；Ｇ一钢　液质量。　７７ｕ：　Ｑ　＝ｇ　＝一２　（　一　）＾／－ｑ　　Ａ　（２）　过热度与拉漏的关系，用结晶器中坯壳熔化的　概率条件表示　：　△　０１／２　＞０Ｉ．式中：　包衬导热系数；Ｔ　一钢液与包衬的界面温　度，可根据钢液平均温度Ｔｍ（Ｔ　＝Ｔｍ一３０）求出；Ｔｏ一　钢包预热温度（包衬平均温度）；丁　一包衬蓄热时间；　一０１６　７　Ａ　ｑ　（５）　式中：△　一结晶器钢液过热度；Ｖｏ一熔体流速；ｇ　一　结晶器各水平层液流平均热流密度；Ａ一系数，Ａ≤１。　包衬的导温系数；Ａ一包衬表面积（热界面）。　维普资讯 http://www.cqvip.com 第５期　鲁路等：钢液过热度控制对连铸工艺和铸坯质量的影响　・５１・　１６６０　１６４０　１６２０　１６００　△　＝—　ｙ０　＝２０２０℃　℃　（６）　趟１５８０　应当指出，在有电磁搅拌　赠１５６０　１５４０　１５２０　１５００　的铸坯结晶时，ｑ　远大于　１　０００　ｋＷ／ｍ　（约在１　８８０　ｋＷ／ｍ　以上）。所以，中间包　时间／ｍｉｎ　过热度，℃　钢液过热度△　≤３５℃时坯　壳不会出现熔化断裂。据工　厂三个季度的统计结果表明，　总拉漏率０．９１％，由于过热　图１　（ａ）钢包钢液温度变化；（ｂ）钢水过热度对ＧＣｒｌ５钢铸坯等轴晶率的影响　Ｆｉｇ．１（ａ）ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｍｏｌｔｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ｉｎ　ｌａｄｌｅ；（ｂ）ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒｈｅａｔ　ｏｆ　ｍｏｌｔｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ｏｎ　ｅｑｕｉａｘｉａｌ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｂｉｌｌｅｔ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ＧＣｒｌ５　用式（５）可以估算坯壳开始熔化的钢液过热　度。测定和统计４个钢种的温降速率，ＬＦ补偿蓄热　损失的加热时间，确定各钢种的温度控制范围、合理　的过热度。切取铸坯１、２、３段（头、中、尾）试样，测　定等轴晶率及低倍质量。　２结果与分析　度导致的拉漏率为０．２３％。　２．３过热度对铸坯等轴晶率和低倍质量的影响　图１（ｂ）表明，当过热度△Ｔ：２０～３０℃时，　ＧＣｒｌ５钢等轴晶率为２０％～３０％。表１中所取铸坯　１段试样过热度较高，２、３段次之，均处于合理过热　度范围，低倍质量评级亦均符合标准。　表１钢水过热度对铸坯低倍组织的影响　Ｔａｂｌｅ　１　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒｈｅａｔ　０ｆ　ｍｏｌｔｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ｏｎ　ｍａｃｒｏ－　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｂｉｌｌｅｔ　２．１过程热损失与过热度控制　根据工厂的生产数据计算得出，包衬蓄热损失　约占总热损失的９３％，其它热损失仅７％。　钢包至ＬＦ加热前的钢液平均温降速率３．３６　￣Ｃ／ｍｉｎ（计算值３．５６℃／ｍｉｎ），经ＬＦ≥５０　ｍｉｎ加热　后蓄热达到准平衡态，钢液的温降速率≤１￣Ｃ／ｍｉｎ，　钢包中钢液温度变化如图１（ａ）。　钢包中钢液温度控制达到上述水平时，则中间包　内钢液温度即可控制在较窄的范围。中间包内４０Ｃｒ、　ＧＣｒｌ５、６０Ｓｉ２Ｍｎ和２０钢的温度波动分别为（１　５１５±　１０）℃、（１　４７０±１０）℃、（１　４８８±１０）℃和（１　５３６±　１０）℃，中间包内的平均温降速率≤０．５￣Ｃ／ｍｉｎ。此　时，钢液过热度就可稳定控制在１５～３５℃。　研究表明，包衬蓄热使　必须达到某一值时，　在本阶段（时问丁）方可获得小的温降速率。蓄热损　失Ｑ　丁　，但是，　增高使Ｑ减小的速率更快，一　般包衬蓄热在丁≥５０　ｍｉｎ后基本处于稳定。另外，　３结论　？　钢液过程温度的正确控制，使包衬蓄热过程处于　准平衡态时，钢液温降速率在钢包中≤１￣１２／ｍｉｎ，在　中问包中≤０．５℃／ｍｉｎ是过热度稳定≤３５℃的关键。　陕西省教育厅专项科研项目・轴承钢大方坯连铸工　艺优化（０５ＪＫ２４８）　参考文献　１魏季和　冶金工程数学（上册）．北京：冶金工业出版社，１９８７　２鲁开嶷．连续铸钢的热过程　北京：冶金工业出版社，１９８７　提高包衬的预热温度是减小蓄热损失的重要方面，　因为Ｑ　（　—Ｔｏ）。　２．２拉漏与过热度的关系　拉漏与过热度的关系，由坯壳熔化的概率条件　式（５）确定。考察结晶器中部高度上的情况，当Ａ＝　１时，取ｇ　＝１　０００　ｋＷ／ｍ　，Ｖｏ＝０．７　ｍ／ｓ，一般在旋　转电磁场中铸坯结晶时，只有当Ｖｏ＞０．８　ｍ／ｓ的场　合，铸坯才受到冲刷。坯壳熔化的临界过热度　△　：　鲁　路（１９７２一），男，工程师，１９９４年西安建筑科技大学毕　业，从事钢铁冶金研究及教学工作。　收稿日期：２００８－０３—１３