圓電極錠表面順裂原因研究

宋部軍

(東北特鋼集團(tuán)北滿特殊鋼有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾161041)

北滿特鋼電渣爐用電極坯料，單相電渣爐用電極錠，三相電渣爐用軋坯。電極錠截面為圓形，而且錠身較長(zhǎng)，表面順裂情況發(fā)生較多。2013年10月，新上一臺(tái)噴丸設(shè)備，要求所有電極錠重熔前全部噴丸。因此，電極錠不允許再有順裂現(xiàn)象。煉鋼分廠對(duì)電極錠順裂問(wèn)題進(jìn)行立項(xiàng)研究。

1 現(xiàn)狀

2013年電極錠順裂發(fā)生情況，較多，具體情況，見(jiàn)表1，實(shí)物照片，見(jiàn)圖1，現(xiàn)有電極錠，具體尺寸，見(jiàn)表2。

表1 2013年電極錠生產(chǎn)及順裂支數(shù)

圖1

表2 電極錠圖紙尺寸

由以上數(shù)據(jù)看，錠身越長(zhǎng)，直徑越大的電極錠順裂傾向越大。

2 理論分析

鋼液注入到鋼錠模內(nèi)，由于澆注鋼液溫度較高，約在1 500℃以上，而鋼錠模的溫度在30～80℃，因此鋼液受到模壁的激冷作用，使接觸模壁的鋼液瞬間得到較大的過(guò)冷度，并以最大的凝固速度結(jié)晶。另外，鋼液與粗糙的模壁表面接觸，形成大量結(jié)晶核心。由于在鋼錠模表面上存在著大量的結(jié)晶核心，以及在強(qiáng)烈快速冷卻條件下，不允許晶核繼續(xù)長(zhǎng)大，晶粒之間的相互影響又妨礙長(zhǎng)大，結(jié)果在鋼錠的最外層形成細(xì)小的等軸晶帶，晶粒是無(wú)定向和無(wú)規(guī)則的，這就是所謂激冷層［1］。

在鋼錠上激冷層的厚度并不均勻，厚薄主要受下列因素的影響:

(1)注溫注速。如果注溫越高或注速越快，鋼液在模內(nèi)溫度就越高，獲得的過(guò)冷度就越小，激冷層也就越薄。

(2)模壁厚度和模溫。模壁厚度大，在單位時(shí)間內(nèi)自鋼液吸收的熱量就越多，即冷卻強(qiáng)度大，激冷層厚。模溫的影響也與此相同。模溫低，冷卻強(qiáng)度大，易使激冷層變厚。

(3)錠型。錠型對(duì)激冷層的影響主要表現(xiàn)在冷卻面上。一般是單位鋼液所具有的冷卻面越大，激冷層越厚，如方型鋼錠的激冷層比圓形鋼錠激冷層厚。

激冷層相當(dāng)于鋼錠表皮的外衣，具有一定的保護(hù)作用。但它的厚度要適當(dāng)，太薄經(jīng)受不住鋼液的靜壓力易使鋼錠產(chǎn)生順裂或在加工時(shí)產(chǎn)生裂紋;太厚會(huì)使激冷層各處收縮不一，容易出現(xiàn)應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生裂紋。激冷層的合適厚度一般應(yīng)為5～15mm［2］。

針對(duì)以上分析，煉鋼分廠從以下方面采取措施:

(1)澆注溫度

根據(jù)實(shí)際測(cè)定，煉鋼分廠過(guò)熱度按60℃設(shè)定。煉鋼分廠注溫按下式計(jì)算:

T澆注溫度=T熔+60℃±5℃

式中:T熔為鋼的熔點(diǎn)，60℃為過(guò)熱度，5℃為澆注溫度的波動(dòng)范圍。

鋼水達(dá)到鋼包盛鋼量上限，澆注溫度的波動(dòng)范圍控制在不超過(guò)±5℃。

2)澆注速度

澆注速度與澆注溫度緊密配合。加快澆注速度相當(dāng)于提高澆注溫度。所以高溫時(shí)應(yīng)慢注，低溫應(yīng)快注。對(duì)裂紋傾向大的鋼種(如高速鋼)，不宜快注。對(duì)于流動(dòng)性差的鋼種(如含鈦、鋁、鉻的高合金鋼)，不宜慢注。

(3)鋼錠模溫度

經(jīng)過(guò)邱紹岐等人統(tǒng)計(jì)分析，模溫控制30～80℃，鋼錠的裂紋發(fā)生率最低［1］。電極錠的模溫按此溫度控制。

(4)其他

因考慮成本因素，未增加壁厚。考慮電渣爐冶煉工藝，未改變截面形狀。

3 結(jié)語(yǔ)

2014年2月和3月，共產(chǎn)電極錠284支，涉及鋼種有高速鋼、模具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼。僅有2支發(fā)生順裂。順裂發(fā)生率明顯降低。

［1］張承武，煉鋼學(xué).冶金工業(yè)出版社，1991.

［2］邱紹岐，等編，電爐煉鋼原理及工藝.冶金工業(yè)出版社，1996.