宣鋼82B小方坯中心碳偏析控制

趙貝貝

（河鋼集團宣鋼公司， 河北 宣化 075100）

82B屬于預應力鋼絞線用鋼，鋼中碳含量（質量分數）高達0.82%，因其液相線與固相線間的溫度區間大，凝固區間的溫度變化較大，凝固過程的糊狀區寬，在小方坯連鑄過程中易產生嚴重的中心碳偏析，導致在后續軋制過程中形成網狀滲碳體，盤條在拉拔加工時產生斷裂。至今為止，減少或消除偏析技術主要是增加等軸晶比例和改善凝固末期鋼水的補縮條件[1]。為此對連鑄工藝參數進行分析，通過采取低過熱度澆注、恒定連鑄機拉速、調整二次冷卻強度、優化電磁攪拌工藝等措施，鑄坯碳偏析指數控制在1.05之內，82B產品質量得到了穩定控制。

1 鑄機主要工藝參數（見表1）

表1 連鑄機主要工藝參數

2 鑄坯中心碳偏析控制措施

2.1 低過熱度澆注

在相同的拉速下采用低的過熱度澆注能夠降低凝固前沿的溫度梯度，從而降低柱狀晶的發達程度，減輕鑄坯的中心偏析。鑄坯碳偏析會使盤條軋制時局部含碳量超過共析點成分，連續冷卻時會產生厚的網狀滲碳體。通過盤條網狀滲碳體等級可以反映連鑄坯中心偏析狀況。中包過熱度對網狀滲碳體的影響如圖1所示。

圖1 過熱度對網狀滲碳體的影響

由圖1可見，過熱度升高，不小于2級網狀滲碳體比例增加。過熱度大于40℃后，不小于2級網狀滲碳體比例顯著增加。這是因為過熱度越低，小方坯中心等軸晶區比例就越大，中心偏析也就越小。考慮生產澆注順行，將目標過熱度設定為25℃，過熱度嚴格控制在20～30℃。

2.2 恒定連鑄機拉速

拉速對82B鑄坯中心碳偏析影響比較大。中包過熱度和比水量不變，拉速由1.8 m/min提高至1.9 m/min，中心碳偏析由1.06增加到1.11，表明提高拉速會加重中心碳偏析（見下頁圖2）。因為隨著拉速提高,鑄坯在結晶器和二冷區冷卻時間變短，鋼液凝固速率降低，鑄坯液芯延長，造成柱狀晶區擴大，增大了柱狀晶搭橋的幾率，會造成中心偏析程度加重。因此，82B應嚴格控制拉速。考慮生產狀況，82B拉速控制在1.8 m/min。

2.3 調整二次冷卻強度

圖2 提高拉速會加重中心碳偏析

鑄坯的中心碳偏析是在連鑄二次冷卻及后續緩冷時形成的，二冷冷卻強度對82B中心碳偏析有很重要的影響。對小方坯來說，增加二冷強度將會減小二次枝晶間距，形成細密的枝晶結構，使枝晶間殘余液相被枝晶網格阻隔不易流動,從而降低中心碳偏析[2]。理論上增強二次冷卻強度還可以增加坯殼厚度減輕鼓肚，同時冷卻速度加快，可以阻止溶質元素析出和擴散，減輕碳偏析。但隨著冷卻強度的增強，鑄坯出現內部裂紋的幾率大增。宣鋼82B小方坯初始生產采用比水量為0.45 L/kg的冷卻強度,在其他工藝參數不變的情況下，逐步將比水量增加到0.8 L/kg，通過取低倍樣和碳偏析樣對比分析，鑄坯中心碳偏析指數呈現下降趨勢（見圖3），82B小方坯中心碳偏析得到有效控制。但比水量為0.6 L/kg時，鑄坯中心出現中心裂紋。為確保鑄坯質量，將82B二冷比水量調整為0.55 L/kg，鑄坯碳偏析控制良好。

圖3 比水量對中心碳偏析的影響情況

2.4 優化末端電磁攪拌工藝

2.4.1 末端電磁攪拌安裝位置確定

末端電磁攪拌(F-EMS)主要作用：使凝固末端鑄坯內的鋼液快速流動，抑制了柱狀晶的形成，避免了大樹枝狀在最后凝固區域形成的“搭橋”現象，可使鑄坯獲得中心寬大的等軸晶帶，是減輕中心偏析的有效措施。

F-EMS的安裝位置非常關鍵，安裝位置靠前過早攪拌等同于二冷區電磁攪拌，不能起到應有的效果。安裝位置靠后攪拌時鋼水已經凝固，攪拌失去了意義[3]。為了發揮宣鋼2號鑄機F-EMS的電磁攪拌作用，采用射釘法對82B在不同拉速和比水量下的鑄坯凝固坯殼厚度進行了測定，選擇鑄坯液芯厚度45 mm、50 mm及55 mm進行計算。鑄坯液芯厚度45 mm時，凝固坯殼厚度D為52.5 mm。以拉速V=1.8 m/min、D=52.5 mm為例計算液相穴長度，L=（D/K）2。V=（52.5/28.2）2×1.8=6.8 m，式中 k 為凝固系數其他計算以此類推，計算的凝固末端電磁攪拌位置如表2所示。

(150 mm×150 mm)凝固末端電攪拌位置

表2 推薦的82B方坯

由表2中可見拉速對F-EMS最佳安裝位置影響非常大。根據相關文獻，選取鑄坯中液芯厚度45mm的位置安裝末端電磁攪拌裝置（F-EMS），即末端電磁攪拌裝置中心處到彎月面距離6.2～6.9m時，可滿足2號鑄機在1.8～2.0m/min時生產82B小方坯控制鑄坯中心碳偏析的工藝要求。結合2號鑄機的設備情況，針對82B小方坯的1.8m/min工作拉速，末端電磁攪拌裝置（F-EMS）中心處安裝在距彎月面6.5m處。

2.4.2 末端電磁攪拌參數優化

2.4.2.1 F-EMS最佳電流的選擇

中包溫度1490℃、拉速1.8 m/min、二冷比水量0.55 L/kg保持不變，調整末端電磁攪拌電流，末端電磁攪拌電流對鑄坯中心碳偏析的影響如圖4所示。

圖4 末端電磁攪拌電流對中心碳偏析影響情況

由圖4可見，隨著末端電磁攪拌電流的提高，中心碳偏析指數先降低后升高。在電流為300 A時，中心偏析值最小。在末端電磁攪拌電流為400 A時，中心碳偏析值最高。末端電磁攪拌電流低時，感應電磁力小，對液芯鋼水的攪拌比較弱，無法使鋼液流動起來，達不到電磁攪拌預期效果。攪拌電流高時，感應電磁力過大，攪拌過于劇烈，液芯鋼水的流動速度大使得鑄坯中心產生負偏析，造成更嚴重的鑄坯中心碳偏析。因此選擇末端電磁攪拌最佳電流為300 A。

2.4.2.2 F-EMS最佳頻率的選擇

中包溫度1490℃、拉速1.8 m/min、二冷比水量0.55 L/kg保持不變，調整末端電磁攪拌頻率，末端電磁攪拌頻率對中心碳偏析的影響如圖5所示。F-EMS頻率提高可增加感應電磁力，但另一方面，頻率提高坯殼對電磁感應的屏蔽作用就越大，會引起磁場衰減系數變大，從而又減小電磁推力，因此電磁力隨頻率的變化不是單調的，而是有一個最大值。通過實際測試和鑄坯中心碳偏析取樣分析，由此確定末端電磁攪拌的最佳頻率為8 Hz。

圖5 末端電磁攪拌頻率對中心碳偏析影響情況

3 結論

1）82B中包過熱度控制在20～30℃，拉速1.8 m/min恒定，適當增強二次冷卻強度有利于控制82B中心碳偏析.

2）通過射釘法測定坯殼厚度，理論計算末端電磁攪拌最佳安裝位置，結合生產實際將末端電磁攪拌裝置F-EMS中心處安裝在距彎月面6.5 m處，能充分發揮末端電磁攪拌攪拌效果，有效控制了82B中心碳偏析。

3）末端電磁攪拌裝置選取電流300 A、頻率8 Hz時，82B中心碳偏析控制最佳。

[1]朱苗勇，祭程，羅森.連鑄坯的偏析及其控制[M].北京：冶金工業出版社，2015.

[2]王韜，陳偉慶，王宏斌，等.連鑄參數和末端電磁攪拌對82B鋼小方坯中心碳偏析的影響[J].特殊鋼，2013，34（1）：49-51.

[3]王寶峰，李建超.連鑄電磁攪拌和電磁制動的理論及實踐[M].北京：冶金工業出版社，2011.