結晶器喂鋼帶技術在寬厚板連鑄機的研究與應用

高山?段朋朋?王忠剛

摘 要：連鑄坯潔凈化和均質化是連鑄技術發展的主要方向，但是鑄坯中心偏析和中心疏松等缺陷是連鑄坯實現潔凈化和均質化的技術瓶頸。深入研究結晶器喂鋼帶技術，通過改變結晶器內熔體的溫度場，降低結晶器內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化水平。

關鍵詞：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，隨著社會經濟的發展以及各行各業的進步，市場對鋼材質量要求越來越高。生產表面無缺陷、高性能鋼材成為當今鋼鐵生產的發展方向之一，連鑄坯潔凈化和均質化是連鑄技術發展的主要方向。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化技術提升的瓶頸，因此，國內外大型鋼鐵企業均展開鑄坯組織、成分均勻性控制技術的研究與應用。連鑄機結晶器喂鋼帶技術是將一定形狀的鋼帶喂入結晶器，利用鋼帶熔化吸收熱量來實現熔體低梯度溫度場和低過熱度，同時利用鋼帶機械運動破碎熔體枝晶組織，增加晶粒成長形核質點，提高等軸晶率、抑制柱狀晶晶粒生長、改善鑄坯質量的一種技術。

1 技術原理

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

2 喂鋼帶技術應用

2.1 鋼種選擇

熱試鋼種選擇Q460D，連鑄機斷面選擇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 喂帶參數控制

喂帶速度為1～9 m/min，具體時間段內喂帶速度如表1所示。

2.3 應用效果

2.3.1 低倍組織結構對比

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

未喂鋼帶，評級：中心線偏析B類1.0級，中心疏松1.0級。

喂帶速度6 m/min，評級：中心線偏析C類1.0級，中心疏松1.0級。

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

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級提高到C類0.5級。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，等軸晶區發達，柱狀晶區占比很小。沒喂帶的樣低倍組織柱狀晶區發達，等軸晶區占比很小，并且中心有明顯裂紋，這是因為柱狀晶生長過程中某些雜質元素、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節，凝固末期容易產生熱裂紋。對于鑄坯來說，還易于在以后的塑性加工或軋制過程中導致裂紋。喂帶后顯著消除裂紋，并且極大的擴張了中心等軸晶區，因為喂帶工藝引入異質形核位點，并且改變中心溫度分布，減少液態金屬由于高溫而引起的晶粒重熔的數量，使得先期形成的晶粒更多地存留下來;另一方面，液態金屬過熱溫度的降低也有利于產生較多的游離晶粒。這兩方面的作用均有利于抑制柱狀晶區的形成和發展，擴大等軸晶區的范圍。

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下的鑄態微觀組織形態，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組織，取向不明顯，為等軸凝固組織。鑄坯內部1/4和1/2處的組織類型相同，完全沒有取向，為等軸晶組織結構。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，奧氏體晶粒越細一些。

2.3.3 鑄坯顯微組織結構對比

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的比例，而且明顯改善了連鑄坯的宏觀組織結構，可顯著改善連鑄坯的質量，提高鋼鐵產品質量。

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，喂帶后沿晶界網狀分布的先共析鐵素體發達，晶粒尺寸減小，因為喂帶工藝引入異質形核位點，并且改變中心溫度分布，有利于先共析鐵素體生成，減少液態金屬由于高溫而引起的晶粒重熔的數量，使得先期形成的晶粒更多地存留下來;另一方面，液態金屬過熱溫度的降低也有利于產生較多的游離晶粒。這兩方面的作用均有利于細化等軸晶組織。

3 結 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，喂鋼帶后等軸晶區高達 84.65％。

2）喂鋼帶情況下溶質原子C中心偏析減輕，雜質原子S中心偏析減輕。C原子的含量明顯低于不喂鋼帶的情況，降低幅度達到 15.6%；雜質元素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。

參考文獻

[1] 于林輝，李繼東，沈明鋼，等. 連鑄結晶器振動喂鋼帶對鑄坯組織影響[J].煉鋼，2014，30（6）：75-78.

[2] 李維彪，王芳，齊鳳升，等.結晶器喂鋼帶連鑄坯凝固過程的數學模擬[J].金屬學報，2007（11）：1191-1194.

[3] 于林輝，王安國，舍甫欽柯·安東里，等.連鑄結晶器喂鋼帶工藝研究[J].鑄造，2015，64（3）：210-213.