高质量圆坯连铸技术工艺研究.doc

高质量圆坯连铸技术工艺研究 高质量圆坯连铸技术工艺研究 马鞍山钢铁股份有限公司 前 言 随着我国国民经济的迅猛发展，对铁路运输也提出来越来越高的要求。车轮是火车的关键部件，随着铁路列车提速、重载战略的实施，对车轮使用条件的要求日趋严格，因此车轮质量的好坏直接影响到我国铁路运输大发展的进程。马鞍山钢铁股份有限公司作为我国高质量车轮产品的重点生产企业，为适应我国铁路运输发展的需要，不断开展技术改进和技术创新。为进一步提高车轮钢质量和优化其生产工艺，2002年马钢投巨资引进和建设具有90年代先进水平的全弧形大断面圆坯连铸机，通过近两年的大量试验研究，形成系列生产高质量圆坯的连铸技术，并自主完成了圆坯三流技术改造工作。综合检验结果表明，所生产铸坯具有表面质量优良，内部质量高的特点，完全满足生产车轮轮箍的质量需求。 马钢圆坯连铸机主要技术参数 弧形半径：R12m 铸机流数：3流 流间距：1800mm 铸坯尺寸：?380mm、?450mm 定尺长度：35006500mm 拉坯速度：?380mm：0.70m/min；?450mm：0.58m/min 中间罐容量：28t 浇铸周期：6070min 注流保护：大包长水口浸入式水口 结晶器：带足辊双锥度 电磁搅拌：M-EMS（外置式） 二冷方式：水冷，弱冷方式 矫直机：三点五机架矫直 圆坯质量要求 马钢所生产的大圆坯主要用于生产车轮轮箍产品，车轮轮箍产品作为列车的行走的关键部件，其质量的好坏直接影响到列车的运行安全和运行质量，主要要求如下： 1 铸坯表面质量：铸坯表面不得有肉眼可见的夹渣、结疤、鼓肚、孔洞、划痕、裂纹等缺陷；表面振痕均匀有规律。 2 铸坯内部质量：铸坯不允许存在肉眼可见的白点、气泡、夹杂（渣）、皮下气泡和裂纹等缺陷；较低的铸坯疏松、偏析级别。 圆坯技术研究开发现状 为满足车轮较高的质量需求，自2002年圆坯连铸机建成投产以来，马钢公司积极与国内冶金院所合作开展相关技术研究，进行了大量的工艺试验和技术改造工作。如开展了车轮轮箍钢连铸的传热及凝固机理、铸坯连铸过程应力应变研究，连铸工艺（如钢水过热度、电磁搅拌、冷却制度等）对圆坯凝固及内部质量的影响等，较好地掌握了圆坯连铸生产高质量车轮轮箍用钢坯的相关技术。使得生产的铸坯质量具有表面质量优良，铸坯铸态组织结构均匀致密，铸坯中心等轴晶比率高（达50以上），内在质量高（低的S、P夹杂元素、气体及夹杂含量）等特点。使用圆坯轧制的HDSA、KKD、LG61、KDQ等车轮轮箍产品的综合检验结果表明，产品的各项性能指标均较好地满足标准要求。所研制开发的高压无缝钢管用圆管坯15CrMoG、12Cr1MoVG等产品综合质量达到国际同类产品先进水平。 无缺陷连铸技术的研究与开发 铸坯质量状况直接影响到最终产品的质量，因此无缺陷或低缺陷是连铸生产的基本要求，也是衡量铸坯质量的重要技术指标。为确保车轮轮箍产品质量，马钢积极开展无缺陷连铸技术的开发与研究。 . 表面无缺陷连铸技术 . 铸坯内部质量控制技术 . 优化铸态组织技术 CL60钢圆坯高温力学性能试验 二冷水工艺优化试验 铸坯表面温度检测结果 优化铸态组织技术开发 铸坯的铸态组织是评价铸坯内部质量的主要指标，因为铸坯内部质量的好坏很大程度上取决于铸坯的铸态组织，均匀而致密的等轴晶组织是铸坯最为理想的组织。如何提高等轴晶比率是提高连铸坯内部质量的关键，是获得良好的铸坯内部质量的首要条件。 根据铸坯凝固及传热特点，铸坯的柱状晶区和等轴晶区的相对大小主要取决于钢水温度、铸机拉速及冷却制度。在一定的连铸工艺条件下，为了最大程度地获得等轴晶组织，通常采取降低浇铸温度、调整拉速和弱冷方式，同时采用合理的电磁搅拌技术等。下面就简要介绍结晶器电磁搅拌技术的开发及其对铸坯组织影响情况。 搅拌电流与铸坯中心等轴晶比率关系图 M-EMS对铸坯铸态组织的影响 电磁搅拌对铸坯夹杂物分布影响 圆坯质量分析 通过对圆坯连铸开展的系统技术研究工作，形成了系统的高质量圆坯连铸生产技术，配合先进的冶炼及精炼工艺技术，使所生产的铸坯具有表面质量好，振痕均匀，铸坯内在质量纯洁度高，铸坯内部组织均匀、致密、成分偏析小的特点。 1）圆坯低倍质量分析 2）铸坯纯洁度分析 3）铸坯成分偏析分析 4）铸坯致密度分析 圆坯低倍质量分析 铸坯纯洁度分析 检测分析了13块?450mm车轮钢圆坯断面上（内外弧）全氧及气体含量，结果见表4。由此可见，铸坯具有较低的氮及全氧含量，且铸坯内外弧无明显质量差异。 铸坯成分偏析分析 铸坯宏观成品偏析采取了断面成分分析法及原位分析法，对?380mm圆坯断面成分偏析检测结果见图。结果表明，圆坯除有存在轻微的中心偏析外，总体偏析较小。 铸坯致密度分析 铸坯致密度直接反应和决定了铸坯的疏松及偏析情况，对铸坯断面密度测定结果见下图，表明所生产铸坯具有较好的致密度，从而确保了铸坯质量满足后续产品需求。 结 语 为满足高质量车轮轮箍产品质量的需求，开展了生产高质量铸坯的连铸技术的相关试验研究与开发，使圆坯的表面及内在质量显著提高，较好满足车轮轮箍等产品需求。 自2002年4月份建成投产以来，根据市场需求，目前已成功开发出高质量的铁路用HDSA、KKD快速车轮、KDQ型 200Km/h 及GKD型 270km/h 高速车轮、1250整体机车车轮等。所轧制产品经综合检验，结果表明采用连铸圆坯所生产的车轮轮箍产品各项性能指标均较好满足标准及用户需求，车轮轮箍的内在产品质量达到了国际先进水平。 同时根据市场需求，成功开发研制出高压无缝钢管用20G、15CrMoG、12Cr1MoVG等圆管坯，填补了我国大断面连铸圆管坯产品的空白，产品深受用户欢迎与好评，经综合检测，其实物质量已达到了国际同类产品先进水平。 马鞍山钢铁股份有限公司 * 龚志翔 张建平 等 2004年10月 试验在Gleeble2000热模拟试验机上进行，通过测定圆坯的高温强度和断面收缩率，为连铸二冷水工艺优化提供技术依据。 0.30-0.35 圆锥形90/60 水冷 5.7 4段 比水量，L/kg 喷嘴类型 冷却方式 冷却长度,m 冷却段 表 二冷工艺主要技术参数 连铸的二次冷却方式及冷却制度对铸坯的质量有着直接的影响1，为获取优良的铸坯质量，根据车轮轮箍钢特点及铸坯质量要求，研究开展二冷工艺优化试验。试验根据连铸的凝固及传热特点，依据目标温度反算法原理，采用比水量的方法，建立和制定二冷工艺试验方案。 试验过程中采用红外线测温仪对铸坯表面温度进行在线测定，结果见图。铸坯表面温度变化较为合理，铸坯表面回温较小，进矫直区铸坯表面温度全部在900以上。 无电磁搅拌，等轴晶比率：6.0 电磁搅拌I 300A，等轴晶比率：72.2 铸坯低倍检验统计结果见表。结果表明，圆坯具有组织均匀、中心等轴晶比率高等特点。CL60 钢380mm圆坯低倍形貌见图 表 ?450mm圆坯低倍质量检测结果 表 车轮钢圆坯气体含量 （110-6） 图 ?380mm圆坯断面C元素分布情况 图 ?450mm圆坯断面铸坯密度测定结果 马鞍山钢铁股份有限公司 * * Sheet3Sheet2Sheet1项目椭圆度,%内弧柱状晶厚,mm外弧柱状晶厚,mm中心等轴晶比率,%最大值最小值平均值项目椭圆度,%内弧柱状晶厚,mm外弧柱状晶厚,mm中心等轴晶比率,%椭圆度,%内弧柱状晶厚,mm外弧柱状晶厚,mm中心等轴晶比率,%项目椭圆度,%内弧柱状晶厚,mm外弧柱状晶厚,mm中心等轴晶比率,%最大值.0000.0000.000.00最小值.000.000.000.00平均值.0000.000.000.00Sheet3中心等轴晶Sheet1图表3序号日期炉号过热度对应拉速对应流最高拉速搅拌电流比水量边缘细晶等轴晶比率疏松区域中心缩孔内部裂纹条数长度,mm距边缘的距离近表裂纹条，mm距离表面，mm中心裂纹,mm心裂级别备注4.535354040105606050504.8111010715101134.1340502570801080804.151520907090902084.1770701001004.18801002270751470604.19128130110110904.2045709090801401204.22510090901001044.23120110102807085851124.241258060331360504.2560908090心裂4.26100609552864.27110100434.28807560704.296275804485754842.94.30506061635.160805.280851001255.3539085504565706921565.8100851101309121301408011075757570325.1070658590140160357490956.12试制冲孔块合格7590铸坯背面1101109585941051009075348524708551060659590100958580139minavg.00000.000.00.00.00.000.00.00.00000.000.00.00.00.000.00.00.00000.000.00.00.00.000.00.00.00000.000.00.00.00.000.00.00.00000.000.00.00.00.00.00.00.000.00.00000.000.00.00.00.00.00.00.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.00.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.00.0000.00000.00.00.00.0000.00.000.00.000.0000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.00.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.00.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.00-0.00.00.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00-.00.00.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.0000.000.000.000.000.000.000.0000.000.00.000.000.000.000.0000.000.000.000.000.000.000.00M-EMS:250AM-EMS:300AM-EMS:450A中间罐钢水过热度,中心等轴晶比率,%.00000.000.00.00.00.000.00.00.00000.000.00.00.00.000.00.00.00000.000.00.00.00.000.00.00.00000.000.00.00.00.000.00.00.00000.000.00.00.00.00.00.00.000.00.00000.000.00.00.00.00.00.00.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.00.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.00.0000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.000.00.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.000.00.000.00000.000.00.00.0000.00.000.00.000.0000.000.00000.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