连铸小方坯电磁搅拌工艺对产品质量的影响研究.doc

连铸小方坯电磁搅拌工艺对产品质量的影响研究李峰1 成永久2 史凤武1（1-包钢技术中心，2-包钢炼钢厂）摘要 本文对采用电磁搅拌工艺前后连铸坯和线材质量进行了研究，结果表明：对以SWRCH35K为代表的中碳钢在采用电磁搅拌工艺后，连铸坯的质量有明显提高，中心等轴晶扩大，中心碳偏析指数从1.1下降到1.04，线材的晶粒度从原来的9.6提高到10.3，抗拉强度提高约9MPa，洛氏硬度提高5.6，而线材的伸长率与面缩率都有所下降。关键词 小方坯 电磁搅拌 产品质量 Research on how EMS in small-section casting affects to quality of billet Li Feng1 Ge Chungang2 (1-Steelmaking Institute of Technology Center in Baotou Iron & Steel (Group)Corp. 2-Wire-making factory in Baotou Iron & Steel (Group)Corp.) Abstract In this paper,billet and wire quality are studied around EMS tehconogy,and results show that after EMS technology is adopted,SWRCH35K,which is the typical middle carbon steel,casting billet quality is improved obviously,central equal-axis crystal zone is broadened,central carbon segeration index is decreased from 1.1 to1.04,and that crystal size is increased from 9.6 to 10.3,pulled strength is increased by9MPa,hardness(HRB) by 5.6,yet stretching ratio and area shrinking ratio is decreased.Keywords Small section billet EMS Product quality1 引言包钢小方坯从2002年4月1日开工建设， 2002年11月22日一次热试成功。原设计为六机六流、年产70万吨合格铸坯的连铸机，其中40万吨供轧制高速线材。对普通线材，由于中心缺陷矛盾突出小，都通过小方坯生产；而对优质线材，则采用大方坯生产，以保证产品最终性能。包钢小方坯由于缺乏电磁搅拌等设备，不能生产质量良好的中、高碳钢及合金钢，为此，公司结合线棒材市场决定进行技术改造。2 小方坯改造过程小方坯改造于2006年8月6日开始进行，到2006年8月14日主体改造基本结束，改造的重点内容包括如下几个部分1。（1） 为增加小方坯的产量，铸机由原来的6机6流改造成为8机8流。中包车由原来六流悬臂式改为八流高低腿式；其升降平移由原来的机械驱动改为液压驱动。（2） 采用最新技术液压自振式结晶器替代原有的全弹簧板结晶器振动，最高振幅为600c/min，最大振幅为4mm。（3） 在结晶器内增加了电磁搅拌装置。根据包钢小方坯现有的设备状况只能用内置式，线圈冷却水与结晶器冷却水隔离为单独冷却水，需增小型独立冷却水系统。（4） 为实现高拉速采用鼓形长铜管（加长为1000mm），铜管尺寸数据如下：长度为1000mm，下口尺寸1540.1mm，上口尺寸为157.60.1mm，内园角为R5mm，壁厚14mm。（5） 引锭杆存放平台进行了加流改造。（6） 按照铸流方向，对拉矫机、重拉坯区域进行了设备底座的改造，增加了两流设备，并通冷却水。（7） 从切后辊道至出坯辊道所有设备拆除更换成新的八流辊道。（8） 切割机框架拆除更换、按八流安装设备、重新配置各种介质管路，增加两流翻钢机，对铸坯分离器进行截短改造。由上面的改造过程可见，小方坯改造主要包括两个部分，一方面铸机由6流改造成8流，相应要进行其它的配套改造；另一方面增加了电磁搅拌装置。3 是否采用电磁搅拌工艺对小方坯铸坯质量的影响 以SWRCH35K为中碳钢的典型钢种进行研究。3.1 低倍检验结果2006年9月4日生产的SWRCH35K为小方坯中碳钢典型钢种，其中熔炼号为06405141的炉次未采用电磁搅拌工艺，熔炼号为06405142的炉次采用了电磁搅拌工艺，两个炉次的拉速同为2.4m/min，过热度分别为27和29。本研究对每个熔炼号的各流都进行了硫印检验及热酸处理，其硫印结果及部分热酸照片分别如下：表1 35K钢是否采用电磁搅拌的硫印检验结果熔炼号样号中心偏析(级)中心裂纹(级)中间裂纹(级)皮下裂纹(级)角部裂纹(级)夹杂物(级)0640514100流00100101流00000102流00110103流00000104流01100105流01100106流00100107流001001064051420流0000011流0000012流0100013流0000014流0000015流0000016流0000017流011001 图1 00流未电磁搅拌铸坯热酸图 图2 0流电磁搅拌铸坯热酸图 图3 01流未电磁搅拌铸坯热酸图 图4 1流电磁搅拌铸坯热酸图图5 02流未电磁搅拌铸坯热酸图 图6 2流电磁搅拌铸坯热酸图由上图的对比可见，经电磁搅拌的铸坯中心有等轴晶，未经电磁搅拌的铸坯有等轴晶的很少，部分有柱状晶穿晶现象。3.2 中心等轴晶面积研究中，对上述两个熔炼号的铸坯对角线长度及柱状晶体长度及面积都进行了测量和计算，结果如下表。表2 两个熔炼号各流铸坯对角线长度及柱状晶体比率熔炼号样号对角线长度，mm中心等轴晶长度，mm激冷层厚度，mm等轴晶面积比率，%0640514100流20520507001流20520607002流20220508003流2062054077.104流205205307405流20520508006流20420508007流205204070064051420流203203759251流20520570821.782流204205608163流20520565718.784流20520555713.445流20520670821.786流205206607167流20420560716可见，激冷层厚度一般为79mm，搅拌前后对其影响不大，经过电磁搅拌后，中心等轴晶所占面积明显增大，中心等轴晶所占面积的平均值为18.6%。3.3 中心碳偏析指数研究中，对两个熔炼号的前3流分别进行了碳偏析指数计算，铸坯中心碳取样位置为对角线交点，其余4点的位置为对角线交点与铸坯各顶点连线的中点。根据取样规定，每一支铸坯切取8片厚度为20mm的薄片，然后对应点取平均值，计算的结果如下：表3 电磁搅拌工艺对中心碳偏析指数的影响 未采用电磁搅拌工艺 采用电磁搅拌工艺流号总体碳均值中心碳碳偏析指数流号总体碳均值中心碳碳偏析指数000.3340.3801.13900.3330.3491.048010.3510.3781.07710.3500.3621.034020.3190.3501.09620.3400.3551.045均值0.3350.3691.104均值0.3410.3551.042由表3可以看出，采用电磁搅拌后中心碳偏析指数得到明显改善，中心碳偏析指数由原来的1.104下降到1.042。4 是否采用电磁搅拌工艺对线材质量的影响以轧制的线材直径为10mm为比较对象，本研究中未采用电磁搅拌工艺的有17炉，采用电磁搅拌工艺的有34炉。4.1 对晶粒度的影响表4 对晶粒度的影响未采用电磁搅拌工艺采用电磁搅拌工艺样本数1734平均值9.910.6众数10.010.5标准差0.280.36最小值9.010.0最大值10.011.0 由上表可见，在相同轧制直径的条件下，未采用电磁搅拌工艺晶粒度的众数为10.0，采用电磁搅拌后晶粒度的众数为10.5，而且采用电磁搅拌工艺后线材的平均晶粒度由9.9上升为10.6，可见晶粒明显变细。4.2 对钢材力学性能的影响图7 未采用电磁搅拌的抗拉强度频数图 图8 采用电磁搅拌后的抗拉强度频数图表5 对钢材力学性能的影响未采用电磁搅拌工艺采用电磁搅拌工艺抗拉强度,MPa伸长率面缩率硬度(HRB)抗拉强度,MPa伸长率面缩率硬度(HRB)均值624.43051.879.5633.429.551.185.1众数620.02852.080.1625.027.551.585.2标准差7.122.053.982.7717.42.753.711.46最小值61026.542.073.2605.022.542.079.6最大值63534.059.084.4675.035.062.587.8由上表可见, 改造后35K的抗拉强度提高了约9MPa，硬度提高了5.6；钢材的延长率和面缩率比比改造前都略有减小，这说明改造后钢材更加密实。5 结论（1）小方坯经电磁搅拌后，中心等轴晶区扩大。（2）采用电磁搅拌后，以SWRCH35K为代表的中碳钢晶粒度从9.9提高到10.6。中心