國內(nèi)外高級(jí)鋼連鑄技術(shù)進(jìn)展與趨勢(shì)

　　鋼包中的鋼水注入中間包后，通過塞棒或滑板機(jī)構(gòu)從水口流入結(jié)晶器。中間包內(nèi)的鋼水溫度控制對(duì)作業(yè)穩(wěn)定性、提高成坯率和鑄坯質(zhì)量具有很大作用。為此，開發(fā)出等離子加熱和感應(yīng)加熱的中間包鋼水溫度控制方法。此外還有結(jié)合雙槍等離子加熱法，對(duì)中間包堰的形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。雙槍等離子加熱不需要浸入式電極，可適應(yīng)高生產(chǎn)效率的要求。

　　一、去除夾雜物提高潔凈度

　　中間包鋼水氧化污染的主要原因是鋼水的空氣氧化。其他原因還有，鋼包鋼渣的流入、鋼水與中間包耐火材料內(nèi)襯發(fā)生反應(yīng)等。為減少中間包鋼水的氧化污染，推進(jìn)了與鋼水不發(fā)生反應(yīng)的中間包保護(hù)渣和吸收氧化鋁保護(hù)渣的使用，并采取Ar氣保護(hù)以及使用鋼包浸入式長水口穩(wěn)定鋼水和中間包大型化等措施。

　　為實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降低耐火材料消耗并提高鋼水潔凈度，實(shí)施了中間包熱循環(huán)使用操作法。在澆注結(jié)束后將中間包立起，把包內(nèi)的熔渣和殘鐵全部倒掉，然后不用預(yù)熱繼續(xù)使用(圖1)。有報(bào)告報(bào)導(dǎo)采用該方法中間包連續(xù)澆注560爐鋼水。在用燃?xì)鈱?duì)中間包進(jìn)行加熱時(shí)，為防止罐內(nèi)殘鐵氧化，采用了H2和N2混合氣體的還原性氣體加熱方法。

　　中間包的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取得了很大進(jìn)步，利用熱流體計(jì)算和水模型解析，對(duì)中間包形狀、擋墻數(shù)量、位置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了去除夾雜物的能力。此外，還開發(fā)出對(duì)鋼包流入中間包的鋼水實(shí)施電磁攪拌，利用電磁力使夾雜物聚集上浮排除從而降低夾雜物含量的方法。高碳軸承鋼等潔凈度要求高的鋼種，經(jīng)LF-RH冶煉、用帶有Ar氣保護(hù)和電磁攪拌的中間包進(jìn)行澆注，防止二次氧化，使鋼的總氧量小于5ppm，并可批量生產(chǎn)。LF爐冶煉的高Al含量TRIP鋼，采用帶有Ar氣保護(hù)和電磁攪拌的中間包，可使總氧量保持在5ppm的水平下進(jìn)行澆注。此外，中間包鋼水夾雜物含量直接測(cè)定技術(shù)也有了提高。

　　二、結(jié)晶器技術(shù)進(jìn)步

　　1.結(jié)晶器浸入式水口夾雜物堵塞防止技術(shù)

　　鋼水中的氧化鋁夾雜物附著在結(jié)晶器浸入式水口，使水口堵塞。堵塞的夾雜物脫落和鋼水偏流引起結(jié)晶器保護(hù)渣卷入鋼水，形成鋼的缺陷或造成連鑄中斷，因此防止夾雜物附著在中間包和結(jié)晶器水口的接縫、水口滑板、水口端頭等部位是結(jié)晶器操作中的重要問題。鋼水流在水口內(nèi)以1m/s的速度流入結(jié)晶器，鋼水流與大氣接觸會(huì)發(fā)生二次氧化，向水口內(nèi)吹A(chǔ)r可防止二次氧化。降低夾雜物含量的方法有LF-RH脫氣精煉提高鋼的潔凈度，和向鋼水中喂Ca線對(duì)氧化鋁夾雜物進(jìn)行變性處理等。實(shí)際上，在煉鋼階段已經(jīng)是高潔凈度的鋼水，在多爐次連澆中，水口也常常發(fā)生逐漸堵塞的情況。

　　在適宜的Ca處理?xiàng)l件下，Ca處理對(duì)氧化鋁夾雜物變性具有明顯的效果，但Ca的回收率常常發(fā)生波動(dòng)，不適宜的Ca量反而會(huì)促進(jìn)水口堵塞。而水口熔損對(duì)鋼水的污染和鈣鋁酸鹽夾雜物本身有時(shí)就會(huì)成為鋼中的缺陷。所以Ca處理并不是萬能的方法。因此對(duì)結(jié)晶器浸入式水口夾雜物附著機(jī)制和對(duì)策進(jìn)行了深入研究，通過對(duì)水口/鋼水界面上化學(xué)反應(yīng)的分析和脫落夾雜物在鋼水中運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算，加深了對(duì)夾雜物附著機(jī)制的認(rèn)識(shí)。

　　實(shí)際對(duì)策有：提高水口滑板滑動(dòng)部位的氣密性、防止鋼水流動(dòng)引起負(fù)壓和從水口滑板滑動(dòng)部位吹入混有石墨粉的Ar氣防止鋼水氧化等方法。從與鋼水反應(yīng)和與鋼水的浸潤性方面，對(duì)結(jié)晶器浸入式水口的材質(zhì)也進(jìn)行了多次改進(jìn)。采用的改進(jìn)方法有，利用無硅氧化鋁石墨、氧化鎂、白云石、氧化鋯石灰、鈦酸鹽石灰等耐火材料將氧化鋁溶解或吸收，從而防止氧化鋁夾雜物附著的方法。使用硅酸鋁質(zhì)水口，使硅酸鋁質(zhì)耐火材料與鋼水反應(yīng)生成液態(tài)氧化物相，提高鋼水的浸潤性，從而防止夾雜物附著等方法。

　　2.防止漏鋼和鑄坯縱裂的初期凝固均勻化技術(shù)

　　在包晶鋼連鑄時(shí)，由于鋼水在凝固后立即進(jìn)行δ-γ相變，體積收縮。在鑄坯寬度方向上產(chǎn)生很小的不均勻凝固，凝固殼發(fā)生局部變形，形成幾十納米的氣隙，導(dǎo)致散熱緩慢，使鑄坯產(chǎn)生縱向裂紋或發(fā)生漏鋼。增加保護(hù)渣渣膜厚度，降低鑄坯冷卻速度，可以減輕上述現(xiàn)象。保護(hù)渣低黏度化、降低連鑄速度、減低振動(dòng)頻率、增大振幅可以增加渣膜厚度，但這會(huì)使生產(chǎn)效率下降和增大鑄坯振痕深度，并成為最終產(chǎn)品的缺陷。因此保護(hù)渣的設(shè)計(jì)方向應(yīng)是，使熔融的渣膜發(fā)揮緩慢冷卻鑄坯的作用，即在玻璃質(zhì)渣膜上生成固相晶體質(zhì)渣膜，降低鑄坯的熱輻射。一般是以生成槍晶石相作為固相晶體質(zhì)渣膜，并對(duì)此進(jìn)行了熱力學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)晶速度的研究。此外，也有以黃長石相做晶體質(zhì)渣膜的設(shè)計(jì)。堿度為1.2-1.4時(shí)黏度可達(dá)5Pa*s的高堿度高黏度的無氟黃長石相，對(duì)防止卷渣是有效的，已經(jīng)應(yīng)用在圓鑄坯連鑄中。

　　dc53實(shí)用特性：

　　(1)被切削性，被研磨性良好。

　　被切削性，被研磨性皆比SKD11優(yōu)秀，所以加工工具壽命較長，加工工時(shí)數(shù)較省。

　　(2)在熱處理上之優(yōu)點(diǎn)

　　淬火硬化能比SKD11高，所以可改善真空熱處理時(shí)硬度不足之缺陷。

　　(3)在修補(bǔ)焊接作業(yè)上之優(yōu)點(diǎn)

　　由于預(yù)熱及后熱溫度均比SKD11低，所以修補(bǔ)焊接作業(yè)較簡(jiǎn)便。

　　(4)在線切割加工上之優(yōu)點(diǎn)

　　藉高溫回火可減輕殘留應(yīng)力及消除殘留沃斯田鐵，能防止線切割加工產(chǎn)生龜裂、變形之困擾。

　　(5)在表面硬化處理上之優(yōu)點(diǎn)

　　表面硬化處理后表面硬度比SKD11高，因此可提高模具性能。

　　氮化處理：

　　工件經(jīng)氮化處理后表面獲得致密的硬化層組織，使工件的耐磨性與抗蝕性顯著提高。525 ℃氣體氮化處理后表層硬度約 1250HV ， 570 ℃軟氮化處理表層硬度約 950HV 。

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　　提高連鑄速度是提高連鑄生產(chǎn)效率最有效的手段，為此進(jìn)行了大量的研究開發(fā)工作。在結(jié)晶器方面采取的措施有：采用均勻強(qiáng)冷卻結(jié)晶器薄壁銅板、利用非正弦高頻短沖程振動(dòng)促進(jìn)保護(hù)渣膜的潤滑作用、使用熔融性均勻流入性良好的結(jié)晶器保護(hù)渣、使用多孔浸入式水口控制浸入深度、使用窄面多錐度結(jié)晶器提高鑄坯質(zhì)量、利用結(jié)晶器熱電偶散熱監(jiān)控漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)防止漏鋼等。在二冷區(qū)采取的措施有：大通量散熱、二冷輥間距不等化、液面高精度控制、電磁制動(dòng)抑制鋼液流股等。通過這些措施減少了漏鋼和鑄坯的非正常鼓肚。

　　結(jié)晶器保護(hù)渣投入在鋼水液面上，被鋼水熔化浮在鋼水表面。其作用是，降低鋼水的熱輻射損失和在結(jié)晶器振動(dòng)過程中進(jìn)入凝固殼與結(jié)晶器間隙內(nèi)，通過潤滑作用防止鑄坯與結(jié)晶器發(fā)生熱粘結(jié)。保護(hù)渣在鋼水凝固起點(diǎn)彎月面的厚度約為1mm，在彎月面以下形成幾百納米厚的渣膜起絕熱層的作用。