总第２６０期 ２０１７年第８期 河北冶全 ＨＥＢＥＩ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ Ｔｏｔａｌ ＮＯ．２６０ ２０１７．Ｎｕｍｂｅｒ８ 钢锭的碳偏析控制 陶辉友，廖友祥，唐显文，刘永刚，袁志琳 （新余新良特殊钢有限责任公司，江西新余３３８０１３） 摘要：分析了钢锭产生碳偏析的机理，模铸保护渣的理化指标对钢锭质量的影响。通过调整保护渣成 分，减小固体碳的含量；优化冶炼浇铸工艺，钢锭的碳偏析由０．０３％一０．０６％降至≤０．０２５％，对改善钢 锭的碳偏析有明显效果，产生了显著的经济效益。 关键词：钢锭；碳偏析；保护渣；控制 中图分类号：ＴＦ７７７．１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—５００８（２０１７ Ｊ０８—００３６—０３ ｄｏｉ：１０ １３６３０／ｊ．ｃｎｋｉ．１３—１１７２．２０１７．０８１０ ＣＡＲＢ ｏＮ ＳＥＧＲＥＧＡＴＩＯＮ Ｃ０ＮＴＲ０Ｌ ＯＦ ＳＴＥＥＬ ＩＮＧＯＴ Ｔａｏ Ｈｕｉｙｏｕ，Ｌｉａｏ Ｙｏｕｘｉａｎｇ，Ｔａｎｇ Ｘｉａｎｗｅｎ，Ｌｉｕ Ｙｏｎｇｇａｎｇ，Ｙｕａｎ Ｚｈｉｌｉｎ （Ｘｉｎｙｕ Ｘｉｎｌｉａｎｇ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｘｉｎｙｕ，Ｊｉａｎｇｘｉ，３３８０１３） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｔｅｅｌ ｉｎｇｏｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｅ－ ｘｅｓ ｏｆ ｍｏｕｌｄ ｃａｓｔｉｎｇ ｍｏｌｄ ｐｏｗｄｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｉｎｇｏｔ ｑｕａｌｉｔｙ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅ— ｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ０．０３％～０．０６％ｔｏ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｏｒ ｅｑｕａｌ ｔｏ ０．０２５％ｂｙ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｏｗｄｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉ— ｔｉｏｎ，ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｓｍｅｌｔｉｎｇ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｔ ｈａｓ ｏｂｖｉｏｕｓ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｒｉｎｇｓ ｓｉｇｎｉｉｃａｎｔ ｅｃｏｎｏｍｉｆｃ ｂｅｎｅｆｉｔｓ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ ｉｎｇｏｔ；ｃａｒｂｏｎ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ；ｍｏｌｄ ｐｏｗｄｅｒ；ｃｏｎｔｒｏｌ ０ 弓ｌ言 偏析，帽口下Ｖ形区出现碳及其他偏析。 （３）有一部分钢锭增碳在０．０３％以上，锭帽、锭 身、锭尾的上中下碳偏析严重时大于０．０６％。 ２ 模铸浇铸碳偏析的机理 新余新良特钢公司自２０１１年恢复钢锭生产以 来，钢锭产能逐年提高，产品规格实现３～３５ ｔ全覆 盖。随着小锭型逐渐被连铸坯代替，钢锭尺寸大型 化发展成为企业发展的必然，随之而来的碳偏析问 题也就越突出。钢锭增碳偏析现象对锻件内部质 根据凝固理论，由于钢锭在浇铸过程中受环境、 温度、速度和保护材料的影响，使钢锭产生碳偏析或 跳碳现象。特别是保护渣选择尤为明显，由于保护 渣在钢锭浇铸过程中与未凝固的钢液直接接触并相 互作用，受凝固梯度影响，钢锭各部位的渗碳能力不 同，从而造成钢锭中碳成分的差异化，最终导致钢锭 产生碳偏析现象。 ３ 原因分析 量，特别是后续工件热处理性能影响巨大。为进一 步提高钢锭产品实物质量，解决长期困扰钢锭碳偏 析的质量问题，对模铸生产各工序工艺及保护渣理 化指标作了进一步分析和改进，取得了较为可观的 经济效益。 １ 现状分析 从钢锭钻样分析及客户反馈结果来看，碳偏析 主要体现在以下几个方面。 （１）锭身表面及锭帽易出现增碳及碳偏析现象。 （２）钢锭锭身中心内部上、中、下各区域出现碳 收稿日期：２０１７—０５—０３ （１）中碳保护渣与钢锭锭身表面、锭帽帽口面， 在浇铸过程中接触面造成渗碳增碳。 （２）钢锭的上、中、下各区域在结晶过程中，因 温差造成自然碳偏析。 （３）浇铸过程中，浇速过快、钢流过大、卷渣、浇 作者简介：陶辉友（１９６７～），男，工程师，１９９３年毕业于新钢职大炼 钢专业，现在新良特钢公司技术质量部工作，Ｅ—ｍａｉｌ：ｆｈｙ９５９３＠１６３． 铸温度过高，均会造成碳偏析。 ４ 改进措施 ４．１ 保护渣改进 河北冶金 ２０１７年第８期 针对上述原因，对模铸保护渣理化指标进行试 验、改进（表１），使用微碳、低碳保护渣浇铸技术。 表１保护渣成分要求 Ｔａｂ．１ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｍｏｌｄ ｐｏｗｄｅｒ ４．２工艺优化 钢种成品成分碳分析对比，５炉钢的成分最大增碳 （１）ＬＦ精炼钢液时，尽量避免在精炼后期加铁 不超过０．０２％。钢锭的上中下３个部位碳偏析不 合金和增碳操作。若需增碳或微调成分，则在ＬＦ 超过０．０１％。由此可见，采用微碳模铸保护渣可以 炉吊包前１０ ｍｉｎ完成。 改善钢锭的增碳及偏析问题。 （２）ＶＤ炉真空后严禁增碳，高真空（６７ Ｐａ）时 表２钢锭实物碳偏析结果分析 ｗｔ％ 间≥１５ ｍｉｎ，破空后镇静时间≥１３ ｍｉｎ，控制好钢包 Ｔａｂ．２ Ｒｅｓｕｌｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｔｅｅｌ ｉｎｇｏｔ ｗｔ％ 氩气搅拌力度，确保渣面不得卷渣。 （３）ＶＤ炉严格按浇铸温度吊包，浇铸过热度控 制在４０～４５℃。 （４）严格按工艺控制浇钢钢流及锭身浇铸时 间、锭帽补注时间，开浇时钢流确保平稳，保护渣不 翻滚，锭模中心不得出现见红、卷渣现象，锭帽保温 覆盖剂及时加好推平。 （５）浇铸结束０．５ ｈ内及时加盖缓冷罩，提高缓 从本次试验浇铸的模铸钢现场来看，也出现了 冷、保温效果，减小冷却速度，以改善帽口下Ｖ形区 以下其他几种情况。 出现碳及其他偏析。 （１）在浇铸过程中保护渣铺展性不佳，模铸钢 ５ 试验过程分析 钢液在上升过程中，液面中心保护渣极易裸露见红， 试验前使用的中碳保护渣其含碳量平均为 需要人工及时补加，保护渣使用量增加了近１／３。 ２２％，而二次改进后使用的低碳保护渣平均为 （２）微碳保护渣熔渣速度慢，熔渣成块状入锭 １１％，降低了保护渣本身的含碳量，减少了操作中保 一模之间，脱模后在钢锭表面印痕很重，表面不光 护渣与钢液面接触碳总量，同时又不降低保护渣的 滑，恶化了钢锭的表面质量。 作用和功能。同时，调整了保护渣的碱度和熔点，使 （３）微碳保护渣对锭头的保温性能也较差，脱 其更好地起到保护润滑作用，减少渗碳增碳。 模后钢锭头部的中心位置缩孔明显。 ２０１６年３月上旬，新良特钢对模铸钢做了试 （４）脱模后锭模保护渣粘模非常严重，给刷模 验，炉号Ｄ６２—２６２９Ｖ ３．６ ｔ方锭３５｝｝，炉号Ｄ６２— 清模带来不利影响，极大地增加了工人的工作量。 ２６５７Ｖ ６．２ ｔ方锭４０Ｃｒ，炉号Ｄ６２—２６６４Ｖ １０ ｔ方锭 对本次试验作了进一步分析总结，试验小组一 Ｐ２０，炉号Ｄ６２—２６６７Ｖ １５．５ ｔ方锭４５＃，炉号Ｄ６２— 致认为，上述问题出现在保护渣上，本批次微碳保护 ２７２３Ｖ ６ ｔ方锭３５＃，对５炉钢进行试验浇铸后实物 渣由于碳设计太低，仅考虑了保护渣增碳跳碳问题， 分析比较（表２）。从表２中可以看出，本次采用的 忽视了其润滑性、保温性、铺展性，保护渣的黏度过 微碳模铸保护渣，浇铸的５炉钢锭各部位取样与各 高。为此，仅决定对保护渣作二次修进（表３）。 表３ 二次改进后的低碳保护渣性能 Ｔａｂ．３ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｍｏｌｄ ｐｏｗｄｅｒ ａｆｔｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ３７ 总第２６０期 ２０１６年４月上旬，又对模铸钢做了试验，炉号 Ｄ６２—３３６２Ｖ ５．５ ｔ方锭４５＃，炉号Ｄ６２—３３６９Ｖ ３．６ ｔ方锭Ａ３５０，炉号Ｄ６２—３３９１Ｖ ５．５ ｔ方锭４５＃，炉号 Ｄ６２—３４２４Ｖ ４．９ ｔ方锭３５ＣｒＭｏＡ，炉号Ｄ６２— ３４６７Ｖ ５．５ ｔ方锭４０Ｃｒ，这５炉钢浇铸后的实物分析 比较结果，见表４。 表４ 二次改进后钢锭的碳偏析结果 Ｔａｂ．４ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｇｏｔ ｃａｒｂｏｎ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ ａｆｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ 从表４中可以看出，本次改进的低碳模铸保护 渣，浇铸的５炉钢锭实物各部位取样与各钢种成品 成分碳分析对比，５炉钢的成分最大增碳都不超过 ０．０２５％，钢锭上中下部位碳偏析都不超过０．０１％， 达到了试验预期效果。由此可见，采用二次改进后 的低碳保护渣可以改善钢锭的碳偏析问题。 从现场浇铸情况看，保护渣的润滑性、保温性、 铺展性均与原中碳保护渣效果相等，钢锭的帽口缩 孔、表面质量良好。由此，后期模铸保护渣全部改用 了二次改进后的低碳保护渣。 ２０ １ ６年４月份下旬，又对４月２ １日冶炼炉号 ３８ Ｄ６２—３８９９Ｖ ７ ｔ方锭４５＃其中的１支进行了破坏性 解剖分析，分析数据如表５所示。 表５钢锭成分偏析结果 Ｔａｂ．５ Ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｇｏｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ 从表５中可以看出，本次解剖的整支钢锭，钢锭 的上中下、左中右各部位，最大增碳都不超过 ０．０２５％，钢锭的上中下部位碳偏析都不超过 ０．０１５％。 ６ 效果 从２０１５年４月份至年底，由于碳成分偏析产生 的钢锭质量异议赔偿为２３．４５万元。从２０１６年３ 月份开始，对保护渣做改进和工艺优化后，没有出现 因碳成分偏析质量问题产生的质量赔偿。对改善钢 锭碳偏析有明显效果，产生了显著的经济效益。
