鄧 鑫，姜周華，臧喜民，董艷伍

(東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，沈陽 110004)

東北大學(xué)鋼鐵冶金研究所采用中間包加熱、導(dǎo)電結(jié)晶器［1～3］、低頻電源、鋼水小流量控制、渣－金界面控制等技術(shù)，在國內(nèi)首次成功開發(fā)了“連鑄式液態(tài)電渣”新技術(shù)，該技術(shù)特征是去除傳統(tǒng)電渣重熔工藝流程中自耗電極的鑄造和準(zhǔn)備工序，并通過改變渣池中溫度分布使?jié)沧⑺俣缺葌鹘y(tǒng)電渣自耗電極熔速提高5～10倍、電耗大幅度降低，克服了傳統(tǒng)電渣重熔過程中“工藝流程長、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高”的缺點.其原理如圖1所示.

圖1 連鑄式液態(tài)電渣原理Fig.1 Principle of ESCCLM

嚴(yán)格控制連鑄式液態(tài)電渣澆注［4］圓錠的表面質(zhì)量，消除鑄錠表面皺褶、重皮以及裂紋等現(xiàn)象的發(fā)生，可以減少下一道工序的修磨處理，對提高產(chǎn)品成材率和鑄錠的內(nèi)部質(zhì)量都有很好的促進(jìn)作用.

1 鋼水澆注溫度的影響

實驗鋼種為45#鋼(成分見表1)，液態(tài)電渣錠的截面直徑為1 000 mm.

表1 實驗鋼種的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 Chemical compositions of test steels(mass fraction)%

在相同渣系與渣量、以及相同供電制度的條件下，進(jìn)行連鑄式液態(tài)電渣澆注實驗時，澆注溫度分別為1 576℃和1 606℃時的鋼錠表面質(zhì)量如圖2中(a)和(b)所示.從圖2不難看出，當(dāng)鋼水澆注溫度在1 576℃時，鑄錠成型不夠飽滿，表面皺褶的現(xiàn)象較為嚴(yán)重;當(dāng)鋼水澆注溫度達(dá)到1 606℃時，鑄錠表面非常光潔.可見，1 606℃的鋼水澆注溫度可以使鋼水和熔渣的流動性大大提高，金屬熔池上部圓柱形段的深度增加，從而使熔渣在鋼水中可以獲得充分的上浮時間，消除了鑄錠表面以及內(nèi)部夾渣的現(xiàn)象，這些都有利于得到光潔的鑄錠表面質(zhì)量.

2 供電制度的影響

2.1 導(dǎo)電結(jié)晶器的作用

熔煉電流通過導(dǎo)電結(jié)晶器將電源、渣池、金屬熔池［5］和鋼錠構(gòu)成供電回路，解決鋼水在熔池中熱量分布不均勻的問題，增加渣池邊緣的溫度，有利于金屬熔池上部圓柱段的形成，并可以有效控制其圓柱段深度 Hms≥10 mm［6］，以保證鋼錠的表面光潔，如圖3所示.

2.2 電流和電壓

借用傳統(tǒng)電渣的實踐經(jīng)驗與定性結(jié)論，一般認(rèn)為電流和電壓增高，熔渣溫度隨之升高［7］，渣皮變薄使得鋼錠表面成型飽滿.

在工業(yè)實驗中采用不同的供電制度生產(chǎn)同一支鋼錠時，當(dāng)熔煉電壓分別為73 V和80 V，熔煉電流為18 kA時鑄錠的表面質(zhì)量如圖4所示，隨著熔煉電壓從73 V提高到80 V，鑄錠表面的渣溝深度也隨之逐漸變淺，可見提高熔煉電壓對鑄錠表面質(zhì)量的改善是非常必要的.

3 專用預(yù)熔渣的影響

本實驗采用的專用預(yù)熔渣既起到精煉的功能又起到潤滑的作用［8］，其強(qiáng)度較高，能夠滿足連續(xù)抽錠的需要.該預(yù)熔渣的熔點低，黏度隨溫度變化較小，電導(dǎo)率也比較低.在配合提高熔煉電壓之后，鋼錠的表面質(zhì)量得到較好的改善.

圖2 不同澆注溫度下鋼錠的表面質(zhì)量Fig.2 Surface quality of ingot with different casting temperature

4 二次冷卻的影響

二次冷卻的控制是連鑄式液態(tài)電渣鑄錠質(zhì)量控制的關(guān)鍵之一.在二次冷卻區(qū)域冷卻量過強(qiáng)或過弱都會對鋼錠的表面質(zhì)量有影響，弱冷會導(dǎo)致鋼錠表面溫度高，氧化鐵皮生成加速，促使殘余元素(Cu、Sn)沿晶界富集形成表面裂紋.強(qiáng)冷會導(dǎo)致鑄錠表面溫度大大降低，加大了坯殼的溫度梯度，促使微量元素(Al、Nb、B…)沿晶界沉淀，增加了裂紋的敏感性［9］.

因此，二次冷卻量的控制要保持均勻、穩(wěn)定、適量的狀態(tài).在實驗中由于二次冷卻區(qū)域非常不均勻造成鑄錠表面產(chǎn)生裂紋，如圖5所示.

圖3 ESCC鑄錠金屬熔池形狀示意圖Fig.3 Shape sketch of metal pool in ESCC ingot

圖4 不同電壓下鋼錠的表面質(zhì)量Fig.4 Surface quality of ingot with different voltage

5 抽錠速度的影響

在實驗中抽錠速度變化幅度過大對鋼錠表面質(zhì)量的影響較大，抽速過快會有漏渣、漏鋼的風(fēng)險;抽速過慢會產(chǎn)生渣皮過厚、表面皺褶等現(xiàn)象.從目前實驗結(jié)果來看，在穩(wěn)定控制渣－金界面的前提下，抽錠速度始終保持在8～10 mm/min的范圍內(nèi)有利于鑄錠表面質(zhì)量的控制.

圖5 鋼錠表面裂紋Fig.5 Crack surface of ingot

6 結(jié)論

(1)鋼水的澆注溫度對鑄錠表面質(zhì)量影響很大，采用1 606℃的鋼水澆注溫度所生產(chǎn)的鑄錠表面非常光潔.

(2)采用高電壓，穩(wěn)定的熔煉電流有利于改善鑄錠表面質(zhì)量.

(3)在連續(xù)抽錠的澆注過程中，采用強(qiáng)度較高、熔點低、黏度隨溫度變化小、電導(dǎo)率較低的專用預(yù)熔渣，對于鑄錠的表面質(zhì)量控制是很有必要的.

(4)均勻穩(wěn)定、適量的二次冷卻控制可以減少鋼錠表面裂紋的發(fā)生.

(5)保持抽錠速度在8～10 mm/min的范圍內(nèi)有利于鑄錠表面質(zhì)量的控制.

［1］Holzgruber H，Holzgruber W.ESR development at inteco［C］//Medovar Memorial Symposium.Kiev:E O Paton Electric Welding Institute，2001:41－48.

［2］Holzgruber W，Holzgruber H.Production of high quality billets with the new electroslag rapid remelting process［J］.MPT International，1996，19(5):48 －50.

［3］ Medovar L B，Tsykulenko A K，Saenko V Ya，et al.New electroslag technologies ［C］//Medovar Memorial Symposium.Kiev:E O Paton Electric Welding Institute，2001:49－60.

［4］徐衛(wèi)國，傅杰，王玉剛，等.感應(yīng)電渣離心澆鑄技術(shù)的應(yīng)用［J］.特殊鋼，1995，16(5):42－44.

(Xu Weiguo，F(xiàn)u Jie，Wang Yugang，et al.Application of centrifugal electroslag induction casting technology［J］.Special Steel，1995，16(5):42 －44.)

［5］陳希春，馮滌，傅杰，等.電渣冶金的最新進(jìn)展［J］.鋼鐵研究學(xué)報，2003，15(2):63－67.

(Chen Xichun，F(xiàn)eng Di，F(xiàn)u Jie，et al.Recent development of electroslag metallurgy［J］.Journal of Iron and Steel Research，2003，15(2):63 －67.)

［6］姜周華.電渣冶金的物理化學(xué)及冶金現(xiàn)象［M］.沈陽:東北大學(xué)出版社，2000:67.

(Jiang Zhouhua.The physical chemistry and metallurgical appearanceofelectroslag metallurgy［M］. Shenyang:Northeastern University press，2000:67.)

［7］臧喜民，黃曉穎，姜周華，等.電渣連鑄小方坯表面質(zhì)量的影響因素［J］.特殊鋼，2006，27(5):49－50.

(Zang Ximin，Huang Xiaoying，Jiang Zhouhua，et al.Effect factors on surface quality of electroslag concasting billet［J］.Special Steel，2006，27(5):49 －50.)

［8］李正邦.電渣冶金的理論與實踐［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2010:367.

(Li Zhengbang.Theory and practice of electroslag metallurgy［M］.Beijing:Metallurgical Industry Press，2010:367.)

［9］幸偉，羅斌，馬春武，等.二次冷卻對連鑄坯質(zhì)量的影響［J］.鑄造技術(shù)，2012，33(1):66－68.

(Xing Wei，Luo Bin，Ma Chunwu，et al.Study on secondary cooling and quality of continuous cast billet［J］.Foundry Technology，2012，33(1):66 －68.)