范 斌，劉 利，李浩秋，于 輝

（山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部，山東 濟(jì)南 271105）

1 前言

山鋼股份萊蕪分公司（簡(jiǎn)稱(chēng)萊鋼）特鋼事業(yè)部100 t電爐連鑄生產(chǎn)線(xiàn)定位高質(zhì)量和高附加值產(chǎn)品，主要產(chǎn)品包括工程機(jī)械、汽車(chē)齒輪和車(chē)橋、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、海洋錨鏈、軸承和風(fēng)電等領(lǐng)域用鋼，同時(shí)開(kāi)發(fā)并成功試制軋輥用鋼、模具用鋼等高合金鋼種，目前軋輥用鋼已經(jīng)形成批量生產(chǎn)。高Cr、Mo、Si、V等高合金鋼種對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高、更苛刻的要求，萊鋼通過(guò)采用高合金鋼鋼水純凈度控制技術(shù)、中間包冶金新技術(shù)、高合金鋼大圓坯低倍控制技術(shù)、高合金鋼大圓坯緩冷工藝技術(shù)等，鋼水純凈度、連鑄坯質(zhì)量達(dá)到無(wú)缺陷連鑄坯標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)質(zhì)量指標(biāo)完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求，拓寬了企業(yè)高端產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，具備了開(kāi)發(fā)其他高端產(chǎn)品的技術(shù)和能力，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 生產(chǎn)線(xiàn)主要概況

2.1 生產(chǎn)工藝流程

高爐鐵水+優(yōu)質(zhì)廢鋼→1座100 t超高功率偏心底出鋼交流電弧爐→2座120 t LF精煉爐→1座120 t雙工位VD真空脫氣爐→1臺(tái)R16.5 m，5機(jī)5流合金鋼連鑄CC→熱送或鑄坯緩冷。

2.2 合金鋼連鑄機(jī)的主要工藝參數(shù)

機(jī)型為5機(jī)5流全弧形連鑄機(jī)；圓坯斷面為Ф 500、Ф650、Ф700、Ф800 mm；弧形半徑為16.5 m；中間包容量45 t；冶金長(zhǎng)度44 m；拉矯機(jī)形式為九機(jī)架連續(xù)矯直；鑄流控制方式為塞棒自動(dòng)控制；二冷形式：氣霧冷卻，動(dòng)態(tài)配水；流間距：2 250 mm；銅管長(zhǎng)度：780 mm；振動(dòng)裝置型式：液壓振動(dòng)；振動(dòng)頻率：40～300 r/min；振動(dòng)曲線(xiàn)：正弦曲線(xiàn)；優(yōu)鋼代表鋼種：12Cr1MoV、4Cr5MoSiV1、8Cr5Mo、S355NL。

3 高合金鋼鑄坯關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)

3.1 鋼水純凈度控制技術(shù)

3.1.1 電爐快速脫磷控制技術(shù)

高合金鋼要求鋼中的磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.015%，由于鋼中合金質(zhì)量分?jǐn)?shù)大（3%～6%），加入合金時(shí)必然會(huì)帶入大量的磷，為了保證鋼中磷含量合格，電爐終點(diǎn)磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須≤0.007%。

穩(wěn)定爐料結(jié)構(gòu)，電爐裝入制度為60%～70%鐵水+30%～40%廢鋼，控制含磷高的大料加入量不大于總裝入量的8%。余渣余鋼操作，余鋼量控制在出鋼量的15%～25%，這樣在冶煉初期，融化一開(kāi)始就有現(xiàn)成的熔池，輔之以強(qiáng)化吹氧，為提前進(jìn)行冶金反應(yīng)提供良好的條件，從而提高生產(chǎn)效率、降低冶煉消耗。長(zhǎng)弧泡沫渣技術(shù)，爐渣發(fā)泡厚度達(dá)到300～500 mm，是電弧長(zhǎng)度的2～3倍以上，從而使電爐實(shí)現(xiàn)埋弧度操作，不僅降低電耗，也提高了冶煉效率。

低磷合金的合金化工藝，在溫度和成分達(dá)到出鋼要求后，開(kāi)始出鋼，采用EBT偏心底出鋼技術(shù)，避免下渣，出鋼過(guò)程中隨鋼流向鋼中加入相應(yīng)的低磷合金，電爐合金加入量占總量的85%以上［1］。

3.1.2 精煉快速成渣技術(shù)

高合金鋼要求鋼中的氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.00 15%，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.015%，需要精煉快速成渣，將鋼中氧、硫的含量控制在很低的水平。萊鋼100 t精煉渣采用Al-Ca精煉渣系，造渣過(guò)程分兩個(gè)階段。第一階段，為避免鋼液面裸漏，造成鋼水吸氣，保證鋼水在精煉送電過(guò)程中快速形成泡沫渣，在電爐出鋼過(guò)程中，向鋼包內(nèi)加入石灰和精煉脫氧促進(jìn)劑，保證電爐出鋼完畢后化渣良好，鋼液面覆蓋均勻［2］。剩余渣料在鋼包到達(dá)精煉位后精煉送電過(guò)程中補(bǔ)加。精煉渣成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)：CaO 45%～55%，Al2O330%～40%，SiO225%～8%，MgO 5%左右。電爐配加渣量約占總渣量的80%左右。該精煉渣系具有硫容較高，爐渣脫氧能力強(qiáng)，可以保證鋼包到達(dá)精煉爐后5 min以?xún)?nèi)造成白渣。

由于采用了高硫容的Ca-Al精煉渣系，鋼水中的硫含量控制普遍較低，一般鋼種平均硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以控制在0.005%左右，對(duì)于硫成分有要求的鋼種，鋼水中的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以穩(wěn)定控制在0.003%以下。

3.2 大圓坯低倍控制技術(shù)

3.2.1 二冷動(dòng)態(tài)配水技術(shù)

二次冷卻技術(shù)包括二冷區(qū)分段、二冷區(qū)噴嘴選擇及配置、配水模型（流量、壓力等）的確定。新區(qū)連鑄機(jī)二冷水冷卻系統(tǒng)水量主要分配在足輥、活動(dòng)段A區(qū)和活動(dòng)段B區(qū)共三段區(qū)域，其中足輥采用水冷卻，活動(dòng)段均采用氣霧冷卻。各區(qū)域噴嘴布置采取環(huán)形錯(cuò)位布置，使鋼坯出結(jié)晶器后冷卻均勻。二次冷卻水量總的分配原則是沿拉坯方向從上到下逐漸減少，考慮圓坯圓周方向冷卻的差異，圓坯內(nèi)外弧的總配水比穩(wěn)定在2.2∶3［3］。

萊鋼100 t連鑄機(jī)根據(jù)凝固理論及二冷水量分配數(shù)學(xué)模型建立了鑄坯凝固傳熱模型。將高合金鋼種應(yīng)用鑄坯凝固傳熱仿真模型進(jìn)行鑄坯生產(chǎn)仿真模擬配水，在不同的二次冷卻強(qiáng)度下，得到鑄坯表面溫度分布、鑄坯液芯長(zhǎng)度曲線(xiàn)，從而根據(jù)鑄坯合適的液芯長(zhǎng)度來(lái)確定最佳二次冷卻制度［4］。

3.2.2 兩段式電磁攪拌技術(shù)

電磁攪拌具有打碎樹(shù)枝晶，加速柱狀晶向等軸晶過(guò)度、消除結(jié)晶器內(nèi)過(guò)熱度加速凝固傳熱、改善鑄坯溶質(zhì)再分配、減輕中心偏析的作用。萊鋼100 t連鑄生產(chǎn)線(xiàn)采取由結(jié)晶器電攪+凝固末端電攪的組合式電攪。生產(chǎn)高合金鋼種，通過(guò)增大末端電攪電流從而增大攪拌強(qiáng)度，使高合金鋼種的低倍疏松1.0級(jí)比例占85%，鑄坯等軸晶率達(dá)到38%～42%［5］。

3.3 大圓坯緩冷工藝技術(shù)

萊鋼100 t連鑄圓坯斷面主要有Ф500、Ф650、Ф 700、Ф800 mm等4個(gè)斷面，斷面尺寸大，導(dǎo)致鑄坯內(nèi)部和表面溫度梯度大，同時(shí)高合金鋼種Cr、Mo、Si、V合金含量高，鑄坯熱應(yīng)力及組織應(yīng)力釋放困難，緩冷不好，表面溫降快容易產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。

從鐵碳相圖看出，溫度冷卻到Ar3以下，奧氏體逐漸轉(zhuǎn)變到鐵素體和珠光體，即γ→α轉(zhuǎn)變開(kāi)始，由體心立方向面心立方轉(zhuǎn)變，引起相變應(yīng)力。鑄坯冷卻速度過(guò)快，將加劇相變應(yīng)力以及熱應(yīng)力的產(chǎn)生［6］。2015年11月，為滿(mǎn)足高合金鋼的緩冷要求，100 t連鑄生產(chǎn)線(xiàn)增加溫控緩冷坑。溫控緩冷坑的工作原理是對(duì)連鑄坯各種高合金鋼種，根據(jù)保溫和冷卻速度不同的要求，進(jìn)行鑄坯的控制冷卻，以滿(mǎn)足合金鋼的生產(chǎn)要求。采取如下方式：通過(guò)坑蓋的開(kāi)啟大小來(lái)控制連鑄坯冷卻速度；緩冷坑溫度較低時(shí)，進(jìn)入坑內(nèi)的鑄坯溫度下降較快，此時(shí)進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)熱；控制向坑內(nèi)鼓風(fēng)流量大小來(lái)控制溫度下降；可適當(dāng)根據(jù)某些品種的需要，在緩冷坑內(nèi)對(duì)鑄坯進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜嵘郎鼗蛟谝蟮臅r(shí)間段內(nèi)進(jìn)行保溫，達(dá)到有效控制鑄坯緩冷過(guò)程的目的，從而有利于組織應(yīng)力及熱應(yīng)力的緩慢釋放，減少應(yīng)力裂紋的產(chǎn)生。高合金鋼退火工藝曲線(xiàn)如圖1所示［7］。

圖1 高合金鋼退火曲線(xiàn)

3.4 連鑄坯矯直技術(shù)

萊鋼100 t連鑄機(jī)弧形半徑共9架拉矯機(jī)，采用多點(diǎn)連續(xù)矯直方式進(jìn)行矯直，目的是防止矯直應(yīng)力集中，超過(guò)高合金鋼的塑性強(qiáng)度產(chǎn)生裂紋［8］。同時(shí)高合金鋼種由于Cr、Mo合金含量高、硬度大，導(dǎo)致鑄坯不易矯直，用傳統(tǒng)的工藝生產(chǎn)連鑄坯翹頭嚴(yán)重，嚴(yán)重時(shí)連鑄坯無(wú)法過(guò)火切車(chē)，需進(jìn)行人工切割，給生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量造成極大影響。

為減輕高合金連鑄坯翹頭問(wèn)題，通過(guò)對(duì)高合金鋼鑄坯的坯頭部分采取高拉速、低配水、增大拉矯機(jī)壓力的方法，可以有效解決高合金連鑄坯的翹頭問(wèn)題［9］。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)電爐快速脫磷控制技術(shù)，保證高合金鋼磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.015%。通過(guò)精煉快速成渣技術(shù)，保證高合金鋼氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.001 5%，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜0.015%。

（2）通過(guò)二冷動(dòng)態(tài)配水技術(shù)、兩段式電磁攪拌技術(shù)，能夠保證高合金鋼鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，得到酸浸低倍組織：中心疏松級(jí)別≤1.0級(jí)、縮孔級(jí)別0級(jí)、中心裂紋級(jí)別0級(jí)、中間裂紋級(jí)別0級(jí)，不存在皮下裂紋和皮下氣泡。

（3）通過(guò)高合金鋼鑄坯緩冷工藝技術(shù)，減少了應(yīng)力裂紋產(chǎn)生，硬度得到了有效控制，高合金鋼硬度≤260 HB。通過(guò)高合金鋼連鑄坯矯直技術(shù)，減少了連鑄坯翹頭問(wèn)題，保證了圓坯表面質(zhì)量、尺寸、外形等能夠滿(mǎn)足質(zhì)量要求。

（4）萊鋼100 t電爐連鑄生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)發(fā)并成功試制了8Cr5Mo軋輥用鋼、4Cr5MoSiV1模具用鋼等高合金鋼種。生產(chǎn)的高Cr、Mo、Si、V等高合金鋼種，電爐、精煉、連鑄工藝技術(shù)成熟，化學(xué)成分控制范圍窄且穩(wěn)定，鋼材的表面質(zhì)量、低倍組織、硬度等冶金質(zhì)量均滿(mǎn)足技術(shù)條件要求，性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，完全滿(mǎn)足用戶(hù)的使用要求。