安航航等：凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术对大方坯高碳钢偏析和中心缩孔的影响 997· ity)significantly improve when the casting speed is adjusted to meet the required soft reduction zone as a matter of priority;otherwise, the casting speed is only adjusted to preferentially satisfy the required F-EMS stirring region.The inner quality does not show any obvious improvement.Except for the internal cracks and the negative center segregation caused by the improper distribution of the reduction amount,the inner defects (e.g.,macro segregation and shrinkage cavity)significantly improve with a casting speed of 0.52mmin and a solid fraction in the strand centerline ranging from 0.30 and 0.75 in the soft reduction zone. KEY WORDS bloom:high-earbon wear-resistant ball steel;macro segregation:final electromagnetic stirring:mechanical soft reduction 在连铸过程中，宏观偏析主要是在凝固末期糊状 较少回.本文以采用凝固未端电磁搅拌和轻压下复合 区内富集的液体由于凝固收缩引起流动，沿糊状区内 技术的大方坯连铸机为研究对象，针对高碳耐磨球钢 枝晶间通道传输与聚集而形成的四，而中心缩孔主要 BU铸坯存在的严重的宏观偏析和中心缩孔进行了研 是由于铸坯在凝固过程中柱状晶过于发达产生的“搭 究.建立了二维凝固传热数学模型，通过射钉及测温 桥”形成的网.两者相互伴随且都发生在糊状区，宏观 试验验证，并结合BU的高温物理性能和力学性能检 偏析和中心缩孔是影响连铸坯内部质量的两个主要缺 测，制定了合理的工艺制度.基于凝固传热数学模型 陷，特别是对于大断面方坯高碳高合金钢，由于碳含量 以及工业试验，重点研究了拉速对凝固末端电磁搅拌 与合金含量高，固液两相区长且宽，凝固时间长，更易 位置、轻压下压下区间以及铸坯宏观偏析和中心缩孔 形成严重的宏观偏析和中心缩孔同，在后续的加热和 的影响规律，从而为采用凝固末端电磁搅拌和轻压下 轧制过程中无法有效消除，是制约高品质特钢产品质 复合技术的大方坯连铸机生产内部质量良好的高碳耐 量的瓶颈. 磨球钢提出切实有效的措施 凝固末端电磁搅拌和轻压下是降低大断面高碳钢 1背景 方坯或矩形坯的宏观偏析及减轻或消除中心缩孔最常 用的技术，两者的机理完全不同-.单独使用虽然取 某厂生产的热轧耐磨钢球BU主要应用在有色矿 得了一些改善效果，但都不尽人意园，若两者结合起 山的湿磨作业中，但在使用过程中经常会发生由于球 来，以期获得改善大方坯高碳钢宏观偏析和中心缩孔 的失圆使其寿命缩短.热轧耐磨钢球是连铸大方坯先经 的满意效果.日前越来越多的大断面方坯或矩形坯连 热轧为圆钢，再采用双辊螺旋斜轧加工成型的网.通过 铸机生产高碳钢时，同时采用凝固末端电磁搅拌和轻 大量的现场试验，发现大方坯高碳耐磨球钢铸坯严重的 压下技术，凝固末端电磁搅拌的搅拌位置和轻压下压 宏观偏析和中心缩孔是其寿命缩短重要的影响因素。 下区间是影响其治金效果的先决条件，根据前人的研 本文所研究的铸机为六机六流全弧形，且同时采 究成果7-，主要是保证铸坯的中心固相率()满足两 用结晶器电磁搅拌(M-EMS)、凝固末端电磁搅拌、轻 者的要求，而拉速是影响铸坯中心固相率的主要因素， 压下等技术的多断面大方坯连铸机（主要断面310mm× 倘若拉速不合适，不仅很难改善铸坯的宏观碳偏析和 360mm,220mm×260mm等)，表1为连铸机的主要技 中心缩孔，而且会对设备造成损伤 术参数，表2和表3分别为310mm×360mm生产BU 目前国内外在采用凝固末端电磁搅拌和轻压下复 主要的连铸工艺参数，表4为末端电磁搅拌器与拉矫 合技术改善高碳钢大方坯偏析和中心缩孔方面的研究 机的布置. 表1连铸机的主要技术参数 Table I Key technical parameters of the bloom caster 铸机类型 铸机断面/mm2 铸机半径/m 治金长度/m 结品器总长/m 结品器有效长度/m 弧形 310×360,220×260 12 28.4 0.9 0.78 表2二冷各区长度以及比水量 Table 2 Water ratio and length of the secondary cooling zones 二冷各区长度/m 比水量/(Lkg1) 拉速/(m'min") 1区 2区 3区 4区 0.18 0.43 0.35 1.17 1.77 4.04安航航等: 凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术对大方坯高碳钢偏析和中心缩孔的影响 ity) significantly improve when the casting speed is adjusted to meet the required soft reduction zone as a matter of priority; otherwise， the casting speed is only adjusted to preferentially satisfy the required F--EMS stirring region． The inner quality does not show any obvious improvement． Except for the internal cracks and the negative center segregation caused by the improper distribution of the reduction amount，the inner defects ( e． g． ，macro segregation and shrinkage cavity) significantly improve with a casting speed of 0. 52 m·min － 1 and a solid fraction in the strand centerline ranging from 0. 30 and 0. 75 in the soft reduction zone． KEY WOＲDS bloom; high-carbon wear-resistant ball steel; macro segregation; final electromagnetic stirring; mechanical soft reduction 在连铸过程中，宏观偏析主要是在凝固末期糊状 区内富集的液体由于凝固收缩引起流动，沿糊状区内 枝晶间通道传输与聚集而形成的［1］，而中心缩孔主要 是由于铸坯在凝固过程中柱状晶过于发达产生的“搭 桥”形成的［2］． 两者相互伴随且都发生在糊状区，宏观 偏析和中心缩孔是影响连铸坯内部质量的两个主要缺 陷，特别是对于大断面方坯高碳高合金钢，由于碳含量 与合金含量高，固液两相区长且宽，凝固时间长，更易 形成严重的宏观偏析和中心缩孔［3］，在后续的加热和 轧制过程中无法有效消除，是制约高品质特钢产品质 量的瓶颈． 凝固末端电磁搅拌和轻压下是降低大断面高碳钢 方坯或矩形坯的宏观偏析及减轻或消除中心缩孔最常 用的技术，两者的机理完全不同［4--5］． 单独使用虽然取 得了一些改善效果，但都不尽人意［6］，若两者结合起 来，以期获得改善大方坯高碳钢宏观偏析和中心缩孔 的满意效果． 目前越来越多的大断面方坯或矩形坯连 铸机生产高碳钢时，同时采用凝固末端电磁搅拌和轻 压下技术，凝固末端电磁搅拌的搅拌位置和轻压下压 下区间是影响其冶金效果的先决条件，根据前人的研 究成果［7--8］，主要是保证铸坯的中心固相率( fs ) 满足两 者的要求，而拉速是影响铸坯中心固相率的主要因素， 倘若拉速不合适，不仅很难改善铸坯的宏观碳偏析和 中心缩孔，而且会对设备造成损伤． 目前国内外在采用凝固末端电磁搅拌和轻压下复 合技术改善高碳钢大方坯偏析和中心缩孔方面的研究 较少［9］． 本文以采用凝固末端电磁搅拌和轻压下复合 技术的大方坯连铸机为研究对象，针对高碳耐磨球钢 BU 铸坯存在的严重的宏观偏析和中心缩孔进行了研 究． 建立了二维凝固传热数学模型，通过射钉及测温 试验验证，并结合 BU 的高温物理性能和力学性能检 测，制定了合理的工艺制度． 基于凝固传热数学模型 以及工业试验，重点研究了拉速对凝固末端电磁搅拌 位置、轻压下压下区间以及铸坯宏观偏析和中心缩孔 的影响规律，从而为采用凝固末端电磁搅拌和轻压下 复合技术的大方坯连铸机生产内部质量良好的高碳耐 磨球钢提出切实有效的措施． 1 背景 某厂生产的热轧耐磨钢球 BU 主要应用在有色矿 山的湿磨作业中，但在使用过程中经常会发生由于球 的失圆使其寿命缩短． 热轧耐磨钢球是连铸大方坯先经 热轧为圆钢，再采用双辊螺旋斜轧加工成型的［10］． 通过 大量的现场试验，发现大方坯高碳耐磨球钢铸坯严重的 宏观偏析和中心缩孔是其寿命缩短重要的影响因素． 本文所研究的铸机为六机六流全弧形，且同时采 用结晶器电磁搅拌( M--EMS) 、凝固末端电磁搅拌、轻 压下等技术的多断面大方坯连铸机( 主要断面 310 mm × 360 mm，220 mm × 260 mm 等) ，表 1 为连铸机的主要技 术参数，表 2 和表 3 分别为 310 mm × 360 mm 生产 BU 主要的连铸工艺参数，表 4 为末端电磁搅拌器与拉矫 机的布置． 表 1 连铸机的主要技术参数 Table 1 Key technical parameters of the bloom caster 铸机类型 铸机断面/mm2 铸机半径/m 冶金长度/m 结晶器总长/m 结晶器有效长度/m 弧形 310 × 360，220 × 260 12 28. 4 0. 9 0. 78 表 2 二冷各区长度以及比水量 Table 2 Water ratio and length of the secondary cooling zones 比水量/( L·kg － 1 ) 拉速/ ( m·min － 1 ) 二冷各区长度/m 1 区 2 区 3 区 4 区 0. 18 0. 43 0. 35 1. 17 1. 77 4. 04 · 799 ·