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 ·1005 拉矫机处的铸坯的中心固相率分别为0.89、1、1和1. 再变为负偏析，但偏析的绝对差值减小，中心区域的点 凝固末端电磁搅拌位置合理，而执行轻压下的2~4 状偏析减轻，横截面内外弧中心线偏析指数从0.94~ 拉矫机处铸坯的中心固相率为1，均已凝固，若执行轻 1.09变为0.94~1.03：纵截面中心线偏析范围从 压下，1拉矫机处由于固相率大，流动阻力大，凝固收0.88~1.09（标准平均偏差值0.06）变为0.96~1.06 缩补充不充分，轻压下几乎未发挥作用，仅凝固末端电 (标准平均偏差值0.03).结合表4计算的不同拉速下 磁搅拌发挥了作用.对于同时采用凝固末端电磁搅拌 的铸坯中心固相率的分布，拉速从0.48m·min提高 和轻压下技术的大方坯连铸机生产高碳钢，低拉速意 到0.52m·min,凝固末端电磁搅拌位置处的中心固 味着仅仅凝固末端电磁搅拌发挥作用，合适的凝固末 相率从0.09减小到0.06.搅拌位置偏前，钢液黏度 端电磁搅拌参数可减小铸坯中心偏析，但不能有效地 小，大的搅拌强度会造成溶质元素向心运动，但1·~4 消除V型偏析和中心缩孔，同时拉速低时，拉矫机处 拉矫机处铸坯的中心固相率变小.由于1~4拉矫机 铸坯完全凝固，且易造成拉矫机压力过大而损伤设备， 执行轻压下，相当于轻压下压下区间扩大，由于压下区 1.20 间中心固相率小，流动阻力小，可以更好的补偿凝固 --拉速0.43m"min1 1.15 -拉速0.48m·min 收缩 。拉速0.50mmin1 1.10 一拉速0.52mmin 当拉速提高到0.52m'min时，如图12(d)可知， 1.05 在大方坯1/4内外弧方向的位置存在垂直于中心线内 裂纹，裂纹距离内外弧表面的距离在90~120mm之 1.00 间.在包含有等轴晶的糊状区内，由于1~3拉矫机 执行轻压下，且拉矫机对应铸坯的中心固相率分别为 0.90 0.370.54和0.86，而辊子的压下量分别为4、5和5 0.85 mm.基于以上的凝固传热模型计算，裂纹区域刚好发 0.80 0.15 -0.100.0500.050.10 0.15 生在1*~3*辊子之间.由于1和2辊在拉坯的同时也 铸坯内外弧距中心的距离/m 具有矫直作用，在轻压下开始时，铸坯中心固相率小， 图13不同拉速下横截面铸坯内外弧中心线碳偏析指数的分布 凝固前沿坯壳应力小，当压下量过大引起矫直力过大， Fig.13 Carbon segregation index in the center line of the inner and 超过凝固前沿的坯壳的应力会形成裂纹.图15为优 outer ares from the cross-section under different casting speeds 化拉速前后热轧圆钢的低倍照片.由图可知，优化拉 速后，热轧圆钢的低倍质量良好，中心缩孔消失：采用 1.25 。-拉速0.43mmin1 。-拉速0.48mmim 碳硫仪对轧材的中心碳含量进行分析，优化后轧材圆 1.20 4-拉速0.50m·min1 钢的中心碳偏析为1.07 1.15 拉速0.52m·mim 对于采用凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术的 1.10 1,05 大方坯连铸机生产高碳钢，当凝固末端电磁搅拌位置 1.00 以及拉矫机的布置确定好后，特别是对于多断面，很难 保证拉速合适的同时满足凝固末端电磁搅拌位置以及 U.90 轻压下压下区间的要求.提高拉速，虽然凝固末端电 磁搅拌的位置偏前会引起中心偏析的增加，但合理的 0.050.100.150.200.250.300.35040 轻压下区间会更好的补偿凝固收缩，弥补由于凝固末 距结品器弯月面距离m 端电磁搅拌的位置偏前引起中心偏析的增加，最终降 图14不同拉速下铸坯纵剖面中心线碳偏析指数分布 低铸坯中心偏析指数，消除V型偏析和中心缩孔，但 Fig.14 Carbon segregation index in the center line of the longitudi- 会形成负偏析，另外轻压下开始压下区域中心固相率 nal section along the casting direction under different casting speeds 较小时，过大的压下量会形成内裂纹 由于横截面低倍的结果具有偶然性，衡量优化拉 速的效果主要以纵截面低倍和偏析为标准.当拉速从 5结论 0.48m·min提高到0.52mmin,从图11和12可看 本文通过建立凝固传热模型，并采用射钉及测温 出，横截面中心缩孔经历了减小且分散在中心区域，最 试验对其进行验证，模拟了过热度、比水量和拉速对凝 终完全消失：V型偏析通道由尖锐且明显的形状变得 固终点的影响，以及拉速对不同位置铸坯凝固坯壳厚 很不明显最终消失.从图13和14可看出，铸坯横截 度和中心固相率的影响：结合钢BU的高温拉伸试验， 面中心偏析指数从1.08减小为0.94，先从正偏析增加 确定了满足采用凝固末端电磁搅拌以及轻压下复合技安航航等: 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 拉矫机处的铸坯的中心固相率分别为 0. 89、1、1 和 1． 凝固末端电磁搅拌位置合理，而执行轻压下的 2# ～ 4# 拉矫机处铸坯的中心固相率为 1，均已凝固，若执行轻 压下，1# 拉矫机处由于固相率大，流动阻力大，凝固收 缩补充不充分，轻压下几乎未发挥作用，仅凝固末端电 磁搅拌发挥了作用． 对于同时采用凝固末端电磁搅拌 和轻压下技术的大方坯连铸机生产高碳钢，低拉速意 味着仅仅凝固末端电磁搅拌发挥作用，合适的凝固末 端电磁搅拌参数可减小铸坯中心偏析，但不能有效地 消除 V 型偏析和中心缩孔，同时拉速低时，拉矫机处 铸坯完全凝固，且易造成拉矫机压力过大而损伤设备． 图 13 不同拉速下横截面铸坯内外弧中心线碳偏析指数的分布 Fig． 13 Carbon segregation index in the center line of the inner and outer arcs from the cross-section under different casting speeds 图 14 不同拉速下铸坯纵剖面中心线碳偏析指数分布 Fig． 14 Carbon segregation index in the center line of the longitudi￾nal section along the casting direction under different casting speeds 由于横截面低倍的结果具有偶然性，衡量优化拉 速的效果主要以纵截面低倍和偏析为标准． 当拉速从 0. 48 m·min － 1提高到 0. 52 m·min － 1，从图 11 和 12 可看 出，横截面中心缩孔经历了减小且分散在中心区域，最 终完全消失; V 型偏析通道由尖锐且明显的形状变得 很不明显最终消失． 从图 13 和 14 可看出，铸坯横截 面中心偏析指数从1. 08 减小为0. 94，先从正偏析增加 再变为负偏析，但偏析的绝对差值减小，中心区域的点 状偏析减轻，横截面内外弧中心线偏析指数从 0. 94 ～ 1. 09 变 为 0. 94 ～ 1. 03; 纵截面中心线偏析范围从 0. 88 ～ 1. 09( 标准平均偏差值 0. 06) 变为 0. 96 ～ 1. 06 ( 标准平均偏差值0. 03) ． 结合表4 计算的不同拉速下 的铸坯中心固相率的分布，拉速从 0. 48 m·min － 1提高 到 0. 52 m·min － 1，凝固末端电磁搅拌位置处的中心固 相率从 0. 09 减小到 0. 06． 搅拌位置偏前，钢液黏度 小，大的搅拌强度会造成溶质元素向心运动，但 1# ～ 4# 拉矫机处铸坯的中心固相率变小． 由于 1# ～ 4# 拉矫机 执行轻压下，相当于轻压下压下区间扩大，由于压下区 间中心固相率小，流动阻力小，可以更好的补偿凝固 收缩． 当拉速提高到 0. 52 m·min － 1时，如图 12( d) 可知， 在大方坯 1 /4 内外弧方向的位置存在垂直于中心线内 裂纹，裂纹距离内外弧表面的距离在 90 ～ 120 mm 之 间． 在包含有等轴晶的糊状区内，由于 1# ～ 3# 拉矫机 执行轻压下，且拉矫机对应铸坯的中心固相率分别为 0. 37、0. 54 和 0. 86，而辊子的压下量分别为 4、5 和 5 mm． 基于以上的凝固传热模型计算，裂纹区域刚好发 生在 1# ～ 3# 辊子之间． 由于 1# 和 2# 辊在拉坯的同时也 具有矫直作用，在轻压下开始时，铸坯中心固相率小， 凝固前沿坯壳应力小，当压下量过大引起矫直力过大， 超过凝固前沿的坯壳的应力会形成裂纹． 图 15 为优 化拉速前后热轧圆钢的低倍照片． 由图可知，优化拉 速后，热轧圆钢的低倍质量良好，中心缩孔消失; 采用 碳硫仪对轧材的中心碳含量进行分析，优化后轧材圆 钢的中心碳偏析为 1. 07． 对于采用凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术的 大方坯连铸机生产高碳钢，当凝固末端电磁搅拌位置 以及拉矫机的布置确定好后，特别是对于多断面，很难 保证拉速合适的同时满足凝固末端电磁搅拌位置以及 轻压下压下区间的要求． 提高拉速，虽然凝固末端电 磁搅拌的位置偏前会引起中心偏析的增加，但合理的 轻压下区间会更好的补偿凝固收缩，弥补由于凝固末 端电磁搅拌的位置偏前引起中心偏析的增加，最终降 低铸坯中心偏析指数，消除 V 型偏析和中心缩孔，但 会形成负偏析，另外轻压下开始压下区域中心固相率 较小时，过大的压下量会形成内裂纹． 5 结论 本文通过建立凝固传热模型，并采用射钉及测温 试验对其进行验证，模拟了过热度、比水量和拉速对凝 固终点的影响，以及拉速对不同位置铸坯凝固坯壳厚 度和中心固相率的影响; 结合钢 BU 的高温拉伸试验， 确定了满足采用凝固末端电磁搅拌以及轻压下复合技 · 5001 ·