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 ·1003· 对于310mm×360mm断面生产BU,总压下量为 对于大方坯高碳钢，要最大程度的改善宏观偏析以及 17mm,压下速率为2.5mmm,最优压下区间铸坯的 中心缩孔，轻压下比凝固末端电磁搅拌更有效☒.考 中心固相率为0.30~0.75.表7为基于以上建立的凝 虑到连铸机设计及安装完成后，凝固末端电磁搅拌器 固传热模型计算的不同拉速下凝固末端电磁搅拌及不 以及拉矫机的位置基本固定下来，根据以上凝固末端 同拉矫机辊子中心处铸坯的中心固相率.连铸机采用 电磁搅拌安装位置以及合理的压下区间对铸坯中心固 1·~4拉矫机进行轻压下，5*和6拉矫机不进行压下， 相率的要求，拉速应为0.52mmin 表7计算的不同拉速下不同位置铸坯的中心固相率 Table 7 Central solid fraction calculated on bloom by the calculation model with different casting speeds 末端电磁搅拌器安装位置 各拉矫机辊子中心位置处中心固相率 拉速/(m'min-) 处中心固相率 1 2# 3# 4# 5# 6* 0.43 0.16 0.89 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.48 0.09 0.51 0.78 1.00 1.00 1.00 1.00 0.50 0.07 0.43 0.64 1.00 1.00 1.00 1.00 0.52 0.06 0.37 0.54 0.86 1.00 1.00 1.00 4.3工业试验 对于评价碳偏析，采用钻孔法用4mm的钻头钻5mm (1)试验方案 深，针对横截面碳偏析，沿着横截面试样内外弧中心线 基于以上的模型和分析，提出了满足凝固末端电 距中心1/8、1/4、1/2、3/4以及118mm的区域取样.为 磁搅拌和轻压下要求的中心固相率以及合适的拉速 了避免中心缩孔引起碳偏析指数的异常增大，而对于 通过现场工业试验，比较和分析了当同时采用凝固末 纵剖样，偏离左右方向中心线5mm并沿着中心线每隔 端电磁搅拌和轻压下时，不同拉速对高碳耐磨球钢BU 15mm取样.采用碳硫仪分析碳含量，碳偏析指数定义 铸坯宏观偏析以及中心缩孔的影响.表8为现场试验 为C/C。,其中C为取样处碳的质量分数，C。为中间包 方案，其他的连铸工艺参数如表2~表3所示. 钢液碳的质量分数 表8BU不同拉速下的现场试验方案 图11和图12分别为不同拉速下铸坯横截面和纵 Table 8 Industrial casting cases with different casting speeds 截面的低倍，图13和14分别为不同拉速下横截面内 方案 拉速/(m'min-1) 外弧中心线上以及纵剖样中心线上沿拉坯方向的碳偏 0.43 析指数分布.从图11(a)和图12(a)可看出，当拉速为 2 0.48 0.43m'min时，纵截面中心线偏析严重，V型偏析通 0.50 道明显，中心线上存在连续且体积大的缩孔，对应的横 4 0.52 截面中心有大的缩孔(1.5级)以及较严重的点状偏 析.对应的从图13和图14可知，铸坯横截面中心偏 (2)结果及讨论 析指数为1.04，内外弧碳偏析指数范围为0.90~1.04 图10为酸洗低倍取样以及化学分析的示意图 (标准平均偏差值为0.04)，纵截面中心线碳偏析指数 (b) 内弧侧 ⑧) 3/4● 拉坯方向 1/2● 1/4● 20 mm<x<25 mm 1/8◆ -◆-0-- y=20 mm 横样厚度 ●1/8 ●1/4 310mm ●1/2 ●34 360 400mm<z<450mm 纵样长度 -360mm 外弧侧 图10酸洗低倍取样(a)以及化学分析示意图(b) Fig.10 Sampling schematic for the acid etch (a)and wet chemical analysis(b)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 对于 310 mm × 360 mm 断面生产 BU，总压下量为 17 mm，压下速率为 2. 5 mm·m － 1，最优压下区间铸坯的 中心固相率为 0. 30 ～ 0. 75． 表 7 为基于以上建立的凝 固传热模型计算的不同拉速下凝固末端电磁搅拌及不 同拉矫机辊子中心处铸坯的中心固相率． 连铸机采用 1# ～ 4# 拉矫机进行轻压下，5# 和 6# 拉矫机不进行压下， 对于大方坯高碳钢，要最大程度的改善宏观偏析以及 中心缩孔，轻压下比凝固末端电磁搅拌更有效［22］． 考 虑到连铸机设计及安装完成后，凝固末端电磁搅拌器 以及拉矫机的位置基本固定下来，根据以上凝固末端 电磁搅拌安装位置以及合理的压下区间对铸坯中心固 相率的要求，拉速应为 0. 52 m·min － 1 ． 表 7 计算的不同拉速下不同位置铸坯的中心固相率 Table 7 Central solid fraction calculated on bloom by the calculation model with different casting speeds 拉速/( m·min － 1 ) 末端电磁搅拌器安装位置 处中心固相率 各拉矫机辊子中心位置处中心固相率 1# 2# 3# 4# 5# 6# 0. 43 0. 16 0. 89 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 0. 48 0. 09 0. 51 0. 78 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 0. 50 0. 07 0. 43 0. 64 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 0. 52 0. 06 0. 37 0. 54 0. 86 1. 00 1. 00 1. 00 4. 3 工业试验 ( 1) 试验方案． 基于以上的模型和分析，提出了满足凝固末端电 磁搅拌和轻压下要求的中心固相率以及合适的拉速． 通过现场工业试验，比较和分析了当同时采用凝固末 端电磁搅拌和轻压下时，不同拉速对高碳耐磨球钢 BU 铸坯宏观偏析以及中心缩孔的影响． 表 8 为现场试验 方案，其他的连铸工艺参数如表 2 ～ 表 3 所示． 表 8 BU 不同拉速下的现场试验方案 Table 8 Industrial casting cases with different casting speeds 方案 拉速/( m·min － 1 ) 1 0. 43 2 0. 48 3 0. 50 4 0. 52 图 10 酸洗低倍取样( a) 以及化学分析示意图( b) Fig． 10 Sampling schematic for the acid etch ( a) and wet chemical analysis( b) ( 2) 结果及讨论． 图 10 为酸洗低倍取样以及化学分析的示意图． 对于评价碳偏析，采用钻孔法用 4 mm 的钻头钻 5 mm 深，针对横截面碳偏析，沿着横截面试样内外弧中心线 距中心 1 /8、1 /4、1 /2、3 /4 以及 118 mm 的区域取样． 为 了避免中心缩孔引起碳偏析指数的异常增大，而对于 纵剖样，偏离左右方向中心线 5 mm 并沿着中心线每隔 15 mm 取样． 采用碳硫仪分析碳含量，碳偏析指数定义 为 C /C0，其中 C 为取样处碳的质量分数，C0为中间包 钢液碳的质量分数． 图 11 和图 12 分别为不同拉速下铸坯横截面和纵 截面的低倍，图 13 和 14 分别为不同拉速下横截面内 外弧中心线上以及纵剖样中心线上沿拉坯方向的碳偏 析指数分布． 从图 11( a) 和图 12( a) 可看出，当拉速为 0. 43 m·min － 1时，纵截面中心线偏析严重，V 型偏析通 道明显，中心线上存在连续且体积大的缩孔，对应的横 截面中心有大的缩孔( 1. 5 级) 以及较严重的点状偏 析． 对应的从图 13 和图 14 可知，铸坯横截面中心偏 析指数为 1. 04，内外弧碳偏析指数范围为 0. 90 ～ 1. 04 ( 标准平均偏差值为 0. 04) ，纵截面中心线碳偏析指数 · 3001 ·