不銹鋼一般采用與碳鋼相同的立式、立彎式或弧形連鑄機。精煉后的鋼水倒入鋼包,經過吹氨站對鋼水溫度進行微調后吊到大包回轉臺等待連鑄。上一包鋼水鑄完后,經過回轉將待澆鋼包轉到中包注入口上方,然后通過長水口將鋼水注入中間包。中間包的鋼水經過浸入式水口進入結晶器成形和冷凝并連續下拉。表層凝固的鑄坯經過二冷段繼續快速冷卻至坯心成固體后進行定尺火焰切割,從而完成整個連鑄過程。


  不(bu)(bu)銹(xiu)鋼鋼水(shui)(shui)由鑄錠改(gai)成鑄坯(pi)工藝,其作用不(bu)(bu)僅僅是為(wei)了提(ti)高10%的成材率(lv)、節能(neng)和縮短生產周(zhou)期(qi),而(er)且由于連(lian)鑄工藝質量(liang)(liang)控制(zhi)手段的完善,目前已經成為(wei)提(ti)高產品(pin)質量(liang)(liang)的必要手段。不(bu)(bu)銹(xiu)鋼連(lian)鑄坯(pi)產品(pin)質量(liang)(liang)集中體現在除(chu)頭尾段坯(pi)外表(biao)面(mian)的不(bu)(bu)修磨率(lv)已經達(da)(da)到(dao)70%以(yi)上,總的表(biao)面(mian)修磨收得率(lv)已達(da)(da)到(dao)99.5%。為(wei)實現這個目標必須對鋼水(shui)(shui)進(jin)行精煉(lian),達(da)(da)到(dao)低的氧和硫(liu)含(han)量(liang)(liang),搞好大包(bao)和中包(bao)的冶金(jin),精確控制(zhi)鋼水(shui)(shui)溫(wen)度,實現無氧化澆注,進(jin)一(yi)步(bu)降(jiang)低夾雜(za)物含(han)量(liang)(liang)。在此(ci)條件下根據(ju)不(bu)(bu)同的鋼種做到(dao)結晶器的振動工藝與(yu)保護渣相匹配,使鑄坯(pi)表(biao)面(mian)的振痕深度達(da)(da)到(dao)≤200μm,由此(ci)實現不(bu)(bu)銹(xiu)鋼鑄坯(pi)表(biao)面(mian)基本不(bu)(bu)修磨軋制(zhi)的目標。


1. 無氧化保(bao)護澆鑄


  不銹鋼鋼水由于含有12%以上的鉻,與大氣接觸容易氧化成Cr2O3,生成>80μm的大型夾雜物,嚴重影響連鑄坯表面質量。所以不銹鋼無氧化保護澆鑄工藝措施是決定鑄坯和成品表面質量的關鍵性因素之一。


  不(bu)銹鋼(gang)(gang)無氧化保(bao)護(hu)(hu)澆鑄(zhu)工藝措施(shi)包(bao)(bao)(bao)括大(da)包(bao)(bao)(bao)鋼(gang)(gang)水(shui)(shui)(shui)保(bao)護(hu)(hu)(含(han)鋼(gang)(gang)渣保(bao)溫劑或大(da)包(bao)(bao)(bao)上加(jia)蓋(gai)),大(da)包(bao)(bao)(bao)鋼(gang)(gang)水(shui)(shui)(shui)經(jing)長水(shui)(shui)(shui)口(kou)(kou)保(bao)護(hu)(hu)進入(ru)中(zhong)(zhong)(zhong)間(jian)(jian)包(bao)(bao)(bao)液面鋼(gang)(gang)水(shui)(shui)(shui)以下,中(zhong)(zhong)(zhong)包(bao)(bao)(bao)加(jia)蓋(gai)密(mi)封(feng),同時(shi)長水(shui)(shui)(shui)口(kou)(kou)與中(zhong)(zhong)(zhong)間(jian)(jian)包(bao)(bao)(bao)蓋(gai)之(zhi)(zhi)間(jian)(jian)也要進行密(mi)封(feng)。中(zhong)(zhong)(zhong)間(jian)(jian)包(bao)(bao)(bao)注人(ren)鋼(gang)(gang)水(shui)(shui)(shui)前(qian),中(zhong)(zhong)(zhong)包(bao)(bao)(bao)充(chong)氬(氮)約6分鐘使包(bao)(bao)(bao)內氧含(han)量<2%.中(zhong)(zhong)(zhong)包(bao)(bao)(bao)鋼(gang)(gang)水(shui)(shui)(shui)用中(zhong)(zhong)(zhong)包(bao)(bao)(bao)堿性(xing)渣保(bao)護(hu)(hu),并在整個澆鑄(zhu)過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)吹入(ru)氬(氮)氣保(bao)護(hu)(hu)。中(zhong)(zhong)(zhong)包(bao)(bao)(bao)鋼(gang)(gang)水(shui)(shui)(shui)通過浸入(ru)式水(shui)(shui)(shui)口(kou)(kou)進入(ru)結(jie)晶(jing)器,水(shui)(shui)(shui)口(kou)(kou)與中(zhong)(zhong)(zhong)包(bao)(bao)(bao)之(zhi)(zhi)間(jian)(jian)進行密(mi)封(feng)。鋼(gang)(gang)水(shui)(shui)(shui)進入(ru)結(jie)晶(jing)器液面用保(bao)護(hu)(hu)渣(上方通氬)保(bao)護(hu)(hu)。通過這樣的(de)保(bao)護(hu)(hu),鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)氧含(han)量將保(bao)持(chi)不(bu)變或有所降低。


2. 大包和中(zhong)包冶金


  大包冶金在不銹鋼生產或連鑄工藝中占有重要地位,其起下列作用:①. 快速脫硫,脫硫率可達80%.極力降低鋼中的硫含量不僅是連鑄純奧氏體不銹鋼防止表面微裂紋的重要措施,而且也是提高鑄坯熱加工塑性的重要措施。②. 進行鈣、稀土等合金化,這也是提高難變形不銹鋼熱塑性的重要措施。特別是可以防止Al2O3和TiN等高熔點(2030℃和3150℃)夾雜對水口的堵塞。③. 微調鋼水溫度,以確保中包鋼水過熱度30~45℃。④. 包底吹氬5分鐘,可以促使夾雜物上浮,凈化鋼液。中包設置的目的是在多爐連鑄更換大包時鋼水不斷流。目前中包冶金的作用也在發展,作用一是使夾雜物上浮到中包渣中,為此中包液面高度應控制在700mm以上,使用堿性中包渣有利夾雜物吸收,二是設置擋渣墻,見圖3-3,防止大包渣、中包渣和耐火材料熔損進入浸入式水口。


圖 3.jpg


  不銹鋼連鑄時鋼水大量接觸耐火材料,后者的熔損對鑄坯質量是嚴重的威脅。對此,中包應使用MgO質絕熱板干式沏筑。大包長水口和中包浸入式水口應使用高鋁石英質或Al2O3-CaO-ZrO2質材料。


3. 鑄坯成型


  中(zhong)包鋼水進入結(jie)晶(jing)器(qi)(qi)(qi)急冷(leng)成鑄(zhu)坯(pi)并向下(xia)拉出(chu),鑄(zhu)坯(pi)與結(jie)晶(jing)器(qi)(qi)(qi)界面的(de)粘滯(zhi)及相對運動(dong)所產生的(de)摩擦阻(zu)力(li)由結(jie)晶(jing)器(qi)(qi)(qi)的(de)上下(xia)振(zhen)(zhen)動(dong)和保護(hu)(hu)渣(zha)在(zai)鑄(zhu)坯(pi)與結(jie)晶(jing)器(qi)(qi)(qi)壁(bi)間連續充填的(de)潤滑作用而基本得(de)到克服。結(jie)晶(jing)器(qi)(qi)(qi)保護(hu)(hu)渣(zha)被液(ye)面鋼水加熱熔化(hua)形(xing)(xing)成液(ye)態(tai)渣(zha)、糊(hu)狀(zhuang)渣(zha)、燒結(jie)渣(zha)和原保護(hu)(hu)渣(zha)四層結(jie)構(見(jian)圖3-4).在(zai)結(jie)晶(jing)器(qi)(qi)(qi)振(zhen)(zhen)動(dong)作用下(xia)在(zai)結(jie)晶(jing)器(qi)(qi)(qi)壁(bi)與鑄(zhu)坯(pi)表面之間會形(xing)(xing)成渣(zha)膜。在(zai)與結(jie)晶(jing)器(qi)(qi)(qi)壁(bi)接(jie)觸的(de)一側(ce)形(xing)(xing)成厚度為1~3mm的(de)固(gu)態(tai)渣(zha)膜,而在(zai)與鑄(zhu)坯(pi)表面接(jie)觸的(de)一側(ce)形(xing)(xing)成厚度為0.1~0.3mm的(de)液(ye)態(tai)渣(zha)膜。固(gu)態(tai)渣(zha)膜隨(sui)結(jie)晶(jing)器(qi)(qi)(qi)振(zhen)(zhen)動(dong),液(ye)態(tai)渣(zha)膜隨(sui)鑄(zhu)坯(pi)下(xia)移到結(jie)晶(jing)器(qi)(qi)(qi)下(xia)半(ban)部(bu)凝固(gu),隨(sui)鑄(zhu)坯(pi)離(li)開(kai)結(jie)晶(jing)器(qi)(qi)(qi)造成保護(hu)(hu)渣(zha)消耗。


  結晶(jing)器一般采(cai)用(yong)(yong)正弦(xian)曲線的(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)方式(shi),結晶(jing)器上下的(de)(de)周(zhou)期式(shi)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)為克服鑄坯(pi)阻力創(chuang)造了(le)條(tiao)件,但是同時(shi)又在(zai)它向(xiang)下移動(dong)時(shi)使(shi)鑄坯(pi)表(biao)面(mian)產生一定深度的(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)痕。較(jiao)深的(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)痕在(zai)下個工(gong)序加熱(re)中由(you)于(yu)不(bu)能全部生成氧(yang)化皮而(er)殘(can)留在(zai)熱(re)軋后的(de)(de)成品表(biao)面(mian),成為不(bu)良品。不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)連鑄技術和(he)(he)連鑄工(gong)藝(yi)的(de)(de)各項(xiang)工(gong)作(zuo)都反映(ying)在(zai)減小振(zhen)(zhen)(zhen)痕深度上。為了(le)使(shi)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)痕深度≤0.2mm,應(ying)根據鋼(gang)夾雜或鋼(gang)種確定不(bu)同的(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)程和(he)(he)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)。易漏(lou)鋼(gang)的(de)(de)1Cr13等鉻(ge)系不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)應(ying)采(cai)用(yong)(yong)大(da)振(zhen)(zhen)(zhen)程、低振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)工(gong)藝(yi);對于(yu)熱(re)塑性良好的(de)(de)奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)應(ying)采(cai)用(yong)(yong)小振(zhen)(zhen)(zhen)程高(gao)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)工(gong)藝(yi)。具體(ti)(ti)采(cai)取(qu)的(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)參數(shu)由(you)保護渣的(de)(de)消耗所決定。


4. 電磁攪拌


  電(dian)磁(ci)(ci)(ci)攪(jiao)拌(ban)(ban)技術和(he)(he)(he)(he)應用(yong)(yong)(yong)(yong)效果目前已(yi)經(jing)比(bi)(bi)(bi)較(jiao)成(cheng)熟。對于(yu)大(da)(da)(da)方(fang)坯(pi)(pi)(pi)(pi)和(he)(he)(he)(he)小(xiao)方(fang)坯(pi)(pi)(pi)(pi)(>150mm,≤150mm)連鑄(zhu)(zhu)(zhu),為(wei)(wei)了(le)生產高(gao)(gao)(gao)質量(liang)鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)(pi)(pi)和(he)(he)(he)(he)軋材(cai),電(dian)磁(ci)(ci)(ci)攪(jiao)拌(ban)(ban)是(shi)必(bi)須采(cai)取(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)措施,而(er)且(qie)必(bi)須采(cai)取(qu)(qu)提高(gao)(gao)(gao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)(pi)(pi)表(biao)面(mian)質量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)結晶(jing)(jing)器(qi)電(dian)磁(ci)(ci)(ci)攪(jiao)拌(ban)(ban)(M-EMS)和(he)(he)(he)(he)改善(shan)中(zhong)心(xin)(xin)偏析的(de)(de)(de)(de)(de)二(er)冷電(dian)磁(ci)(ci)(ci)攪(jiao)拌(ban)(ban)(S-EMS)的(de)(de)(de)(de)(de)組合式攪(jiao)拌(ban)(ban)。由于(yu)方(fang)圓坯(pi)(pi)(pi)(pi)斷面(mian)積比(bi)(bi)(bi)板(ban)坯(pi)(pi)(pi)(pi)小(xiao),所以(yi)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)清理(li)損耗和(he)(he)(he)(he)工作(zuo)量(liang)要(yao)比(bi)(bi)(bi)板(ban)坯(pi)(pi)(pi)(pi)大(da)(da)(da)得多(duo)(duo),因(yin)此提高(gao)(gao)(gao)方(fang)圓坯(pi)(pi)(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)質量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)經(jing)濟效益也(ye)比(bi)(bi)(bi)板(ban)坯(pi)(pi)(pi)(pi)大(da)(da)(da)得多(duo)(duo)。M-EMS攪(jiao)拌(ban)(ban)對提高(gao)(gao)(gao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)(pi)(pi)表(biao)面(mian)質量(liang)有(you)重要(yao)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)。其(qi)(qi)機(ji)理(li)是(shi):①. 液(ye)(ye)(ye)心(xin)(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)運動均勻了(le)內部(bu)鋼(gang)(gang)(gang)水(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)溫度(du),并使保護渣均勻熔(rong)化(hua),因(yin)此形成(cheng)振痕穩(wen)定和(he)(he)(he)(he)厚度(du)均勻的(de)(de)(de)(de)(de)坯(pi)(pi)(pi)(pi)殼并與(yu)結晶(jing)(jing)器(qi)壁(bi)接(jie)觸良好;②. 液(ye)(ye)(ye)心(xin)(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)流動沖(chong)洗使凝(ning)固(gu)(gu)殼內表(biao)層的(de)(de)(de)(de)(de)夾雜和(he)(he)(he)(he)氣泡上(shang)浮到液(ye)(ye)(ye)面(mian)中(zhong)心(xin)(xin),人(ren)工撈(lao)出(chu)可(ke)(ke)提高(gao)(gao)(gao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)質量(liang)和(he)(he)(he)(he)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)純(chun)凈度(du)。S-EMS攪(jiao)拌(ban)(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)是(shi)大(da)(da)(da)幅度(du)減小(xiao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)(pi)(pi)表(biao)層細等(deng)軸晶(jing)(jing)內側的(de)(de)(de)(de)(de)柱狀(zhuang)晶(jing)(jing)厚度(du),使其(qi)(qi)變成(cheng)等(deng)軸晶(jing)(jing),從(cong)而(er)可(ke)(ke)以(yi)明顯降低中(zhong)心(xin)(xin)偏析和(he)(he)(he)(he)疏松。這對最終成(cheng)品圓鋼(gang)(gang)(gang)和(he)(he)(he)(he)線材(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)質量(liang)判(pan)定和(he)(he)(he)(he)二(er)次加工性帶有(you)決定性。為(wei)(wei)了(le)消除軋材(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)柱狀(zhuang)晶(jing)(jing),不使用(yong)(yong)(yong)(yong)S-EMS的(de)(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)(pi)(pi)壓縮比(bi)(bi)(bi)約在(zai)(zai)10左右,而(er)采(cai)取(qu)(qu)S-EMS的(de)(de)(de)(de)(de)壓縮比(bi)(bi)(bi)為(wei)(wei)5時就可(ke)(ke)以(yi)達到。因(yin)此采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)S-EMS也(ye)可(ke)(ke)以(yi)使用(yong)(yong)(yong)(yong)較(jiao)小(xiao)尺寸的(de)(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)(pi)(pi)生產較(jiao)大(da)(da)(da)規格(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)品,或在(zai)(zai)同(tong)等(deng)條件下進一步提高(gao)(gao)(gao)軋材(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)、塑(su)性和(he)(he)(he)(he)沖(chong)擊性。中(zhong)心(xin)(xin)偏析產生的(de)(de)(de)(de)(de)原因(yin)是(shi)鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)(pi)(pi)在(zai)(zai)凝(ning)固(gu)(gu)過程中(zhong)碳、硫、磷、錳等(deng)溶質(含(han)非金屬夾雜物(wu)及(ji)氣相等(deng)輕質相)元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)濃度(du)逐(zhu)漸增高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)結果,因(yin)此S-EMS的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)機(ji)理(li)是(shi)鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)(pi)(pi)出(chu)結晶(jing)(jing)器(qi)后,利用(yong)(yong)(yong)(yong)電(dian)磁(ci)(ci)(ci)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)使液(ye)(ye)(ye)心(xin)(xin)鋼(gang)(gang)(gang)水(shui)在(zai)(zai)轉動的(de)(de)(de)(de)(de)過程中(zhong)凝(ning)固(gu)(gu),這樣,一方(fang)面(mian)使溶質元素(su)分(fen)布均勻,改善(shan)中(zhong)心(xin)(xin)偏析度(du),另一方(fang)面(mian),由于(yu)鋼(gang)(gang)(gang)水(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)轉動沖(chong)刷凝(ning)固(gu)(gu)的(de)(de)(de)(de)(de)前沿,使已(yi)成(cheng)固(gu)(gu)態的(de)(de)(de)(de)(de)微粒變成(cheng)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)結晶(jing)(jing)核,因(yin)此擴大(da)(da)(da)了(le)等(deng)軸晶(jing)(jing)比(bi)(bi)(bi)率,相對減少了(le)柱狀(zhuang)晶(jing)(jing)量(liang)。M-EMS與(yu)S-EMS組合式電(dian)磁(ci)(ci)(ci)攪(jiao)拌(ban)(ban)可(ke)(ke)以(yi)適(shi)應優質鋼(gang)(gang)(gang)和(he)(he)(he)(he)不銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)質量(liang)需(xu)要(yao),但是(shi)對于(yu)碳含(han)量(liang)>0.50%的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)碳鋼(gang)(gang)(gang)和(he)(he)(he)(he)彈簧鋼(gang)(gang)(gang)等(deng)鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong),為(wei)(wei)了(le)解決心(xin)(xin)部(bu)碳的(de)(de)(de)(de)(de)偏析,應在(zai)(zai)鑄(zhu)(zhu)(zhu)坯(pi)(pi)(pi)(pi)凝(ning)固(gu)(gu)末期(qi)對糊狀(zhuang)鋼(gang)(gang)(gang)液(ye)(ye)(ye)進行電(dian)磁(ci)(ci)(ci)攪(jiao)拌(ban)(ban),即F-EMS。


  電(dian)磁(ci)(ci)攪(jiao)(jiao)拌(ban)的(de)(de)(de)(de)原理(li)是鋼水在磁(ci)(ci)場的(de)(de)(de)(de)作用(yong)下產生感應(ying)電(dian)流和電(dian)磁(ci)(ci)力而(er)使鋼水運動。目前廣泛使用(yong)的(de)(de)(de)(de)是基(ji)于(yu)異步電(dian)機原理(li)而(er)設(she)計的(de)(de)(de)(de)旋轉攪(jiao)(jiao)拌(ban)器。基(ji)于(yu)直流電(dian)機原理(li)設(she)計的(de)(de)(de)(de)直線攪(jiao)(jiao)拌(ban)對于(yu)改善(shan)鑄坯斷面成分的(de)(de)(de)(de)均勻性較差(cha)。以上(shang)兩種方式迭加而(er)成的(de)(de)(de)(de)螺(luo)旋攪(jiao)(jiao)拌(ban),由于(yu)投資大,技術(shu)控制較復(fu)雜,應(ying)用(yong)不多。