釬鋼連鑄生產(chǎn)工藝實踐*

潘 江

（首鋼貴陽特殊鋼有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550005）

釬鋼，俗稱釬子鋼，是指專門制造釬具的鋼材。釬鋼有兩大類，即實心釬鋼和空心釬鋼，后者即人們通常所稱的中空鋼。因釬具中用量最大的是釬桿，而目前我國所使用的釬桿基本上是中空釬桿，因此長期以來，人們習(xí)慣性地把中空鋼稱之為釬鋼。鑿巖釬具由于在鉆爆工程中受到鑿孔直徑的限制，其橫截面積均很小，然而，這種細(xì)長的桿件，卻要在劇烈磨損和具有腐蝕性介質(zhì)作用的條件下，承受高頻率(2000～3000次/min)、高沖擊(約294J)鑿巖機施加的拉、壓、彎、扭等循環(huán)應(yīng)力。釬具在鉆鑿過程中承受的應(yīng)力主要有:軸向應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力。同時，在濕式作業(yè)條件下，釬鋼還承受著礦水腐蝕的作用，即釬鋼是在應(yīng)力疲勞和礦水腐蝕條件下工作的。因此，沖擊鑿巖對中空鋼的要求為［1］:

1)足夠高的疲勞強度;

2)適量的塑性和韌性，尤其是具有良好的微觀塑性，以保證鋼材有較低的疲勞缺口敏感性;

3)良好的循環(huán)韌性，從而保證鋼材的消振性能良好，并且還可以降低疲勞裂紋的擴展速率;

4)一定的抗腐蝕能力，主要是耐大氣和礦水的腐蝕;

5)良好的工藝性能，包括冷、熱加工，鍛造和熱處理性能。

1 釬具鋼的傳統(tǒng)生產(chǎn)狀況

1.1 傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝

貴陽特殊鋼有限責(zé)任公司進(jìn)行釬具鋼生產(chǎn)的老牌廠家，其傳統(tǒng)工藝流程為鑄管法:電爐——精煉爐—— 模注(雙筒錠140kg錠)——精整——軋制。采用此傳統(tǒng)工藝流程進(jìn)行生產(chǎn)時，在生產(chǎn)操作過程中需要在鋼錠模中預(yù)先加入合金毛管，合金毛管的上端利用卡子固定，下端利用帶有固定槽的模底磚固定，模底磚角部開有流鋼孔，鋼液由流鋼孔注入鋼錠模后，凝固成型。

1.2 模注生產(chǎn)流程中存在的質(zhì)量問題

1)因為中空鋼模注生產(chǎn)流程的特點:在生產(chǎn)過程中需要在鋼錠模的中心加裝合金毛管，采用下注法，將鋼液由鋼錠模的角部注入。因為鋼液注入的不對稱，導(dǎo)致鋼液的澆鑄、凝固過程的不對稱性，就造成了凝固過程不均勻，因而嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量，同時為了避免合金毛管熔化，必須采用低溫澆鑄，而且合金毛管溫度較低，因此在合金毛管壁附近區(qū)域存在非常嚴(yán)重縮孔。如圖1所示:在鋼錠的上部(小頭部分)有非常嚴(yán)重的縮孔;如圖2所示在鋼錠的中部，縮孔略微減少，并且縮孔尺寸也較小;如圖3所示在鋼錠的下部(大頭部分)，單側(cè)的縮孔較為嚴(yán)重。

圖1 釬具鋼鋼錠上部

2)外來夾雜物:模注過程中，由于是采用下注法，鋼液由鋼包注入中注管，在中注管底部有一個四孔流鋼磚，將鋼流分流到四澆注通道。這這一個模注的澆鑄過程中，需要采用中注管磚及湯道磚等耐火材料，在澆鑄過程中，這一些耐火材料制品，經(jīng)過鋼流沖刷會剝落而形成外來夾雜物。并且這些耐火材料有可能因受熱不均而炸裂，更加大了外部夾雜物進(jìn)行鋼液內(nèi)部的可能性;

3)因為模注中空鋼單只鋼錠僅重140kg，斷面較小，而且錠身較長，導(dǎo)致鋼液的凝固速度較快，從而導(dǎo)致鋼液中的夾雜物不能順利上浮去除，而殘留在鋼錠內(nèi)部;

4)二次吸氣:中空鋼在澆鑄過程中，因每支鋼錠的重量較小，需要澆鑄的支數(shù)較多，因此需要分多板進(jìn)行澆鑄，在澆鑄過程中就需要多次開關(guān)鋼流及調(diào)整鋼流的大小，導(dǎo)致了在澆鑄過程中不能對鋼流進(jìn)行有效的保護(hù)，而鋼液就產(chǎn)生的較嚴(yán)重的二次吸氣。

因此模注中空鋼在澆鑄過程中對質(zhì)量的影響環(huán)節(jié)較多，造成中空鋼的質(zhì)量極不穩(wěn)定，從而就導(dǎo)致了釬具質(zhì)量的不穩(wěn)定。近年來隨著大功率鑿巖機廣泛采用，鑿巖釬具用中空鋼在原來質(zhì)量的基礎(chǔ)上必須要進(jìn)一步提高和穩(wěn)定。因此必須對中空鋼的澆鑄工藝進(jìn)行改進(jìn)。

2 工藝改進(jìn)

因為模注釬具鋼的質(zhì)量極不穩(wěn)定，為此首鋼貴陽特殊鋼有限責(zé)任公司第一煉鋼廠進(jìn)行了連鑄生產(chǎn)釬具鋼的攻關(guān)，新工藝流程為:30T EBT電弧爐 ——35T LF精煉爐——連鑄——精整入庫——650 軋制開坯——鉆孔——裝芯——軋制——抽芯——制釬，澆鑄斷面為260×300mm2。

2.1 連鑄機主要參數(shù)

連鑄機主要技術(shù)工藝參數(shù)如表1。

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2.2 連鑄可澆性

根據(jù)連鑄的生產(chǎn)特點，為提高連鑄鋼液的可澆性，在精煉末期調(diào)整氬氣流量，進(jìn)行弱攪拌，同時按0.5kg/t～1.5kg/t鋼的喂入量，喂入CaSi線，進(jìn)行夾雜物變性處理，提高鋼液的可澆性，避免水口結(jié)瘤。同時，控制好吊包前8分鐘～12分鐘的軟吹時間，使得夾雜物的上浮去除，提高鋼液質(zhì)量。

2.3 連鑄全程無氧化操作

為得到氣體含量較低的連鑄坯，在連鑄過程中采取全程保護(hù)技術(shù)，即在鋼包——中間包——結(jié)晶器之間采用全程保護(hù)澆鑄技術(shù):其中在鋼包——中間包之間采用長水口保護(hù)鑄流;在鋼包下水口與長水口之間采用氬氣密封;在中間包內(nèi)加入中間包保護(hù)渣和保溫劑進(jìn)行中間包內(nèi)的鋼水液面保護(hù);在中間包——結(jié)晶器之間采用浸入式水口進(jìn)行鑄流保護(hù);在結(jié)晶器液面采用保護(hù)渣進(jìn)行鋼水液面保護(hù)。從而實現(xiàn)全程保護(hù)澆鑄。為實現(xiàn)連鑄的有效全程保護(hù)澆鑄，有兩個環(huán)節(jié)是關(guān)鍵點:

1)強化鋼包下水口與長水口之間采用氬氣密封的效果，當(dāng)氬氣量較小時，達(dá)不到密封效果。而當(dāng)氬氣量過大時，部分氬氣會被吸入長水口中，而且會帶入一部分空氣進(jìn)入鋼液。經(jīng)過多次實踐，將氬氣壓力調(diào)整在0.15～0.30MPa，就能達(dá)到良好的密封效果;

2)結(jié)晶器中鋼水液面要保持穩(wěn)定，避免因鋼液面波動過大時，保護(hù)渣不能良好隔絕空氣，形成二次吸氣。

2.4 連鑄低倍質(zhì)量提高

為減少澆鑄過程中的漏鋼概率，將二冷水比水量調(diào)高約10%。同時如果二冷水分配不良，鑄坯表面溫度回升會引起凝固前沿的拉應(yīng)力，促使裂紋的產(chǎn)生和擴大，因此，在配水中對二冷一段水量的分配比例進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。合理分配三段冷卻水區(qū)域的比例。

為了保證澆鑄能順利進(jìn)行，并能獲得良好鑄坯質(zhì)量，溫度的控制非常關(guān)鍵。在澆鑄過程中，中間包內(nèi)鋼水過熱度盡可能控制在15～25℃的范圍內(nèi)，以提高連鑄坯質(zhì)量，減少鑄坯中心疏松和中心縮孔的產(chǎn)生;同時保證連鑄順利進(jìn)行。

合理優(yōu)化調(diào)整中間包擋渣墻，改善中間包鋼水流動模式，有效消除中間包的冷區(qū)，控制鋼液在中間包內(nèi)停留足夠長的時間(約17分鐘)，使鋼液中的夾雜物有進(jìn)一步上浮的時間。

3 檢驗

通過對釬具鋼進(jìn)行連鑄生產(chǎn)的開發(fā)及工藝優(yōu)化后，經(jīng)過隨機對一部分模注釬具鋼及連鑄釬具鋼進(jìn)行檢驗，連鑄釬具鋼在氣體含量、夾雜物、實際使用測試等方面均優(yōu)于模注釬具鋼，并且質(zhì)量較穩(wěn)定。

3.1 氣體含量

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3.2 低倍檢驗

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3.3 夾雜物

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連鑄釬具鋼中的夾雜物評級較低，并且較穩(wěn)定，而模注釬具鋼中夾雜物的評級級別波動較大，超標(biāo)爐次較多。

3.4 礦山實物檢驗

通過采用30T EBT電弧爐—35T LF精煉爐—連鑄—精整入庫—650軋制開坯—鉆孔—裝芯—軋制—抽芯—制釬這一工藝流程進(jìn)行釬具的生產(chǎn)，并將其產(chǎn)品與其他模注流程所生產(chǎn)的優(yōu)釬產(chǎn)品，進(jìn)行了同鋼種釬鋼的對比試驗，經(jīng)過在云南某鐵礦進(jìn)行了成品釬現(xiàn)場鑿巖(巖石系數(shù):f 12～16，鑿巖機:YT28)對比試驗，試驗結(jié)果見表5。

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4 結(jié)論

通過采用260×300mm2連鑄進(jìn)行釬鋼的生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)于模注鋼，并且穩(wěn)定性較高:

1)連鑄釬鋼的［O］、［H］含量比模注釬鋼低，夾雜物評級優(yōu)于模注釬鋼，達(dá)到了指標(biāo)要求。連鑄坯低倍評級級別較低，滿足下工序要求;

2)連鑄釬鋼的使用壽命大幅提高，且較穩(wěn)定，模注釬鋼的使用壽命僅約為260×300mm2連鑄釬具鋼的40% ～60%。

［1］洪達(dá)靈，顧太和，徐曙光，等.釬鋼與釬具［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2000.