鞍钢1700ASP连铸生产超低碳钢异钢种连浇过程铸坯增碳研究

来源：张文，张洪峰，姚伟智，赵爱英，刘振中 |浏览：次|评论：0条 [收藏] [评论]

摘要：钢中的碳对超低碳钢的性能有很大的影响，针对鞍钢ASP中薄板坯连铸生产超低碳钢异钢种连浇过程中铸坯增碳的问题，通过理论计算和取样分析，对异钢种连浇过程铸坯增碳进行了研究，并对工艺进行改进。

关键词：ASP；中薄板坯连铸；超低碳；增碳

1 前言

超低碳钢（w(C)小于0.005％）由于其优质性能，在国际范围内取得飞速发展，逐渐取代铝镇静钢成为第三代深冲钢。超低碳钢的成分特点主要包括：超低碳、微合金化、钢质纯净。

鞍钢ASP中薄板坯连铸连轧1700线于2006年5月开始生产超低碳钢，现已成功规模化生产超低碳钢。目前存在的主要问题是超低碳钢与其他钢种（低碳铝镇静钢）连浇时，第一块铸坯增碳严重，头坯碳超标率达到56.3％，为提高产品质量，同时保证超低碳钢钢水收得率，有必要对超低碳钢连浇过程中铸坯增碳进行研究。

2 热换过程铸坯增碳理论计算

超低碳钢与其他钢种连浇时，在结晶器内超低碳钢钢水与其他钢种钢水混合，钢水中的碳由浓度梯度的作用，从高浓度向低浓度扩散，即产生渗碳。

在一定温度条件下，超低碳钢连铸坯表面的渗碳过程可近似为薄膜源在无限大介质中的一维非稳态扩散传质。传质微分方程为：

采用置换变量法，求解该微分方程。

上式中：X―距离/m；

W₀―薄膜源初始含碳量/kg•m-3

W_C―铸坯表面X处含碳量/kg•m-3

t―反应时间/s；

β_C―薄膜源含碳总量/kg•m-3

W_C0―铸坯初始含碳量/kg•m-3

DM―碳在铸坯中的扩散系数/m-2•s-1。

将式（2）转化得：

因此，如果确定铸坯初始含碳量与铸坯表面X处含碳量，就可以计算出距离X。

取铸坯宽度1060mm，厚度135mm，连浇前钢水中[C]＝0.015％，连浇后钢水中[C]＝0.0030％，已知碳在铸坯中的扩散系数，将以上数据转换后带入（3）式可计算出不同反应时间铸坯中的碳含量曲线如图1。

3 异钢种连浇过程铸坯增碳实验测定

3.1 实验方案

连浇前钢种为低碳铝镇静钢（[C]=0.015％），两次连浇过程工艺、操作参数均相同，按表1所示数据，进行实验。

表1 实验方案表

实验序号	连浇前[C]/ %	连浇后[C] /%	端面尺寸/mm	中包温度/℃
1	0.015	0.0030	1060×135	1550
2	0.015	0.0030	1060×135	1560

两次实验浇注过程由爬行至铸机目标拉速时间均为10min，过程曲线如图2。

3.2 取样方案

在连浇后第一块铸坯上，分布从接痕处开始每300mm取宽度方向200mm，轧制方向100mm的长方体铸坯样，每块铸坯样取三点进行碳含量化验，取平均值。实验取样方案如图3所示。

3.3 实验结果与分析

对铸坯样进行碳含量化验分析，结果如表2所示。

表2 铸坯样碳含量[C]化验结果

Table 2 Carbon content of samples

取样位置（mm）	实验1/%	实验2/%
0	0.0163	0.0150
400	0.0108	0.0147
800	0.0107	0.0153
1200	0.0065	0.0137
1600	0.0074	0.0115
2000	0.0061	0.0095
2400	0.0051	0.0091
2800	0.0042	0.0075
3200	0.0038	0.0060
3600	0.0036	0.0037
4000	0.0033	0.0042
4400	0.0040	0.0035
4800	0.0033	0.0034
5200	0.0035	0.0034

将实验结果绘制趋势图，得到不同温度下连浇过程中铸坯碳含量分布情况。由图5中可以看出，中包温度1550℃时，铸坯距接痕处3.0m左右平均[C]＝0.0036%，且处于比较稳定状态；中包温度1560℃时，铸坯距接痕处3.6m左右碳含量开始处于平稳阶段，[C]＝0.0039%，考虑到由于浇注过程中保护渣等耐火材料造成的增碳，此时两者均处于铸坯渗碳过程的结束阶段，实际所得结果与理论计算所得铸坯中碳含量分布曲线基本一致，理论计算结果验证了实验结果，证实了计算的正确性。实验结果也表明，反应温度对超低碳钢铸坯表面渗碳的影响非常显著，随着反应温度的升高，超低碳钢铸坯表面的渗碳深度逐渐增加。