钢锭帽容比优化成材率影响的质量验证

郭栋

摘要：帽口材质不断改进，帽口保温效果逐步提升，从钢水成坯率提升的到显著经济效益。对2670kg錠型帽口由原工艺设计高度230mm降低到210mm，进行产材质量验证。帽口高度降低后对钢锭及轧材质量无影响；同时提升了轧制合格成材帽口端的精确切割尺寸。

关键词：帽口；钢锭；轧材；成材率

帽容比一直以来是制约成材率的一个重要因素，适当的帽容比能够在提升钢锭质量的同时减小帽口切除率，提高钢锭质量。如果帽口设置不合理，使补缩不能够满足要求，形成缩孔疏松等缺陷，或帽口过大，降低了工艺出品率，增加了生产成本。[13]

1 验证过程

1.1 工艺流程

试验材料的生产工艺流程：EAF→LF→VD→模铸→750初轧（220mm×220mm）。

1.2 产材结果

2670kg钢锭帽口端尺寸为：上口0.44m、下口0.56m、实心高度0.16m。

2 质量验证

2.1 低倍组织质量评价

2.1.1 材1的低倍组织

靠近帽口端所取的横向试片1，纵向试片1。

低倍缺陷描述：横向试片：一般疏松2.0、中心疏松1.0、方框偏析1.0、有边缘增C；纵向试片：树枝晶和疏松较严重。

2.1.2成材率分析

根据材的纵向试片低倍检验结果，疏松、偏析、边缘增碳、树枝晶较为严重，因此，帽口端实心长度为570mm不符合成材要求。

横向试片疏松程度较轻，而内部夹渣出现在横向试片，出现夹渣的位置距离为80mm，既距帽口端1000mm～800mm区域符合低倍检验。在切取轧材时，帽口端安全切除位置为800mm（实心长度）实既能保证成材要求。

2.2 成分偏析验证

2.2.1该钢种的化学成分

40CrMnMoA钢的化学成分执行标准GB/T30771999，在本试验中，光谱检测主要对轧材中的碳、硫偏析进行分析。

2.2.2试片的C、S分析

横向试片、纵向试片分别取样分析C、S成分。

横向试片、纵向试片取样点光谱成分。

各试片各点的S成分符合40CrMnMo钢的国标要求，各试片C偏析描述如下：

试片心部增C；试片心部增C；试片边缘增C最为严重，对角线1/4处增C。

各试片均有心部或边缘增C现象，横向试片增C现象要比纵向试片轻，是因为离帽口的距离较近。同理，纵向试片接近帽口端出现增C现象。

2.2.3成材率分析

根据各试片上各点光谱检验结果，纵向试片有心部或边缘C现象，增碳范围：0.46～0.63，因此，不符合成品材成分要求。而横向试片均无增C现象，因此，符合成品材成分要求。

3 试验结论

根据上述结果，确定了220mm方轧材的帽口端切除尺寸为800mm，实际帽口端理论应切除838mm，在目前的产材基础上可多成材38mm。14kg材料利用率提高0.52%。金属液节省85kg，钢液成坯率提高3.18%，总的成材率提高0.52%+318%=3.7%。同时9支钢锭全部探伤合格，试验结果进一步表明2670Kg锭型帽口优化方案可行。同时得出如下结论：

1）各试片低倍检验结果表明其疏松、偏析、边缘增碳、树枝晶较为严重，光谱结果表明其心部或边缘增C现象，接近帽口端碳偏析加重。因此，帽口端实心长度为570mm的无法保证成品材低倍以及成分偏析程度的要求。

2）虽然光谱结果表明横向试片不存在心部或边缘增C现象，能够保证成品材成分要求，但是，低倍结果显示横向试片出现内部夹渣。因此，结合光谱结果以及出现内部夹渣的位置，确定出220mm方轧材帽口端安全切除位置为800mm时就能保证成品材低倍及成分要求。

3）经过帽口优化，2670kg锭型实际标定重量为2585kg，帽口端重量减轻85kg，钢液成坯率提高3.18%，轧材质量合格。

4）帽口优化后创造的效益：按月共生产5000吨计算，帽口优化后每月可节约钢水159吨，按冶炼钢种平均成本4300元计算，每月可产生直接经济效益68.37万元，年效益额可达820.44万元；实际产材量比理论产材量多14kg，每月可多产材26t，按冶炼钢种平均成本4300元计算，每月可产生直接经济效益11.18万元，年效益额可达134.16万元。

参考文献：

[1]庞富伟，王爱琴.大型铸钢件冒口覆盖剂的性能分析[J].铸造技术，2009，（6）：5358.

[2]许诺，黎雅茹.冒口保温性能的数值模拟计算[J].大型铸锻件，2011，（11）：3133.

[3]党卫东，吴春晓.冒口高度对大型锻造钢锭内部质量影响的数值模拟研究[J].铸造技术，2010，（7）：3136.

[4]宋书雅，赵俊学.11t铸锭帽口绝热板和保护渣对H13钢成坯率的影响.特殊钢，2014（2）：3032.

[5]郁素人，于功利.钢锭模及冒口结构优化设计[M].辽宁冶金，1991（1）：5255.