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电脉冲处理中间包内钢液的冶金效果研究 顾武安1，2 张开坚2 苍大强1 陈海军3 杨森祥3 杨素波3 陈天明2 （1.北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083；2.攀枝花钢铁研究院，四川 攀枝花 617000； 3.新钢钒股份有限公司，四川 攀枝花 617062） 摘要攀钢板坯连铸中间包电脉冲处理工业试验结果表明，电脉冲处理铸坯等轴晶率53～91，平均66，与没有电脉冲处理铸坯相比，铸坯等轴晶率平均提高了46。电极位置对电脉冲处理提高铸坯等轴晶率效果影响明显。电脉冲处理改善铸坯中心碳、磷、硫等元素偏析效果明显，有利于提高其热轧板力学性能等。 关键词电脉冲，晶粒细化，偏析，工业试验 Study on the Metallurgical Effects of the Liquid Steel Acted by Electric Pulse in Tundish Gu Wu′an1,2 Zhang Kaijian2 Cang Daqiang1 Chen Haijun2 Yang Senxiang3 Yang Subo3 Chen Tianming2 1. Metallurgical and Ecological Engineering University of Science and Technology Beijing, 100083,Beijing China; 2. Panzhihua Iron and Steel Research Institute, Panzhihua 617000, Sichuan, China;3.New Steel Vanadium Co Ltd,,Panzhihua 617062, Sichuan, China Abstract The results of the electric pulse treatment industrial experiment in tundish at the slab castor of Pan Steel indicated that, the slab equiaxed grain ratio could be 53 to 91, average was 66, which was higher 45 than that without electric pulse treatment, the effects of the electric poles position on the equiaxed grain ratio were heavy, the casting slab center segregations of C, S P were better, the hot rolled strip mechanics property was also better after the treatment of EP. Key words electric pulse, grain size refining, element segregation, industrial experiment 0前言 前人从平衡条件下的液态金属凝固分析研究，发展到物理场作用下的研究，是对电脉冲作用下非平衡凝固的钢铁工业应用研究的肯定[1]。攀钢板坯连铸中间包电脉冲处理工业试验结果表明，电脉冲处理提高铸坯等轴晶率，改善铸坯中心偏析和优化热轧板力学性能等方面取得一定效果。并探讨电极位置对电脉冲处理效果的影响规律。 1 试验条件和方法 1.1试验条件 电脉冲处理中间包内钢液工业试验钢种为STB32,其成品化学成分如表1所示。图1是板坯连铸机中间包盖俯视示意图。板坯连铸机两流之间距离为5600mm,烘烤孔与铸流之间距离为750mm。两根直径为100mm，长度为1200mm的电极安装靠近在图1中南侧铸流的直径为450mm烘烤孔中，电极插入中间包钢液深度为300mm。 表1 STB32钢成品成分 钢种 C Si Mn P S STB32 0.05～0.07 0.02～0.02 0.25～0.28 0.013～0.016 0.011～0.016 图1 中间包电脉冲处理电极安置位置示意图 1.2试验方法 电脉冲处理中间包内钢液工业试验的电处理工艺参数，频率0～50Hz，电流0～1000A，中间包内的钢液过热度为20～30℃，拉速1.0～1.30m/min，浇注铸坯断面为200mm1050mm。 为了确保电脉冲处理效果以及所取的铸坯试样具有代表性，每组参数的工业应用试验，电脉冲稳定处理时间都在20min以上，然后在电脉冲处理对应的铸坯上取样分析。 2 试验结果与分析 2.1 电脉冲处理中间包钢液提高铸坯等轴晶率效果 在板坯连铸机上，进行电脉冲处理中间包钢液工业试验，提高铸坯等轴晶率的效果明显。由表2可见，采用频率0～50Hz，电流0～1000A等四组参数，铸坯等轴晶率分别为56～68，57～86，53～60，60～91，最高铸坯等轴晶率达到91。与未电脉冲处理相比，在过热度和冷却条件相当情况下，电脉冲处理提高铸坯等轴晶率32～70，电脉冲处理中间包内钢液提高铸坯等轴晶率的效果较为明显。 表2 电脉冲处理铸坯等轴晶率 距电极距离/mm 750 4850 样本数 范围 60～91 53～60 4 平均 79 57 4 未电处理 21 5 2.2 电极位置对电脉冲提高铸坯等轴晶率的影响 中间包工业试验电极位置对电脉冲处理效果影响规律如图2所示，中间包钢液过热度25℃时电脉冲处理效果最差。众所周知，中间包钢液过热度对铸坯等轴晶率的影响是显著的。一般来说，中间包钢液过热度越低越有利于提高电脉冲处理效果。出现反常现象说明在本次试验条件下影响铸坯等轴晶率主要因素不只是中间包钢液过热度，还有其它因素。在此影响铸坯等轴晶率主要因素应该是电脉冲处理的效果。 图2 电极位置对电脉冲提高铸坯等轴晶率的影响 2.3 电脉冲对铸坯低倍组织的影响 电脉冲处理中间包钢液铸坯的酸浸低倍检验结果如表3所示，铸坯的酸浸低倍评级依据的标准是YB/T4003-1997。由此可见，采用频率0～50Hz，电流0～1000A等四组参数，铸坯酸浸低倍检验结果表明，铸坯中心偏析评级，都比未经过电脉冲处理铸坯低[2]。经过电脉冲处理中间包钢液铸坯中心疏松，角裂纹和气泡评级，与未经过电脉冲处理铸坯，两者铸坯内部质量良好。 表3 电脉冲处理铸坯低倍评级 工艺参数 中心偏析/级 中心疏松/级 角裂纹/级 气泡/级 样本数 电处理 C0.5～C0.5 1.0～1.0 0.5～1.0 0～1.0 8 未电处理 B0.5 1.0 0.5 0.5 5 2.4电脉冲对铸坯中心偏析的影响 2.4.1 电脉冲处理铸坯中心偏析 为了评价铸坯横断面元素的偏析程度，不同参数的电脉冲作用下，分析了铸坯中心六个取样点上元素的偏析度，如图3所示。表3表示电脉冲处理改善铸坯中心偏析的情况。中间包施加电脉冲，改善铸坯中心碳偏析的效果，是铸坯中心碳偏析0.95～1.05占总铸坯中心碳偏析的百分比；改善铸坯中心磷、硫偏析的效果，是铸坯中心磷、硫偏析0.90～1.10占总铸坯中心磷、硫偏析的百分比。由表3可见，脉冲频率0～50Hz，电流0～1000A时，铸坯中心碳偏析波动范围分别为0.87～1.12平均1.01。在电流相同情况下，随着电脉冲频率增加，铸坯中心碳偏析程度有所增加。在电脉冲处理频率相同情况下，随着电脉冲电流增加，铸坯中心碳偏析没有明显变化。 脉冲频率0～50Hz，电流0～1000A时，铸坯中心磷偏析波动范围分别为0.85～1.31，平均1.00。在电流相同情况下，随着电脉冲频率增加，铸坯中心磷偏析程度有所增加。在电脉冲处理频率相同情况下，随着电脉冲电流增加，铸坯中心磷偏析有所减轻。 由表3可见，脉冲频率0～50Hz，电流0～1000A时，铸坯中心硫偏析波动范围分别为0.67～1.13，平均0.94。在电流相同情况下，随着电脉冲频率增加，铸坯中心硫偏析程度有所减轻。在电脉冲处理频率相同情况下，随着电脉冲电流增加，铸坯中心硫偏析有所减轻。 图3 铸坯横断面成分偏析取样位置 表3 电脉冲处理铸坯中心偏析 偏析元素 200A 400A 10Hz 15Hz 10Hz 15Hz C 0.98～1.01 0.95～1.05 0.98～1.02 0.97～1.01 P 0.94～1.04 0.93～1.12 0.93～1.14 0.78～1.36 S 0.97～1.03 0.98～1.02 0.97～1.04 0.95～1.06 2.4.2电脉冲改善铸坯中心偏析的效果 电脉冲处理改善铸坯中心硫偏析的效果[3]，在电脉冲频率相同条件下，改善铸坯中心碳、磷、硫等三种元素点偏析效果，表现出完全一致的规律性，就是随着电流增加，改善铸坯中心偏析明显增加。同样，在电脉冲电流相同条件下，改善铸坯中心碳、磷、硫等三种元素点偏析效果，也表现出完全一致的规律性，就是随着频率增加，改善铸坯中心偏析明显增加。 2.5电脉冲处理对热轧板性能的影响 中间包施加电脉冲对热轧板性能的影响如表5所示，钢种为STB32。中间包施加电脉冲与否的炉次，均为同一浇次，其成品成分如表1所示，差别不明显。试验样品规格为3mm1100mm，经过电脉冲处理的热轧板屈服强度为305～310MPa，抗拉强度为385～390MPa，延伸率为42～45，没有经过电脉冲处理的热轧板屈服强度为250～360MPa，抗拉强度为320～445MPa，延伸率为34～48，由此可见，经过电脉冲处理的热轧板屈服强度，抗拉强度和延伸率，比没有经过电脉冲处理的热轧板稳定，其力学性能明显好于没有经过电脉冲处理的热轧板[4]。 表5 电脉冲处理对热轧板性能的影响 项目 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/ 热轧规格/mm 样本数 范围 平均 范围 平均 范围 平均 电处理 305～310 308 385～390 388 42～45 44 31100 3炉 未处理 250～360 302 320～445 386 34～48 38 31100 5炉 3.结论 （1）电脉冲处理中间包钢液，提高铸坯等轴晶率效果明显，最高达到91，与未电脉冲处理相比，铸坯等轴晶率提高70。 （2）电极位置对电脉冲处理提高铸坯等轴晶率效果影响明显。 （3）电脉冲处理改善铸坯中心碳、磷、硫等元素偏析效果明显，并且随着电流和频率的增加，改善效果更加明显。并能改善热轧板力学性能，有利于产品使用性能的提高。 参考文献 [1] 薛庆国，王静松，何宇明.中间包钢水电脉冲处理对电工钢连铸坯组织的影响.特殊钢 ，2004，（2）53～55. [2] El-Bassyouni T A. Effect of Electromagnetic Forces on Aluminum Cast Structure. Soft Metal，1993，33（12）733～742. [3] 鄢红春，何冠虎，周本濂等.脉冲电流对Sn-10Pb合金凝固组织的影响.金属学报，1997，（4）352～358. [4] 王静松，薛庆国，王建中等.脉冲电场处理对铁液凝固过程石墨化的影响.铸造，2001，（11）677～679. 5