CN100542715C - 450mm×360mm中碳锰钢大方坯的连铸方法 - Google Patents
450mm×360mm中碳锰钢大方坯的连铸方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种可减少连铸缺陷的450mm×360mm中碳锰钢大方坯的连铸方法。本发明的技术方案是：450mm×360mm中碳锰钢大方坯的连铸方法，包括对坯壳的二次冷却，其中坯壳依次通过五个喷淋冷却区进行二次冷却，五个喷淋冷却区沿坯壳冷却方向冷却强度分别为151～194L/(min×m2)，34～50L/(min×m2)，23～35L/(min×m2)，12～19L/(min×m2)，8～11L/(min×m2)。本发明通过在坯壳变厚的过程中逐渐降低对坯壳的冷却强度，从而有效减少坯壳的内外温差，降低方坯的热应力，减少大方坯连铸缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域中的连铸方法，尤其涉及大方坯连铸过程中的二次冷却工艺。
背景技术
目前，高强度型钢、圆钢及无缝钢管等对内部质量和压缩比要求严格的钢种主要通过连铸的方法生产铸坯，再将铸坯进行轧制最后得到成品。根据铸坯的断面形状可将铸坯分为方坯、圆坯和板坯等。在连铸过程中，钢液从炼钢炉流入连铸机，并在连铸机的结晶器中进行第一次冷却，初步凝固成具有一定厚度的坯壳；坯壳被连续地从结晶器下口拉出，并进入连铸机中的二次冷却区进行二次冷却，坯壳经过二次冷却完全凝固成铸坯。二次冷却是整个连铸生产过程中的一个重要环节，铸坯表面裂纹和内部裂纹等缺陷的形成均与二次冷却有紧密的联系。
以35Mn2管坯钢为例，该钢种属于中碳锰钢，导热性差。如果二次冷却强度过大，将增大铸坯的内外温差，产生热应力，增加铸坯内裂的危险性，尤其是在凝固前期冷却过强，凝固前沿温度梯度大，促使柱状晶迅速增长，低熔点物质、低溶解度元素不断从枝晶中扩散和析出，在凝固前沿形成富集，进一步恶化和降低钢的高温延塑性能，钢的脆性增加、临界应变值变小，铸坯断面尺寸越大越易产生中间裂纹；但如果二次冷却强度不足，将造成凝固坯壳太薄，铸坯在高温下的强度低，坯壳发生蠕变而产生鼓肚，导致枝晶间杂质富集的钢液向液相穴芯部移动，加剧铸坯中心裂纹的产生；另外，如果坯壳的二次冷却不均匀，因坯壳表面回热过大也易导致裂纹敏感性强的中碳锰钢铸坯产生中间裂纹，严重时贯穿至铸坯表面形成表面纵裂纹。因此，只有在连铸过程中设计合理的二次冷却方法，才能防止铸坯表面纵裂和内部裂纹的发生。目前，控制二次冷却性能主要的工艺参数有：冷却水量，通常以单位时间所使用的冷却水体积来表示；比水量，即单位重量钢水所使用的冷却水体积；冷却强度，以单位面积上所使用的冷却水量来表示；拉速，单位时间拉出铸坯的长度等。
《四川冶金》杂志2005年6月(第27卷第3期第8～10页，转21页，连铸工艺参数对圆管坯内部质量的影响初探，马欢鱼，张珉，李中，彭可雕，胡茂会，柏兵著)一文中报道了优化连铸二次冷却工艺的措施，改善了20#钢φ200mm和φ280mm圆铸坯的穿孔性能，减少了轧管内折缺陷。《湖南冶金》杂志2002年7月(第4期第28～30页，碳素管坯钢表面裂纹成因与生产工艺控制，廖乔良著)中报道了通过控制连铸二次冷却的配水制度等措施，使铸坯表面裂纹明显降低。上述研究均针对的钢种为20#钢，且生产的铸坯尺寸规格较小，分别为φ
200mm和φ280mm的圆铸坯以及横断面尺寸为200mm×200mm的小方坯。而对于断面尺寸大于200mm×200mm的大方坯，尤其是横断面尺寸达到450mm×360mm的中碳锰钢铸坯，如横断面尺寸为450mm×360mm的35Mn2管坯钢大方坯，由于其铸坯断面尺寸大，使得铸坯的内外温差大，产生的热应力亦大，铸坯产生内裂的倾向性较强；并且，35Mn2、37Mn2等中碳锰钢的导热性较20#钢等低碳钢差，铸坯产生中间裂纹的敏感性更强。因此，对于尺寸规格大于200mm×200mm且导热性差的方铸坯，使用现有的连铸方法，铸坯的表面裂纹和内部裂纹等缺陷严重。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能减少连铸缺陷的450mm×360mm中碳锰钢大方坯的连铸方法，提高钢坯的质量。
解决上述技术问题所使用的技术方案是：450mm×360mm中碳锰钢大方坯的连铸方法的连铸方法，包括对坯壳的二次冷却，其中坯壳依次通过五个喷淋冷却区进行二次冷却，五个喷淋冷却区沿坯壳冷却方向冷却强度分别为151～194L/(min×m2)，34～50L/(min×m2)，23～35L/(min×m2)，12～19L/(min×m2)，8～11L/(min×m2)。
作为上述技术方案的进一步改进，坯壳通过第一个喷淋冷却区时采用喷水强制冷却，其余喷淋冷却区采用气雾喷淋冷却。
作为上述技术方案的进一步改进，坯壳以0.3～0.6m/min的拉速进行二次冷却，且二次冷却的比水量为0.392～0.553L/kg。
作为上述技术方案的进一步改进，对坯壳宽面的冷却水量和坯壳窄面的冷却水量进行分别控制。
作为上述技术方案的进一步改进，坯壳宽面冷却水量与坯壳窄面冷却水量之比等于坯壳宽面与坯壳窄面的宽度之比。
作为上述技术方案的进一步改进，各喷淋冷却区的长度依次变化。
作为上述技术方案的进一步改进，各喷淋冷却区的长度沿坯壳冷却方向分别为0.2～0.4m，1.5～2.5m，1.5～2.5m，4.5～5.5m，4.0～5.0m。
作为上述技术方案的优选方案，所述大方坯为35Mn2或37Mn2中碳锰钢大方坯。
本发明的有益效果是：由于坯壳在冷却过程中厚度逐渐变大，本发明通过对二次冷却区中的各喷淋冷却区的冷却强度的限定，可在坯壳冷却变厚的过程中逐渐降低对坯壳的冷却强度，从而有效减少坯壳的内外温差，降低方坯的热应力，防止方坯表面裂纹和内部裂纹的产生，减少了大方坯的连铸缺陷；第一个喷淋冷却区采用喷水强制冷却，可提高冷却强度，确保结晶器出口较薄的凝固坯壳得到高强度的冷却，迅速增大凝固坯壳厚度，有利于防止因结晶器出口坯壳薄鼓肚变化严重而导致的漏钢事故，而在随后的喷淋冷却区坯壳较厚，采用气雾喷淋冷却，因气雾冷却可明显降低冷却强度和改善冷却均匀性，从而可有效减少坯壳的内外温差及由此产生的热应力，降低方坯产生内部裂纹的危险性；通过对坯壳宽面的冷却水量与坯壳窄面的冷却水量进行单独控制，可使坯壳宽面和坯壳窄面的冷却强度一致，防止大方坯因宽窄面冷却不均匀而产生的角部裂纹；通过将各喷淋冷却区的长度依次变化，可在坯壳冷却变厚的过程中加大淋冷却区的长度，从而提高对坯壳冷却的均匀度，使坯壳可以缓慢均匀的冷却；通过在五个喷淋冷却区中对坯壳宽面、窄面的最小冷却水量的设定，可避免因冷却水量不足导致喷淋冷却区中的冷却强度减弱，并确保气雾喷淋冷却时的雾化效果。本发明尤其适合横断面尺寸为450mm×360mm，材质为35Mn2或37Mn2等中碳锰钢大方坯的连铸生产。
具体实施方式
本发明的450mm×360mm中碳锰钢大方坯的连铸方法，包括对坯壳的二次冷却，其中坯壳依次通过五个喷淋冷却区进行二次冷却，五个喷淋冷却区沿坯壳冷却方向冷却强度分别为151～194L/(min×m2)，34～50L/(min×m2)，23～35L/(min×m2)，12～19L/(min×m2)，8～11L/(min×m2)。由于坯壳在冷却过程中厚度逐渐变大，本发明通过对二次冷却区中的各喷淋冷却区的冷却强度的限定，可在坯壳冷却变厚的过程中逐渐降低对坯壳的冷却强度，从而有效减少坯壳的内外温差，降低方坯的热应力，防止方坯表面裂纹和内部裂纹的产生。
此外，坯壳通过第一个喷淋冷却区时采用喷水强制冷却，其余喷淋冷却区采用气雾喷淋冷却。第一个喷淋冷却区采用喷水强制冷却，可提高冷却强度，确保结晶器出口较薄的凝固坯壳得到高强度的冷却，迅速增大凝固坯壳厚度，有利于防止因结晶器出口坯壳薄鼓肚变化严重而导致的漏钢事故，而在随后的喷淋冷却区坯壳较厚，采用气雾喷淋冷却，因气雾冷却可明显降低冷却强度和改善冷却均匀性，从而可有效减少坯壳的内外温差及由此产生的热应力，降低方坯产生内部裂纹的危险性。
此外，坯壳以0.3～0.6m/min的拉速进行二次冷却，且二次冷却的比水量为0.392～0.553L/kg。
此外，对坯壳宽面的冷却水量和坯壳窄面的冷却水量进行分别控制。通过对坯壳宽面的冷却水量与坯壳窄面的冷却水量进行分别控制，可根据坯壳宽面和坯壳窄面的宽度分别设定坯壳宽面的冷却水量与坯壳窄面的冷却水量，其中，可保证坯壳宽面的冷却水量和坯壳窄面的冷却水量之比等于坯壳宽面与坯壳窄面的宽度之比，这样可使坯壳宽面和坯壳窄面的冷却强度一致，防止大方坯因宽窄面冷却不均匀而产生的角部裂纹。
为了提高对坯壳冷却的均匀度，使坯壳可以缓慢均匀的冷却，各喷淋冷却区的长度依次变化。通过将各喷淋冷却区的长度依次变化，可在坯壳冷却变厚的过程中加大淋冷却区的长度，从而提高对坯壳冷却的均匀度。其中，各喷淋冷却区的长度沿坯壳冷却方向分别为0.2～0.4m，1.5～2.5m，1.5～2.5m，4.5～5.5m，4.0～5.0m。
其中，所述大方坯为横断面尺寸为450mm×360mm，材质为35Mn2或37Mn2等中碳锰钢大方坯。
实施例1
连铸生产横断面尺寸为450mm×360mm的35Mn2管坯钢大方坯，其中坯壳以0.3m/min的拉速依次通过五个喷淋冷却区进行二次冷却，二次冷却的比水量为0.553L/kg；五个喷淋冷却区的长度沿坯壳冷却方向分别为0.252m，1.948m，2.035m，5.060m，4.609m，且五个喷淋冷却区均对坯壳宽度方向的冷却水量和坯壳厚度方向的冷却水量进行分别控制，并保证坯壳宽面的冷却水量和坯壳窄面的冷却水量之比1.25：1；此外，五个喷淋冷却区沿坯壳冷却方向冷却强度分别为：坯壳经过第一个喷淋冷却区时其宽度方向和厚度方向的冷却强度为151L/(min×m2)；坯壳经过第二个喷淋冷却区时其宽度方向和厚度方向的冷却强度为34L/(min×m2)；坯壳经过第三个喷淋冷却区时其宽度方向和厚度方向的冷却强度为23L/(min×m2)；坯壳经过第四个喷淋冷却区时其宽度方向和厚度方向的冷却强度为12L/(min×m2)；坯壳经过第五个喷淋冷却区时其宽度方向和厚度方向的冷却强度为8L/(min×m2)。其中，坯壳通过第一个喷淋冷却区时采用喷水强制冷却，坯壳通过其余喷淋冷却区采用气雾喷淋冷却。
浇铸完毕后，对生产的大方坯进行表面质量和低倍组织检验，检验结果表明铸坯振痕深度≤0.5mm，铸坯表面无纵裂纹、内部无中间裂纹和中心裂纹缺陷，铸坯无清理率达100％，并且由该大方坯坯轧成的φ350mm大规格圆管坯无表面纵裂纹缺陷。
实施例2
连铸生产横断面尺寸为450mm×360mm的37Mn2管坯钢大方坯，其中坯壳以0.6m/min的拉速依次通过五个喷淋冷却区进行二次冷却，二次冷却的比水量为0.392L/kg；五个喷淋冷却区的长度沿坯壳冷却方向分别为0.252m，1.948m，2.035m，5.060m，4.609m，且五个喷淋冷却区均对坯壳宽度方向的冷却水量和坯壳厚度方向的冷却水量进行分别控制，并保证坯壳宽面的冷却水量和坯壳窄面的冷却水量之比1.25：1；此外五个喷淋冷却区沿坯壳冷却方向冷却强度分别为：坯壳经过第一个喷淋冷却区时其宽度方向和厚度方向的冷却强度为194L/(min×m2)；坯壳经过第二个喷淋冷却区时其宽度方向和厚度方向的冷却强度为50L/(min×m2)；坯壳经过第三个喷淋冷却区时其宽度方向和厚度方向的冷却强度为35L/(min×m2)；坯壳经过第四个喷淋冷却区时其宽度方向和厚度方向的冷却强度为19L/(min×m2)；坯壳经过第五个喷淋冷却区时其宽度方向和厚度方向的冷却强度为11L/(min×m2)。其中，坯壳通过第一个喷淋冷却区时采用喷水强制冷却，坯壳通过其余喷淋冷却区采用气雾喷淋冷却。
浇铸完毕后，对生产的大方坯进行表面质量和低倍组织检验，检验结果表明铸坯振痕深度≤0.5mm，铸坯表面无纵裂纹、内部无中间裂纹和中心裂纹缺陷，铸坯无清理率达100％，并且由该大方坯坯轧成的φ350mm大规格圆管坯无表面纵裂纹缺陷。
Claims (8)
1、450mm×360mm中碳锰钢大方坯的连铸方法，包括对坯壳的二次冷却，其特征是：所述坯壳依次通过五个喷淋冷却区进行二次冷却，五个喷淋冷却区沿坯壳冷却方向冷却强度分别为151～194L/(min×m2)，34～50L/(min×m2)，23～35L/(min×m2)，12～19L/(min×m2)，8～11L/(min×m2)。
2、如权利要求1所述的450mm×360mm中碳锰钢大方坯的连铸方法，其特征是：坯壳通过第一个喷淋冷却区时采用喷水强制冷却，其余喷淋冷却区采用气雾喷淋冷却。
3、如权利要求1所述的450mm×360mm中碳锰钢大方坯的连铸方法，其特征是：坯壳以0.3～0.6m/min的拉速进行二次冷却，且二次冷却的比水量为0.392～0.553L/kg。
4、如权利要求1所述的450mm×360mm中碳锰钢大方坯的连铸方法，其特征是：对坯壳宽面的冷却水量和坯壳窄面的冷却水量进行分别控制。
5、如权利要求4所述的450mm×360mm中碳锰钢大方坯的连铸方法，其特征是：坯壳宽面冷却水量与坯壳窄面冷却水量之比等于坯壳宽面与坯壳窄面的宽度之比。
6、如权利要求1～5中任意一项权利要求所述的450mm×360mm中碳锰钢大方坯的连铸方法，其特征是：各喷淋冷却区的长度依次变化。
7、如权利要求6所述的450mm×360mm中碳锰钢大方坯的连铸方法，其特征是：各喷淋冷却区的长度沿坯壳冷却方向分别为0.2～0.4m，1.5～2.5m，1.5～2.5m，4.5～5.5m，4.0～5.0m。
8、如权利要求1～5中任意一项权利要求所述的450mm×360mm中碳锰钢大方坯的连铸方法，其特征是：所述大方坯为35Mn2或37Mn2中碳锰钢大方坯。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 617000 No. 90 Taoyuan Road, Sichuan, Panzhihua Co-patentee after: Pangang Group Steel Vanadium & Titanium Co., Ltd. Patentee after: Panzhihua Iron & Steel Research Institute of PanGang Group Address before: 617000 No. 90 Taoyuan Road, Sichuan, Panzhihua Co-patentee before: Panzhihua New Steel & Vanadium Co., Ltd. Patentee before: Panzhihua Iron & Steel Research Institute of PanGang Group |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090923 Termination date: 20161019 |