CN102166637A - 一种消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢锭制造与冶金工程领域，具体地说是一种消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，解决现有技术中连铸钢锭中心质量差，废品率高，且难于向大型化发展的问题。根据连铸钢锭的直径大小及液芯尺寸，选择与连铸钢锭具有相同或相近化学成分的一定尺寸的金属棒，采用旋转置入方法，将金属棒插入连铸钢锭轴心，借助连铸钢锭中心液芯的热量将金属棒融化，实现金属液芯与金属棒的冶金结合，从而达到减轻并消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的目的。

Description

一种消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法

技术领域

本发明属于钢锭制造与冶金工程领域，具体地说是一种消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法。

背景技术

钢锭是大型锻件的母材，利用钢锭锻造的大型锻件广泛应用于水电、火电、核电等能源领域，采矿、炼钢、轧钢等冶金领域，火车、汽车、船舶等运输领域。大型锻件是诸多行业中大型设备的核心部件和骨干部件，如火电低压转子、大型船用曲轴、宽厚板轧机支承辊等。大型锻件质量决定着大型设备的运行质量，而决定大型锻件质量的关键正是钢锭，我国每年需要大型钢锭约2000万吨。

目前，钢锭的制备方法主要是模铸法。利用金属模具，采用上注或下注方法进行浇注，金属液在钢锭模中凝固。这种方法生产的钢锭存在严重的偏析、夹杂、缩孔疏松问题，钢锭平均利用率不足60％。而且采用模铸法制备大型钢锭生产周期长、效率低、能耗高。

为了提高钢锭生产效率，同时提高材料利用率，近年来采用连铸方法生产大直径钢锭越来越受到重视。该技术是将金属液连续浇注到水冷结晶器中，钢水在水冷结晶器中凝固，并通过引锭装置不断将凝固部分由下端拉出，实现钢锭的连续铸造。钢锭连铸技术分为两类：其一为半连续铸造(立式连铸)，即将钢锭垂直拉坯一定长度后，静置，使其完全凝固后，入炉保温；其二为全连续铸造(弧形连铸)，即钢锭拉出后通过弯曲和矫直机构将连铸钢锭由竖直状态转变为水平状态，通过切割装置将连铸钢锭切取成所需尺寸。半连续铸造方法更适用于制造超大直径的连铸钢锭。

连铸钢锭直径一般大于Φ600mm，出结晶器后，钢锭表面凝固层厚度只有几十毫米，芯部金属仍处于液态。由于截面尺寸较大，蓄热量大，凝固时间长，且高径比大，凝固后期，金属液难于实现长程补缩，从而造成连铸钢锭中心疏松、缩孔甚至缩裂，致使连铸钢锭报废。目前，中心疏松、缩孔和缩裂是制约钢锭连铸技术向大截面和超大截面发展的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除大型连铸钢锭中心缩孔疏松缺陷的方法，解决现有技术中连铸钢锭中心质量差，废品率高，且难于向大型化发展的问题。

基于此目的，本发明的技术方案是：

一种消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，采用置入金属棒的方法生产无缩孔疏松缺陷、直径为Φ600～1800mm的连铸钢锭。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，选用与连铸钢锭相同或相近材质的金属棒。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，将金属棒旋转插入连铸钢锭中心。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，金属棒直径及其插入时机通过计算机模拟准确确定。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，金属棒插入连铸钢锭中心后，实现与钢锭的冶金融合。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，采用半连续立式连铸方法，连铸钢锭高度为5～15m，结晶器直径尺寸范围为Φ600～1800mm，置入金属棒的直径尺寸范围为Φ20～150mm，金属棒的长度为3-15m。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，首先将熔炼处理好的过热度为10～50℃的钢水浇入水冷结晶器中，待钢水凝固结晶至凝固层厚度为30～100mm时，采用引锭装置，以0.02～0.50m/min的速度将连铸钢锭拉出结晶器。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，待连铸过程结束后，将金属棒表面清理干净，并预热至80～300℃，待钢锭液芯进入凝固糊状区时，将金属棒由连铸钢锭顶部中心旋转插入连铸钢锭的钢锭液芯中，金属棒的旋转速度ω＝5～100rpm。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，该方法同样适用于采用模铸方法生产的钢锭，即，在模铸钢锭中心置入金属棒消除中心缩孔疏松缺陷。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用旋转插入金属棒的方法，实现减轻或消除连铸钢锭中心疏松、缩孔和缩裂缺陷。

2、采用与连铸钢锭具有相同或相近材质的钢棒，有利于提高钢锭的纯净度，且可以防止后续锻造过程中内裂纹的产生。

3、本发明采用旋转方法置入金属棒，有利于金属棒对中，防止偏心，最大可能增加金属棒与钢锭的同心度。

4、采用计算机模拟技术，准确确定金属棒的直径和插入时机，避免插入过早，金属棒完全融化，无法实现降低疏松和缩孔的目的；同时可防止插入过晚，导致金属棒无法与连铸钢锭芯部液态金属实现冶金融合，造成内部裂纹。

5、采用该技术可以进一步发挥连铸技术的优势，将连铸钢锭向大截面、大尺寸拓展，覆盖更大吨位的模铸钢锭，从而更大限度的取代生产效率低、材料利用率低的模铸钢锭。

6、本发明同时可应用于模铸钢锭，用于降低或消除模铸钢锭缩孔、疏松和偏析等缺陷。

附图说明

图1为立式连铸生产钢锭及金属棒旋转置入示意图。

图中，1-结晶器；2-连铸钢锭；3-钢锭液芯；4-引锭装置；5-金属棒。

图2(a)-图2(b)为实施例2生产的连铸钢锭示意图。其中，

图2(a)为连铸钢锭横断面，图2(b)为横断面中心酸洗后的缩孔疏松情况。

图3(a)-图3(b)为未旋转置入金属棒的连铸钢锭示意图。其中，

图3(a)为连铸钢锭横断面，图3(b)为横断面中心酸洗后的缩孔疏松情况。

图4(a)-图4(c)为实施例4旋转置入金属棒技术在模铸钢锭中应用示意图。

图4(a)为未置入金属棒的模铸钢锭轴截面，图4(b)为置入占钢锭重量0.9％的金属棒(直径40mm)的钢锭轴截面，图4(c)为置入占钢锭重量2.0％的金属棒(直径60mm)的钢锭轴截面。

具体实施方式

本发明涉及的连铸钢锭中心缩孔疏松消除方法实施步骤与方式如下：

如图1所示，本发明钢锭连铸设备主要包括：水冷结晶器1、连铸钢锭2、引锭机构4，水冷结晶器1设置于连铸钢锭2的四周，引锭机构4设置于连铸钢锭2的底部。连铸钢锭2通过引锭装置4拉出结晶器1后，中心仍然有较大的钢锭液芯3。若不采取任何措施，钢锭中心将形成疏松、缩孔，甚至缩裂。

本实施例中，采用半连续立式连铸方法，连铸钢锭2高度为5～15m，结晶器1直径尺寸范围为Φ600～1800mm，置入金属棒5的直径尺寸范围为Φ20～150mm，金属棒5的长度为3-15m。

采用本发明所设计的连铸钢锭缩孔疏松消除方法。首先将熔炼处理好的钢水浇入水冷结晶器1中，待钢水凝固结晶一定厚度(凝固层厚度30-100mm)时，采用引锭装置4，以0.02～0.50m/min的速度将连铸钢锭2拉出结晶器1。待连铸过程结束后，连铸钢锭2中心存在较大的液芯3，利用常规的计算机模拟技术，计算连铸钢锭2中心的钢锭液芯3进入凝固糊状区的时间，从而确定金属棒5置入时机。本发明中，选择与连铸钢锭成分一致或相近的金属棒，将其表面清理干净，并预热至80～300℃，连铸结束后1～3小时，待钢锭液芯3进入凝固糊状区时，将金属棒由连铸钢锭顶部中心旋转插入连铸钢锭的钢锭液芯3中，金属棒的旋转速度ω＝5～100rpm。

本发明中，凝固糊状区是指芯部金属液部分凝固，处于固液两相区。

金属棒由上而下旋转插入连铸钢锭的过程中，金属棒将进入糊状区的金属液由连铸钢锭中心向四周挤压，从而提高金属棒周围钢水致密度，降低缩孔疏松倾向。金属棒在置入过程中，表面不断被周围金属加热，使得金属棒外表面部分融化，最终实现与连铸钢锭的冶金结合。连铸钢锭中原来产生轴线缩孔的位置被金属棒占据，消除了中心疏松、缩孔和缩裂缺陷。同时，金属棒周围连铸钢锭的致密度增大，降低了缩孔疏松倾向。

本发明同时在模铸钢锭中进行了拓展应用，即，在砂型模铸钢锭浇注完成一定时间后，中心旋转置入金属棒以减轻或消除模铸钢锭缩孔、疏松与偏析倾向。

实施例1

连铸钢锭材质：45#钢；

连铸钢锭直径：600mm；

连铸钢锭高度：10m；

连铸钢锭抽拉速度：0.3m/min；

金属棒材质：45#钢；

金属棒直径：20mm；

金属棒长度：8.5m；

金属棒插入时机：连铸结束后1h；

金属棒的旋转速度ω＝30rpm；

本实施例中，金属棒与连铸钢锭实现了良好的冶金结合。无损探伤发现，连铸钢锭内部无疏松、缩孔和缩裂缺陷。

实施例2

连铸钢锭材质：20CrNi2Mo；

连铸钢锭直径：1000mm；

连铸钢锭高度：8m；

连铸钢锭抽拉速度：0.1m/min；

金属棒材质：20CrNiMo；

金属棒直径：60mm；

金属棒长度：6.5m；

金属棒插入时机：连铸结束后2h；

金属棒的旋转速度ω＝20rpm；

如图2(a)-图2(b)所示，本实施例中，金属棒与连铸钢锭实现了良好的冶金结合。无损探伤发现，连铸钢锭内部无缩孔疏松缺陷。

如图3(a)-图3(b)所示，未旋转置入金属棒时，大型连铸钢锭中心存在中心疏松、缩孔和缩裂缺陷，连铸钢锭中心质量差，废品率高。

实施例3

连铸钢锭材质：Q235；

连铸钢锭直径：1500mm；

连铸钢锭高度：6m；

连铸钢锭抽拉速度：0.03m/min；

金属棒材质：Q235；

金属棒直径：150mm；

金属棒长度：4m；

金属棒插入时机：连铸结束后3h；

金属棒的旋转速度ω＝8rpm；

本实施例中，金属棒与连铸钢锭实现了良好的冶金结合。无损探伤发现，连铸钢锭芯部无疏松、缩孔和缩裂缺陷；金属棒周围存在极少量的疏松。

实施例4

本实施例中将中心置入金属棒技术应用于砂型模铸钢锭。在钢锭中心插入两种规格的金属棒，用于消除模铸钢锭缩孔、疏松和偏析缺陷。具体参数如下：

砂型模铸钢锭材质：Q235；

模铸钢锭直径：360mm(凝固速度较慢，相当于直径800mm的连铸钢锭)；

钢锭高度：800mm；

金属棒材质：Q235；

金属棒直径：40mm/60mm；

金属棒长度：600mm；

金属棒插入时机：浇注结束后2h；

金属棒的旋转速度ω＝10rpm。

图4(a)-图4(c)为本实施例实施结果，图4(a)为钢锭中心未置入金属棒时的轴截面，从图中可以看出，钢锭具有严重的A型和V型偏析，且中心有疏松缺陷。在钢锭中心插入直径为40mm的金属棒后，钢锭中心偏析减轻，疏松消失，如图4(b)所示。在钢锭中心插入直径为60mm的金属棒后，偏析进一步减轻，如图4(c)所示。可见，本发明在模铸钢锭中拓展应用，同样可以起到降低钢锭缩孔、疏松和偏析的作用。

结果表明，本发明根据连铸钢锭的直径大小及液芯尺寸，选择合适直径、与连铸钢锭具有相同或相近化学成分的金属棒，采用旋转置入方法，将金属棒插入连铸钢锭(模铸钢锭)轴心，借助连铸钢锭中心液芯的热量将金属棒融化，实现金属液芯与金属棒的冶金结合，从而达到减轻并消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的目的。

Claims (9)

1.一种消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，其特征在于：采用置入金属棒的方法生产无缩孔疏松缺陷、直径为Φ600～1800mm的连铸钢锭。

2.按照权利要求1所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，其特征在于：选用与连铸钢锭相同或相近材质的金属棒。

3.按照权利要求1所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，其特征在于：将金属棒旋转插入连铸钢锭中心。

4.按照权利要求1或3所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，其特征在于：金属棒直径及其插入时机通过计算机模拟准确确定。

5.按照权利要求1或3所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，其特征在于：金属棒插入连铸钢锭中心后，实现与钢锭的冶金融合。

6.按照权利要求1所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，其特征在于：采用半连续立式连铸方法，连铸钢锭高度为5～15m，结晶器直径尺寸范围为Φ600～1800mm，置入金属棒的直径尺寸范围为Φ20～150mm，金属棒的长度为3-15m。

7.按照权利要求6所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，其特征在于：首先将熔炼处理好的过热度为10～50℃的钢水浇入水冷结晶器中，待钢水凝固结晶至凝固层厚度为30～100mm时，采用引锭装置，以0.02～0.50m/min的速度将连铸钢锭拉出结晶器。

8.按照权利要求6所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，其特征在于：待连铸过程结束后，将金属棒表面清理干净，并预热至80～300℃，待钢锭液芯进入凝固糊状区时，将金属棒由连铸钢锭顶部中心旋转插入连铸钢锭的钢锭液芯中，金属棒的旋转速度ω＝5～100rpm。

9.按照权利要求1所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，其特征在于：该方法同样适用于采用模铸方法生产的钢锭，即，在模铸钢锭中心置入金属棒消除中心缩孔疏松缺陷。

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