CN102303108A

CN102303108A - 一种可改善易切钢铸坯质量的连铸生产工艺

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Publication number: CN102303108A
Application number: CN201110284386A
Authority: CN
Inventors: 周英豪; 王翔; 何勇; 夏辉华; 白映林; 张国成; 刘春堂; 潘江; 杨德彬; 周兵; 廖德文; 金俊鑫; 肖丹; 黄仁勇; 刘华; 刘银波
Original assignee: Shougang Guiyang Special Steel Co Ltd
Current assignee: Shougang Guiyang Special Steel Co Ltd
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: CN102303108B

Abstract

本发明公开了一种可改善易切钢铸坯质量的连铸生产工艺，通过对连铸浇铸过程的过热度、拉速以及结晶器锥度、结晶器冷却水进出温差、结晶器振幅等参数进行优化控制，解决了易切钢连铸坯易产生铅偏析、夹渣、皮下气泡、表面针孔、翻皮、结疤、凹陷、裂纹等质量缺陷问题，提高了易切钢的连铸坯质量。

Description

一种可改善易切钢铸坯质量的连铸生产工艺

技术领域

本发明涉及一种易切钢的生产工艺，特别是可改善易切钢铸坯质量的连铸生产工艺，属于冶金技术领域。

背景技术

易切削钢(free cutting steel)，简称易切钢。是在钢中加入一定数量的一种或一种以上的硫、磷、铅、钙、硒、碲等易切削元素，以改善其切削性能的合金钢。易切钢是世界公认的三大难以实现连铸的钢种之一，其具有以下特点：(1)大部分钢种的钢中磷、硫含量高，氧含量高。(2)低碳易切钢的碳含量处于包晶、亚包晶钢范围，铸坯冷凝收缩及内应力较大；钢中夹杂物形态及数量难以控制；该钢种界面张力小，钢渣混合后难以分离，铸坯易产生夹渣和粘渣。(3)含有铅、铋的钢种，其中铅、铋几乎不溶于钢液且气化温度低，容易从钢中沉积出来或气化挥发。上述特点使得易切钢的连铸坯易产生铅偏析、夹渣、皮下气泡、表面针孔、翻皮、结疤、凹陷、裂纹等一系列质量缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可改善易切钢铸坯质量的连铸生产工艺，从而改善易切钢铸坯的内外部质量，克服上述现有技术的不足。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种可改善易切钢铸坯质量的连铸生产工艺。该工艺采用全程保护浇铸，浇铸过热度控制在15～45℃，不同断面铸坯拉速按表1进行控制，拉速随过热度降低而增加，结晶器铜管采用连续锥度，锥度使用范围控制在0.65～1.15，结晶器冷却水进出温差控制在4～8℃；选用的结晶器保护渣除具有必备的化学成分外还应符合以下特殊理化性能要求：CaO/SiO₂＝0.5～1.3、Al₂O₃＝4～20％、MnO≤4％、粘度＝5～18Poise，并可添加少量不影响保护渣理化性能的硫化物；结晶器振幅控制在3～8mm，结晶器振动频率按表2控制，负滑动率控制在-20～-80％，不同断面铸坯振痕间距按表3控制，二冷水采用弱冷，二冷水温不低于7℃，不同断面铸坯比水量按表4控制：

表1 不同断面铸坯拉速控制范围表

断面mm²	150×150	200×200	260×300	300×400
					拉速范围m/min	1.70～2.45	0.9～1.45	0.50～0.75	0.40～0.60

表2 不同断面铸坯振动频率控制范围表

断面mm²	150×150	200×200	260×300	300×400
					振动频率cpm	150～300	110～290	40～110	30～90

表3 不同断面铸坯振痕间距控制范围表

断面mm²	150×150	200×200	260×300	300×400
					振痕间距范围mm	6～11	5～8	5～10	5～8

表4 不同断面二冷比水量控制范围表

电磁搅拌采用结晶器电磁搅拌+末端电磁搅拌。

前述的可改善易切钢铸坯质量的连铸生产工艺，所述的浇铸过热度控制在15～25℃，不同断面铸坯拉速按表5进行控制：

表5 不同断面铸坯最优拉速控制范围表

断面mm²	150×150	200×200	260×300	300×400
					拉速范围m/min	2.00～2.20	1.00～1.20	0.55～0.65	0.45～0.55

前述的可改善易切钢铸坯质量的连铸生产工艺，当生产含铅易切钢时，中间包需经过以下特殊处理：(1)在中间包的冲击区加装底吹或侧吹装置，对冲击区钢水进行吹气弱搅拌，搅拌强度以搅动钢水而不使钢水裸露为准则；(2)中间包的实体挡渣墙只留浇铸过钢孔而无底部余水过钢孔；使用气幕挡渣墙时，挡墙实体必须高于冲击区底部150mm以上；(3)中间包浇铸区各流水口间挖制沉铅坑或用浇注料将水口周围垫高至与水口上沿齐平；水口用“工”字型座砖并用浇注料填充；不使用“工”字型座砖的，要用浇注料将水口与浇铸区底部间的接缝完全覆盖。

前述的可改善易切钢铸坯质量的连铸生产工艺，所述的底吹或侧吹氩装置可以是钢包透气芯，也可以是其它具有类似作用的耐火装置；所吹气体可以是氩气也可以是其余惰性气体。

前述的可改善易切钢铸坯质量的连铸生产工艺，所述的全程保护浇铸是在浇铸时钢包和中间包加盖、钢包和中间包使用钢水覆盖剂、结晶器使用保护渣、钢包使用长水口、中间包使用浸入式水口并对中间包下水口与浸入式水口接缝处吹氩或吹氮气保护。

本发明的主要技术特点：

1、连铸采用全程保护浇铸，可有效防止钢水二次氧化及其引起的如皮下气泡等系列缺陷。

2、将浇铸过热度控制在15～45℃，拉速按一定范围进行控制，并随过热度降低而增加，既可保证生产的顺畅进行也能防止过热度过高、拉速过快导致的裂纹、缩孔级别过大等缺陷，最优的是：浇铸过热度控制在15～25℃。

3、将连铸结晶器铜管锥度使用范围控制在0.65～1.15。因为当锥度＜0.65时，铜管与坯壳间的气隙过大会导致保护渣膜分布不均匀铸坯传热不均匀，从而造成铸坯脱方、表面凹陷、渣槽、角裂、纵裂等一系列缺陷；而当锥度＞1.15时，铜管与坯壳间拉坯阻力过大，会导致铸坯产生横裂纹。

4、将结晶器冷却水进出温差控制在4～8℃。因为当结晶器冷却水流量一定时，其进出水温差＜4℃时坯壳冷却不够易漏钢，但当进出水温差＞8℃时冷却过强，过冷度加大，使包晶点下移，易产生外型缺陷及裂纹。

5、选择合适的结晶器保护渣有利于改善铸坯翻皮、结疤、凹陷、表面裂纹等缺陷。选用的结晶器保护渣除具有必备的化学成分外还应符合以下特殊理化性能要求：CaO/SiO₂＝0.5～1.3、Al₂O₃＝4～20％、MnO≤4％、粘度＝5～18Poise，并可添加少量不影响保护渣理化性能的硫化物。因为当CaO/SiO₂＜0.5时，碱度过低不利于对夹杂物得吸收，还会大幅降低保护渣的消耗量影响铸坯传热，不利于保护渣更新使保护渣性能发生变化，同时会增加拉坯阻力导致表面横裂纹；当CaO/SiO₂＞1.3时，碱度过高不利于形成“稳定性渣”，不利于流动性的缓和变化，同时会促使保护渣析出晶体、使保护渣消耗量过大从而导致振痕过深。当Al₂O₃＜4％时，会使保护渣粘度过低，同时会使保护渣在吸收了大量Al₂O₃夹杂后性能变化明显；当Al₂O₃＞20％会使保护渣粘度过高，且不利于钢水中夹杂物的吸收，同时会使高熔点化合物析出从而导致不均匀相的出现影响渣的流动性。当MnO≤4％，既可保证结晶器保护渣的氧化气氛不会过高，也可使在浇铸低碳易切钢时保护渣不会因为吸收大量MnO而改变保护渣性能。当粘度＜5Poise，保护渣渣膜在结晶器及坯壳之间分布不均匀，易形成渣槽、凹陷、纵裂等缺陷；当粘度＞18 Poise时，粘度过高会导致铸坯翻皮、结疤、夹杂等缺陷。渣中含有少量不影响保护渣理化性能的硫化物，可相对降低保护渣因吸收钢中硫化物而导致的保护渣理化性能变化。

6、将结晶器振幅控制在3～8mm；采用较高振动频率，负滑动率控制在-20～-80％，能有效利用“高频短振幅”技术减轻振痕深度改善铸坯表面质量。将铸坯振痕间距按一定范围进行控制，当振痕间距低于本发明的控制范围时，易造成振痕叠加，加大表面横裂纹出现的几率；当高于本发明的控制范围时，易造成振痕紊乱、铸坯翻皮、结疤等缺陷。

7、二冷采用弱冷，水温控制在7℃以上，比水量按照一定范围进行控制。因为二冷水温＜7℃会造成冷却梯度过大，加大过冷度，易导致冷却过强从而产生内裂。当二冷比水量小于本发明控制范围的低限时，会造成二冷不足易于漏钢；当二冷比水量大于本发明控制范围的高限时，会造成二冷过强易导致内裂的形成。

8、采用结晶器电磁搅拌可有效使钢水中气体、夹杂上浮，增加等轴晶比例，对铸坯表面十分有利；采用末端电磁搅拌可有效改善铸坯缩孔、疏松，减轻缩孔可防止低碳易切钢夹杂物在铸坯中心偏析，降低轧材中心缺陷几率。

9、对于含铅易切钢，中间包采用特殊处理，即：采用在中间包的冲击区加装底吹或侧吹装置，对冲击区钢水进行吹气弱搅拌，可以有效减缓钢水中铅的沉积从而减少铅进入结晶器的量。同时，在中间包的实体挡渣墙只留浇铸过钢孔而无底部余水过钢孔；使用气幕挡渣墙时，挡墙实体必须高于冲击区底部150mm以上；并且在中间包浇铸区各流水口间挖制沉铅坑或用浇注料将水口周围垫高至与水口上沿齐平；水口用“工”字型座砖并用浇注料填充；不使用“工”字型座砖的，要用浇注料将水口与浇铸区底部间的接缝完全覆盖。上述措施可有效减缓沉积的铅由冲击区进入浇铸区，并可有效防止进入浇铸区的铅不会从水口与座砖的接缝处渗出从而进入结晶器，还可使沉积的铅集中于沉铅坑减少沉积铅随钢水进入结晶器的量。采用这些特殊处理措施可有效减缓因铅沉积并进入结晶器导致的铸坯铅偏析、结晶器内富余的铅气化引起的皮下气泡、结晶器内铅气化搅动钢水及保护渣层而引起的夹渣以及结晶器内铅气化破坏保护渣性能引起的铸坯翻皮、结疤、凹陷、表面裂纹等缺陷。本发明的上述措施在已知的含铅易切钢生产工艺中属独创，并经过试验证明效果良好。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下特点：(1)可有效防止含铅易切钢因铅的沉积而导致的铸坯铅成分偏析以及因铅在结晶器内气化而导致的皮下气泡、夹渣等缺陷。(2)配合相应的冶炼工艺可有效防止因氧及其它气体产生的皮下气泡、表面针孔等缺陷。(3)可有效改善易切钢铸坯的翻皮、结疤、凹陷、表面裂纹等缺陷，提高铸坯质量。(4)可有效改善易切钢铸坯的内部裂纹等缺陷。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

实施例1。生产不含铅易切钢时。以Y45易切削钢为例，其主要化学成分如下表所示：

C％	Si％	Mn％	P％	S％
					0.48	0.25	0.70	0.020	0.028

余量为Fe及不可避免的杂质。当连铸断面尺寸为150mm×150mm的小方坯时，浇铸过热度控制在15～45℃，铸坯拉速控制在1.70～2.45m/min，最好将浇铸过热度控制在15～25℃，铸坯拉速控制在2.00～2.20m/min，拉速随过热度降低而增加。结晶器振幅控制在3～8mm，结晶器振动频率控制在150～300cpm，负滑动率控制在-20～-80％，铸坯振痕间距控制在6～11mm，二冷水采用弱冷，二冷水温控制在7℃以上，铸坯比水量控制在0.4～0.8L/kg(全水雾)。结晶器铜管为连续锥度，锥度使用范围控制在0.65～1.15；结晶器冷却水进出温差控制在4～8℃；选用的结晶器保护渣除具有必备的化学成分外还符合以下特殊理化性能要求：CaO/SiO₂＝0.5～1.3、Al₂O₃＝4～20％、MnO≤4％、粘度＝5～18Poise，并可添加少量不影响保护渣理化性能的硫化物；电磁搅拌采用结晶器电磁搅拌+末端电磁搅拌相结合。整个浇铸过程采用全程保护浇铸，即在浇铸时钢包和中间包加盖、钢包和中间包使用钢水覆盖剂、结晶器使用保护渣、钢包使用长水口、中间包使用浸入式水口并对中间包下水口与浸入式水口接缝处吹氩或吹氮气保护。

当连铸断面尺寸为200mm×200mm的小方坯时，浇铸过热度控制在15～45℃，铸坯拉速控制在0.9～1.45m/min；最好过热度控制在15～25℃，铸坯拉速控制在1.00～1.20m/min，拉速随过热度降低而增加，结晶器振幅控制在3～8mm，结晶器振动频率控制在110～290cpm，负滑动率控制在-20～-80％，铸坯振痕间距控制在5～8mm，二冷水采用弱冷，二冷水温控制在7℃以上，铸坯比水量控制在0.4～0.8L/kg(全水雾)。

当连铸断面尺寸为260mm×300mm的矩形坯时，浇铸过热度控制在15～45℃，铸坯拉速控制在0.50～0.75m/min；最好过热度控制在15～25℃，铸坯拉速控制在0.55～0.65m/min，拉速随过热度降低而增加，结晶器振幅控制在3～8mm，结晶器振动频率控制在40～110cpm，负滑动率控制在-20～-80％，铸坯振痕间距控制在5～10mm，二冷水采用弱冷，二冷水温控制在7℃以上，铸坯比水量控制在0.20～0.25L/kg(气雾)。

当连铸断面尺寸为300mm×400mm的矩形坯时，浇铸过热度控制在15～45℃，铸坯拉速控制在0.40～0.60m/min；最好过热度控制在15～25℃，铸坯拉速控制在0.45～0.55m/min，拉速随过热度降低而增加，结晶器振幅控制在3～8mm，结晶器振动频率控制在30～90cpm，负滑动率控制在-20～-80％，铸坯振痕间距控制在5～8mm，二冷水采用弱冷，二冷水温控制在7℃以上，铸坯比水量控制在0.20～0.25L/kg(气雾)。

实施例2。生产含铅易切钢时。以Y45Pb为例，其主要化学成分如下表所示：

C％	Si％	Mn％	P％	S％	Pb％
						0.48	0.25	0.70	0.020	0.028	0.21

余量为Fe及不可避免的杂质。当连铸断面尺寸为150mm×150mm的小方坯时，浇铸过热度控制在15～45℃，铸坯拉速控制在1.70～2.45；最好是将浇铸过热度控制在15～25℃，铸坯拉速控制在2.00～2.20m/min，拉速随过热度降低而增加。结晶器振幅控制在3～8mm，结晶器振动频率控制在150～300cpm，负滑动率控制在-20～-80％，铸坯振痕间距控制在6～11mm，二冷水采用弱冷，二冷水温控制在7℃以上，铸坯比水量控制在0.4～0.8L/kg(全水雾)。结晶器铜管为连续锥度，锥度使用范围控制在0.65～1.15；结晶器冷却水进出温差控制在4～8℃；选用的结晶器保护渣除具有必备的化学成分外还符合以下特殊理化性能要求：CaO/SiO₂＝0.5～1.3、Al₂O₃＝4～20％、MnO≤4％、粘度＝5～18Poise，并可添加少量不影响保护渣理化性能的硫化物；电磁搅拌采用结晶器电磁搅拌+末端电磁搅拌相结合。整个浇铸过程采用全程保护浇铸，即在浇铸时钢包和中间包加盖、钢包和中间包使用钢水覆盖剂、结晶器使用保护渣、钢包使用长水口、中间包使用浸入式水口并对中间包下水口与浸入式水口接缝处吹氩或吹氮气保护。与上述生产不含铅易切钢不同的是，其使用的中间包需采用以下措施进行特殊处理：(1)在中间包的冲击区加装底吹或侧吹装置，对冲击区钢水进行吹气弱搅拌，搅拌强度以搅动钢水而不使钢水裸露为准则，底吹或侧吹氩装置可以是钢包透气芯，也可以是其它具有类似作用的耐火装置；所吹气体可以是氩气也可以是其余惰性气体。(2)中间包的实体挡渣墙只留浇铸过钢孔而无底部余水过钢孔；使用气幕挡渣墙时，挡墙实体必须高于冲击区底部150mm以上；(3)中间包浇铸区各流水口间挖制沉铅坑或用浇注料将水口周围垫高至与水口上沿齐平；水口用“工”字型座砖并用浇注料填充；不使用“工”字型座砖的，要用浇注料将水口与浇铸区底部间的接缝完全覆盖。

本发明的实施方式不限于上述实施例，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种可改善易切钢铸坯质量的连铸生产工艺，其特征在于：采用全程保护浇铸，浇铸过热度控制在15～45℃，不同断面铸坯拉速按表1进行控制，拉速随过热度降低而增加，结晶器铜管采用连续锥度，锥度使用范围控制在0.65～1.15，结晶器冷却水进出温差控制在4～8℃；选用的结晶器保护渣除具有必备的化学成分外还应符合以下特殊理化性能要求：CaO/SiO₂＝0.5～1.3、Al₂O₃＝4～20％、MnO≤4％、粘度＝5～18Poise，并可添加少量不影响保护渣理化性能的硫化物；结晶器振幅控制在3～8mm，结晶器振动频率按表2控制，负滑动率控制在-20～-80％，不同断面铸坯振痕间距按表3控制，二冷水采用弱冷，二冷水温不低于7℃，不同断面铸坯比水量按表4控制：

表1 不同断面铸坯拉速控制范围表

表2 不同断面铸坯振动频率控制范围表

表3 不同断面铸坯振痕间距控制范围表

表4 不同断面二冷比水量控制范围表

电磁搅拌采用结晶器电磁搅拌+末端电磁搅拌相结合。

2.根据权利要求1所述的可改善易切钢铸坯质量的连铸生产工艺，其特征在于：所述的浇铸过热度控制在15～25℃，不同断面铸坯拉速按表5进行控制：

表5 不同断面铸坯最优拉速控制范围表

3.根据权利要求1或2所述的可改善易切钢铸坯质量的连铸生产工艺，其特征在于：生产含铅易切钢时，中间包需经过以下处理：(1)在中间包的冲击区加装底吹或侧吹装置，对冲击区钢水进行吹气弱搅拌，搅拌强度以搅动钢水而不使钢水裸露为准则；(2)中间包的实体挡渣墙只留浇铸过钢孔而无底部余水过钢孔；使用气幕挡渣墙时，挡墙实体必须高于冲击区底部150mm以上；(3)中间包浇铸区各流水口间挖制沉铅坑或用浇注料将水口周围垫高至与水口上沿齐平；水口用“工”字型座砖并用浇注料填充；不使用“工”字型座砖的，要用浇注料将水口与浇铸区底部间的接缝完全覆盖。

4.根据权利要求3所述的可改善易切钢铸坯质量的连铸生产工艺，其特征在于：所述的底吹或侧吹氩装置是钢包透气芯或其它具有类似作用的耐火装置；所吹气体是氩气或其余惰性气体。

5.根据权利要求1所述的可改善易切钢铸坯质量的连铸生产工艺，其特征在于：所述的全程保护浇铸是在浇铸时采用钢包和中间包加盖、钢包和中间包使用钢水覆盖剂、结晶器使用保护渣、钢包使用长水口、中间包使用浸入式水口并对中间包下水口与浸入式水口接缝处吹氩或吹氮气保护。