CN102398000B - 高压气瓶钢连铸方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压气瓶钢连铸方法，该方法包括：将钢水从中间包浇注至结晶器，形成未完全凝固的铸坯，然后将该未完全凝固的铸坯以拉速V_c从所述结晶器中拉出并依次经过二次冷却区和空冷区，以得到完全凝固的铸坯；其中：在二次冷却区中使用依次设置的四个喷淋冷却段进行二次冷却，所述四个喷淋冷却段的单位面积上的铸坯冷却强度(L/(min·m²))分别为：w₁＝1050V_c ²-985V_c+272；w₂＝81V_c ²-21V_c+18；w₃＝42V_c ²-7V_c+11；w₄＝39V_c ²-18V_c+13。通过根据拉速确定的各喷淋冷却段的喷淋强度，能够在连铸坯壳凝固、冷却并逐渐变厚的过程中使坯壳根据实际情况实现真正的冷却均匀，从而可以在液相仍保持所需流速的情况下迅速冷却，从而避免疏松和缩孔的产生。

Description

高压气瓶钢连铸方法

技术领域

本发明涉及高压气瓶钢连铸方法。

背景技术

高压气瓶钢主要用于生产高压气瓶，属于高门槛准入钢种。由于其用途的特殊性，所以其对铸坯和轧材的质量要求非常严格，尤其是必须保证铸坯和轧材中心的致密度。否则就容易在冲压过程产生裂纹缺陷，使产品报废。

基于此项原因，目前高压气瓶钢绝大多数采用模铸钢坯进行生产，以提高压缩比，从而保证轧材内部质量和中心致密度。但是与连铸钢坯相比，模铸钢坯虽然在中心致密度方面具有优势，但与连铸相比，模铸在生产成本、生产效率方面存在较大的差距。因此需要一种能够提高铸坯中心致密度的高压气瓶钢连铸方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高压气瓶钢连铸方法，以使铸坯中心致密度达到高压气瓶钢的特殊要求。

连铸过程中，如图1所示，来自钢包1的钢水从中间包2中浇注至圆坯结晶器3，形成未完全凝固的铸坯，然后将该未完全凝固的铸坯以一定的拉速从结晶器3中拉出并依次经过二次冷却区和空冷区8，最后得到完全凝固的铸坯。继续拉动铸坯并在拉矫段9和水平段10进行拉矫和整型，从而得到铸坯。

本发明的发明人经研究发现，影响连铸铸坯中心致密度的因素主要是二次冷却区的喷淋冷却。

在连铸过程的二次冷却区进行喷淋冷却时，由于拉速波动等影响，铸坯在依次经过各喷淋冷却段时会导致液相流动速度逐渐减缓，因而容易导致液相在未到达固相时凝固，从而形成疏松、缩孔。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高压气瓶钢连铸方法，该方法包括：将钢水从中间包浇注至结晶器，形成未完全凝固的铸坯，然后将该未完全凝固的铸坯以拉速V_c从所述结晶器中拉出并依次经过二次冷却区和空冷区，以得到完全凝固的铸坯；其中：在二次冷却区中使用依次设置的四个喷淋冷却段进行二次冷却，所述四个喷淋冷却段的单位面积上的铸坯冷却强度以L/(min·m²)计分别为：w₁＝1050V_c ²-985V_c+272；w₂＝81V_c ²-21V_c+18；w₃＝42V_c ²-7V_c+11；w₄＝39V_c ²-18V_c+13。其中，冷却强度w_i表示在第i个喷淋冷却段中，每分钟对单位铸坯表面喷淋的水量。每个喷淋冷却段包括围绕铸坯的各表面设置的多个喷头。在铸坯的各表面上方，沿铸坯的长度方向布置成多排喷头，各排之间具有规定的间隔。另外，每排喷头沿铸坯的宽度或厚度方向布置。根据不同的铸坯尺寸，可以沿宽度或厚度方向选择每排中所使用的喷头数量，或者调节每排中各喷头之间的间距。通过控制所使用的喷头数量和/或喷头的喷水强度，可以设定每个喷淋冷却段的冷却强度。调整喷淋冷却段的冷却强度是本领域技术人员公知的方法，在此不做详细说明。

通过根据拉速确定的各喷淋冷却段的喷淋强度，能够在连铸坯壳凝固、冷却并逐渐变厚的过程中使坯壳根据实际情况实现真正的冷却均匀，从而可以在液相仍保持所需流速的情况下迅速冷却，以避免疏松和缩孔的产生。

另外，影响铸坯中心致密度的因素还可能存在以下几个方面：

中间包中钢水的过热度：浇注时，采用过热度较低的钢水浇注会导致铸坯冷却太快，使得浇注无法连续进行，采用过热度较高的钢水浇注会导致铸坯冷却太慢，容易出现疏松、缩孔等缺陷。

连铸的拉速：拉速的波动将导致铸坯的凝固过程发生变化，从而使铸坯上不同位置发生不均匀凝固，凝固组织生长不均匀，且凝固点终点位置不稳定，导致液相在未到达固相时凝固，从而形成疏松、缩孔。

因此，优选地，浇注时，将中间包中的钢水过热度控制在20-30℃。从而能够降低钢水凝固时液态钢液和固态钢坯之间的温度梯度变化，从而增大铸坯内部等轴晶面积，提高铸坯中心致密度。

另外，优选地，本发明的连铸方法包括在连铸过程中稳定控制连铸拉速V_c，使V_c保持为基本恒定的数值。通过保持拉速稳定，从而可以保证铸坯内凝固组织生长均匀和凝固终点位置稳定，为提高铸坯凝固过程致密度和充分发挥轻压下功能提供保障。

此外，对铸坯进行轻压下，可以一方面消除或减少因铸坯收缩形成的内部空隙，从而防止晶间富集溶质的钢液向铸坯中心横向流动；另一方面轻压下所产生的挤压作用还可以促使液芯中心富集溶质的钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配，从而使铸坯的凝固组织更加均匀致密，达到改善中心偏析的目的。因此，优选地，本发明的方法包括在空冷区冷却时，使用至少一个轻压下机架对所述未完全凝固的铸坯实施轻压下。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是显示连铸过程的示意图。

附图标记说明

1：钢包              2：中间包          3：结晶器

4：第一喷淋冷却段    5：第二喷淋冷却段  6：第三喷淋冷却段

7：第四喷淋冷却段    8：空冷区        9：拉矫段

10：水平段

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明的高压气瓶钢连铸方法包括：将钢水从中间包2浇注至结晶器3，形成未完全凝固的铸坯，然后将该未完全凝固的铸坯以拉速V_c从所述结晶器3中拉出并依次经过二次冷却区和空冷区，以得到完全凝固的铸坯；其中：在二次冷却区中使用依次设置的四个喷淋冷却段进行二次冷却，所述四个喷淋冷却段的单位面积上的铸坯冷却强度以L/(min·m²)计分别为：w₁＝1050V_c ²-985V_c+272；w₂＝81V_c ²-21V_c+18；w₃＝42V_c2^-7V_c+11；w₄＝39V_c ²-18V_c+13。

其中，根据不同的铸坯尺寸可以选择不同冷却面积(长度、宽度)的喷淋冷却段，也就是选择不同的铸机(对于同一铸机来说，各喷淋冷却段的长度是固定的)。所述四个喷淋冷却段连续设置，根据不同的铸机，第一个喷淋冷却段的起始位置距离弯月面的距离为1.1-1.3m。其中，第一喷淋冷却段的起始位置对应于铸坯从结晶器中拉出的位置，也就是铸坯一旦离开结晶器就开始进行喷淋冷却。各喷淋冷却段连续布置，并通过设定的冷却强度实现所需的冷却效果。换言之，铸坯经第一喷淋冷却段冷却后立即进入第二喷淋冷却段。

所述四个喷淋冷却段的长度可以分别为：L1＝0.3-0.5m、L2＝1.8-2.1m、L3＝2.0-2.2m、L4＝5.1-5.3m。例如，连铸较大横截面积的铸坯时，使用L1、L2、L3、L4和L5较大的铸机；反之亦然。另外，喷淋冷却段的宽度也可以随铸坯的宽度相应调整(例如喷淋冷却段的宽度可以与铸坯的宽度相同)。

在本发明的一种优选实施方式中，浇注时，将中间包中的钢水过热度控制在20-30℃。

另外，优选地，本发明的连铸方法包括在连铸过程中稳定控制连铸拉速V_c，使V_c保持为基本恒定的数值，上下波动范围为0.01m/min。换言之，连铸时，应如上所述将选择的拉速V_c控制为基本恒定的数值，例如，当选择的拉速V_c为0.5m/min时，应尽可能将拉速始终保持为该数值，上下波动范围不应超过0.01m/min。根据高压气瓶钢的连铸情况，可以选择适当的拉速，优选地，例如，对于横截面为350mm×350mm-450mm×450mm的方坯来说，拉速V_c可以设定为0.5-0.7m/min，这里所限定的拉速范围是可选择的拉速值的范围。另外，对于横截面尺寸相同的铸坯，拉速随过热度的增大而减小。

另外，在本发明的优选实施方式中，方法包括在空冷区冷却时，使用至少一个轻压下机架对所述未完全凝固的铸坯实施轻压下。

可以根据实际情况选择轻压下机架的个数和位置，以通过合理地分布轻压下机架更好地实施轻压下。优选地，在空冷区冷却时，使用多个轻压下机架对所述未完全凝固的铸坯实施轻压下，该多个轻压下机架中的第一个轻压下机架距离弯月面21-23m，所述第一个轻压下机架与最后一个轻压下机架之间的距离为3-6m，所述轻压下机架的个数为3-5个。

其中，可以根据连铸拉速V_c和铸坯尺寸等因素，控制各轻压下机架的压下速率和压下量。具体地，针对高压气瓶钢的普适工艺，每个所述轻压下机架的压下速率为0.8-1.2mm/min。另外，每个所述轻压下机架的压下量为1.6-2.5mm。另外，优选地，可以使铸坯经过所述轻压下机架时的中心固相率为fs＝30-100％。

另外，所述铸坯可以为各种适当的高压气瓶的铸坯，优选地，所述气瓶钢可以为中碳合金钢。另外，本发明可以普遍适用于高压气瓶钢的连铸，例如，作为一种常用的高压气瓶钢，所述铸坯可以为横截面为350mm×350mm-450mm×450mm的方坯。对于同一种钢的铸坯来说，拉速随横截面的增大而减小。

下面通过具体实施例说明本发明的高压气瓶钢连铸方法。

实施例1

将钢水从中间包2浇注至结晶器3，形成未完全凝固的铸坯，然后将该未完全凝固的铸坯以拉速V_c从所述结晶器3中拉出并依次经过二次冷却区和空冷区，以得到完全凝固的铸坯；其中：在二次冷却区中使用依次设置的四个喷淋冷却段进行二次冷却，所述四个喷淋冷却段的单位面积上的铸坯冷却强度以L/(min·m²)计分别为：w₁＝1050V_c ²-985V_c+272；w₂＝81V_c ²-21V_c+18；w₃＝42V_c ²-7V_c+11；w₄＝39V_c ²-18V_c+13。连铸过程中将拉速基本控制为稳定值，并在空冷区进行轻压下。

具体地，使用本发明的高压气瓶钢连铸方法连铸生产横截面尺寸为360mm×450mm的34Mn2V方坯，成分如表1所示(Als表示酸溶铝)。

连铸时，浇注温度1525℃，过热度为30℃；拉速V_c为0.5m/min；二次冷气区中使用四个喷淋冷却段喷水冷却，第一个喷淋冷却段的起始位置距离弯月面(钢液在结晶器内的凸状液面)的顶点的距离为1.15m，各喷淋冷却段的长度L、冷却强度P和所占水量的百分数t(其中

)如表2所示(冷却强度w的数值为四舍五入的整数)；使用3个轻压下机架，各轻压下机架距弯月面的距离D1、轻压下速率、轻压下量和铸坯经过各轻压下机架时的中心固相率如表3所示。

表1

表2

另外，根据本发明的方法计算得到表2中的数值后，可以根据设备的实际情况进行误差调整。具体地，例如：第一喷淋冷却段4的误差为±3，第二喷淋冷却段5的误差为±3，第三喷淋冷却段6的误差为±3，第四喷淋冷却段7的误差为±3。

表3

项目	第一轻压下机架	第二轻压下机架	第三轻压下机架
				D1/m	23	23.79	25.65
轻压下速率/mm/min	1.2	1.2	1.2
				压下量/mm	2.2	2.5	2.5
中心固相率/％	45	62	89

二冷区比水量k为0.47kg/吨钢，(其中，

kg/吨钢，a、b为方坯的横截面尺寸(单位是米)，本实施例中的方坯为360mm×450mm，则a为0.36m，b为0.45m)。浇注完毕后，对大方坯铸坯内部质量进行低倍检验，检查结果表明，铸坯横向低倍无中心缩孔、中心裂纹缺陷，中心疏松缺陷评级为0.5级。

实施例2

使用实施例1的方法连铸的34Mn2V方坯。其中，浇注温度1520℃，过热度为25℃；拉速V_c为0.55m/min；二次冷气区中四个喷淋冷却段的冷却强度w和所占水量的百分数t如表4所示。

表4

二冷区比水量为0.47kg/吨钢。浇注完毕后，对大方坯铸坯内部质量进行低倍检验，检查结果表明，铸坯横向低倍无中心缩孔、中心裂纹缺陷，中心疏松缺陷评级为0.5级。

实施例3

使用实施例1的方法连铸的34Mn2V方坯。其中，浇注温度1515℃，过热度为20℃；拉速V_c为0.7m/min；二次冷气区中四个喷淋冷却段的冷却强度w和所占水量的百分数t如表5所示。

表5

二冷区比水量为0.52kg/吨钢。浇注完毕后，对大方坯铸坯内部质量进行低倍检验，检查结果表明，铸坯横向低倍无中心缩孔、中心裂纹缺陷，中心疏松缺陷评级为0.5级。

实施例4

使用本发明的高压气瓶钢连铸方法连铸生产30CrMo方坯，成分如表6所示。

连铸时，浇注温度1527℃，过热度为22℃；拉速V_c为0.6m/min；二次冷气区中四个喷淋冷却段的冷却强度w和所占水量的百分数t如表7所示；使用5个轻压下机架，各轻压下机架距弯月面的距离D1、轻压下速率、轻压下量和铸坯经过各轻压下机架时的中心固相率如表8所示。

表6

表7

表8

二冷区比水量0.48kg/吨钢，浇注完毕后，对大方坯铸坯内部质量进行低倍检验，检查结果表明，铸坯横向低倍无中心缩孔、中心裂纹缺陷，中心疏松缺陷评级为0.5级。

实施例5

使用实施例1的方法连铸横截面为350mm×350mm的方坯34Mn2V方坯。其中，过热度为23℃，拉速为0.6m/min；二次冷气区中使用四个喷淋冷却段喷水冷却，第一个喷淋冷却段的起始位置距离弯月面的距离为1.1m，各喷淋冷却段的长度L、冷却强度w和所占水量的百分数t如表9所示；使用4个轻压下机架，各轻压下机架距弯月面的距离D1、轻压下速率、轻压下量和铸坯经过各轻压下机架时的中心固相率如表10所示。

表9

表10

项目	第一轻压下机架	第二轻压下机架	第三轻压下机架	第四轻压下机架
					D1/m	21	21.45	22.25	24
轻压下速率/mm/min	0.95	0.95	0.95	0.95
					压下量/mm	2.0	2.5	2.5	1.68
中心固相率/％	30	47	75	92

二冷区比水量为0.45kg/吨钢，浇注完毕后，对大方坯铸坯内部质量进行低倍检验，检查结果表明，铸坯横向低倍无中心缩孔、中心裂纹缺陷，中心疏松缺陷评级为0.5级。

实施例6

使用实施例1的方法连铸横截面为450mm×450mm的方坯34Mn2V方坯。其中，过热度为28℃，拉速为0.5m/min；二次冷气区中使用四个喷淋冷却段喷水冷却，第一个喷淋冷却段的起始位置距离弯月面的距离为1.3m，各喷淋冷却段的长度L、冷却强度w和所占水量的百分数t如表11所示。

表11

二冷区比水量为0.5kg/吨钢，浇注完毕后，对大方坯铸坯内部质量进行低倍检验，检查结果表明，铸坯横向低倍无中心缩孔、中心裂纹缺陷，中心疏松缺陷评级为0.5级。

需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，可以通过任何合适的方式进行任意组合，其同样落入本发明所公开的范围之内。另外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种高压气瓶钢连铸方法，该方法包括：将钢水从中间包浇注至结晶器，形成未完全凝固的铸坯，然后将该未完全凝固的铸坯以拉速V_c从所述结晶器中拉出并依次经过二次冷却区和空冷区，以得到完全凝固的铸坯；其特征在于：

在二次冷却区中使用依次设置的四个喷淋冷却段进行二次冷却，所述四个喷淋冷却段的单位面积上的铸坯冷却强度以L/(min·m²)计分别为：

w₁=1050V_c ²-985V_c+272；

w₂=81V_c ²-21V_c+18；

w₃=42V_c ²-7V_c+11；

w₄=39V_c ²-18V_c+13。

2.根据权利要求1所述的高压气瓶钢连铸方法，其中，所述四个喷淋冷却段的长度分别为：L1=0.3-0.5m、L2=1.8-2.1m、L3=2.0-2.2m、L4=5.1-5.3m。

3.根据权利要求2所述的高压气瓶钢连铸方法，其中，所述四个喷淋冷却段连续设置，第一个喷淋冷却段的起始位置距离弯月面的距离为1.1-1.3m。

4.根据权利要求1所述的高压气瓶钢连铸方法，其中，浇注时，将中间包中的钢水过热度控制在20-30℃。

5.根据权利要求1所述的高压气瓶钢连铸方法，其中，该方法包括在连铸过程中稳定控制连铸拉速V_c，上下波动范围为0.01m/min。

6.根据权利要求5所述的高压气瓶钢连铸方法，其中，拉速V_c为0.5-0.7m/min。

7.根据权利要求1所述的高压气瓶钢连铸方法，其中，该方法包括在空冷区冷却时，使用至少一个轻压下机架对所述未完全凝固的铸坯实施轻压下。

8.根据权利要求7所述的高压气瓶钢连铸方法，其中，在空冷区冷却时，使用多个轻压下机架对所述未完全凝固的铸坯实施轻压下，该多个轻压下机架中的第一个轻压下机架距离弯月面21-23m，所述第一个轻压下机架与最后一个轻压下机架之间的距离为3-6m，所述轻压下机架的个数为3-5个。

9.根据权利要求8所述的高压气瓶钢连铸方法，其中，每个所述轻压下机架的压下速率为0.8-1.2mm/min。

10.根据权利要求8或9所述的高压气瓶钢连铸方法，其中，每个所述轻压下机架的压下量为1.6-2.5mm。

11.根据权利要求8或9所述的高压气瓶钢连铸方法，其中，铸坯经过所述轻压下机架时的中心固相率为fs＝30-100％。

12.根据权利要求1所述的高压气瓶钢连铸方法，其中，所述高压气瓶钢为中碳合金钢。

13.根据权利要求12所述的高压气瓶钢连铸方法，其中，所述中碳合金钢为34Mn2V或30CrMo。

14.根据权利要求12或13所述的高压气瓶钢连铸方法，其中，所述铸坯为横截面为350mm×350mm-450mm×450mm的方坯。

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