CN102430729A - 一种细化钢铁连铸圆坯晶粒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种细化钢铁连铸圆坯晶粒的制备方法，其特征是：浇注时在水口附近向圆坯结晶器中喂入冷钢，加入的冷钢材料成分与浇注钢液相同，冷钢横截面的形状为圆形，横截面积为圆坯横截面积的0.6-2.5％，冷钢加入速度等于圆坯拉速，温度为室温，并保证喂入冷钢的未凝固前沿位于圆坯中心位置；在圆坯结晶器外套有外置式电磁搅拌器。其优点是：简单易行，生产效率高、成本低，晶粒细化效果好，节能环保，经济效益好，适合于大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种细化钢铁连铸圆坯晶粒的制备方法，属于冶金材料领域。
背景技术
铸坯的铸态组织是评价铸坯内部质量的主要指标，因为铸坯内部质量的好坏很大程度上取决于铸坯的铸态组织，均匀而致密的等轴晶是铸坯最为理想的组织。金属的凝固过程是决定其后续产品质量的关键环节，但该过程是一个十分复杂的过程，既有宏观现象，又有微观过程，因此实现对凝固过程的控制是人们长期追求的目标。连铸法生产圆坯主要是用于生产不同口径无缝钢管。因此圆坯要有良好的中心致密度和低倍结构，如圆坯中心有疏松、裂纹，会在管壁内表面留下裂纹痕迹；疏松区密度与表面处密度有差别，穿管时会产生内裂折叠废品。当前连铸圆坯主要通过提高冷却速率、低温浇注等方法获得细晶组织，但这些方法均有一定的局限性。因此，发明一种简单、有效、成本低，并且易于在工业生产中实现的钢铁连铸圆坯晶粒细化技术非常重要。
发明内容
从以上技术背景出发，本发明的任务是，以经济的优越方式提供一种细化钢铁连铸圆坯晶粒的制备方法。
为实现上述目的，本发明是通过如下措施来实现：
浇注时在水口附近向圆坯结晶器中喂入冷钢，加入的冷钢材料成分与浇注钢液相同，冷钢横截面的形状为圆形，横截面积为圆坯横截面积的0.6-2.5％，冷钢加入速度等于圆坯拉速，温度为室温，并保证喂入冷钢的未凝固前沿位于圆坯中心位置；在圆坯结晶器外套有外置式电磁搅拌器。电磁搅拌器采用旋转磁场，电磁搅拌频率为1-8Hz，电磁搅拌电流为50-550A。
本发明细化钢铁连铸圆坯晶粒制备方法的依据及相关限定范围的理由如下：
凝固时低的热梯度有利于等轴晶的形成，可以细化晶粒。因此，采用浇注时在结晶器中喂入冷钢。冷钢熔化时吸收热量，在结晶器内中形成低的温度梯度，降低了结晶器内钢液的过热度，改善钢液结晶过程，以达到细晶的目的。本发明快速降低结晶器内中心过热度，促使结晶过程在圆坯断面快速均匀进行，这可以有效的消除中心偏析。
为防止由于冷钢的加入而产生成分不均的现象，要求冷钢成分与浇注钢液相同。连铸圆坯凝固时，具有定向凝固的特征，为使加入的冷钢对其凝固方式不产生影响，要求冷钢的形状也同样为圆形，并要保证未凝固前沿位于圆坯的中心位置，以避免成分不均现象的发生。冷钢加入过多，将使其熔融时间增加，流场强度减弱，圆坯液相穴变短较多，有可能使圆坯弯曲度增大；如果冷钢加入过少，将使圆坯液相穴变长较多，有可能在圆坯表面产生平面段等缺陷，影响圆坯质量。因此，冷钢横截面积为圆坯横截面积的0.6-2.5％比较合适。为防止生产时液相穴长度发生变化，影响圆坯质量，要求喂冷钢速度为恒速，且等于圆坯拉速。本发明采用套圆坯结晶器电磁搅拌器，可以在结晶器内产生较大流场，以快速均匀温度场，因此冷钢采用室温喂入即可，不会有生产事故的发生。
电磁搅拌器采用旋转磁场，电磁力呈周向分布，电磁力在圆坯边缘最大，向中心不断衰减。随着频率的增大，电磁力先增大后减小，当频率达到某一极限值时，电磁力最大。这是因为频率较低时，圆坯内感应电流较小，不利于钢液内部电磁力的提高；当频率大于该极限值时，由于结晶器铜板具有良好的导电性，磁场在穿透铜板时磁耗较大，这样最终进入钢液内部的磁感应强度变小，从而导致电磁力降低。因此电磁搅拌频率选择在1-8Hz较合适。电磁搅拌电流在50-550A时的电磁力所形成的流场，满足均匀材料成分及温度场的需求，且电磁力随电流的增大而增大。
本发明的优点是：简单易行，生产效率高、成本低，晶粒细化效果好，节能环保，经济效益好，适合于大规模生产。
附图说明
图1是本发明的连铸圆坯喂冷钢示意图。
图中：1、水口，2、冷钢，3、圆坯结晶器，4、电磁搅拌器，5、圆坯。
具体实施方式
采用该制备方法细化1Cr5Mo钢Ф210mm圆坯。加入的冷钢材料为1Cr5Mo钢丝，各实例条件如表1所示。表中横截面积为喂入冷钢的横截面积与圆坯横截面积的百分比。
表1各实例条件
| 实例 | 横截面积/％ | 电磁搅拌 |
| 实例1 | 1.0 | 电流120A；频率2Hz |
| 实例2 | 1.5 | 电流120A；频率2Hz |
| 实例3 | 1.0 | 无 |
| 实例4 | 0 | 无 |
选取圆坯横截面观察其宏观组织，计算等轴晶比例。分别取各圆坯等轴晶和柱状晶的金相试样，计算晶粒的平均直径。各实例等轴晶比例、晶粒尺寸如表2所示。
表2各实例等轴晶比例、晶粒尺寸
从表2中可以看出，加入冷钢后，圆坯等轴晶比率提高；加入冷钢，并应用电磁搅拌技术后，圆坯等轴晶比例明显提高，晶粒细化。加入冷钢横截面积比例越高，晶粒细化效果越好。
Claims (2)
1.一种细化钢铁连铸圆坯晶粒的制备方法，其特征是：浇注时在水口附近向圆坯结晶器中喂入冷钢，加入的冷钢材料成分与浇注钢液相同，冷钢横截面的形状为圆形，横截面积为圆坯横截面积的0.6-2.5％，冷钢加入速度等于圆坯拉速，温度为室温，并保证喂入冷钢的未凝固前沿位于圆坯中心位置；在圆坯结晶器外套有外置式电磁搅拌器。
2.根据权利要求1所述的细化钢铁连铸圆坯晶粒的制备方法，其特征是：电磁搅拌器采用旋转磁场，电磁搅拌频率为1-8Hz，电磁搅拌电流为50-550A。
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