CN103056624A - 使用大型立式连铸圆坯生产优质锻材的方法、产品及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用大型立式连铸圆坯生产优质锻材的方法，主要包括以下步骤：坯料准备；热送工序；加热工序；锻造工序；退火工序；精整工序和成品检验。在坯料准备中采用立式连铸圆坯，并且在连铸后热送圆锻坯进行锻造。本发明尽可能采用现有的提高锻材质量的成熟新技术，能够生产直径φ250～φ1000mm，长度L≤12000mm的圆断面长锻材；本发明与与现有技术相比取得以下有益效果：可以生产多种合金钢的优质锻材，其质量大大优于使用模铸生产的锻材，不但可以作为优质钢材直接应用，而且也可以作为下游压力加工工序的优质坯料；实现了大直径大长度圆断面锻材的大型化和半连续化，提高了生产率和收得率，降低了能耗，有利于环境保护。

Description

使用大型立式连铸圆坯生产优质锻材的方法、产品及其应用

技术领域

本发明属于金属热加工领域，具体而言是涉及一种使用大型立式连铸圆坯生产优质锻材的方法、产品及其应用。

背景技术

从上个世纪60年代起，在钢铁冶炼领域中，除了炼铁仍然依赖高炉冶炼铁水之外，许多新技术逐渐趋于成熟，其中间包括：EBT（Eceenntric BottomTapp ing）-出钢时能实现渣铁分离的偏心底出钢电弧炉冶炼工艺；LF-钢包精炼炉（Ladle Refining Furnace）精炼工艺；以及VD（Vacuum Degas sing）-真空脱气工艺。此外，电渣熔炼也逐渐发展成为跨行业的技术，利用其基本原理，研究成功了用于铸锭的电渣补缩工艺。

另一方面，在炼钢和压力加工之间，连续铸造已经基本取代了传统的模铸，这是因为连铸与模铸相比，具有铸坯质量好、生产率高、劳动条件好、成本低和收得率高等显著优点，其中弧形连铸已经在钢铁工业中得到普及。除此之外，立式连铸因其特有的立式结构，有利于钢液中的夹杂物上浮，而且铸坯无需矫直，目前能够生产的圆坯直径小于φ400mm，长度有时受厂房高度的限制，必要时还需对铸锭尾部的缩孔进行补缩。

目前，在金属热加工领域，特别是钢材压力加工领域，特别需要一种既能直接作为优质钢材使用，又能作为下游工序坯料的产品，这种能够“承上启下”的产品就是直径大、长度长的优质锻材产品。而根据以上的叙述可以看出，无论是采用现有技术中的模铸钢锭进行初轧、精轧的陈旧落后工艺，或是利用弧形连铸按定尺切出圆坯，然后进行锻造的工艺，都不可能解决这一技术难题。而使用立式连铸生产大直径大长度圆坯，然后通过锻造来生产大直径超长优质钢材的技术，到目前为止还没有成功的报道。因此，如何在生产大直径超长优质钢材的工艺中实现大型化和连续化，在保证质量的前提下提高生产率和收得率，并且降低能耗保护环境，是本领域技术人员亟待解决的课题。

发明内容

本发明就是要解决现有技术中存在的上述问题，克服现有锻造、轧制等压力加工工艺在选用坯料方面的局限性，并且实现生产大直径大长度优质钢材的大型化和连续化，提高生产率和收得率，降低能耗保护环境。

本发明的目的是提供一种使用大型立式连铸圆坯生产优质锻材的方法，生产出优质的大直径大长度的优质锻材。采用本发明的方法生产的优质锻材产品，既可以作为优质钢材直接使用，又可以作为优质坯料用于下游锻造、轧制和穿孔加工，进而生产棒材、线材和管材。

本发明的上述发明目的通过以下技术方案实现：

第一项技术方案是，一种使用大型立式连铸圆坯生产优质锻材的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）坯料准备：高炉铁水→EBT电炉炼钢→LF炉精炼→VD真空脱气→φ500～φ1200mm大型立式圆坯连铸→电渣补缩，得到立式连铸圆坯作为坯料；

（2）热送工序：将得到的立式连铸圆坯在其中部表面温度大于900℃的情况下，热送装入加热炉；

（3）加热工序：在加热炉中将立式连铸圆坯加热到锻造所需的规定温度；

（4）锻造工序：将加热后的大型立式连铸圆坯送至锻造机进行锻造，生产出直径φ250～φ1000mm，长度L≤12000mm的锻材；

（5）退火工序：使锻材通过退火炉进行消除内应力退火；

（6）精整工序：以表面局部修磨，及以机加工方式扒皮、修磨和锯切，使锻材达到预定的形状尺寸；

（7）成品检验：包括外观、尺寸精度和无损探伤检验，最后得到成品。

本发明的第二技术方案是，根据第一技术方案所述的使用大型立式连铸圆坯生产优质锻材的方法，其特征在于，所述的φ500～φ1200mm大型立式圆坯连铸为单流或二流连铸，每支铸坯长度L≤8000mm、重量≤70t。

本发明的第三技术方案是，根据第一技术方案所述的使用大型立式连铸圆坯生产优质锻材的方法，其特征在于，所述的φ500～φ1200mm大型立式圆坯连铸采取结晶器电磁搅拌、结晶器内振动棒振动、末端上下交替电磁搅拌、铸坯保温技术和电渣补缩。

本发明的第四技术方案是，根据第一至第三技术方案中任一项所述的使用大型立式连铸圆坯生产优质锻材的方法，其特征在于，所述的成品是优质合金结构钢、工具钢、不锈钢等。

由于上述第一至第四项中的任一项技术方案是现有技术中没有的，采用这些技术方案生产的优质锻材在现有技术中也是没有的。

采用本发明的上述技术方案生产的优质锻材产品，既可以作为优质钢材直接应用，也可以供给下游压力加工工序作为坯料应用，例如可以对其进行精锻加工生产棒材、对其进行轧制加工生产线材、或者对其进行穿孔加工生产管材。

以下对本发明的技术方案作进一步说明：

本发明的坯料准备部分的起始原料是高炉冶炼的铁水配加其它钢铁料。除此之外，在电炉炼钢生产过程中，尽可能采用迄今为止现有技术中的新技术例如EBT电炉炼钢、LF炉精炼、VD真空脱气等。

也就是说，经精炼合格的钢水在铸坯直径为φ500～φ1200mm的立式连铸机上浇铸，通过对不同铸坯直径的组合，选择相应的结晶器匹配，浇铸不同直径的圆坯，其尾坯在结晶器内进行电渣补缩，并辅以结晶器电磁搅拌减少铸坯缩孔，余下部分钢坯在立式连铸过程中，采用末端上下来回交替电磁搅拌工艺，并选用适当的汽水冷却工艺参数和特殊的保温措施控制钢坯结晶凝固时间，将生产出来的长度L≤8000mm的热态立铸钢坯热送至加热炉加热，其加热温度按照不同钢种而定，再经1600T或3150T锻压机锻压，达到消除轴心晶间裂纹、中心裂纹、疏松、缩孔、偏析等质量缺陷，并且改善其铸态结晶组织，最后使锻材产品符合国内外有关探伤标准的要求。

与现有技术相比，本发明获得以下有益效果

1、本发明的方法尽可能采用现有的提高锻材质量的成熟新技术，因此可以生产多种合金钢、工具钢、不锈钢的优质锻材，其质量明显优于使用现有技术生产的相同规格的锻材；

2、采用本发明的方法生产的优质锻材，不但可以作为产品直接应用，而且也可以作为优质坯料用于下游压力加工工序，例如精锻、轧制和穿孔等，克服了现有锻造、轧制等压力加工工艺选用坯料的局限性，

3、本发明实现了大直径长尺寸圆形断面优质锻材生产的大型化和半连续化，提高了生产率和收得率，降低了能耗，有利于环境保护。

附图说明

图1是本发明的工艺流程框图

图2是本发明实施例中电渣补缩的示意图

图3是本发明实施例中对锻坯进行加热的温度曲线图

图4是本发明实施例中对锻材进行消除应力的退火温度曲线图

符号说明：

1-电渣补缩装置；2-结晶器保护套；3-结晶器；4-结晶器电磁搅拌装置；5-末端电磁搅拌装置；6-保温罩；7-电弧；8-渣层；9-补缩开始带液芯部分；10-铸坯凝固部分

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做详细说明。

本实施例所用的钢种是合金结构钢20Cr2Ni4，主要用作强度要求较高的结构件。

图1是本发明的工艺流程框图，如图1所示，本实施例的工艺流程如下：高炉铁水→EBT电炉炼钢→LF炉精炼→VD真空脱气→大型立式圆坯连铸→电渣补缩→热送工序→加热工序→锻造工序→退火工序→精整工序→成品检验→成品。

在本实施例中，通过高炉铁水→EBT电炉炼钢→LF炉精炼→VD真空脱气→大型立式圆坯连铸→电渣补缩完成本实施例的坯料准备。

首先，将高炉炼出的铁水与废钢和其它熔剂等辅料配料，在偏心底出钢电弧炉（EBT）中炼钢，再通过钢包精炼炉（LF）精炼；在立式连铸前经过真空脱气（VD）。得到20Cr2Ni4钢水，其化学成份如下：

C：0.17～0.23；

Si：0.17～0.37；

Mn：0.30～0.60；

S：允许残余含量≤0.035；

P：允许残余含量≤0.035；

Cr：1.25～1.65；

Ni：3.25～3.65；

Cu：允许残余含量≤0.030

以上均采用本领域技术人员公知的现有技术，这里不作详述。下面以单流单结晶器立式连铸为例，对立式连铸及其以后的工序进行说明。

在大型立式圆坯连铸中，可以根据所浇铸的铸坯直径，更换不同规格的结晶器3，本实施例采用直径φ1200mm的结晶器3，结晶器3外部设置保温罩6，用于减少铸坯表面散热；在立式连铸过程中，向结晶器3中的钢水表面加入保护渣，形成液态渣层8，使用结晶器电磁搅拌装置4以及上下来回移动的末端电磁搅拌装置5进行电磁搅拌，并且采用结晶器振动棒进行振动。

图2是本实施例中电渣补缩的示意图。如图2所示，为了进行电渣补缩，在结晶器3外面套有由耐火材料制成的保护套2，用于保护结晶器3。当浇注完毕中间包车开出后，由专门的移动小车承载电渣补缩装置1，开至结晶器上方，首先在结晶器3中的钢水表面加入有吸附夹杂物功能的专用预熔渣，重新形成渣层8，在送电补缩开始时，对可上下升降的石墨电极通电，然后不断将石墨电极的下端调至结晶器中渣层8内的钢液表面产生电弧7进行加热，对结晶器中带液芯部分9进行补缩。

随着对带液芯部分9的补缩，铸坯凝固部分10逐渐向上扩大，在电渣补缩过程中直至完全凝固。最后按工艺要求补缩完毕后，提升石墨电极移走补缩小车，可视情况对渣层进行水冷凝固封顶。

本实施例采用立式连铸工艺，生产出直径φ1200mm、长度L为8000mm的合金结构钢20Cr2Ni4的圆形断面长钢坯。

然后立即执行热送工序：将铸出的钢坯置于运送车上，快速热送至大型锻造加热炉，必须保证入炉时钢坯表面中部温度大于900℃。

接着是加热工序：在加热炉中将立式连铸圆坯加热到锻造所需的规定温度。图3是本实施例中对锻坯进行加热的温度曲线图，如图3所示，加热炉预先以炉温900℃待料，钢坯入炉后将其加热到1050℃，保温两小时，然后逐渐升温至1250℃，保温4.5小时后出炉锻造。

在锻造工序中，使用3150吨锻压机，对直径φ1200mm、重量为70t的立式连铸圆坯进行锻造，得到直径φ550mm的圆形长锻材。

然后进入退火工序，将锻材送入大型退火炉中进行消除内应力退火。图4是本实施例中对锻材进行消除应力的退火温度曲线图，由图4可见，在本实施例中，预先保持炉温650℃待料，将圆形长锻材通过轮式台车送入炉内，在650℃的炉温下保温4小时，然后以每小时40℃的速度降温，炉温降至300～350℃后，保温16小时，再以每小时60℃的速度升温，从炉温达到890℃开始保温8小时。然后出炉空冷至400℃，再送入炉内使锻材炉冷至300～350℃温度均匀后，以每小时70℃的速度升温至650℃，保温均热35小时后以每小时40℃的速度降温至400℃，再以每小时50℃的速度降温至150℃以下，通过轮式台车将锻材输送出炉。

本实施例的精整工序包括以机加工方式扒皮、修磨和锯切，使锻材达到预定的形状和尺寸；本实施例的成品检验包括外观、尺寸精度和无损探伤检验，经检测，本实施例的锻材完全符合YB/T4149-2006、JB/T4730、EN10228-3、SEP1921、YB/T036等探伤标准中的有关要求。

经过上述各步骤之后，得到直径φ550mm的圆形断面的长锻材，即为本实施例的合格成品。

本实施例生产的大直径大长度圆断面优质锻材，既可以直接作为产品使用，也可以作为优质坯料用于下游压力加工工序，例如锻造、轧制、穿孔或挤压等。

以上通过实施例对本发明的锻材生产方法进行了叙述，但并不对本发明的保护范围构成任何限定，本发明的保护范围记载于权利要求书中。

Claims (6)

1.使用大型立式连铸圆坯生产优质锻材的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）坯料准备：高炉铁水→EBT电炉炼钢→LF炉精炼→VD真空脱气→φ500～φ1200mm大型立式圆坯连铸→电渣补缩，得到立式连铸圆坯作为坯料；

（2）热送工序：将得到的立式连铸圆坯在其中部表面温度大于900℃的情况下，热送装入加热炉；

（3）加热工序：在加热炉中将立式连铸圆坯加热到锻造所需的规定温度；

（4）锻造工序：将加热后的大型立式连铸圆坯送至锻造机进行锻造，生产出直径φ250～φ1000mm，长度L≤12000mm的锻材；

（5）退火工序：使锻材在退火炉中进行消除内应力退火；

（6）精整工序：以表面局部修磨及机加工方式扒皮、修磨和锯切，使锻材达到预定的形状尺寸；

（7）成品检验：包括外观、尺寸精度和无损探伤检验；

最后得到锻材成品。

2.根据权利要求1所述的使用大型立式连铸圆坯生产优质锻材的方法，其特征在于，所述的φ500～φ1200mm大型立式圆坯连铸为单流或二流连铸，每支铸坯长度L≤8000mm、重量≤70t。

3.根据权利要求1所述的使用大型立式连铸圆坯生产优质锻材的方法，其特征在于，所述的φ500～φ1200mm大型立式圆坯连铸采取结晶器电磁搅拌、结晶器内振动棒振动、末端上下交替电磁搅拌、铸坯保温技术和电渣补缩。

4.根据权利要求1～3任一项所述的使用大型立式连铸圆坯生产优质锻材的方法，其特征在于，所述的成品是优质合金结构钢、工具钢、不锈钢等。

5.使用权利要求1至4的方法生产的优质锻材。

6.权利要求5所述的优质锻材在精锻加工生产棒材、轧制加工生产线材或穿孔加工生产管材中作为坯料的应用。

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