CN103121092B - 一种基于末端电磁搅拌的连铸大方坯轻压下工艺 - Google Patents

Abstract

一种基于末端电磁搅拌的连铸大方坯轻压下工艺，属于金属铸造领域。其特征是末端电磁搅拌装置安装在二冷区之后，矫直之前的空冷区，利用凝固传热数学模型，控制搅拌器位置的液芯厚度占铸坯厚度的30%-55%，末端电磁搅拌器的搅拌电流为350A-750A，搅拌频率为3-8Hz，确保轻压下和矫直同时进行时，柱状晶之间的液相已经完全凝固，同时控制压下区间的总压下量为10-25mm，中间包钢水过热度为20-30℃，连铸机拉速为0.35-0.75m/min，从而显著改善连铸大方坯的内部质量，确保高质量的轧材。采用本工艺生产的连铸大方坯轴承钢，连续生产了10炉以上，内部裂纹一直没有出现，同时中心组织致密均匀，中心缩孔≤1.0级的比例达到了97.54%，中心C偏析更是被控制到了1.06以下，轴承钢内部质量有了显著的提高。

Description

一种基于末端电磁搅拌的连铸大方坯轻压下工艺

技术领域

本发明属于金属铸造领域，特别涉及一种基于末端电磁搅拌的连铸大方坯轻压下工艺。

背景技术

随着连铸坯产量和连铸比的逐年递增，钢材的需求量已经达到饱和，市场早已经突破了数量方面的低层次需求，逐渐转变为对质量上的高层次需求，客观上要求钢铁工业必须从传统的注重“产量型”向注重“品种型”、“质量型”转变。一批具有高纯净度、高均匀性、超细晶的高端产品，已经日益成为钢铁企业研发的重点。

中心偏析、中心疏松和内部裂纹等缺陷是公认的连铸生产最主要的质量问题，严重制约了高拉速、高品质钢的生产，倍受冶金工作者的关注。

高碳钢由于固液相线温差大，两相区长度相对较大，碳、硫、磷等易偏析元素更容易在凝固末端富集，形成严重的中心偏析和疏松，极大的影响了产品的性能，特别是产品的抗疲劳性能和焊接性能；连铸坯偏析和疏松严重，内部裂纹出现的几率会大大的增加，已经成为阻碍高质量大方坯生产的瓶颈。

连铸轻压下系指在连铸坯凝固末端一个合适的两相区内利用当地的夹辊或其它专门设备，对铸坯在线实施一个合适的压下量，用以抵消铸坯凝固末端的体积收缩，避免中心缩孔(疏松)形成；抑制凝固收缩而引起的浓化钢水流动与积聚，减轻中心宏观偏析程度的铸坯凝固末端压力加工技术，其中，只能在连铸机某一固定位置实施的轻压下称之为静态轻压下；能够在线跟踪铸坯的热状态，并根据其当时的实际凝固位置实施的轻压下称之为动态轻压下。倘若轻压下参数设置合理，同时钢种裂纹敏感系数较小，动态轻压下能够显著提高连铸坯的内部质量，极大的提高产品的成材率。

但是倘若轻压下工艺不合适，也可能导致连铸坯内裂趋势的增加，国内外的很多钢铁企业都发现了这个问题，同时，还发现，铸坯柱状晶比例较高时，内裂发生的概率明显要高很多，裂纹敏感的钢种更是如此。对于连铸大方坯来说，轻压下过程一般和矫直过程同时进行，这样，内部裂纹发生的概率会增加不少，因此，轻压下工艺实施过程中防止铸坯内裂将一直是一个重要的课题。

为了改进连铸坯的凝固组织结构，提高等轴晶比率，电磁搅拌装置被广泛应用于连铸生产过程中。电磁搅拌是通过搅拌器线圈设定不同的电流以及电流频率，从而使未流动的钢水产生流动，加速钢水的凝固传热，打碎已经形成的柱状晶的“前段”，在未凝固液态钢液中形成大量的固体质点，容易形成非均质形核，从而显著增加铸坯凝固组织中的等轴晶比例，改善铸坯的内部质量。电磁搅拌装置安装位置不同，发挥的作用亦不相同，对于连铸生产过程而言，较为典型的有结晶器电磁搅拌(MEMS)，二冷区电磁搅拌(SEMS)，凝固末端电磁搅拌(FEMS)，其中，安装于空冷区的末端电磁搅拌能够显著提高铸坯的等轴晶比率，确保矫直时柱状晶已经完全凝固，细小的等轴晶开始形成，从而极大的降低了内部裂纹发生的概率。

动态轻压下和凝固末端电磁搅拌两种技术都能够改善连铸坯的内部质量，电磁搅拌技术能够打断柱状晶，形成细小的等轴晶，从而极大减少内裂发生的概率，但无法实施体积的变化，对于减少疏松、缩孔等效果不明显，而轻压下技术可以实施体积的变化，对中心偏析、疏松等改善效果明显，但却无法产生细小的等轴晶，使内裂产生的趋势增加。这样，两种技术正好可以实现互补。对于内部质量要求严格的高碳钢大方坯来说，末端电搅和轻压下结合使用肯定是一种非常实用的技术手段，此外，关于两种技术单独使用的研究很多，但将两者结合应用在连铸大方坯上的作用效果却未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种显著改善连铸大方坯内部质量的轻压下工艺，其原理是凝固传热数学模型为末端电磁搅拌装置提供合适的液芯厚度，确保轻压下时柱状晶之间的液相已经完全凝固，实现对高碳钢大方坯内部质量的有效控制。

本发明通过下列技术方案实现：本发明提供一种基于末端电磁搅拌的连铸大方坯轻压下工艺，末端电磁搅拌装置安装在二冷区之后，矫直之前的空冷区，利用文献(大方坯连铸过程凝固规律，北京科技大学学报，2012，34(9)，p1011-1016)提供的凝固传热数学模型，控制搅拌器位置的液芯厚度占铸坯厚度的30%-55%，末端电磁搅拌器的搅拌电流为350A-750A，搅拌频率为3-8Hz，确保轻压下和矫直同时进行时，柱状晶之间的液相已经完全凝固，同时控制压下区间的总压下量为10-25mm，中间包钢水过热度为20-30℃，连铸机拉速为0.35-0.75m/min，从而显著改善连铸大方坯的内部质量，确保高质量的轧材。

电磁搅拌装置安装位置的液芯厚度是通过凝固传热数学模型根据拉速等浇注参数的变化及时调整二冷水量来实现的。

经过末端电磁搅拌之后，要求连铸大方坯的等轴晶比例控制在30%~50%。

压下辊的单辊压下量为1-6mm。

本发明具有下列优点和效果：(1)凝固传热数学模型能够根据拉速等参数的变化及时的调整二冷水量，从而为搅拌器提供合适的液芯厚度，确保电磁搅拌的效果发挥到最大。(2)末端电磁搅拌能够确保轻压下和矫直过程同时进行时柱状晶之间的液相已经完全凝固，这样就能够有效避免由于内弧侧拉应力而将连铸坯撕裂产生内部裂纹的难题，即便是裂纹敏感的钢种，也能起到很好的抑制作用。(3)末端电磁搅拌之后，钢液浓度已经较为均匀，这样就可以适度的降低压下量，从而减少了对压下辊的依赖，增加了设备的使用寿命。(4)该方法简便易行，可方便地实现对内部质量的有效控制。

附图说明

图1连铸大方坯凝固过程及末端电磁搅拌和轻压下示意图，其中：1-钢包，2-中间包，3-结晶器，4-二冷区，5-末端电磁搅拌器，6-轻压下辊。

具体实施方式

实施实例1：

某钢厂425mm×320mm连铸大方坯轴承钢在没有末端电磁搅拌和轻压下的条件下，拉速0.65m/min时中心偏析和疏松相当严重。该钢厂轴承钢在拉速0.65m/min，总压下量17mm，压下区间fs0.30-0.80时进行连铸轻压下，柱状晶之间的液相没有完全凝固，轻压下过程又和矫直过程同时进行，导致铸坯沿柱状晶开裂，形成了严重的中间裂纹，同时中心缩孔也清晰可见，内部质量相当糟糕。为了提高等轴晶率，抑制内部裂纹的发生，将末端电磁搅拌装置安装在了距弯月面14.1m处的空冷区。在拉速0.62m/min，搅拌电流430A，频率6Hz，总轻压下量16-18mm，压下区间fs=0.40-1.0时，连续生产了10炉以上，内部裂纹一直没有出现，同时中心组织致密均匀，中心C偏析更是被控制到了1.06以下，轴承钢的内部质量有了显著的提高。

实施实例2：

某钢厂350mm×470mm连铸大方坯轴承钢在拉速0.50m/min条件下进行轻压下时，由于总压下量9mm较小，同时没有末端电磁搅拌，中间裂纹和中心缩孔非常严重，严重影响了轧材的成材率。在确保产量，拉速不变的条件下，为了抑制中间裂纹的发生，同时降低中心缩孔的尺寸，该钢厂在距弯月面14.5m处的空冷区安装了末端电磁搅拌器，同时大幅提高了轻压下时的总压下量。在中间包钢水过热度20-30℃，拉速0.50m/min，末端电磁搅拌电流550A，频率6Hz，总压下量20-22mm，压下区间fs=0.39-1.0时，分三个浇次生产了25炉以上，中间裂纹一直没有出现，同时中心组织致密均匀，中心缩孔≤1.0级的比例达到了97.54%，中心C偏析更是被控制到了1.05以下，轴承钢的内部质量有了显著的提高。

Claims (4)

1.一种基于末端电磁搅拌的连铸大方坯轻压下工艺，其特征在于：末端电磁搅拌装置安装在二冷区之后，矫直之前的空冷区，建立凝固传热数学模型，以宽度方向为x轴，厚度方向为y轴，拉坯方向为z轴，建立铸坯微元体，并忽略拉坯方向即z向的传热，按照传热学理论来建立微分方程：

上式中：ρ为钢的密度，kg·m^-3；c为钢的比热容，J·kg^-1·℃^-1；T为温度，℃；控制搅拌器位置的液芯厚度占铸坯厚度的30％-55％，末端电磁搅拌器的搅拌电流为350A-750A，搅拌频率为3-8Hz，确保轻压下和矫直同时进行时，柱状晶之间的液相已经完全凝固，同时控制压下区间的总压下量为10-25mm，中间包钢水过热度为20-30℃，连铸机拉速为0.35-0.75m/min，从而显著改善连铸大方坯的内部质量，确保高质量的轧材。

2.根据权利要求1所述的基于末端电磁搅拌的连铸大方坯轻压下工艺，其特征在于：电磁搅拌装置安装位置的液芯厚度是通过凝固传热数学模型根据拉速参数的变化及时调整二冷水量来实现的。

3.根据权利要求1所述的基于末端电磁搅拌的连铸大方坯轻压下工艺，其特征在于：经过末端电磁搅拌之后，要求连铸大方坯的等轴晶比例控制在30％-50％。

4.根据权利要求1所述的基于末端电磁搅拌的连铸大方坯轻压下工艺，其特征在于：压下辊的单辊压下量为1-6mm。