CN103934423A

CN103934423A - 一种用于生产风电塔筒法兰用钢的连铸圆坯的方法

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Publication number: CN103934423A
Application number: CN201410132607.5A
Authority: CN
Inventors: 邵明海; 马丙涛; 于学文; 刘兵; 吴明洋; 刘超群; 闻小德; 韩永刚; 吴兵; 周艳丽; 倪友来
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2034-04-03
Also published as: CN103934423B

Abstract

本发明公开了一种用于生产风电塔筒法兰用钢的连铸圆坯的方法，该方法包括：在连铸过程中，将连铸钢水的过热度控制在21℃～25℃，二次冷却区的冷却方式采用气水雾化冷却，比水量控制在0.15L/kg_钢～0.18L/kg_钢，控制拉坯速度为0.30m/min～0.34m/min，结晶器电磁搅拌的电流控制在200A～300A、频率控制在2.0Hz～3.0Hz，凝固末端电磁搅拌的电流控制在350A～400A、频率控制在8Hz～12Hz。本发明的方法通过设定和优化工艺参数，可有效提高风电塔筒法兰用钢连铸圆坯的表面质量和内部质量。另外，根据本发明的方法控制得到的圆坯加工成风电塔筒法兰成品，经超声波探伤后，完全能够满足风电塔筒法兰用钢的质量要求。

Description

一种用于生产风电塔筒法兰用钢的连铸圆坯的方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体地讲，涉及一种用于生产风电塔筒法兰用钢的连铸圆坯的方法。

背景技术

随着风力发电的迅猛增长，市场对风电塔筒的需求量也愈来愈大，而风电塔筒的关键连接件—塔筒法兰的重要性也越来越得到重视。

风电塔筒法兰用钢（S355NL钢）是风电塔筒的关键连接件、支撑件和受力件，是风力发电设备的重要部件，对加工成的产品要求超声波无损探伤合格率是100%，这也就是说，要求原材料（例如，直径为650mm的连铸圆坯）具有非常高的表面质量和内部质量。

目前，虽然有很多关于生产S355NL钢连铸圆坯的专利文献和专业文献，但是，S355NL钢大断面圆坯仍普遍存在中间裂纹、中心裂纹、中心缩孔、中心偏析等内部质量缺陷，而且随着该钢种的连铸圆坯断面的不断增大，生产过程及质量控制难度也随之加大，最终导致经加工完成后的产品探伤合格率严重偏低。

因此，需要提供一种能够稳定控制和提高风电塔筒法兰用钢的连铸圆坯的质量的方法。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种稳定控制和提高风电塔筒法兰用钢的圆坯的质量的用于生产风电塔筒法兰用钢的连铸圆坯的方法。

根据本发明的用于生产风电塔筒法兰用钢的连铸圆坯的方法，所述方法包括如下步骤：在连铸过程中，将连铸钢水的过热度控制在21℃～25℃，二次冷却区的冷却方式采用气水雾化冷却，比水量控制在0.15L/kg_钢～0.18L/kg_钢，控制拉坯速度为0.30m/min～0.34m/min，结晶器电磁搅拌的电流控制在200A～300A、频率控制在2.0Hz～3.0Hz，凝固末端电磁搅拌的电流控制在350A～400A、频率控制在8Hz～12Hz。

根据本发明的实施例，在连铸过程中，采用浸入式水口和向结晶器内加入保护渣的方式对钢水进行保护，并且控制保护渣的碱度为0.65～0.75，熔化温度为1165℃～1180℃，粘度为1.5Pa·S～1.7Pa·S。

根据本发明的实施例，在连铸过程中，采用结晶器液面自动控制系统来调节结晶器内钢液液面的高度，并且控制精度为±0.5mm。

根据本发明的实施例，所述方法还包括采用连续矫直的方式对连铸得到的圆坯进行矫直的步骤，矫直应变率控制在0.20%以下。

根据本发明的实施例，在连铸过程中，在二次冷却区的末端至拉矫机之间设置保护罩，以对圆坯进行保温，从而防止圆坯矫直裂纹的产生。

根据本发明的实施例，在连铸过程中，向中间包中加入覆盖剂以减少钢水的热损失和防止钢水吸入空气，覆盖剂为碱性覆盖剂和碳化稻壳。

根据本发明的实施例，采用自动变渣线的方式来调节浸入式水口在结晶器中插入的深度，控制变渣线的速度为20mm/h。

根据本发明的实施例，在连铸过程中，采用中间包液面自动控制系统来调节中间包内的钢液液面的高度，并且控制精度为±0.5t。

根据本发明的实施例，中间包内设置挡坝，使钢水在中间包内获得稳定流场，并且净化钢水。

根据本发明的实施例，在大包长水口与大包滑动水口的连接处设置岩棉垫，并且通入氩气，以防止钢水的吸入空气二次氧化。

根据本发明的用于生产风电塔筒法兰用钢的连铸圆坯的方法，可有效地控制和提高风电塔筒法兰用钢的直径为650mm的连铸圆坯的诸如表面裂纹、皮下夹杂、中间裂纹、中心裂纹、中心缩孔、中心偏析等的表面质量和内部质量。另外，根据本发明的方法控制得到的圆坯加工成风电塔筒法兰成品，经超声波探伤后，完全能够满足风电塔筒法兰用钢的质量要求，例如，将根据本发明的方法控制得到的圆坯加工成风电塔筒法兰盘，经超声波探伤后，其超声波无损探伤合格率在99.2%以上。

附图说明

通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本发明的方法得到的650mm圆坯的中心纵剖面的酸浸低倍图；

图2示出了根据本发明的方法得到的650mm圆坯的中心橫剖面的酸浸低倍图。

具体实施方式

下面将通过参照附图来描述实施例，以解释本发明。然而，本发明可以以多种不同的形式来实施，不应该被理解为局限于在此提出的示例性实施例。提供这些实施例使本发明的公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。

在连铸风电塔筒法兰用钢时，通常采用弧形半径较小的连铸机，并且结合低的拉速，弱的二冷强度，低的钢水过热度，结晶器电磁搅拌以及凝固末端电磁搅拌等技术来生产风电塔筒法兰用钢的连铸圆坯。

本申请的发明人经研究发现，虽然采用同样的技术来生产风电塔筒法兰用钢的连铸圆坯，但是得到的连铸圆坯的质量却相差甚远，产生该问题的原因并不是技术本身带来的缺陷，而是各技术的工艺参数的设定和优化。

为此，本发明提供了一种用于生产风电塔筒法兰用钢的连铸圆坯的方法，用以改进用于风电塔筒法兰用钢的连铸圆坯的质量。该方法包括对风电塔筒法兰用钢进行连铸的工艺。

根据本发明的方法可使用全弧形半径为16.5m连铸机进行连铸，但是本发明并不限于此，只要是能够连铸出本发明的风电塔筒法兰用钢连铸圆坯的任何合适的连铸机即可。

具体地讲，根据本发明的方法，在对风电塔筒法兰用钢进行连铸的工艺中包括对温度的控制，将连铸钢水的过热度控制在21℃～25℃，优选地，可将连铸钢水的过热度控制在23℃。通过将连铸钢水的过热度控制在21℃～25℃，可以缩小柱状晶区，扩大等轴晶区，从而减轻中心偏析，提高铸坯质量。如果钢液（即，钢水）的过热度低于21℃，则会导致钢液内夹杂物上浮困难；如果钢液的过热度高于25℃，则会影响连铸坯的内部质量，导致中心疏松等缺陷级别偏高。

在本发明中，为了减少钢水的热损失和防止钢水吸入空气，可以向中间包加入覆盖剂。钢液温度波动会造成奥氏体的δ相与γ相不稳定转变，使两相界面发生波动，这种波动造成两相间生长不匹配，使初始凝固坯壳生长不均匀，易产生较大的应力集中，增大表面裂纹的质量缺陷产生几率。另外，钢液温度波动还会造成γ相枝晶间的重熔，严重降低坯壳的抗拉强度和延展性，容易产生枝晶间裂纹或内部裂纹。因此，在本发明中通过向中间包加入覆盖剂，可以控制钢液温度波动幅度，以消除或降低钢液温度波动的影响。根据本发明的一个实施例，覆盖剂可以为碱性覆盖剂和碳化稻壳。根据本发明的一个示例性实施例，碱性覆盖剂按重量百分比计可包括SiO₂：30%～35%，（CaO+MgO）：35%～40%，Al₂O₃：2.5%～4.0%，Fe₂O₃：0.5%～2.0%，C：20%～25%。该碱性覆盖剂的熔点为1350℃～1370℃，体积密度为0.60g/cm³。本发明通过以碱性覆盖剂和碳化稻壳作为覆盖剂可有效地对钢水进行保温，防止钢水被二次氧化吸附杂质，从而防止连铸圆坯产生裂纹、偏析、疏松以及夹杂等内部质量缺陷。

对风电塔筒法兰用钢进行连铸的工艺还包括对拉坯速度（拉速）的控制。拉速过高会造成结晶器出口处坯壳厚度不足，从而不足以承受拉坯力和钢水静压力，以致坯壳被拉裂而产生漏钢问题。即使不漏钢，当钢水静压力和拉坯力产生的应力超过钢产生裂纹的临界应力会造成铸坯形成裂纹。因此，拉速是连铸工艺的重要参数，将其控制在0.30m/min～0.34m/min，优选地，可将拉坯速度控制在0.32m/min。

在本发明的实施例中，为了获得稳定的拉速以及保证铸坯的质量，可采用中间包液面自动控制系统来调节中间包内的钢液液面的高度，并且控制精度为±0.5t（通过称重控制中包液面高度）。另外，还可采用结晶器液面自动控制系统来调节结晶器内钢液液面的高度，并且控制精度为±0.5mm。

对风电塔筒法兰用钢进行连铸的工艺还包括对铸坯冷却过程的控制，二次冷却区的冷却方式采用气水雾化冷却，并且比水量控制在0.15L/kg_钢～0.18L/kg_钢，优选地，可将比水量控制在0.16L/kg_钢。本发明所采用的气水雾化冷却的冷却效率高，冷却均匀。另外，通过控制比水量，可以防止铸坯表面裂纹、中间裂纹以及偏析等缺陷的产生。

在本发明的实施例中，可在二次冷却区（二次冷却装置）的末端至拉矫机之间设置保护罩，以对圆坯进行保温，从而防止圆坯矫直裂纹的产生。另外，通过设置保护罩还可以保证圆坯的矫直温度（优选地，控制在1000℃）。另外，根据本发明的实施例，可采用连续矫直的方式对连铸得到的圆坯进行矫直，并且矫直应变率控制在0.20%以下。

对风电塔筒法兰用钢进行连铸的工艺还包括对设置在结晶器外围的结晶器电磁搅拌器（结晶器电磁搅拌）和设置在连铸圆坯凝固末端的凝固末端电磁搅拌器（凝固末端电磁搅拌）的控制。结晶器电磁搅拌的电流控制在200A～300A、频率控制在2.0Hz～3.0Hz。凝固末端电磁搅拌的电流控制在350A～400A、频率控制在8Hz～12Hz。结晶器电磁搅拌能够均匀钢水温度，减少钢水过热，促进气体和夹杂物的上浮，增加等轴晶晶核。凝固末端电磁搅拌可使铸坯获得中心宽大的等轴晶带，消除或减少中心疏松和中心偏析。

在本发明的实施例中，为了防止钢水的二次氧化，减少钢液的热损失以及净化钢液，可以采用浸入式水口和向结晶器内加入保护渣的方式对钢水进行保护。由于本发明的钢种的液相线温度高，因此，将保护渣的熔化温度控制在1165℃～1180℃；为了提高钢水的纯净度，将保护渣的碱度控制在0.65～0.75；为了使得保护渣在结晶器内的铺展性和传热冷却效果，将保护渣的粘度控制在1.5Pa·S～1.7Pa·S（1300℃）。

另外，采用自动变渣线的方式（借助中间包的升降）来调节浸入式水口在结晶器中插入的深度，并且控制变渣线的速度可以是20mm/h。

另外，为了进一步地避免钢水的二次氧化，可以在大包长水口与钢包滑动水口的连接处设置岩棉垫，并且通入氩气。为了使钢水在中间包内获得稳定流场，并且净化钢水，还可在中间包内设置挡坝。

根据本发明的方法，可以连铸得到直径为650mm的风电塔筒法兰用钢圆坯。

根据本发明的用于生产风电塔筒法兰用钢的连铸圆坯的方法，通过设定和优化连铸钢水的过热度，二次冷却区所采用的冷却方式和比水量，拉坯速度，结晶器电磁搅拌以及凝固末端电磁搅拌等的工艺参数，可有效地提高风电塔筒法兰用钢直径为650mm的连铸圆坯的诸如表面裂纹、中间裂纹、中心裂纹、中心缩孔、中心偏析等的表面质量和内部质量。

另外，根据本发明的方法控制得到的圆坯加工成风电塔筒法兰成品，经超声波探伤后，完全能够满足风电塔筒法兰用钢的质量要求，例如，将根据本发明的方法控制得到的圆坯加工成风电塔筒法兰盘，经超声波探伤后，其超声波无损探伤合格率在99.2%以上。

下面结合实施例对本发明的用于生产风电塔筒法兰用钢的连铸圆坯的方法进行详细的描述。

实施例1

采用全弧形半径为16.5m连铸机对风电塔筒法兰用钢。在连铸过程中，将连铸钢水的过热度控制在23℃，连铸坯二次冷却区采用气雾冷却，比水量控制在0.16L/kg_钢，控制拉坯速度为0.32m/min，结晶器电磁搅拌的电流控制在300A、频率控制在3.0Hz，凝固末端电磁搅拌的电流控制在400A、频率控制在10Hz。向结晶器内加入保护渣，并且保护渣的碱度为0.7，熔化温度为1175℃，粘度为1.5Pa·S。采用连续矫直方式对圆坯进行矫直。得到直径为650mm的风电塔筒法兰用钢圆坯。另外，该风电塔筒法兰用钢圆坯的酸浸低倍图如图1和图2所示。

从图1和图2中可以看出，经本发明的方法连铸得到的直径为650mm的风电塔筒法兰用钢圆坯的质量较好，根据GB/T1979检验，圆坯的中心疏松和V型偏析级别均≤0.5级，并且没有任何其它质量缺陷。

另外，将该圆坯加工成风电塔筒法兰盘，经超声波探伤后，其超声波无损探伤合格率在99.2%以上。

综上所述，根据本发明的控制风电塔筒法兰用钢圆坯的质量的方法，可有效地提高风电塔筒法兰用钢圆坯的诸如表面裂纹、中间裂纹、中心裂纹、中心缩孔、中心偏析等的表面质量和内部质量。

上面虽然结合实施例对本发明的实施方式做了详细的说明，但是，本发明并不限于上述实施方式，本发明所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，在权利要求保护范围内，还可以对上述实施例进行变更或改变等。

Claims

1.一种用于生产风电塔筒法兰用钢的连铸圆坯的方法，所述方法包括如下步骤：

在连铸过程中，将连铸钢水的过热度控制在21℃～25℃，二次冷却区的冷却方式采用气水雾化冷却，比水量控制在0.15L/kg_钢～0.18L/kg_钢，控制拉坯速度为0.30m/min～0.34m/min，结晶器电磁搅拌的电流控制在200A～300A、频率控制在2.0Hz～3.0Hz，凝固末端电磁搅拌的电流控制在350A～400A、频率控制在8Hz～12Hz。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在连铸过程中，采用浸入式水口和向结晶器内加入保护渣的方式对钢水进行防氧化保护，并且控制保护渣的碱度为0.65～0.75，熔化温度为1165℃～1180℃，粘度为1.5Pa·S～1.7Pa·S。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在连铸过程中，采用结晶器液面自动控制系统来调节结晶器内钢液液面的高度，并且控制精度为±0.5mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括采用连续矫直的方式对连铸得到的圆坯进行矫直的步骤，矫直应变率控制在0.20%以下。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在连铸过程中，在二次冷却区的末端至拉矫机之间设置保护罩，以对圆坯进行保温，从而防止圆坯矫直裂纹的产生。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在连铸过程中，向中间包中加入覆盖剂以减少钢水的热损失和防止钢水吸入空气，覆盖剂为碱性覆盖剂和碳化稻壳。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，采用自动变渣线的方式来调节浸入式水口在结晶器中插入的深度，控制变渣线的速度为20mm/h。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，在连铸过程中，采用中间包液面自动控制系统来调节中间包内的钢液液面的高度，并且控制精度为±0.5t。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，在中间包内设置挡坝，使钢水在中间包内获得稳定流场，并且净化钢水。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，在大包长水口与大包滑动水口的连接处设置岩棉垫，并且通入氩气，以防止钢水吸入空气而被二次氧化。