CN104525880B - 一种超大断面圆坯的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金技术领域，具体地，涉及一种超大断面圆坯的制造方法。本发明包括以下步骤：1)浇注：将钢水从钢包注入中间包中；2)结晶：将中间包的钢水浇注至结晶器中制得未完全凝固的铸坯，其中，结晶器保护渣性能为：碱度0.2～0.5，熔化温度980～1130℃，1300℃下的粘度为12～18.0Pa·S；设置结晶器电磁搅拌如下：电流400～500A，频率3.0～4.0Hz；3)拉坯：拉坯速度：0.08～0.13m/min；4)二冷：二冷上区采用全水强冷却，二冷下区采用气水雾化弱冷却，综合比水量：0.25～0.35L/kg钢；5)对二冷后的铸坯进行连续矫直，矫直应变率控制在0.08％～0.13％。本发明是基于一种弧形半径16.5米全弧形合金钢连铸机实现直径900mm及以上圆坯的批量生产，且具有良好的表面及内部质量。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体地，涉及一种超大断面圆坯的制造方法，特别适用于在弧形半径16.5米全弧形连铸机上直径900mm以上圆坯的生产。
背景技术
随着我国风电、石油、工程机械、核电等高端制造业的快速发展和装备的日趋大型化，市场上急需尺寸更大、质量更可靠、产品性能更高的圆坯材料，特别是直径900mm及以上超大断面圆坯。而国内外大断面连铸圆坯产品由于受技术创新和装备设计制造能力限制，发展速度远远跟不上市场的需求，已逐渐成为制约我国高端制造业发展的重要环节。市场迫切希望开发出具备生产直径900mm及以上超大断面连铸圆坯的成套技术及装备，并生产出国内外市场急需的产品。
传统意义上认为，外形特点决定了圆坯的质量较于方坯、矩形坯等其他形状铸坯易于控制，但实则不然，圆坯对工艺和装备上的要求更为严格，一旦工艺参数出现很小的变化、工装精度稍有降低等，都可能对圆坯质量产生很大的影响，尤其对大断面和超大断面的圆坯，而且随着圆坯断面的不断增大，工艺过程及质量控制难度更大。
通过查阅国内外相关资料和对特殊钢行业的了解，目前国外还没有生产相同规格圆坯的企业，国内也仅有江阴兴澄特种钢铁有限公司具备生产直径900mm圆坯的能力，但它生产该断面的圆坯所采用的是弧形半径17米的直弧形连铸机。还未见有适用于弧形半径16.5米的全弧形连铸机的大断面圆坯的制造方法。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提供了一种直径900mm圆坯的制造方法，打破了仅能通过模铸、电渣等工艺生产大断面或超大断面钢锭(坯)的技术瓶颈，降低了能耗，节约了制造成本，为我国风电、石油、工程机械、核电等高端制造业的经济、高效发展奠定了基础。
本发明的超大断面圆坯的制造方法，包括以下步骤：
1)浇注：将钢水从钢包注入中间包中，使用颗粒型碱性渣覆盖；
2)结晶：将中间包的钢水浇注至结晶器中制得未完全凝固的铸坯，其中，结晶 器中钢水液面控制精度为±1.0mm；结晶器保护渣性能为：碱度0.2～0.5，熔化温度980～1130℃，1300℃下的粘度为12～18.0Pa·S；设置结晶器电磁搅拌如下：电流400～500A，频率3.0～4.0Hz；
3)拉坯：对未完全凝固的铸坯进行拉坯，拉坯速度：0.08～0.13m/min；
4)二冷：对拉坯后铸坯进行二冷处理，得到完全凝固的铸坯；其中，二冷上区采用全水强冷却，二冷下区采用气水雾化弱冷却，综合比水量：0.25～0.35L/kg钢，凝固末端电磁搅拌参数设置如下：电流700～800A，频率8.0～9.0Hz；
5)对二冷后的铸坯进行连续矫直，矫直应变率控制在0.08％～0.13％。
根据本发明的超大断面圆坯的制造方法，所述超大断面圆坯直径为900mm以上，适用于使用弧形半径16.5米的全弧形连铸机进行连铸制造。
根据本发明的超大断面圆坯的制造方法，步骤1)采用Al-Zr-C质耐火套管注入钢水，且管口内置岩棉垫，同时周圈吹入氩气密封，从而实现钢水的完全密封，防止二次氧化；采用振动式下渣检测防止钢包中的钢渣进入中间包，净化钢液；步骤1)中间包钢水实现自动恒重控制，控制精度在±1.0吨；中间包钢水过热度为13～23℃。
步骤1)使用颗粒型碱性渣覆盖可以隔绝空气，吸附钢中夹杂。
根据本发明的超大断面圆坯的制造方法，步骤2)采用使用Al-C质SEN耐火套管浇注钢水，防止钢水再次氧化，净化钢水；所述耐火套管采用动态变渣线，以延长耐火套管使用寿命。
根据本发明的超大断面圆坯的制造方法，步骤4)二冷采用气雾冷却，比水量：0.25～0.35L/kg钢，可以获得理想的温度梯度，进而促使钢液的均匀形核和凝固，从而防止了直径900mm圆坯中间裂纹、中心缩孔等缺陷的产生，降低了铸坯的中心疏松和偏析的级别，提高了铸坯内部组织的致密性。
根据本发明的超大断面圆坯的制造方法，步骤5)矫直应变率控制在0.08％～0.13％，防止矫直裂纹等缺陷的产生。
本发明的改进与创新有以下几方面：1)工艺参数的选择：每套具体参数仅适用于特定规格或特定品种大圆坯的生产；2)工艺参数的关联性：有些参数的关联性非常强，匹配合适与否直接关系到连铸坯的最终质量，如圆坯品种断面确定后，相应的拉坯速度、二冷水量、电磁搅拌、保护渣的性能等参数就可确定下来，也就是说一旦品种或规格发生变化，参数就要进行相应的调整；3)是在半径16.5米全弧形连铸机上开发生产；4)基于现有设备及其参数，国内外生产厂家还未曾有开发出直径900mm及以上大圆坯的先例；5)Al-C质SEN保护套管采用在线动态变渣线；6)二冷喷嘴的选型及布置方式，二冷上区采取全水强冷却，采用椭圆形喷嘴，内置扇 叶，喷嘴分两排布置，每排12个喷嘴，上下排喷嘴呈15°角交叉分布；二冷下区采取气水雾化弱冷却，采用堵头喷嘴，共4排喷嘴每排4个喷嘴，上下排垂直交叉分布。
本发明是基于一种弧形半径16.5米全弧形合金钢连铸机上采用大包下渣检测控制、完全保护浇注、中间包及结晶器液面自动控制、SEN耐火套管、耐火套管变渣线、二冷强度控制、电磁搅拌等集成技术，从而实现直径900mm及以上圆坯的批量生产，且具有良好的表面及内部质量。
本发明经大量的生产实践，制出的所有直径900mm及以上圆坯均取得了圆满成功。按照YB/T4149标准检验，直径900mm及以上圆坯的中心疏松、V型偏析级别均≤1.0级，低倍组织上没有任何肉眼可见的裂纹、白点、分层、夹杂、夹渣等质量缺陷。具备风电、工程机械、石油、核电等高端制造工业的加工和使用条件。
具体实施方式
本发明适用于弧形半径16.5米的全弧形合金钢连铸机直径900mm圆坯及以上规格圆坯的开发生产，并通过发明中集成技术的应用，完全满足了风电、石油、工程机械、核电等领域直径900mm圆坯需求和质量要求。
具体实施例：
本实施例基于弧形半径16.5米的全弧形合金钢连铸机上生产直径900mm圆坯工艺过程，品种包括S355NL、Q345B、15CrMoG等低碳低合金钢种。
从超高功率电弧炉出来的100至135吨钢水，用钢包盛放，经LF精炼、VD脱气后，吊至连铸钢包回转台，然后借助Al-Zr-C质钢包保护套管注入中间包，中间包内钢液用颗粒型碱性渣覆盖，防止钢水的二次氧化，净化钢水，钢液面通过称重系统控制钢包流量以实现自动控制，中间包内设有连续测温装置，可实现钢水的实时测定，一般控制在13～23℃，中间包钢水再通过Al-C质SEN浇注到结晶器中，SEN插入结晶器钢液面中一定深度，结晶器中钢液用保护渣覆盖，保护渣性能为：碱度0.5，熔化温度1130℃，1300℃下的粘度为12Pa·S。钢液经结晶器冷却后形成一定厚度的坯壳，结晶器采用水冷模式，水量控制在8600L/min，带液芯的连铸坯在结晶器中还受到结晶器外电磁搅拌器的电磁力作用，搅拌器参数设定为：电流400A，频率4.0Hz。内部液芯在电磁力作用下沿顺时针方向旋转流动，既净化了钢液，又改善了铸坯的内部凝固组织。经振动脱壳后的铸坯以0.12～0.13m/min的速度从结晶器中拉出，进入二冷区，二冷上区采取全水强冷却，采用椭圆形喷嘴，内置扇叶，喷嘴分两排布置，每排12个喷嘴，上下排喷嘴呈15°角交叉分布；二冷下区采取气水雾 化弱冷却，采用堵头喷嘴，共4排喷嘴每排4个喷嘴，上下排垂直交叉分布，二冷比水量控制在0.35L/kg钢。经二次冷却后的铸坯，边下行边受到凝固末端电磁搅拌器搅拌作用，搅拌器参数设定：电流700A，频率9.0Hz。带液芯的铸坯经过连续矫直后，矫直变形率在0.08～0.11％，已完全凝固的铸坯，然后再切割成定尺要求的铸坯。
通过上述工艺过程制出的直径900mm圆坯，按照YB/T4149标准检验，中心疏松、V型偏析级别均≤1.0级，低倍组织上没有任何肉眼可见的裂纹、白点、分层、夹杂、夹渣等质量缺陷。具备风电、工程机械、石油、核电等高端制造工业的加工和使用条件。从电炉出来的钢水到圆坯的收得率88％以上，流程短，生产成本低。
当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种超大断面圆坯的制造方法，包括以下步骤：
1)浇注：将钢水从钢包注入中间包中，使用颗粒型碱性渣覆盖；其中，采用Al-Zr-C质耐火套管注入钢水，且管口内置岩棉垫，同时周圈吹入氩气密封；
2)结晶：将中间包的钢水浇注至结晶器中制得未完全凝固的铸坯，其中，结晶器中钢水液面控制精度为±1.0mm；结晶器保护渣性能为：碱度0.2～0.5，熔化温度980～1130℃，1300℃下的粘度为12～18.0Pa·S；设置结晶器电磁搅拌如下：电流400～500A，频率3.0～4.0Hz；其中，采用Al-C质SEN耐火套管浇注钢水，所述耐火套管采用动态变渣线；
3)拉坯：对未完全凝固的铸坯进行拉坯，拉坯速度：0.08～0.13m/min；
4)二冷：对拉坯后铸坯进行二冷处理，得到完全凝固的铸坯；其中，二冷上区采用全水强冷却，二冷下区采用气水雾化弱冷却，综合比水量：0.25～0.35L/kg钢，凝固末端电磁搅拌参数设置如下：电流700～800A，频率8.0～9.0Hz；
5)对二冷后的铸坯进行连续矫直，矫直应变率控制在0.08％～0.13％；
其中，所述超大断面圆坯直径为900mm以上；使用弧形半径16.5米的全弧形连铸机进行连铸制造。
2.根据权利要求1所述的超大断面圆坯的制造方法，其特征在于，步骤1)所述中间包钢水过热度为13～23℃。
3.根据权利要求1所述的超大断面圆坯的制造方法，其特征在于，步骤1)采用振动式下渣检测。
4.根据权利要求1、2和3任一所述的超大断面圆坯的制造方法，其特征在于，步骤1)中间包钢水实现自动恒重控制，控制精度在±1.0吨。
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