CN104550808B - 一种低内部缺陷钢锭的生产方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低内部缺陷钢锭的生产方法及其装置。该方法包括：在钢锭模宽面一侧安装水冷模具，向水冷模具内通冷却水，钢锭模另外三面自然空冷；计算水冷模具一侧的凝固系数β；通过凝固系数β，确定水冷装置中的冷却水流量和流速。该方法采用的装置包括：保温帽、钢锭模、底座和地基，其特征是该装置还包括：水冷模具、冷却水导流管道、石棉保温板、压力表、压力调节阀、进水口和出水口。本发明在钢锭模宽面一侧安装水冷模具后，改变了钢锭模四周的模壁散热条件，达到了改变钢锭内部缺陷区域位置的目的。通过控制钢锭模内钢液的凝固速度，实现最后凝固区域偏离钢锭的中心区域，使钢锭获得最佳的轧制压合效果，生产出内部无缺陷的钢材。

Description

一种低内部缺陷钢锭的生产方法及其装置

技术领域

本发明涉及钢铁冶金工业铸造方法及其装置，特别是一种低内部缺陷钢锭的生产方法及其装置。

背景技术

目前，大于60mm的特厚板成为各种军用及民用所需的重要结构件，汽轮发电机组、海洋石油钻井平台、军舰及坦克装甲板对特厚板的产品质量更是有严格的要求。生产特厚钢板最大的要求就是轧制要有很大的压缩比，通常要求轧制特厚钢板的压缩比大于3.0。但是，在这样的要求下也会带来一系列的问题，满足大压缩比的钢锭，经常由于最后凝固区域的中心偏析、夹杂、气孔、缩孔等诸多缺陷，最终引起成品钢材出现问题，严重的中心偏析或中心疏松对钢板的组织和性能会产生很大的影响，怎样使最后凝固区域的内部缺陷更好地压合自然成为了钢铁企业的难题。由此，很多的轧钢工作者都希望解决轧钢过程中的坯料中心的缺陷压合问题，生产内部无偏析的钢板一直是轧钢工作者长期以来的梦想。研究表明，钢锭在轧制过程中时，其内部的偏析、夹杂、气孔、缩孔等缺陷可通过足够的压缩变形率和压应力使其压合或焊合。通过缺陷位置的不同对压合的影响的研究可以得出，缺陷压合由难到易按照所处位置依次为H/2、H/4、H/8(其中H为钢锭厚度)。因此，如何对铸造钢锭最后凝固区域的微观缺陷进行有效的压合，是制约着钢锭的生产和产品质量的关键问题。所以，如果使铸造钢锭的最后凝固区域所处的位置发生偏移，使其内部缺陷处正好位于缺陷压合最容易的位置，这样就会使钢锭在轧制过程中，更好的实现对其内部缺陷处的压合，从根本上解决坯料内部缺陷在轧制过程中得不到有效压合的问题。

专利公开号：CN102527975A，公开了一种改善方圆坯中心偏析及缩孔的方法。在对铸坯实施冷却时，采用铸坯内外弧方向冷却强度大于左右侧方向冷却强度的冷却方式，使铸坯内外弧方向的凝固壳生长速率快于左右侧方向的生长速率，从而使得铸坯凝固末端的液芯为一个在内外弧方向被压扁、左右侧方向被拉长的长形区域。该方法虽然改善了方圆坯等断面宽厚尺寸相近的连铸坯的中心偏析及缩孔，但是仅仅改变了中心缺陷的形状，缺陷区域依然位于坯料中心位置，并没有改变钢锭凝固后内部缺陷聚集区域所处的位置，所以不能有效的解决钢锭在轧制过程中，内部缺陷处得不到有效压合的问题。

专利公开号：CN102921914A，公开了一种改善特厚板坯中心偏析和中心疏松的大压下技术。在连铸板坯凝固末端的扇形段通过液压缸施加压力，根据钢种凝固特性，控制钢水过热度、铸机拉速、二冷区比水量，在其中一个扇形段实施大压下，其它两个扇形段实施轻压下。本发明通过大压下手段的实施，可以使压下力传递到铸坯中心，控制和改善厚板坯中心偏析、中心疏松和缩孔。但是，并没有对最后凝固区域所处的位置进行改变，所以无法从根本上解决坯料在轧制过程中，此处的缺陷难以压合的问题。此外，该技术适用于连铸坯，无法解决钢锭内部缺陷的有效压合问题。

专利公开号：CN102161079B，公开了一种高质量宽厚板坯制造工艺。该工艺涉及宽厚板轧机用宽厚板坯领域，具体地说是一种高质量宽厚板坯制造工艺。在工装水冷底盘上的前后左右四面分体设置水冷动模，前后左右四面设置的水冷动模和下部置的水冷底盘形成组合式水冷模具。采用液压动力系统对铸坯实施挤压，使宽厚板坯在压力作用下凝固结晶，消除宽厚板坯内部缩孔与疏松。但是，该工艺附带的设备较多，使用期间的保养与维护较复杂，势必造成坯料的生产成本增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种低内部缺陷钢锭的生产方法及其装置。

本发明提供的一种低内部缺陷钢锭的生产方法包括以下步骤：

a.在钢锭模宽面一侧安装水冷模具，向水冷模具内通冷却水，钢锭模另外三面自然空冷；

b.计算水冷模具一侧的凝固系数β

钢液在水冷模凝固的一侧，β值通过式(1)进行确定：

$\mathrm{\β}\·e^{{\mathrm{\β}}^2}\·\mathrm{erf\β}=(T_f-T_0)\frac{C_{\mathrm{pm}}}{L_f\sqrt{\mathrm{\π}}}$ 式(1)

式(1)中：T_f为液态钢液的温度，钢种不同，T_f的值不同；T₀为冷却模的温度；C_pm为单位质量钢锭模所能吸收的热容量；L_f为铁的结晶潜热；

c.确定水冷装置中的冷却水流量和流速

1.冷却水流量Q与凝固系数β可以通过经验公式(2)得到：

$Q=\frac{75.84m}{T_f-18.18\mathrm{\β}}\×{10}^4$ 式(2)

式(2)中：m为钢锭的吨位；T_f为液态钢液的温度；

2.冷却水流量Q与流速V的关系由式(3)得到：

Q＝3600πD²V/4 式(3)

式(3)中：D为管路的直径；

d.按照现有的钢锭生产流程进行生产，通过控制水流量与流速来控制凝固区域处于钢锭断面的1/2～1/4之间，实现将内部缺陷转移至易轧制区域。

一种低内部缺陷钢锭的生产方法采用的装置，该装置包括：保温帽、钢锭模、底座和地基，其特征是该装置还包括：水冷模具、冷却水导流管道、石棉保温板、压力表、压力调节阀、进水口和出水口，所述水冷模具安装在钢锭模的宽面，水冷模具内部装有冷却水导流管道，冷却水导流管道内腔直径为Φ60mm，水冷模具的下侧设进水口，水冷模具的上侧设出水口，流速表和调节阀装在进水口上，钢锭模底部设有底座，底座上垫有石棉保温板。

本发明与现有同类技术相比，其显著的有益效果体现在：

本发明在钢锭模宽面一侧安装水冷模具后，改变了钢锭模四周的模壁散热条件，达到了改变钢锭内部缺陷区域位置的目的。通过控制钢锭模内钢液的凝固速度，实现最后凝固区域偏离钢锭的中心区域，使钢锭获得最佳的轧制压合效果，生产出内部无缺陷的钢材。

附图说明

图1是一种低内部缺陷钢锭的生产方法采用的装置结构示意图。

图2是一种低内部缺陷钢锭的生产方法采用的装置中水冷模具示意图。

具体实施方式

下面结合附图用实施例对本发明做进一步详细描述。

如图1所示，一种低内部缺陷钢锭的生产方法，生产钢种为Cr12MoV，最后凝固区域在厚度1/3处的3.0t钢锭。该方法步骤如下：

a.钢锭浇注之前，通过机械连接方式将水冷模具安置在钢锭模的宽面一侧，向水冷模具内通冷却水，保证浇注前对水冷模具通水10min，钢锭模另外三面自然空冷；

b.计算水冷模具一侧的凝固系数β

钢液在水冷模凝固的一侧，β值通过式(1)进行确定：

$\mathrm{\β}\·e^{{\mathrm{\β}}^2}\·\mathrm{erf\β}=(T_f-T_0)\frac{C_{\mathrm{pm}}}{L_f\sqrt{\mathrm{\π}}}$ 式(1)

式(1)中：T_f为液态钢液的温度，T_f为1510℃；T₀为冷却模的温度，T₀为20℃；C_pm为单位质量钢锭模所能吸收的热容量，C_pm取0.16cal·g^-1·℃^-1；L_f为铁的结晶潜热，L_f取65cal·g^-1。将数据代人式(1)计算，的值确定在2.05～2.20之间时，β取1.0～1.2；

c.确定水冷装置中的冷却水流量和流速

1.冷却水流量Q与凝固系数β可以通过经验公式(2)得到：

$Q=\frac{75.84m}{T_f-18.18\mathrm{\β}}\×{10}^4$ 式(2)

式(2)中：m为钢锭的吨位；T_f为液态钢液的温度；

2.冷却水流量Q与流速V的关系由式(3)得到：

Q＝3600πD²V/4 式(3)

β的值为1.0～1.2之间，代人式(2)和式(3)计算，得到冷却水流量为1525m3/h～1529m3/h，平均流量1527m3/h，冷却水流速为1.5m/s；

d.按照现有的钢锭生产流程进行生产，通过控制水流量与流速来控制凝固区域处于钢锭断面的1/2～1/4之间，实现将内部缺陷转移至易轧制区域。

如图1和图2所示，一种低内部缺陷钢锭的生产方法采用的装置，该装置由保温帽1、钢锭模2、底座5和地基7构成，其特征是该装置还包括：水冷模具3、冷却水导流管道4、石棉保温板6、压力表8、压力调节阀9、进水口10和出水口11，所述水冷模具3安装在钢锭模2的宽面，水冷模具3内部装有冷却水导流管道4，冷却水导流管道4内腔直径为Φ60mm，水冷模具3的下侧设进水口10，水冷模具3的上侧设出水口11，流速表8和调节阀9装在进水口10上，钢锭模2底部设有底座5，底座5上垫有石棉保温板6。

Claims (1)

1.一种低内部缺陷钢锭的生产方法，其特征是该方法包括以下步骤：

a.在钢锭模宽面一侧安装水冷模具，向水冷模具内通冷却水，钢锭模另外三面自然空冷；

b.计算水冷模具一侧的凝固系数β

钢液在水冷模凝固的一侧，β值通过式(1)进行确定：

$\mathrm{\β}\·e^{{\mathrm{\β}}^2}\·erf\mathrm{\β}=(T_f-T_0)\frac{C_{pm}}{L_f\sqrt{\mathrm{\π}}}$ 式(1)

式(1)中：T_f为液态钢液的温度，钢种不同，T_f的值不同；T₀为冷却模的温度；C_pm为单位质量钢锭模所能吸收的热容量；L_f为铁的结晶潜热；

c.确定水冷装置中的冷却水流量和流速

1)冷却水流量Q与凝固系数β通过经验公式(2)得到：

$Q=\frac{75.84m}{T_f-18.18\mathrm{\β}}\×{10}^4$ 式(2)

式(2)中：m为钢锭的吨位；T_f为液态钢液的温度；

2)冷却水流量Q与流速V的关系由式(3)得到：

Q＝3600πD²V/4 式(3)

式(3)中：D为管路的直径；

d.按照现有的钢锭生产流程进行生产，通过控制水流量与流速来控制凝固区域处于钢锭断面的1/2～1/4之间，实现将内部缺陷转移至易轧制区域。