CN104889349A - 低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法，涉及辊坯用钢锭的生产方法，解决现有辊坯用钢锭偏析严重的问题，本方法包含：预制内冷钢棒棒坯并对其进行热处理和锻造加工；将内冷钢棒棒坯加工成所需尺寸的圆柱状内冷钢棒并对其表面进行去污加工；将内冷钢棒预热到50-700℃；在浇注辊坯用钢锭的钢锭模内加保护渣，口部加钢锭帽口；将预热的内冷钢棒固定悬挂在钢锭模内腔中心位置，其底端距钢锭模内腔底面有距离；对钢锭模内浇注辊坯用钢锭的钢水，钢水凝固后脱去钢锭模，制成辊坯用钢锭，所述内冷钢棒和钢水熔合为一体，成为钢锭的一部分。本方法操作易行，参数较易于控制，抑制了辊坯用钢锭中心大的正偏析。

Description

低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法

技术领域

本发明涉及辊坯用钢锭的生产方法，尤其是指一种低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法。

背景技术

宏观偏析属于铸造中的一种缺陷，在大型辊坯之中表现严重。

轧辊使用周期长，长期承受交变弯曲应力，要求辊坯具有良好的屈服强度、韧性和抗断裂性能。然而支承辊辊坯的尺寸一般比较大，由于大尺寸，浇铸中存在多相流动和复杂的质、能传递，凝固时间长，区域冷速差异大，导致晶粒尺寸不均，偏析严重等缺陷，必须依赖后期锻造时反复加热，多次变形来获得均质的钢材，从而大大增加了成本。所以大型辊坯用钢锭初始铸造的宏观偏析问题非常重要。

对于铸锭的宏观偏析，在数值模拟上有一定的发展，可以用于辅助分析。流场和温度场的数值计算基本已经成熟，可以应用于大铸锭的浇铸、凝固过程分析。大铸锭宏观偏析在实践上也有一些建树。如一些学者（Pei Zhao,HuiZhang,New ideas to improve hompgeneity of as-cast structure of steel,International Conference of Ultra-fine Structures of Steel Materials,Australia,2003,11）提出往钢锭中加入钢球，起异质形核，加快钢锭冷却作用，但是该方法不能控制钢球在钢锭中的位置。还有一些学者（桑宝光等，专利申请号200810011408.3）提出通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的制造方法，在锭模底部和锭模中下部加通气管道，通过压缩气体加强外部散热，该方法对大铸锭效果不明显，因为当外界散热条件很好时，大铸锭散热瓶颈在于铸锭本身。还有一些学者（李殿忠等，专利申请号20091001086.2，一种通过多包合浇抑制大型钢锭偏析的方法）提出了多包合浇，主要通过调整每包的成分：底部高于正常水平，顶部低于正常水平的方法，并加以改变每包浇铸间隔时间来抑制宏观偏析，该方法一定程度上可抑制宏观偏析，但是大铸锭金属液量大，包与包之间的金属流动融合宏观偏析在整体上依然会很大。还有一些学者（LAURENTIU NASTAC，Computational Fluid Dynamics Modeling ofMacrosegregation and Shrinkage in Large-Diameter Steel Roll Castings，METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS B VOLUME42B,DECEMBER2011—1231）提出，为了克服中心正偏析，浇铸时将中心位置用材料预空，最后在中心位置浇入相对低成分、低温度的金属液，该研究有一些效果，但是操作复杂，而且最后浇入的低温低成分金属液在凝固过程中因自然对流作用也会和周围金属液融合，效果不是很大。还有的人（康秀红等，专利申请号200810228883.6，一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷方法）提出在铸锭四分之一或者二分之一半径位置布置至少一圈冷铁棒的方法，该方法从理论上说可行性是有的，但是如此加入了钢棒后质、能传递更加复杂，其参数大小难以确定，实际操作性待于研究。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法。本方法能够抑制宏观偏析，并将铸锭的中心正偏析移至了冒口，消除了铸锭中的中心正偏析，本方法操作易行，便于工厂实际应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法，其包含以下步骤：

S1，预制内冷钢棒棒坯；

S2，对内冷钢棒棒坯进行均匀化热处理和多向锻造加工；

S3，将经热处理和锻造加工后的内冷钢棒棒坯加工成所需尺寸的圆柱状内冷钢棒，并表面光滑无裂纹；

S4，对内冷钢棒表面进行去油污和去铁锈的去污加工；

S5，将经去污加工后的内冷钢棒预热到50-700℃；

S6，在浇注辊坯用钢锭的钢锭模内加保护渣，并在钢锭模的口部加钢锭帽口；

S7，将预热到50-700℃的内冷钢棒固定悬挂在钢锭模内腔中心位置，并内冷钢棒的底端距钢锭模内腔底面距离为钢锭模高度的1/5-1/12；

S8，对钢锭模内浇注辊坯用钢锭的钢水，钢水凝固后脱去钢锭模，制成辊坯用钢锭，所述内冷钢棒和钢水熔合为一体，成为钢锭的一部分。

所述内冷钢棒棒坯的材质与辊坯用钢锭一致。

所述步骤S3中，内冷钢棒所需尺寸为：

内冷钢棒的直径为浇注辊坯用钢锭的钢锭模内腔底端面内直径的1/4-1/12，所述钢锭模内腔是上粗下细的由偶数边组成的正多边体状，其每个横截面为偶数边组成的正多边形，所述偶数至少为4，所述钢锭模内腔底端面内直径是指钢锭模内腔底端面的正多边形中两个相对应边之间的距离；

内冷钢棒高度为钢锭模高度与冒口高度之和的1.1-1.4倍。

所述内冷钢棒的直径为浇注辊坯用钢锭的钢锭模内腔底端面内直径的1/8。

所述内冷钢棒高度为钢锭模高度与冒口高度之和的1.2倍。

所述偶数为8或16。

所述步骤S5中，内冷钢棒预热到150℃。

所述步骤S7中，所述冷钢棒放入钢锭模内腔后，其钢棒底端距钢锭模内腔底面距离为钢锭模高度的1/7。

所述步骤S8中，钢锭模内浇注钢水后，在大气中放置12-20小时后钢水凝固，脱去钢锭模，钢水凝固成辊坯用钢锭。

本发明的有益效果：

本发明是在浇注辊坯用钢锭的钢锭模内腔中心预先插入一根内冷钢棒，能够起到异质形核和加速金属液冷却的作用，即增加了形核率，加速了金属液的冷却，从而能够抑制宏观偏析，并将铸锭的中心正偏析移至了冒口，消除了铸锭中的中心正偏析，中心内冷钢棒的参数较易于控制。本发明与现有技术相比，方法简单，操作易行，参数较易于控制，抑制了中心大的正偏析，还起到异质形核、加速冷却的作用，实践还表明，该控制在随后并不影响补缩，由于本方法实际生产操作简单易行，因此易于工厂应用。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明中钢锭模内腔与中心内冷钢棒纵截面结构示意图；

图2为本发明的低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明的低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法所采用的技术方案参见图1，本发明是在浇注辊坯用钢锭的钢锭模内腔1中心预先插入一根内冷钢棒3，然后浇注钢水，内冷钢棒3激冷金属液，加速金属液的冷却，为了避免异质材质的加入，内冷钢棒3应当使用与辊坯用钢锭同种的材质。采用内冷钢棒是为了避免起激冷作用的金属与浇注的金属液很快的熔合，因此不采用过冷的金属液，而采用凝固的冷钢棒。采用中心内冷钢棒3可简单钢锭的生产工艺，并参数易于控制。为了能够使中心内冷钢棒3的作用充分发挥，冷钢棒的尺寸不宜太小，加入了中心内冷钢棒后，为了能够补缩，钢棒的尺寸也不宜太大。

参见图2，本发明的低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法包括以下步骤：

S1，预制内冷钢棒棒坯，其材质与辊坯用钢锭一致；

S2，对内冷钢棒棒坯进行均匀化热处理和多向锻造加工（无特殊要求，采用常规均匀化热处理和锻造即可），以消除内冷钢棒的宏观偏析，并使其组织致密；

S3，将经热处理和锻造加工后的内冷钢棒棒坯加工成所需尺寸的圆柱状内冷钢棒，要求其表面光滑无裂纹，所述所需尺寸为：

内冷钢棒的直径为浇注辊坯用钢锭的钢锭模内腔底端面内直径的1/4-1/12，一般取钢锭模内腔直径的1/8为宜；这里需说明：辊坯用钢锭的形状为上粗下细的由偶数边组成的正多边体状（偶数至少为4，一般为8或16为宜），即，其每个横截面为偶数边组成的正多边形，因此钢锭模内腔也是上粗下细的由偶数边组成的正多边体状，其每个横截面也为偶数边组成的正多边形，所述钢锭模内腔底端面内直径是指钢锭模内腔底端面的正多边形中两个相对应边之间的距离；

内冷钢棒高度为钢锭模高度与冒口高度之和的1.1-1.4倍，一般取1.2倍为宜；

S4，对内冷钢棒表面进行去油污和去铁锈的去污加工；

S5，将经去污加工后的内冷钢棒预热到50-700℃，一般取150℃为宜；

S6，在浇注辊坯用钢锭的钢锭模内加保护渣，并在钢锭模的口部加钢锭帽口2（如图2所示）；

S7，将预热到50-700℃的内冷钢棒3固定悬挂在钢锭模1内腔中心位置（如图1所示），内冷钢棒放入钢锭模内腔后，其钢棒底端距钢锭模内腔底面距离为钢锭模高度的1/5-1/12，一般取钢锭模高度的1/7为宜；

S8，对钢锭模内浇注辊坯用钢锭的钢水，钢水凝固后脱去钢锭模，制成辊坯用钢锭，一般是浇注钢水后，在大气中放置12-20小时后钢水凝固，脱去钢锭模，钢水即凝固成辊坯用钢锭，其内冷钢棒经过长时间和高温钢水接触，已经和钢水熔合为一体，成为钢锭的一部分。

以下举几个实施例：

实施例之一

图1所示的钢锭为40吨钢锭模内腔，钢锭模的横截面形状为八边形，下内直径为1332mm，上内直径为1526mm（指钢锭模内腔八角形顶端面中两个相对应边之间的距离），钢锭模高度2656mm，冒口高度760mm，底注式浇铸工艺，浇铸前底部悬有保护渣，浇铸后保护渣与金属液接触熔化，悬浮在金属液表面。冒口为保温冒口，其是由绝缘材料制成的保+温套，顶部覆盖发热剂和覆盖剂。

采用的内冷钢棒的内直径为150mm，高度为4130mm，其成分和辊坯用钢锭的成分一致，其棒坯经锻造、热处理工艺后组织致密，几乎无宏观偏析，经去污加工后表面光洁无油污和铁锈；其预热温度为150℃。该内冷钢棒悬挂固定在钢锭模内腔中心部，其下端距离钢锭模底端336mm。

在进行上述步骤S8后制成辊坯用钢锭。

以碳元素的含量来表征钢锭的偏析程度，用现有技术制造实施例之一的该钢锭，其内碳元素浓度分布区间为0.237-0.626；按本方法制造的该钢锭，钢锭内碳元素浓度分布区间为0.308-0.579。由此可知，本实施例制造的辊坯用钢锭，最大负偏析和最大正偏析都减轻了，且钢锭中心的正偏析基本上都上移到了冒口内，而且没有影响补缩，缩孔依旧出现在冒口内。

需说明：在生产辊坯时，钢锭的冒口会予以切除，因此，正偏析上移到冒口内，冒口切除后会更进一步提高辊坯的质量。

实施例之二

图1所示的钢锭为20吨钢锭模内腔，钢锭的截面形状为八边形，下内直径1020mm，上内直径1140mm，锭身高度2280mm,冒口高度550mm；内冷钢棒的内直径为120mm，高度为3400mm，下端距离钢锭模底端306mm。其余实施过程与实施例之一相同。

以碳元素的含量来表征钢锭的偏析程度，用现有技术制造实施例之二的钢锭，其内碳元素浓度分布区间为0.326-0.571；按本方法制造的该钢锭，钢锭内碳元素浓度分布区间为0.364-0.533。由此可知，本实施例制造的辊坯用钢锭，最大负偏析和最大正偏析都减轻了，且钢锭中心的正偏析基本上都上移到了冒口内，而且没有影响补缩，缩孔依旧出现在冒口内。

实施例之三

图1所示的钢锭为60吨钢锭模内腔，钢锭的截面形状为十六边形，下内直径1560mm，上内直径1826mm，锭身高度2835mm,冒口高度810mm；内冷钢棒的内直径为180mm，高度为4370mm，下端距离钢锭模底端385mm。其余实施过程与实施例之一相同。

以碳元素的含量来表征钢锭的偏析程度，用现有技术制造实施例之三的钢锭，其内碳元素浓度分布区间为0.194-0.696，按本方法制造的该钢锭，钢锭内碳元素浓度分布区间为0.275-0.612。由此可知，本实施例制造的辊坯用钢锭，最大负偏析和最大正偏析都减轻了，且钢锭中心的正偏析基本上都上移到了冒口内，而且没有影响补缩，缩孔依旧出现在冒口内。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法，其特征在于包含以下步骤：

S1，预制内冷钢棒棒坯；

S2，对内冷钢棒棒坯进行均匀化热处理和多向锻造加工；

S3，将经热处理和锻造加工后的内冷钢棒棒坯加工成所需尺寸的圆柱状内冷钢棒，并表面光滑无裂纹；

S4，对内冷钢棒表面进行去油污和去铁锈的去污加工；

S5，将经去污加工后的内冷钢棒预热到50-700℃；

S6，在浇注辊坯用钢锭的钢锭模内加保护渣，并在钢锭模的口部加钢锭帽口；

S7，将预热到50-700℃的内冷钢棒固定悬挂在钢锭模内腔中心位置，并内冷钢棒的底端距钢锭模内腔底面距离为钢锭模高度的1/5-1/12；

S8，对钢锭模内浇注辊坯用钢锭的钢水，钢水凝固后脱去钢锭模，制成辊坯用钢锭，所述内冷钢棒和钢水熔合为一体，成为钢锭的一部分。

2.如权利要求1所述的低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法，其特征在于：

所述内冷钢棒棒坯的材质与辊坯用钢锭一致。

3.如权利要求1所述的低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法，其特征在于：

所述步骤S3中，内冷钢棒所需尺寸为：

内冷钢棒的直径为浇注辊坯用钢锭的钢锭模内腔底端面内直径的1/4-1/12，所述钢锭模内腔是上粗下细的由偶数边组成的正多边体状，其每个横截面为偶数边组成的正多边形，所述偶数至少为4，所述钢锭模内腔底端面内直径是指钢锭模内腔底端面的正多边形中两个相对应边之间的距离；

内冷钢棒高度为钢锭模高度与冒口高度之和的1.1-1.4倍。

4.如权利要求3所述的低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法，其特征在于：

所述内冷钢棒的直径为浇注辊坯用钢锭的钢锭模内腔底端面内直径的1/8。

5.如权利要求3所述的低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法，其特征在于：

所述内冷钢棒高度为钢锭模高度与冒口高度之和的1.2倍。

6.如权利要求3所述的低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法，其特征在于：

所述偶数为8或16。

7.如权利要求1所述的低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法，其特征在于：

所述步骤S5中，内冷钢棒预热到150℃。

8.如权利要求1所述的低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法，其特征在于：

所述步骤S7中，所述冷钢棒放入钢锭模内腔后，其钢棒底端距钢锭模内腔底面距离为钢锭模高度的1/7。

9.如权利要求1所述的低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法，其特征在于：

所述步骤S8中，钢锭模内浇注钢水后，在大气中放置12-20小时后钢水凝固，脱去钢锭模，钢水凝固成辊坯用钢锭。