CN105018761A - 一种高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法。通过①控制连铸钢水低[H]含量；②采用SiO₂含量低的中包覆盖剂；③采用大锥度结晶器和上倾角水口设计，结晶器水口采用浅深度设计；④采用低拉速、恒速控制；⑤采用结晶器弱冷却；⑥采用低碱度、低Al₂O₃含量及低熔点的专用保护渣，⑦采用二冷区电磁搅拌的方式进行连铸，结晶器结护渣液渣未现大量渣条，连铸过程顺行，无漏钢报警情况发生，铸坯表面质量良好，可满足后工序轧钢要求。

Description

一种高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法

技术领域

本发明涉及一种高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法，具体涉及一种高锰高铝钢20Mn23AlV的连铸方法。

背景技术

对于220kV以上大型变压器，运行过程中，其导线及引线中通过的较大电流，将在其周围结构件中产生涡流，从而引起这些结构件局部过热，当温度较高时，将影响变压器的安全运行。为了避免变压器过热现象的发生，对于容易产生涡流过热的位置，均采用导磁率极低的低磁钢板。

20Mn23AlV属于C-Mn-Al系奥氏体钢，因钢中不含Cr、Ni等昂贵元素及在强磁场中不易被磁化的特点，作为一种经济的低磁功能材料，主要用于制作大型、特大型、超高压变压器制做油箱、受力腹板及承力部件等结构件。

现有技术中涉及高锰钢的连铸生产工艺较多。例如：首钢贵阳特殊钢有限责任公司于2013年提出了“一种高锰钢连铸生产工艺”的专利。该发明的主要技术特征为钢的化学成分按下列百分配比控制：C 0.7-0.9%；Mn 13.0-15.5%；Si≤0.8%；P≤0.8%；S≤0.3%，余量为Fe和不可避免的杂质。宝山钢铁股份有限公司于2012年提出了“一种高碳高锰耐磨钢板坯连铸的生产方法”的专利。该发明的主要技术特征主要涉及高碳、高锰耐磨钢Mn13。 山西太钢不锈钢股份有限公司于2011年提出了“一种高锰钢的连铸方法”的专利。该发明的主要技术特征为钢的化学成分按下列百分配比控制：C 0.02-0.15%；Si 0.01-0.25%；Mn 2.0-15.0%；P≤0.010%；S≤0.008%；Al≤0.04%；N≤0.005%；Cr≤0.05%；Ni≤0.03%；Cu≤0.03%；O≤0.003%；H≤0.0003%。鞍钢股份有限公司于2013年提出了“一种特高锰钢连铸生产工艺”的专利，该发明的主要技术特征为钢的化学成分按下列百分配比控制：C 0.6%左右；Mn 20.0%左右。

20Mn23AlV钢中Mn及Al含量较高，平均含量分别为23%和2%，施威在文章《20Mn23AIV高锰低磁钢的连铸生产》中提出中间包内的钢液的过热度控制为20～40℃；浇铸速度为0.7～0.9m／min；结晶器冷却采用强冷，与普通碳钢的要求相同；二次冷却采用最大的冷却模式，比水量达0.60L／kg；中间包使用碱性覆盖渣并在中间包及结晶器内充氩，并采用了“短断流、多次开关”的开浇法防止钢水的二次氧化；结晶器振幅为8mm，锥度为1％。结晶器保护渣熔点1000℃、粘度0.15Pa▪s。张增武在文献《无磁钢20Mn23AlV冶炼和连铸生产实践》中提出，结晶器保护渣结渣圈现象严重，铸坯纵裂率高，达80%以上；铸坯不易封顶。

采用连铸工艺生产20Mn23AlV钢，存在以下四方面问题：1）钢中Al含量高，易与空气中O结合形成Al₂O₃，导致水口结瘤堵塞；2）结晶器保护渣液渣易变性。钢中Al原子易与结晶器保护渣液渣中的SiO₂等在钢渣界面发生氧化还原反应，如4[Al]+3(SiO₂)=2(Al₂O₃)+3[Si]，界面处反应生成的Al₂O₃、Si分别进入保护渣和钢液中，SiO₂的消耗引起保护渣碱度急剧升高，保护渣熔点升高、粘度增加，结晶性能会大幅度提高。易沿结晶器壁形成大量渣条，影响液渣的正常流入，导致铸坯表面裂纹缺陷增多，并加剧漏钢倾向；3）钢中合金含量高，总量约为25%，钢液潜热大，导致钢液凝固速度慢，影响浇铸速度；4）钢液凝固过程线收缩大，连铸结晶器冷却不均极易沿铸坯宽面形成裂纹，增加漏钢倾向。采用连铸工艺生产20Mn23AlV钢，难度较大。多年来，太钢20Mn23AlV轧制坯料一直采用“电炉+LF钢包精炼+VD真空处理+模铸钢锭+初轧机开坯”工艺路线生产，工序多工艺路线长、综合成材率低、生产效率低下。从相关文献和国内宝钢、武钢、鞍钢及首钢等钢厂生产如Al含量0.5-2.0% 的TRIP钢、Al含量0.5-1.5%的电工钢及Al含量0.7-1.1%的38CrMoAl等高铝钢的连铸实践来看，浇注上述高Al钢过程中反映出的主要问题是保护渣结渣条现象严重，致使液渣难以流入结晶器与坯壳的缝隙，易发生粘结，连浇炉数少，铸坯极易出现凹陷、裂纹和夹渣等缺陷，且连铸漏钢倾向严重，尤其当钢中Al含量大于1.0%时，上述问题更为突出。

发明内容

为了克服现有模铸工艺条件下生产20Mn23AlV 钢工序多、工艺路线长、综合成材率低、生产效率低以及高Mn、高Al 钢连铸过程铸坯表面缺陷多、漏钢倾向严重等诸多不足，本发明提供一种高锰高铝型奥氏体低磁钢20Mn23AlV的连铸方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法，包括以下步骤：

Ⅰ冶炼过程：VD（真空脱气）或RH（真空循环脱气）真空精炼采用的真空度为0.5—3.0mbar，循环时间18—20min，钢水中[H]含量控制在0---5ppm；

Ⅱ中包钢液面采用Si-Ca-Al系低SiO₂含量的中包覆盖剂，其中SiO₂≤8.0%、CaO：46.0-49.0%、Al₂O₃：26.0-29.0%；

Ⅲ结晶器锥度为1.30—1.40%；计算公式：ε=(St-Sb）/St×100%，其中St为结晶器上口宽边长，Sb为结晶器下口宽边长；

Ⅳ 为保证化渣效果，采用上倾5—20^°的浸入式水口，结晶器水口插入深度为130±5mm；

Ⅴ 开浇3分钟后达到工艺要求的目标拉速，采用低拉速、恒拉速操作；

Ⅵ 结晶器采用弱冷，与普通碳钢冷却不同：宽面水量为2100—2350L/min，窄面水量为300—400L/min，二冷区比水量为0.70±0.02L/kg；

Ⅶ 采用SiO₂-CaO系保护渣；Al₂O₃%≤5.0%、碱度R=0.50-0.80、粘度为0.07-0.14Pa▪s、熔点为870--980℃；

Ⅷ 二冷区采用电磁搅拌；铸坯出二冷室后温度为740--820℃；

Ⅸ 铸坯热切或冷切，现场堆冷。

上述方法中，钢水的化学成分（按质量百分数%计）为：0.14≤C≤0.20；0≤Si≤0.50；21.5≤Mn≤25.0；1.5≤Al≤2.5；0.04≤V≤0.10； 0≤N≤0.006；0≤H≤0.0005；0≤Cr≤0. 30；0≤Cu≤0.30；0≤Ni≤0.30，余量为Fe与不可避免的杂质。

上述方法中，所述拉速为0.6—0.9m/min，振幅为5.8±0.2mm，振频为125±3次/min。

上述方法中，中包温度范围保持在1445—1470℃。

上述方法中，所述连铸机的主要参数为：结晶器长度为900mm；铸机弧形半径为8000mm；垂直段长度为2030mm；冶金长度23000mm；浇铸平台高度10500mm。

冶金长度是指按照连铸机最大拉速计算的液芯长度。

上述方法中，所述二冷区电磁搅拌过程为：电流为900—1100A；频率为2--3Hz，搅拌方式15s-0-15s（表明在交流电下，正向搅拌15秒，然后反向搅拌15秒）。

上述方法中，所述二冷室采用气雾冷却方式。

本发明的创新点主要体现在：①控制连铸钢水低[H]含量，以避免结晶器和铸坯急冷层之间的间隙中冷却析出氢气泡，引起的散热不均导致的漏钢事故；②采用SiO₂≤8.0%的中包覆盖剂，减弱钢液中Al与覆盖剂中的SiO₂反应。③采用低拉速、恒速控制；④采用结晶器弱冷却：结晶器冷却采用弱冷，严禁强冷；弱冷利于冷却均匀，可避免钢液凝固过程收缩大形成间隙，产生的较大热阻造成铸坯表面纵裂纹；⑤为改善结晶器钢液面的温度场，采用上倾角水口设计；⑥采用大锥度结晶器；为便于化渣，结晶器水口采用浅深度设计；高Mn、高Al钢液凝固冷却过程的线收缩大，达1.38%，采用与钢冷却收缩相匹配的结晶器窄面锥度设计。采用改善液面温度场的浅水口插入深度（130±5mm）。⑦浸入式水口不进行吹氩，保证结晶器钢液面稳定、可使钢液与液渣反应达到动平衡。钢液面波动，打破反应平衡，极易造成结渣条现象，影响液渣正常流入，导致铸坯表面缺陷并加剧连铸漏钢倾向。⑧钢的液相线温度较常规普碳钢液相线温度低80~100℃，采用SiO-CaO系保护渣（A1₂O₃≤5.0%、碱度R=0.50-0.80、粘度0.07-0.14Pa.s），熔化温度相对较低（870-980℃），此种保护渣可抑制熔渣中晶体的过量析出，弱化浇铸过程中渣圈的析出。⑨二冷区采用电磁搅拌（电流900-1100A，频率2.0-3.0HZ，搅拌方式15s-0-15s），增加中间坯等轴晶率，改善铸坯质量，减少低倍缺陷。利用高频短振幅（振频125±3次/min，振幅5.8±0.2mm）技术减轻振痕深度，降低Al、V等的碳氮化物在振痕处析出造成的横裂危险，可改善铸坯表面质量。

采取以上工艺措施及合理选取保护渣，可以有效避免高锰高铝钢连铸过程漏钢等生产事故和铸坯表面夹杂或裂纹等质量问题，实现立弯式或弧形连铸机生产20Mn23AlV钢，使连铸工艺稳定。采用本发明的连铸生产工艺，铸坯表面质量良好、低倍组织致密，满足轧钢要求。铸坯规格为200—220×1060—1320×L（mm）,连浇炉数为3—4炉，钢水量240—320吨。

本发明的有益效果：

采用本发明的连铸生产工艺，铸坯表面质量良好、低倍组织致密，满足轧钢要求；有效避免了高锰高铝钢连铸过程漏钢等生产事故和铸坯表面夹杂或裂纹等质量问题，实现立弯式或弧形连铸机生产20Mn23AlV钢，保障高锰、高铝钢连铸生产顺行，无漏钢报警情况发生，铸坯表面质量良好。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

本实施例重点对连铸过程进行说明，其它工序按常规方法操作。

1、本实施例提供的高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法，生产工艺路线如下：

铁水预处理——K-OBM-S顶底复吹转炉冶炼——LF钢包精炼——VD真空处理——连铸——铸坯热切——堆冷

2、铸坯规格：200mm×1260mm×2100±50mm

3、连铸钢水成分情况见表1

表1 连铸钢水成分

4、上叉臂后镇静时间10min；大包开浇前向中包内吹氩气5min。

本高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法的实施例包括下述依次的步骤：

Ⅰ 连铸钢水采用VD真空处理，在真空度2.5mbar下，处理时间18.4min，钢水定H含量3.2ppm。

Ⅱ 中包钢液面低Si 覆盖剂：SiO₂/7.3%、CaO/47.8%、Al₂O₃：26.5%。

Ⅲ 结晶器上口宽边长St=1306mm，下口宽边长Sb=1288mm，窄边长200mm，锥度为1.38%。

Ⅳ 浸入式水口采用上倾5°；结晶器水口插入深度127mm。

Ⅴ 浸入式水口不进行吹氩操作。

Ⅵ 开浇后快速起步：拉速变化0.3m/min---0.5 m/min---0.6 m/min---0.7 m/min—0.8 m/min，3分钟达到工艺规定的目标拉速0.8 m/min，过程维持恒速操作。

Ⅶ 中包温度为1447—1455℃，拉速0.8 m/min恒拉速操作；振幅为6.0mm，振频为126次/min。

Ⅷ 结晶器采用弱冷却，两宽面流量分别为2315L/min和2303L/min，两窄面流量351L/min和350L/min；二冷水比水量0.71L/kg。

Ⅸ 使用电磁搅拌，参数为电流989A，频率3.0Hz，搅拌方式15s—0—15s。

Ⅹ 采用SiO₂-CaO系保护渣；Al₂O₃/1.90%、碱度R=0.63、粘度0.09Pa▪s、熔点910℃。

Ⅺ 铸坯出二冷室后温度810℃。

Ⅻ 铸坯热切，现场堆冷。

实施例2：

本实施例重点对连铸过程进行说明，其它工序按常规方法操作。

1、本实施例提供的高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法，生产工艺路线如下：

铁水预处理——K-OBM-S顶底复吹转炉冶炼——LF钢包精炼——VD真空处理——连铸——铸坯热切——堆冷

2、铸坯规格：200mm×1260mm×2650±50mm

3、连铸钢水成分情况见表2

表2 连铸钢水成分

4、上叉臂后镇静时间10min；大包开浇前向中包内吹氩气5min。

本高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法的实施例包括下述依次的步骤：

Ⅰ 连铸钢水采用VD真空处理，在真空度2.0mbar下，处理时间19min，钢水定H含量2.9ppm。

Ⅱ 中包钢液面低Si 覆盖剂：SiO₂：7.5%、CaO：47.5%、Al₂O₃：26.0%。

Ⅲ 结晶器上口宽边长St=1305mm，下口宽边长Sb=1286mm，窄边长200mm，锥度为1.40%。

Ⅳ 浸入式水口采用上倾5°；结晶器水口插入深度125mm。

Ⅴ 浸入式水口不进行吹氩操作。

Ⅵ 开浇后快速起步：拉速变化0.3m/min---0.4 m/min---0.6 m/min---0.75 m/min，3分钟达到工艺规定的目标拉速0.75 m/min，过程维持恒速操作。

Ⅶ 中包温度为1445—1455℃，拉速0.75 m/min恒拉速操作；振幅为5.8mm，振频为125次/min。

Ⅷ 结晶器采用弱冷却，两宽面流量分别为2310L/min和2300L/min，两窄面流量350L/min和350L/min；二冷水比水量0.69L/kg。

Ⅸ 使用电磁搅拌，参数为电流991A，频率3.0Hz，搅拌方式15s—0—15s。

Ⅹ 采用SiO₂-CaO系保护渣；Al₂O₃/1.93%、碱度R=0.62、粘度0.09Pa▪s、熔点911℃。

Ⅺ 铸坯出二冷室后温度807℃。

Ⅻ 铸坯热切，现场堆冷。

实施例3：

本实施例重点对连铸过程进行说明，其它工序按常规方法操作。

1、本实施例提供的高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法，生产工艺路线如下：

铁水预处理——K-OBM-S顶底复吹转炉冶炼——LF钢包精炼——VD真空处理——连铸——铸坯热切——堆冷

2、铸坯规格：200mm×1260mm×2700±50mm

3、连铸钢水成分情况见表3

表3 连铸钢水成分

4、上叉臂后镇静时间10min；大包开浇前向中包内吹氩气5min。

本高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法的实施例包括下述依次的步骤：

Ⅰ 连铸钢水采用VD真空处理，在真空度2.5mbar下，处理时间18.5min，钢水定H含量3.1ppm。

Ⅱ 中包钢液面低Si 覆盖剂：SiO₂：7.4%、CaO：47.1%、Al₂O₃：26.2%。

Ⅲ 结晶器上口宽边长St=1303mm，下口宽边长Sb=1286mm，窄边长200mm，锥度为1.30%。

Ⅳ 浸入式水口采用上倾5°；结晶器水口插入深度127mm。

Ⅴ 浸入式水口不进行吹氩操作。

Ⅵ 开浇后快速起步：拉速变化0.3m/min---0.5 m/min---0.7 m/min—0.8 m/min，3分钟达到工艺规定的目标拉速0.8 m/min，过程维持恒速操作。

Ⅶ 中包温度为1451—1460℃，拉速0.8 m/min恒拉速操作；振幅为5.8mm，振频为126次/min。

Ⅷ 结晶器采用弱冷却，两宽面流量分别为2312L/min和2301L/min，两窄面流量352L/min和354L/min；二冷水比水量0.70L/kg。

Ⅸ 使用电磁搅拌，参数为电流980A，频率3.0Hz，搅拌方式15s—0—15s。

Ⅹ 采用SiO₂-CaO系保护渣；Al₂O₃/1.93%、碱度R=0.61、粘度0.09Pa▪s、熔点909℃。

Ⅺ 铸坯出二冷室后温度820℃。

Ⅻ 铸坯热切，现场堆冷。

Claims (7)

1. 一种高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法，其特征在于：包括以下步骤：

Ⅰ 冶炼过程：VD或RH真空精炼采用的真空度为0.5—3.0mbar，循环时间18—20min，钢水中[H]含量控制在0---5ppm；

Ⅱ 中包钢液面采用Si-Ca-Al系低SiO₂含量的中包覆盖剂，其中SiO₂≤8.0%、CaO：46.0-49.0%、Al₂O₃：26.0-29.0%；

Ⅲ 结晶器锥度为1.30—1.40%；计算公式：ε=(St-Sb）/St×100%，其中St为结晶器上口宽边长，Sb为结晶器下口宽边长；

Ⅳ 为保证化渣效果，采用上倾5—20^°的浸入式水口，结晶器水口插入深度为130±5mm；

Ⅴ 开浇3分钟后达到工艺要求的目标拉速，采用低拉速、恒拉速操作；

Ⅵ 结晶器采用弱冷，与普通碳钢冷却不同：宽面水量为2100—2350L/min，窄面水量为300—400L/min，二冷区比水量为0.70±0.02L/kg；

Ⅶ 采用SiO₂-CaO系保护渣；Al₂O₃%≤5.0%、碱度R=0.50-0.80、粘度为0.07-0.14Pa▪s、熔点为870--980℃；

Ⅷ 二冷区采用电磁搅拌；铸坯出二冷室后温度为740--820℃；

Ⅸ 铸坯热切或冷切，现场堆冷。

2.根据权利要求1所述的高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法，其特征在于：钢水的化学成分按质量百分数计：0.14≤C≤0.20；0≤Si≤0.50；21.5≤Mn≤25.0；1.5≤Al≤2.5；0.04≤V≤0.10；0≤N≤0.006；0≤H≤0.0005；0≤Cr≤0. 30；0≤Cu≤0.30；0≤Ni≤0.30，余量为Fe与不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法，其特征在于：所述拉速为0.6—0.9m/min，振幅为5.8±0.2mm，振频为125±3次/min。

4.根据权利要求1所述的高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法，其特征在于：中包温度范围保持在1445—1470℃。

5.根据权利要求1所述的高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法，其特征在于：连铸机的主要参数为：结晶器长度为900mm；铸机弧形半径为8000mm；垂直段长度为2030mm；冶金长度23000mm；浇铸平台高度10500mm。

6.根据权利要求1所述的高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法，其特征在于：所述二冷区电磁搅拌过程为：电流为900—1100A；频率为2--3Hz，搅拌方式15s-0-15s。

7.根据权利要求1所述的高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法，其特征在于：所述二冷室采用气雾冷却方式。