CN105215310A - 一种大断面重轨钢铸坯中心疏松控制的方法 - Google Patents

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李红光
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Abstract

本发明涉及钢铁冶金领域技术领域，尤其是一种大断面重轨钢铸坯中心疏松控制的方法。本发明公开的一种大断面重轨钢铸坯中心疏松控制的方法，包括以下步骤：控制中包钢液的过热度；正常浇注过程中，控制拉速；在浇注过程中于凝固末端进行压下；设定结晶器电磁搅拌的搅拌强度和搅拌频率；设定凝固末端电磁搅拌的搅拌强度和搅拌频率；控制结晶器冷却水量和二冷比水量。采用本方法生产的大断面重轨钢坯的中心疏松能得到有效控制，铸坯其余内部质量能得到有效保障。

Description

一种大断面重轨钢铸坯中心疏松控制的方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域技术领域，尤其是一种大断面重轨钢铸坯中心疏松控制的方法。
背景技术
钢轨是铁路轨道的主要组成部件，在铁路运输过程中，对机车提供有效支撑及引导，需承受来自车轮的巨大垂向压力。基于我国基础建设发展需求，铁路运输正以迅猛的速度发展，并不断趋于高速化、重载化。钢轨规格尺寸也逐渐增大，为减少焊接接头，保证铁路钢轨更高的整体性，大规格钢轨的定尺也在增加。通过以前较小断面铸坯轧制大规格长定尺的钢轨无疑要求铸坯长度定尺更长，这造成后续热处理设备需要进行较大改造；此外，如若铸坯断面尺寸不变，而钢轨规格尺寸变大，这对轧制过程的压缩比无疑造成影响，最终影响钢轨致密度等物性指标。但是大断面重轨钢连铸坯在生成过程中由于其钢种成分本身及钢液凝固传热原理的因素，铸坯液芯长度增长，钢液冷却凝固经历时间更长，铸坯柱状晶发达的趋势更严重，铸坯中心疏松控制难度更大，这对重轨钢铸坯后期轧制的钢轨质量尤其是轨腰质量会产生不利影响。
大量研究指出：提高铸坯中心致密度，改善铸坯中心疏松的重要方法就是提高铸坯凝固结晶组织均匀性。这主要是因为，铸坯中心偏析形成的主要原因是铸坯冷却凝固过程中，随着柱状晶的生长，钢液均匀形核的趋势被弱化，枝晶间不断发生粘接，形成局部阻隔，随着钢液温度降低，固相率不断增大，钢液流动性快速恶化，导致被阻隔区域钢液凝固收缩后形成的疏松得不到有效补充；另外，铸坯中心钢液的凝固收缩加上由于“搭桥”导致上部钢液的补缩被阻断，很难对铸坯凝固收缩形成及时有效补缩，进而导致铸坯枝晶间的疏松及中心的疏松甚至缩孔。铸坯中心疏松会导致铸坯在轧制成钢轨以后，其钢轨致密度下降，尤其是轨腰位置最为突出，进而影响钢轨质量。针对铸坯中心疏松控制的研究，一直以来都是冶金工作者不变的研究重点工作之一。
例如：中国专利CN104525880A公开了一种超大断面圆坯的制造方法。此发明包括以下步骤：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400A～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。但是，对于大断面(320mm×410mm)重轨钢连铸坯中心疏松控制的一些关键的具体技术并未涉及。
中国专利CN102806330A公开了一种提高厚大断面连铸坯内部质量的方法,可以解决现有技术中厚大断面连铸坯中心缩孔疏松和偏析问题。本发明通过控制钢水纯净度、浇注过热度,协同采用微区振荡和凝固自补缩技术,提高铸坯内部质量。微区振荡技术有效消除铸坯内部偏析缺陷,并可以有效细化凝固组织,减轻缩孔疏松。凝固自补缩技术在后续凝固收缩过程中实现同时凝固和固态金属的塑性移动,达到高温可变形金属径向自补缩的目的,从而消除铸坯内部缩孔,并显著改善直至消除铸坯内部疏松。而对于大断面(320mm×410mm)重轨钢连铸坯中心疏松控制的一些关键的具体技术并未涉及。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种大断面重轨钢铸坯中心疏松控制的方法，采用本方法生产的大断面重轨钢坯的中心疏松能得到有效控制，铸坯其余内部质量能得到有效保障。
本发明解决其技术问题所采用的一种大断面重轨钢铸坯中心疏松控制的方法，包括以下步骤
(1)控制中包钢液过热度在25℃～35℃之间；
(2)正常浇注过程中，拉速控制在0.68m/min～0.72m/min之间；
(3)在浇注过程中于凝固末端进行压下量为15mm～20mm的压下；
(4)将结晶器电磁搅拌的搅拌强度设定为300A～400A，搅拌频率为2.0～3.0Hz；
(5)将凝固末端电磁搅拌的搅拌强度设定为300A～400A，搅拌频率为67.0～8.0Hz；
(6)控制结晶器冷却水量在3550～3650L/min之间，二冷比水量在0.31～0.35L/kg之间。
进一步的是，上述步骤(1)中，RH真空处理结束后钢液出站温度高于液相线温度55℃～65℃。
进一步的是，中包第一炉次的RH真空处理结束后，钢液过热度在72～77℃之间。
进一步的是，中包第一炉次的RH真空处理结束后，钢液过热度在75℃之间。
进一步的是，上述步骤(2)中，正常浇注过程的拉速控制为0.7m/min.
进一步的是，上述步骤(4)中，将结晶器电磁搅拌的搅拌频率设定为2.4Hz。
进一步的是，上述步骤(5)中，将凝固末端电磁搅拌的搅拌频率设定为7Hz。
进一步的是，上述步骤(6)中，二冷比水量为0.33L/kg。
本发明的有益效果是：通过对浇注过程钢液过热度进行控制，能强化浇注过程铸坯横断面温度梯度控制；通过对浇注过程正常拉速的控制，能实现与冷却强度的合理配合；通过对凝固末端进行压下量进行控制，一方面减弱中心收缩造成对高溶质浓度钢液的抽吸，另一方面实现对部分高溶质钢液中溶质的再分配提供动力学条件，实现对钢液凝固过程造成的枝晶之间及铸坯中心区域收缩的消除；通过在连铸过程中采用结晶器电磁搅拌技术+凝固末端电磁搅拌，能提高铸坯凝固组织致密性、均匀性，提高形核率；通过在浇注过程选择适当的冷却强度，能控制坯壳厚度以实现铸坯断面温度梯度及对坯壳厚度的有效控制。采用本方法生产的大断面重轨钢坯的中心疏松能得到有效控制，铸坯其余内部质量得到有效保障。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
本发明包括以下步骤
(1)控制中包钢液过热度在25℃～35℃之间；以强化浇注过程铸坯横断面温度梯度控制；
(2)正常浇注过程中，拉速控制在0.68m/min～0.72m/min之间；以实现与冷却强度的合理配合；
(3)在浇注过程中于凝固末端进行压下量为15mm～20mm的压下；以实现对钢液凝固过程造成的枝晶之间及铸坯中心区域收缩的消除；
(4)将结晶器电磁搅拌的搅拌强度设定为300A～400A，搅拌频率为2.0～3.0Hz；
(5)将凝固末端电磁搅拌的搅拌强度设定为300A～400A，搅拌频率为67.0～8.0Hz；以提高铸坯凝固组织致密性、均匀性，提高形核率；
(6)控制结晶器冷却水量在3550～3650L/min之间，二冷比水量在0.31～0.35L/kg之间；控制坯壳厚度以实现铸坯断面温度梯度及坯壳厚度的有效控制。
实施例1
该实施例是某炼钢厂采用本技术发明的技术方法生产大断面(320mm×410mm)重轨钢U75V连铸坯。生产过程实际控制情况为：真空处理结束后出站温度为高于液相线温度56℃～65℃，中包第一炉次出站温度为74℃。中包实际过热度控制范围为24℃～33℃，平均30℃。浇注过程正常拉速控制在0.68m/min～0.72m/min，保持0.71m/min(恒速浇注)比例达81.1％。凝固末端实际压下量为17.2mm。结晶器电磁搅拌的搅拌强度设定为300A，搅拌频率为2.4Hz；凝固末端电磁搅拌的搅拌强度设定为350A，搅拌频率为7.0Hz。结晶器实际水量控制为3588L/min，二冷水比水量实际控制为0.31L/kg。
浇注完毕后，对重轨钢U75V连铸坯进行低倍检测，以对铸坯内部质量进行检测，检测结果显示铸坯中心疏松评级为0～0.5级，其余质量指标全部满足要求，其控制水平与生产技术成熟的重轨钢生产断面(280mm×380mm)相当。跟踪钢轨性能检测得出，钢轨致密度控制在0.91～0.94，致密度得到有效控制，钢轨其余性能指标全部满足指标要求。
实施例2
该实施例是某炼钢厂采用本技术发明的技术方法生产大断面(320mm×410mm)重轨钢U71Mn连铸坯。生产过程实际控制情况为：真空处理结束后出站温度为高于液相线温度57℃～67℃，中包第一炉次出站温度为73℃。中包实际过热度控制范围为26℃～35℃，平均31℃。浇注过程正常拉速控制在0.68m/min～0.71m/min，保持0.70m/min(恒速浇注)比例达77.7％。凝固末端实际压下量为16.8mm。结晶器电磁搅拌的搅拌强度设定为400A，搅拌频率为2.4Hz；凝固末端电磁搅拌的搅拌强度设定为350A，搅拌频率为7.0Hz。结晶器实际水量控制为3579L/min，二冷水比水量实际控制为0.34L/kg。
浇注完毕后，对重轨钢U71Mn连铸坯进行低倍检测，以对铸坯内部质量进行检测，检测结果显示铸坯中心疏松评级为0～0.5级，其余质量指标全部满足要求，其控制水平与生产技术成熟的重轨钢生产断面(280mm×380mm)相当。跟踪钢轨性能检测得出，钢轨致密度控制在0.90～0.94，致密度得到有效控制，钢轨其余性能指标全部满足指标要求。
实施例3
该实施例是某炼钢厂采用本技术发明的技术方法生产大断面(320mm×410mm)重轨钢U78CrV连铸坯。生产过程实际控制情况为：真空处理结束后出站温度为高于液相线温度57℃～66℃，中包第一炉次出站温度为74℃。中包实际过热度控制范围为26℃～33℃，平均31℃。浇注过程正常拉速控制在0.69m/min～0.71m/min，保持0.70m/min(恒速浇注)比例达81.8％。凝固末端实际压下量为17.5mm。结晶器电磁搅拌的搅拌强度设定为350A，搅拌频率为2.4Hz；凝固末端电磁搅拌的搅拌强度设定为350A，搅拌频率为7.0Hz。结晶器实际水量控制为3603L/min，二冷水比水量实际控制为0.30L/kg。
浇注完毕后，对重轨钢U78CrV连铸坯进行低倍检测，以对铸坯内部质量进行检测，检测结果显示铸坯中心疏松评级为0～0.5级，其余质量指标全部满足要求，其控制水平与生产技术成熟的重轨钢生产断面(280mm×380mm)相当。跟踪钢轨性能检测得出，钢轨致密度控制在0.90～0.96，致密度得到有效控制，钢轨其余性能指标全部满足指标要求。
上述实施实例说明，通过采用本技术发明后，大断面(320mm×410mm)重轨钢铸坯质量得到有效控制，特别地铸坯中心疏松得到了有效控制，铸坯结晶组织均匀性及铸坯致密度都得到了有效控制，进一步地，对应钢轨轨腰致密度的控制也得到了有效的保障。

Claims (8)

1.一种大断面重轨钢铸坯中心疏松控制的方法，特征在于：包括以下步骤
(1)控制中包钢液过热度在25℃～35℃之间；
(2)正常浇注过程中，拉速控制在0.68m/min～0.72m/min之间；
(3)在浇注过程中于凝固末端进行压下量为15mm～20mm的压下；
(4)将结晶器电磁搅拌的搅拌强度设定为300A～400A，搅拌频率为2.0～3.0Hz；
(5)将凝固末端电磁搅拌的搅拌强度设定为300A～400A，搅拌频率为67.0～8.0Hz；
(6)控制结晶器冷却水量在3550～3650L/min之间，二冷比水量在0.31～0.35L/kg之间。
2.根据权利要求1所述的一种大断面重轨钢铸坯中心疏松控制的方法，其特征在于：
所述步骤(1)中，RH真空处理结束后钢液出站温度高于液相线温度55℃～65℃。
3.根据权利要求2所述的一种大断面重轨钢铸坯中心疏松控制的方法，其特征在于：
中包第一炉次的RH真空处理结束后，钢液过热度控制在72℃～77℃之间。
4.根据权利要求3所述的一种大断面重轨钢铸坯中心疏松控制的方法，其特征在于：
中包第一炉次的RH真空处理结束后，钢液过热度控制在75℃。
5.根据权利要求1所述的一种大断面重轨钢铸坯中心疏松控制的方法，其特征在于：
所述步骤(2)中，正常浇注过程的拉速控制为0.7m/min。
6.根据权利要求1所述的一种大断面重轨钢铸坯中心疏松控制的方法，其特征在于：
所述步骤(4)中，将结晶器电磁搅拌的搅拌频率设定为2.4Hz。
7.根据权利要求1所述的一种大断面重轨钢铸坯中心疏松控制的方法，其特征在于：
所述步骤(5)中，将凝固末端电磁搅拌的搅拌频率设定为7Hz。
8.根据权利要求1所述的一种大断面重轨钢铸坯中心疏松控制的方法，其特征在于：
所述步骤(6)中，二冷比水量为0.33L/kg。
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