CN106811679A - 一种消除高碳钢小方坯表面不规则振痕的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种消除高碳钢小方坯表面不规则振痕的方法，在不改变原连铸工艺参数的前提下，合理精确化选择保护渣理化参数，所选择的结晶器保护渣四元碱度R{w(CaO)+w(MgO)}/{w(SiO2)+w(Al2O3)}为0.64～0.70，保护渣熔化温度Tm(℃)与浇注钢种中最低液相线温度Tl(℃)满足关系Tl‑450≤Tm≤Tl‑420，保护渣黏度η(Pa·s，1300℃)与拉速v(m/min)满足关系η＝0.4/v+0.02；同时，合理准确地设置结晶器正弦振动参数，结晶器振频f(次/min)与拉速v(m/min)满足关系f＝‑16v2+23v+220，结晶器振幅s(mm)与拉速v(m/min)满足关系s＝‑0.8v2+2v+3.8。本发明通过上述生产方法能够稳定合理地控制高碳钢保护渣消耗量，保证铸坯与结晶器间的润滑效果，消除高碳钢小方坯表面不规则振痕，稳定控制铸坯的表面质量，并提高最终产品的质量。

Description

一种消除高碳钢小方坯表面不规则振痕的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域。具体涉及一种消除高碳钢小方坯表面不规则振痕的方法。
背景技术
振痕是结晶器周期性振动作用下铸坯表面形成的具有一定深度的横向皱折。一般地，规则的振痕属于连铸坯正常的表面形貌，不会给最终产品质量带来影响。然而，形状紊乱、异常的振痕则可能增加表面裂纹及卷渣缺陷的发生概率，并在后续轧制过程中难以轧合，导致轧材返废。
高碳钢作为一类优质碳素钢在国民生产中有着广泛的用途，其经适当热处理或冷拔硬化后，具有高的强度和硬度、高的弹性极限和疲劳极限。高碳钢与低碳钢相比，高碳钢中C、P、S偏析大，高温塑性较差，其在结晶器内初生坯壳强度较低，在钢液静压力作用下坯壳和结晶器壁接触紧密。这一方面阻碍了保护渣液渣向坯壳与结晶器壁间的流入，另一方面增加了坯壳表面与结晶器壁的接触摩擦。此外，高碳钢的液相线温度较低，钢水浇注温度要低于其它钢种，不利于保护渣的熔化，从而影响保护渣向结晶器壁和铸坯之间的流入。由此可以看出，高碳钢坯壳在凝固过程中与结晶器壁接触紧密，易产生较大的摩擦力、铸坯与结晶器间润滑不良等问题，常常导致铸坯表面振痕不规则。
目前，针对上述问题，改善高碳钢铸坯表面不规则振痕的思路主要从改善铸坯与结晶器间润滑效果出发，保证合理的保护渣消耗量，减小结晶器壁与铸坯的摩擦力，途径主要有：1)调整连铸工艺参数；2)优化保护渣理化性能；3)改进结晶器振动参数等。调整连铸工艺参数主要是降低拉速，以达到增大保护渣消耗量的目的，然而，过分地减小拉速会降低连铸机的生产效率，也会影响整个生产调度的节奏，不具有实际意义。优化保护渣性能主要是选择合理的保护渣理化参数，包括保护渣黏度、熔化温度及碱度等，然而，在实际生产过程中，随着浇注钢种、断面、连铸工艺参数特别是拉速的变化，保护渣黏度及熔化温度很难满足变化的生产要求，常根据经验来选择，没有良好的适用性和稳定性，此外，目前保护渣的碱度一般用二元碱度来表示，即w(CaO)/w(SiO2)，这往往忽视了保护渣中其它主要成分的影响，不能准确地描述保护渣的性质。改进结晶器振动参数主要是调整合适的振动频率及振幅，一般地，结晶器正弦振动频率、振幅与拉速成正相关的线性关系，振动频率与振幅是拉速的增函数，而保护渣消耗量是拉速、振频的减函数，铸坯与结晶器间的最大摩擦力是结晶器振动速度和拉坯速度的增函数，若拉速增加，振动频率和振动速度也会增加，这会进一步降低保护渣的消耗量，增大铸坯与结晶器间的摩擦力，导致坯壳与结晶器的润滑效果进一步恶化。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种消除高碳钢小方坯表面不规则振痕的方法，通过合理选择保护渣理化参数、结晶器振动参数方面进行控制。该方法能够稳定控制合适的高碳钢保护渣消耗量，保证铸坯与结晶器间的润滑效果，消除高碳钢小方坯表面不规则振痕。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一种消除高碳钢小方坯表面不规则振痕的方法，该高碳钢小方坯的生产流程包括：转炉或电炉→LF精炼→小方坯连铸，其化学成分按照质量百分比计包括：C 0.60～1.10％，Si 0.10～0.50％，Mn 0.20～1.20％，P≤0.018％，S≤0.015％，其它合金元素≤0.5％，余量为铁及不可避免的杂质；连铸过程中结晶器保护渣主要理化参数如下：
保护渣四元碱度R为0.64～0.70，R＝{w(CaO)+w(MgO)}/{w(SiO2)+w(Al2O3)}；
保护渣熔化温度满足Tl-450≤Tm≤Tl-420，其中，Tm为保护渣熔化温度，℃，Tl为浇注高碳钢钢种中的最低液相线温度，℃；
保护渣黏度满足η＝0.4/v+0.02，其中，η为保护渣黏度，Pa·s，1300℃，v为拉速，m/min；
连铸过程中振动参数控制如下：
结晶器采用正弦振动，振动频率满足f＝-16v2+23v+220，其中，f为结晶器振频，次/min，v为拉速，m/min；
振动振幅满足s＝-0.8v2+2v+3.8，其中，s为结晶器振幅，mm，v为拉速，m/min。
进一步，所述的消除高碳钢小方坯表面不规则振痕的方法中高碳钢小方坯断面为(130×130)～(160×160)mm2，中间包钢水的过热度控制在25～35℃，拉速为1.25～2.80m/min。
更进一步，所述的消除高碳钢小方坯表面不规则振痕的方法中连铸过程中结晶器冷却水量为1750～1850L/min，结晶器振动的负滑脱时间为0.10～0.12s。
与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：
1.本发明合理精确地选择保护渣理化参数，采用了四元碱度，与一般保护渣采用的二元碱度相比更为准确，同时，充分考虑了保护渣熔化温度、黏度与浇注钢种、断面、连铸拉速间的变化关系，能够适应不同的连铸生产工艺，具有较强的适用性。
2.本发明合理准确设置结晶器振动参数，采用结晶器振动参数与拉速成二次函数的关系，保证合适的振动参数范围，并在工作拉速下振动参数与拉速成减函数关系，从而保证即使在高拉速下也能保持有合理的保护渣消耗量。
3.不改变连铸本身的工艺参数，从而不会影响连铸机的生产节奏以及生产效率。
4.本发明通过精确选择结晶器冷却水量，并合理设置结晶器振动参数，稳定控制保护渣消耗量不低于0.3kg/t，从而保证铸坯与结晶器间的润滑效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明
实施例1
某车间生产高碳钢65Mn时，所冶炼的高碳钢钢水的化学成分按照质量百分比计包括：C 0.64％，Si 0.25％，Mn 0.95％，P 0.015％，S 0.012％，余量为铁及不可避免的杂质。生产的高碳钢钢种中液相线温度最低为1460℃，连铸机生产断面为140×140mm2。连铸时，中间包过热度为30～34℃，结晶器冷却水量为1800L/min，连铸机工作拉速稳定在2.5m/min，所选择的结晶器保护渣四元碱度R{w(CaO)+w(MgO)}/{w(SiO2)+w(Al2O3)}为0.70，保护渣熔化温度Tm(℃)与浇注所有钢种中最低液相线温度Tl(℃)满足关系Tl-450≤Tm≤Tl-420，保护渣黏度η(Pa·s,1300℃)与拉速v(m/min)满足关系η＝0.4/v+0.02，保护渣主要理化参数如表1所示，其中熔化温度为半球点法所测量温度。
表1高碳钢保护渣主要理化参数
保护渣类型 黏度1300℃/(Pa·S) 熔化温度/℃ 四元碱度
高碳保护渣 0.18 1010～1040 0.70
结晶器采用正弦振动，结晶器振频f(次/min)与拉速v(m/min)满足关系f＝-16v2+23v+220，结晶器振幅s(mm)与拉速v(m/min)满足关系s＝-0.8v2+2v+3.8，结晶器主要振动参数如表2所示。
表2结晶器主要振动参数
振幅/mm 负滑脱时间/s
140×140 2.5 177 3.6 0.10
经测量，该连铸过程中保护渣消耗量为0.32kg/t。连铸结束后，对所生产的炉次随机取铸坯样品，热酸洗后观察铸坯表面质量，可见采用本发明生产的高碳钢65Mn铸坯质量良好，表面振痕正常有规则。
对比实施例1
某车间生产高碳钢65Mn时，所冶炼的高碳钢钢水的化学成分按照质量百分比计包括：C 0.64％，Si 0.25％，Mn 0.95％，P 0.015％，S 0.012％，余量为铁及不可避免的杂质。连铸机生产断面为140×140mm2，连铸时，中间包过热度为30～34℃，结晶器冷却水量为1800L/min，连铸机工作拉速稳定在2.5m/min，采用的保护渣主要理化参数如表3所示，其中熔化温度为半球点法所测量温度，碱度为二元碱度w(CaO)/w(SiO2)。
表3高碳钢保护渣主要理化参数
保护渣类型 黏度1300℃/(Pa·S) 熔化温度/℃ 二元碱度
高碳保护渣 0.46 1066 0.60
结晶器采用正弦振动，采用的结晶器主要振动参数如表4所示。
表4结晶器主要振动参数
振幅/mm 负滑脱时间/s
140×140 2.5 200 4.5 0.11
经测量，该连铸过程中保护渣消耗量仅为0.20kg/t。连铸结束后，对所生产的炉次随机取铸坯样品，热酸洗后观察铸坯表面质量，可见未采用本发明生产的高碳钢65Mn铸坯表面出现了振痕弯曲、外凸的现象，给铸坯质量带来了不利影响。
实施例2
某车间生产高碳钢80#钢时，所冶炼的高碳钢钢水的化学成分按照质量百分比计包括：C 0.80％，Si 0.22％，Mn 0.56％，P 0.014％，S 0.010％，余量为铁及不可避免的杂质。生产的高碳钢钢种中液相线温度最低为1450℃，连铸机生产断面为150×150mm2。连铸时，中间包过热度为28～32℃，结晶器冷却水量为1840L/min，连铸机工作拉速稳定在2.2m/min，所选择的结晶器保护渣四元碱度R{w(CaO)+w(MgO)}/{w(SiO2)+w(Al2O3)}为0.68，保护渣熔化温度Tm(℃)与浇注所有钢种中最低液相线温度Tl(℃)满足关系Tl-450≤Tm≤Tl-420，保护渣黏度η(Pa·s,1300℃)与拉速v(m/min)满足关系η＝0.4/v+0.02，保护渣主要理化参数如表5所示，其中熔化温度为半球点法所测量温度。
表5高碳钢保护渣主要理化参数
保护渣类型 黏度1300℃/(Pa·S) 熔化温度/℃ 四元碱度
高碳保护渣 0.20 1000～1030 0.68
结晶器采用正弦振动，结晶器振频f(次/min)与拉速v(m/min)满足关系f＝-16v2+23v+220，结晶器振幅s(mm)与拉速v(m/min)满足关系s＝-0.8v2+2v+3.8，结晶器主要振动参数如表6所示。
表6结晶器主要振动参数
振幅/mm 负滑脱时间/s
150×150 2.2 193 4.3 0.11
经测量，该连铸过程中保护渣消耗量为0.40kg/t。连铸结束后，对所生产的炉次随机取铸坯样品，热酸洗后观察铸坯表面质量，可见采用本发明生产的高碳钢80#铸坯质量良好，表面振痕正常有规则。
对比实施例2
某车间生产高碳钢80#钢时，所冶炼的高碳钢钢水的化学成分按照质量百分比计包括：C 0.80％，Si 0.22％，Mn 0.56％，P 0.014％，S 0.010％，余量为铁及不可避免的杂质。连铸机生产断面为150×150mm2，连铸时，中间包过热度为28～32℃，结晶器冷却水量为1840L/min，连铸机工作拉速稳定在2.2m/min，采用的保护渣主要理化参数如表7所示，其中熔化温度为半球点法所测量温度，碱度为二元碱度w(CaO)/w(SiO2)。
表7高碳钢保护渣主要理化参数
保护渣类型 黏度1300℃/(Pa·S) 熔化温度/℃ 二元碱度
高碳保护渣 0.46 1066 0.60
结晶器采用正弦振动，采用的结晶器主要振动参数如表8所示。
表8结晶器主要振动参数
振幅/mm 负滑脱时间/s
150×150 2.2 200 4.5 0.12
经测量，该连铸过程中保护渣消耗量仅为0.22kg/t。连铸结束后，对所生产的炉次随机取铸坯样品，热酸洗后观察铸坯表面质量，可见未采用本发明生产的高碳钢80#铸坯表面出现了振痕弯曲、结疤、外凸的现象，给铸坯质量带来了不利影响。
实施例3
某车间生产高碳钢70#钢时，所冶炼的高碳钢钢水的化学成分按照质量百分比计包括：C 0.70％，Si 0.20％，Mn 0.58％，P 0.012％，S 0.010％，余量为铁及不可避免的杂质。生产的高碳钢钢种中液相线温度最低为1455℃，连铸机生产断面为140×140mm2。连铸时，中间包过热度为26～32℃，结晶器冷却水量为1820L/min，连铸机工作拉速稳定在2.4m/min，所选择的结晶器保护渣四元碱度R{w(CaO)+w(MgO)}/{w(SiO2)+w(Al2O3)}为0.66，保护渣熔化温度Tm(℃)与浇注所有钢种中最低液相线温度Tl(℃)满足关系Tl-450≤Tm≤Tl-420，保护渣黏度η(Pa·s,1300℃)与拉速v(m/min)满足关系η＝0.4/v+0.02，保护渣主要理化参数如表9所示，其中熔化温度为半球点法所测量温度。
表9高碳钢保护渣主要理化参数
保护渣类型 黏度1300℃/(Pa·S) 熔化温度/℃ 四元碱度
高碳保护渣 0.19 1005～1035 0.66
结晶器采用正弦振动，结晶器振频f(次/min)与拉速v(m/min)满足关系f＝-16v2+23v+220，结晶器振幅s(mm)与拉速v(m/min)满足关系s＝-0.8v2+2v+3.8，结晶器主要振动参数如表10所示。
表10结晶器主要振动参数
振幅/mm 负滑脱时间/s
140×140 2.4 183 4.0 0.11
经测量，该连铸过程中保护渣消耗量为0.35kg/t。连铸结束后，对所生产的炉次随机取铸坯样品，热酸洗后观察铸坯表面质量，可见采用本发明生产的高碳钢70#铸坯质量良好，表面振痕正常有规则。
对比实施例3
某车间生产高碳钢70#钢时，所冶炼的高碳钢钢水的化学成分按照质量百分比计包括：C 0.70％，Si 0.20％，Mn 0.58％，P 0.012％，S 0.010％，余量为铁及不可避免的杂质。连铸机生产断面为140×140mm2，连铸时，中间包过热度为26～32℃，结晶器冷却水量为1820L/min，连铸机工作拉速稳定在2.4m/min，采用的保护渣主要理化参数如表11所示，其中熔化温度为半球点法所测量温度，碱度为二元碱度w(CaO)/w(SiO2)。
表11高碳钢保护渣主要理化参数
保护渣类型 黏度1300℃/(Pa·S) 熔化温度/℃ 二元碱度
高碳保护渣 0.46 1066 0.60
结晶器采用正弦振动，采用的结晶器主要振动参数如表12所示。
表12结晶器主要振动参数
振幅/mm 负滑脱时间/s
140×140 2.4 200 4.5 0.11
经测量，该连铸过程中保护渣消耗量仅为0.19kg/t。连铸结束后，对所生产的炉次随机取铸坯样品，热酸洗后观察铸坯表面质量，可见未采用本发明生产的高碳钢70#铸坯表面出现了振痕弯曲、结疤、外凸的现象，给铸坯质量带来不利影响。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种消除高碳钢小方坯表面不规则振痕的方法，该高碳钢小方坯的生产流程包括：转炉或电炉→LF精炼→小方坯连铸，其化学成分按照质量百分比计包括：C 0.60～1.10％，Si 0.10～0.50％，Mn 0.20～1.20％，P≤0.018％，S≤0.015％，其它合金元素≤0.5％，余量为铁及不可避免的杂质；其特征在于，连铸过程中结晶器保护渣主要理化参数如下：
保护渣四元碱度R为0.64～0.70，R＝{w(CaO)+w(MgO)}/{w(SiO2)+w(Al2O3)}；
保护渣熔化温度满足Tl-450≤Tm≤Tl-420，其中，Tm为保护渣熔化温度，℃，Tl为浇注高碳钢钢种中的最低液相线温度，℃；
保护渣黏度满足η＝0.4/v+0.02，其中，η为保护渣黏度，Pa·s，1300℃，v为拉速，m/min；
连铸过程中振动参数控制如下：
结晶器采用正弦振动，振动频率满足f＝-16v2+23v+220，其中，f为结晶器振频，次/min，v为拉速，m/min；
振动振幅满足s＝-0.8v2+2v+3.8，其中，s为结晶器振幅，mm，v为拉速，m/min。
2.根据权利要求1所述的消除高碳钢小方坯表面不规则振痕的方法，其特征在于，所述的高碳钢小方坯断面为(130×130)～(160×160)mm2，中间包钢水的过热度控制在25～35℃，拉速为1.25～2.80m/min。
3.根据权利要求1或2所述的消除高碳钢小方坯表面不规则振痕的方法，其特征在于，所述的连铸过程中结晶器冷却水量为1750～1850L/min，结晶器振动的负滑脱时间为0.10～0.12s。
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