CN106834947A - 一种大矫直应变c级角钢连铸工艺 - Google Patents

一种大矫直应变c级角钢连铸工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大矫直应变条件下的C级含铝角钢连铸工艺，属于炼钢及连铸技术领域。主要基于钢液成分，连铸机运行参数，二冷区冷却条件，结晶器振动参数，保护渣成分等方面提出新的措施，使铸坯在进行大矫直时仍可稳定生产合格产品。主要为在钢液中添加百分含量为0.02～0.04％的钛，二冷区喷嘴的安装布置能够确保铸坯四面冷却均匀，结晶器、足辊段和二冷区采用弱冷制度，使矫直段铸坯角部不产生暗角，结晶器振动频率设计为140～160次/min，并采用低碱度CaO‑SiO2渣系高铝钢专用保护渣。通过采用此综合工艺方法，铸坯合格率为100％，轧后钢材合格率达到95％。

Description

一种大矫直应变C级角钢连铸工艺
技术领域
本发明涉及钢铁冶金炼钢及连铸技术领域，尤其涉及一种大矫直应变C级角钢连铸工艺。
背景技术
近几年来，Q420等强度更高的钢种在特高压输电工程中得到了广泛的应用和研究，过去曾采用的Q235、Q345等钢材已无法满足电力铁塔大型化、高载荷的使用要求，据报道使用Q420级角钢代替Q345级角钢可平均降低用钢量20％左右。根据国标GB/T1591-2008对低合金高强度结构钢的要求，对于Q420C钢，成分上要求Al≥0.015％，性能上(厚度≤16mm规格)，要求屈服强度≥420MPa，抗拉强度为520～680MPa，断面伸长率≥19％，0℃下的纵向冲击功≥34J。Q420C相比Q420B最主要的差别在于对Al含量的要求，而含铝钢将在钢中沿奥氏体晶界析出AlN，降低钢的热塑性，使铸坯容易产生横裂纹，从而影响铸坯的质量和轧材的性能。
对于带液芯多点矫直的连铸机，铸坯矫直产生的应变一般不能超过许用值，当连铸机半径为6m时，在铸坯断面为180mm×180mm的条件下，铸坯矫直应变基本处于临界状态，铸坯在矫直过程中承受较大的变形量，严重恶化连铸坯内部质量，且在轧制过程中易出现开裂废品，尤其是在试验铝含量为0.020％的角钢时，轧材开裂率接近30％，无法满足生产需要。
研究表明，当铸坯表面一旦形成微裂纹和皮下气泡等缺陷后，对于大型角钢轧制过程中极易在角部形成开裂，目前国内还尚未报道在铸坯大矫直条件下稳定生产此类C级含铝角钢的实例。因此，有必要提出全方位的生产工艺技术和措施，针对连铸各个工序制定相应的工艺，特别是解决在含Al条件下的铸坯质量问题，有助于实现炼钢工艺控制标准化，提高标准化作业水平，保证钢水质量的稳定，提高产品的质量。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种大矫直应变C级角钢连铸工艺，用以解决现有大型角钢轧制过程中极易在角部形成开裂的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种大矫直应变C级角钢连铸工艺，该大矫直应变C级角钢连铸工艺使用的钢液的成分及其质量百分数为：C：0.16～0.19％，Mn：1.38～1.45％，Si：0.25～0.35％，S、P≤0.030％，V：0.06～0.09％，N：0.006～0.010％，Al：0.017～0.022％，Ti：0.02～0.04％；
大矫直应变C级角钢连铸工艺包括以下步骤：
S1、转炉冶炼工序；
S2、钢包精炼炉精炼工序；
S3、连铸工序；
S4、加热轧制工序；
步骤S1-S4中，每步均以70t钢液为单位进行各个步骤
步骤S3中，结晶器水量为140～150t/h，足辊段水量为7.0～7.5t/h，二冷一段水量为5.5～6.5t/h，二冷二段关闭，铸坯矫直温度≥950℃。
步骤S1具体为：
在出钢前加入增碳剂进行脱氧；
出钢1/4时，加入钢砂铝进行脱氧、加入硅锰合金进行合金化、加入石灰、加入VN合金和钒铁；
出钢1/4时开始加入合金料，出钢至3/4时，全部加完。
步骤S1中：
出钢过程及氩站采用大流量底吹氩气且不裸露钢液面；
增碳剂的加入量为每70t钢液加入10-20kg；
钢铝砂的加入量为每70t钢液加入35-45kg；
硅锰合金的加入量为每70t钢液加入1300-1400kg；
石灰的加入量为每70t钢液加入250-350kg；
VN合金的加入量为每70t钢液加入50-60kg；
钒铁的加入量为每70t钢液加入10-20kg。
步骤S2具体为：
精炼炉进站通电造白渣，精炼渣采用高碱度还原渣系；
钢包精炼炉造好泡沫渣后，加入钛线；
用铝线段及电石进行渣面脱氧，进站化渣后加入铝粒，每次起弧后，加入铝粒；
连铸第一包Ca/Als＝0.10～0.14，连浇炉次按Ca/Als＝0.10控制。
步骤S2中：
精炼渣终点成分按质量百分比为：CaO为50～55％，SiO2为16～18％，Al2O3为14～17％，MgO为6～8％，FeO+MnO≤1.0％；且精炼渣的碱度为2.8～3.2；
加入钛线后，确保中间包成分的含钛量波动范围在重质量的0.02～0.04％；
进站化渣后加入铝粒的量为每70t钢液加入15-25kg；每次起弧后加入铝粒的量为每70t钢液加入10-20kg；
精炼起弧时间控制15～25min，精炼周期控制40～50min以内，软吹时间≥12min，保证钢水不裸露，关气后静置2min出站。
步骤S3具体为：
采用镁质板中间包，中间包上水口直径30-35mm，中间包液面高于400mm开浇，开浇后使用无碳低硅覆盖剂；
大包采用长水口保护浇铸；
结晶器保护渣使用含铝钢保护渣；
采用圆角半径为r＝10mm的结晶器以减少铸坯角部传热，结晶器液面高度为780-800mm，浸入式水口插入深度为50-80mm。
步骤S3中，含铝钢保护渣的成分按质量百分比为：SiO2：30～34％，CaO：28～32％，MgO：3～4％，Fe2O3：1～3％，Al2O3：3～5％，Na2O：6～8％，F：3～6％，C：8～10％；
含铝钢保护渣的熔点为1150-1160℃，粘度为0.55-0.75Pa·s。
步骤S3中，结晶器振动频率为140～160次/min，振幅为3～5mm；
铸坯拉速为1.2～1.4m/min，中间包温度严格控制在1550℃以下，浇铸过热度为15～30℃。
足辊段喷嘴从上至下角部喷嘴全部关闭，在喷淋管下端安装夹持框架，夹持框架尺寸为500mm×500mm的正方形钢结构，外侧与钢结构横梁焊连，内侧与喷嘴连接座板焊连，使喷淋管可以持续稳定地对铸坯进行水冷。
S4中，开轧温度控制为1100～1150℃，终轧温度控制为800～850℃，轧后采用空冷，保持钢材均匀冷却。
本发明有益效果如下：
1、通过在钢水成分中添加一定含量的Ti，降低AlN的危害，使AlN质点在晶界处变得粗大，延性增强，降低了铸坯的横裂纹敏感性。
2、通过连铸各段水量调节、结晶器设备参数以及二冷喷水设备结构等的调整，铸坯的不均匀冷却得到解决，特别是铸坯角部过冷问题，同时防止铸坯在第三脆性区矫直，减少了铸坯表面横裂纹的产生。
3、通过添加新型高铝钢专用保护渣，促进结晶器的传热效果，防止了初始坯壳的粘结，使铸坯表面振痕间距均匀，振痕深度变浅。
4、通过所述的工艺措施，试验的钢种连铸过程稳定，铸坯无缺陷产生，轧后钢材合格率达到95％以上，可以顺利开发生产出不同规格C级系列含铝角钢。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为大矫直应变C级角钢连铸工艺中使用的二冷喷淋布置结构的示意图；
图2为大矫直应变C级角钢连铸工艺中铸坯表面和角部温度变化关系的示意图。
图中：1-铸坯、2-喷嘴、3-喷嘴连接座板、4-夹持框架、5-钢结构支撑墙、6-钢结构横梁。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
一种大矫直应变C级角钢连铸工艺，该大矫直应变C级角钢连铸工艺使用的钢液的成分及其质量百分数为：C：0.16～0.19％，Mn：1.38～1.45％，Si：0.25～0.35％，S、P≤0.030％，V：0.06～0.09％，N：0.006～0.010％，Al：0.017～0.022％，Ti：0.02～0.04％；
大矫直应变C级角钢连铸工艺包括以下步骤：
S1、转炉冶炼工序；
S2、钢包精炼炉精炼工序；
S3、连铸工序；
S4、加热轧制工序；
步骤S1-S4中，每步均以70t钢液为单位进行各个步骤；
步骤S3中，结晶器水量为140～150t/h，足辊段水量为7.0～7.5t/h，二冷一段水量为5.5～6.5t/h，二冷二段关闭，铸坯矫直温度≥950℃。
步骤S1具体为：
在出钢前加入增碳剂进行脱氧；
出钢1/4时，加入钢砂铝进行脱氧、加入硅锰合金进行合金化、加入石灰、加入VN合金和钒铁；
出钢1/4时开始加入合金料，出钢至3/4时，全部加完。
步骤S1中：
出钢过程及氩站采用大流量底吹氩气且不裸露钢液面；
增碳剂的加入量为每70t钢液加入10-20kg；
钢铝砂的加入量为每70t钢液加入35-45kg；
硅锰合金的加入量为每70t钢液加入1300-1400kg；
石灰的加入量为每70t钢液加入250-350kg；
VN合金的加入量为每70t钢液加入50-60kg；
钒铁的加入量为每70t钢液加入10-20kg。
步骤S2具体为：
精炼炉进站通电造白渣，精炼渣采用高碱度还原渣系；
钢包精炼炉造好泡沫渣后，加入钛线；
用铝线段及电石进行渣面脱氧，进站化渣后加入铝粒，每次起弧后，加入铝粒；
连铸第一包Ca/Als＝0.10～0.14，连浇炉次按Ca/Als＝0.10控制。
步骤S2中：
精炼渣终点成分按质量百分比为：CaO为50～55％，SiO2为16～18％，Al2O3为14～17％，MgO为6～8％，FeO+MnO≤1.0％；且精炼渣的碱度为2.8～3.2；
加入钛线后，确保中间包成分的含钛量波动范围在重质量的0.02～0.04％；
进站化渣后加入铝粒的量为每70t钢液加入15-25kg；每次起弧后加入铝粒的量为每70t钢液加入10-20kg；
精炼起弧时间控制15～25min，精炼周期控制40～50min以内，软吹时间≥12min，保证钢水不裸露，关气后静置2min出站。
步骤S3具体为：
采用镁质板中间包，中间包上水口直径30-35mm，中间包液面高于400mm开浇，开浇后使用无碳低硅覆盖剂；
大包采用长水口保护浇铸；
结晶器保护渣使用含铝钢保护渣；
采用圆角半径为r＝10mm的结晶器以减少铸坯角部传热，结晶器液面高度为780-800mm，浸入式水口插入深度为50-80mm。
步骤S3中，含铝钢保护渣的成分按质量百分比为：SiO2：30～34％，CaO：28～32％，MgO：3～4％，Fe2O3：1～3％，Al2O3：3～5％，Na2O：6～8％，F：3～6％，C：8～10％；
含铝钢保护渣的熔点为1150-1160℃，粘度为0.55-0.75Pa·s。
步骤S3中，结晶器振动频率为140～160次/min，振幅为3～5mm；
铸坯拉速为1.2～1.4m/min，中间包温度严格控制在1550℃以下，浇铸过热度为15～30℃。
足辊段喷嘴从上至下角部喷嘴全部关闭，在喷淋管下端安装夹持框架4，夹持框架4尺寸为500mm×500mm的正方形钢结构，夹持框架4的外侧与钢结构横梁6焊连，钢结构横梁6与钢结构支撑墙5焊接，夹持框架4的四条边的内侧分别焊接有喷嘴连接座板3，每个喷嘴连接座板3上设有8-10个喷嘴2，铸坯1从夹持框架4内部穿过，使喷淋管可以持续稳定地对铸坯1进行水冷。
S4中，开轧温度控制为1100～1150℃，终轧温度控制为800～850℃，轧后采用空冷，保持钢材均匀冷却。
本发明按照以下工艺路线进行具体实施：转炉冶炼→LF精炼→连铸过程→轧制，重点控制铸坯凝固和矫直过程。以某次试验的C级角钢(Q420C钢种)冶炼生产过程为具体实施例，Q420C的主要化学成分控制由表1可见。
表1 Q420C化学成分
一、转炉工序实施步骤
(1)转炉冶炼制度
选用S≤0.030％的优质铁水，第一炉冶炼Q420B，第二炉开始冶炼Q420C，采用红包出钢，转炉出钢量约70t，选择正常周转洁净钢包，复吹采用氮氩切换，出钢采用氩气。转炉终点成分控制：C：0.08～0.13％，S≤0.035％，P≤0.020％。转炉终点进行定氧操作。
(2)脱氧及合金化
脱氧剂：采用钢砂铝脱氧。钢砂铝在转炉炉后一次性加足，精炼过程不对钢中铝进行调整。合金料加入顺序：脱氧剂→硅锰合金(硅铁)、增碳剂、300kg石灰→VN合金和钒铁，试验中具体操作步骤如下：①在出钢前期先加入15kg增碳剂进行预脱氧；②出钢1/4时，加钢砂铝40kg进行脱氧；③加入硅锰合金进行合金化，同时加入剩余的钢砂铝和增碳剂；④加入VN合金和钒铁。出钢1/4后开始加入合金料，出钢至3/4时加完。出钢过程及氩站采用大流量底吹氩气且不裸露钢液面。出钢后大气吹氩1min后关闭并测温取样，然后加盖开出。出钢过程中的下渣量控制为≤5kg/t钢。
二、LF精炼工序实施步骤
(1)精炼炉进站通电造白渣，精炼渣采用高碱度还原渣系，精炼渣终点成分：CaO为50～55％，SiO2为16～18％，Al2O3为14～17％，MgO为6～8％，FeO+MnO≤1.0，碱度为2.8～3.2。
(2)LF炉造好泡沫渣后，加入钛线，中间包成分的含钛量波动范围在0.02～0.04％。
(3)用铝线段及电石进行渣面脱氧，进站化渣后加入铝粒20kg，每次起弧后，加入铝粒10～20kg。铝粒加入量≥50kg，电石加入量20～50kg，保障渣还原性及埋弧效果良好，埋弧不好时可适当采用碳化硅、发泡剂埋弧。白渣保持时间≥10min。
(4)连铸第一包Ca/Als＝0.10～0.14，连浇炉次按Ca/Als＝0.10控制。根据化验Als量计算喂线量，以目标Als为180×10-6喂线，每米铝线增Als为2.7×10-6，喂线速度2～3m/s。钢水软吹前喂钙线进行钙处理，钙线收得率按10％计，每增钙10×10-6需喂钙线150m，实际喂钙线速度2.0～2.5m/s，正常炉次控制钙线300～350m，每炉出站定氧。
(5)精炼起弧时间控制15～25min，精炼周期控制40～50min以内，软吹时间≥12min，保证钢水不裸露，适量加入钢包覆盖剂，减轻钢水氧化程度，关气后静置2min出站。
三、连铸工序实施步骤
(1)采用镁质板中间包，中间包上水口直径32mm，中间包液面高于400mm开浇，开浇后使用无碳低硅覆盖剂。
(2)大包采用长水口保护浇铸。中间包温度严格控制在1550℃以下，过热度：15～30℃。
(3)结晶器保护渣使用上述的含铝钢保护渣，结晶器水量设置为145t/h。
(4)采用圆角半径为r＝10mm的结晶器以减少铸坯角部传热，结晶器液面高度为780mm，浸入式水口插入深度为80mm。
(5)振动参数：振频140+40V，振幅±4mm。
(6)二冷参数：足辊段水量7.0t/h，一段水量5.5t/h，二段水关闭。图1二冷喷淋布置结构可调节喷嘴2喷射角度，使铸坯四面冷却均匀，角部不产生暗角，4支喷淋管下端增加夹持框架4，增加了喷淋管的稳定性。足辊段喷嘴2从上至下角部喷嘴全部关闭。图2铸坯矫直区的表面温度范围为1050～1070℃，表面和角部平均温度≥950℃。
(7)连铸采用恒拉速操作，拉速为1.2～1.4m/min。
四、加热轧制工序实施步骤
表2加热段温度控制
对于轧制过程，开轧温度控制为1100～1150℃，终轧温度控制为800～850℃，轧后采用空冷，保持钢材均匀冷却。
试验过程共浇铸3炉，得到的Q420C钢材重量为160t，通过检测，铸坯表面无质量缺陷。该角钢产品主要分为3种规格，其中，125*14规格的角钢轧制25t，开裂率为0％，140*16规格的角钢轧制36t，开裂率为0％，160*16规格的角钢轧制101t，开裂率为7.5％，产品综合开裂率为95.3％，满足批量生产的要求。
综上所述，本发明实施例提供了一种大矫直应变C级角钢连铸工艺，通过在钢水成分中添加一定含量的Ti，降低AlN的危害，使AlN质点在晶界处变得粗大，延性增强，降低了铸坯的横裂纹敏感性；通过连铸各段水量调节、结晶器设备参数以及二冷喷水设备结构等的调整，铸坯的不均匀冷却得到解决，特别是铸坯角部过冷问题，同时防止铸坯在第三脆性区矫直，减少了铸坯表面横裂纹的产生；通过添加新型高铝钢专用保护渣，促进结晶器的传热效果，防止了初始坯壳的粘结，使铸坯表面振痕间距均匀，振痕深度变浅；通过所述的工艺措施，试验的钢种连铸过程稳定，铸坯无缺陷产生，轧后钢材合格率达到95％以上，可以顺利开发生产出不同规格C级系列含铝角钢。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大矫直应变C级角钢连铸工艺，其特征在于，所述大矫直应变C级角钢连铸工艺使用的钢液的成分及其质量百分数为：C：0.16～0.19％，Mn：1.38～1.45％，Si：0.25～0.35％，S、P≤0.030％，V：0.06～0.09％，N：0.006～0.010％，Al：0.017～0.022％，Ti：0.02～0.04％；
所述大矫直应变C级角钢连铸工艺包括以下步骤：
S1、转炉冶炼工序；
S2、钢包精炼炉精炼工序；
S3、连铸工序；
S4、加热轧制工序；
所述步骤S1-S2中，每步均以70t钢液为单位进行；
所述步骤S3中，结晶器水量为140～150t/h，足辊段水量为7.0～7.5t/h，二冷一段水量为5.5～6.5t/h，二冷二段关闭，铸坯矫直温度≥950℃。
2.根据权利要求1所述的大矫直应变C级角钢连铸工艺，其特征在于，所述步骤S1具体为：
在出钢前加入增碳剂进行脱氧；
出钢1/4时，加入钢砂铝进行脱氧、加入硅锰合金进行合金化、加入石灰、加入VN合金和钒铁；
出钢1/4时开始加入合金料，出钢至3/4时，全部加完。
3.根据权利要求2所述的大矫直应变C级角钢连铸工艺，其特征在于，所述步骤S1中：
出钢过程及氩站采用大流量底吹氩气且不裸露钢液面；
所述增碳剂的加入量为每70t钢液加入10-20kg；
所述钢铝砂的加入量为每70t钢液加入35-45kg；
所述硅锰合金的加入量为每70t钢液加入1300-1400kg；
所述石灰的加入量为每70t钢液加入250-350kg；
所述VN合金的加入量为每70t钢液加入50-60kg；
所述钒铁的加入量为每70t钢液加入10-20kg。
4.根据权利要求1所述的大矫直应变C级角钢连铸工艺，其特征在于，所述步骤S2具体为：
精炼炉进站通电造白渣，精炼渣采用高碱度还原渣系；
钢包精炼炉造好泡沫渣后，加入钛线；
用铝线段及电石进行渣面脱氧，进站化渣后加入铝粒，每次起弧后，加入铝粒；
连铸第一包Ca/Als＝0.10～0.14，连浇炉次按Ca/Als＝0.10控制。
5.根据权利要求4所述的大矫直应变C级角钢连铸工艺，其特征在于，所述步骤S2中：
精炼渣终点的主要成分按质量百分比为：CaO为50～55％，SiO2为16～18％，Al2O3为14～17％，MgO为6～8％，FeO+MnO≤1.0％；且所述精炼渣的碱度为2.8～3.2；
加入钛线后，确保中间包成分的含钛量波动范围在重质量的0.02～0.04％；
进站化渣后加入铝粒的量为每70t钢液加入15-25kg；每次起弧后加入铝粒的量为每70t钢液加入10-20kg；
精炼起弧时间控制15～25min，精炼周期控制40～50min以内，软吹时间≥12min，保证钢水不裸露，关气后静置2min出站。
6.根据权利要求1所述的大矫直应变C级角钢连铸工艺，其特征在于，所述步骤S3具体为：
采用镁质板中间包，中间包上水口直径30-35mm，中间包液面高于400mm开浇，开浇后使用无碳低硅覆盖剂；
大包采用长水口保护浇铸；
结晶器保护渣使用含铝钢保护渣；
采用圆角半径为r＝10mm的结晶器以减少铸坯角部传热，结晶器液面高度为780-800mm，浸入式水口插入深度为50-80mm。
7.根据权利要求6所述的大矫直应变C级角钢连铸工艺，其特征在于，所述步骤S3中，含铝钢保护渣的主要成分按质量百分比为：SiO2：30～34％，CaO：28～32％，MgO：3～4％，Fe2O3：1～3％，Al2O3：3～5％，Na2O：6～8％，F：3～6％，C：8～10％；
所述含铝钢保护渣的熔点为1150-1160℃，粘度为0.55-0.75Pa·s。
8.根据权利要求6所述的大矫直应变C级角钢连铸工艺，其特征在于，所述步骤S3中，结晶器振动频率为140～160次/min，振幅为3～5mm；
铸坯拉速为1.2～1.4m/min，中间包温度严格控制在1550℃以下，浇铸过热度为15～30℃。
9.根据权利要求1-8任一所述的大矫直应变C级角钢连铸工艺，其特征在于，所述足辊段喷嘴从上至下角部喷嘴全部关闭，在喷淋管下端安装夹持框架，夹持框架尺寸为500mm×500mm的正方形钢结构，外侧与钢结构横梁焊连，内侧与喷嘴连接座板焊连，使喷淋管可以持续稳定地对铸坯进行水冷。
10.根据权利要求1所述的大矫直应变C级角钢连铸工艺，其特征在于，所述S4中，开轧温度控制为1100～1150℃，终轧温度控制为800～850℃，轧后采用空冷，保持钢材均匀冷却。
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