CN109023122A - 用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法及钢锭模 - Google Patents

用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法及钢锭模 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法，其包括：首先，提供配料；执行冶炼步骤；执行浇铸步骤，使用专用钢锭模和锭盘进行浇铸，采用两盘浇铸；最后，执行脱模步骤。本发明还提供一种用于上述方法的钢锭模，其包括模体和吊耳，模体包括壳体和内腔，壳体呈上大下小的正四棱台形状；内腔的横截面具有带圆角的正方形形状，内腔在筒壁与底壁连接处以圆角过渡，钢锭的锥度为1.0～5.0％，钢锭的高度与同钢锭二分之一高度处横截面面积相等的圆形的直径的比值为1.8～2.3。本发明可解决采用超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭模生产的钢锭锻造成管坯后探伤检验不合格的质量问题，提高合金钢锭的内部质量，降低内部疏松、缩孔缺陷程度。

Description

用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法及钢锭模
技术领域
本发明涉及合金钢锭制造技术领域，尤其涉及一种用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法、以及一种用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的钢锭模。
背景技术
目前，大型钢铁企业生产用超临界锅炉管坯锻造用钢锭时，多采用5吨八角锭、5.8吨矩形锭、8.4吨方锭等锭型，上述锭型的主要特点是高度与同钢锭二分之一高度处横截面面积相等的圆形的直径的比值(也称作高度与平均断面积直径的比值)较大，均在3.0以上。然而，生产超临界锅炉管坯用锻造钢锭时，钢锭内部的缩孔、疏松缺陷严重，导致锻造的超临界锅炉管坯的探伤合格率很低，且在钢锭整体解剖后，测量钢锭内部的缩孔疏松缺陷沿钢锭断面的最大宽度可达130mm。
因此，为减轻超临界锅炉管坯锻造用钢锭的内缺陷程度，本领域需要针对超临界锅炉管坯的生产特点，研发一种专用锭型及其配套的浇铸工艺。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法、以及一种用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的钢锭模，其解决采用超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭模生产的钢锭锻造成管坯后探伤检验不合格的质量问题，提高超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的内部质量，降低内部疏松、缩孔缺陷程度。
在此强调，除非另有说明，本文所用术语与本领域中各种科技术语的通常含义、各种技术词典、教科书等中定义的专业术语的含义一致。
因此，在本文中，术语“对边长”是指在横截面为方形的钢锭中，方形的相对两个边之间的距离。
在本文中，术语“钢锭锥度”可以指(D1-D2)/2H，其中，D1表示上口的直径或对边长，D2表示下口的直径或对边长，H是合金钢锭的高度。在根据本发明制造的方形钢锭中，D1表示上口的对边长，D2表示下口的对边长。
在本文中，术语“钢锭的高度与同钢锭二分之一高度处横截面面积相等的圆形的直径的比值”可以指H/D，其中，H是合金钢锭的高度，D是与钢锭二分之一高度处横截面面积相等的圆形的直径。在根据本发明制造的方形钢锭中，D的计算式为：
D2＝4[(D1+D2)/2]2/π，其中，D1表示上口的对边长，D2表示下口的对边长。
在本文中，术语“冒口”可以指铸型内用于储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属。
为此，一方面，根据本发明一实施方式，提供一种用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法，其中，所述方法包括步骤：
首先，提供配料，其中，根据目标钢种产品标准要求，提供适用于超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭生产的配料，其包括按重量百分比计的如下化学成分：
C：0.05～0.2％，Si：0.1～0.6％，Mn：0.1～0.7％，Cr：7.0～12.0％，Ni：0.01～0.05％，Nb：0.01～0.15％，V：0.1～0.3％；Mo：0.8～1.2％，S：0.0005～0.3％，N：0.04～0.08％，RE：0.001～0.005％，其余为Fe和不可避免杂质；
下一步，执行冶炼步骤，其中，根据目标钢种产品标准要求，将所述配料通过初炼和精炼，使产生的钢液成分符合目标钢种产品的浇铸标准；
下一步，执行浇铸步骤，其中，使用专用钢锭模和锭盘进行浇铸，采用两盘浇铸，即第一盘浇铸和第二盘浇铸，
其中，第一盘浇铸的开浇温度为目标钢种产品的液相线+(65℃～75℃)范围内的任意值，并且，在第一盘浇铸过程中，对单个合金钢锭的浇铸流量进行控制，
其中，第二盘浇铸的开浇温度为目标钢种产品的液相线温度+(55℃～65℃)范围内的任意值，并且，在第二盘浇铸过程中，对单个合金钢锭的浇铸流量进行控制；以及
最后，执行脱模步骤，在浇铸结束预定时段后脱模，然后使合金钢锭缓冷。
在一示例中，在执行浇铸步骤过程中，可根据钢液量及锭盘参数，确定每个锭盘的浇铸合金钢锭个数。
在一示例中，在执行浇铸步骤前，可对钢锭模进行烘烤，钢锭模外侧温度为80～120℃，钢锭模外侧的上口与下口的温差小于10℃。
在一示例中，在执行浇铸步骤前，可通过吹氩气将钢锭模内的空气排空，然后将保护渣以介于1.5～4.5kg/t范围内的任意值加入量加入到钢锭模内，且冒口部位的发热剂的加入量为1～5kg/t范围内的任意值。
在一示例中，在执行脱模步骤中，可在浇铸结束六小时后脱模。
另一方面，根据本发明另一实施方式，还提供一种用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法中使用的钢锭模，其中，所述钢锭模包括模体和多个吊耳，其中，模体包括壳体和内腔，吊耳固定于壳体外壁上，其中，
壳体呈上大下小的正四棱台形状，并且顶部敞开，壳体具有底壁及底壁上面的筒壁，且在底壁中央处设有通孔，筒壁具有从顶部到底部逐渐变厚的厚度；
内腔的纵截面具有上宽下窄的U形形状，横截面具有带圆角的正方形形状，且内腔在筒壁与底壁连接处以圆角过渡，
其中，合金钢锭的锥度为1.0～5.0％，合金钢锭的高度与同钢锭二分之一高度处横截面面积相等的圆形的直径的比值为1.8～2.3。
在一示例中，合金钢锭的高度可为1500mm～2010mm。
在一示例中，内腔可具有位于顶部的敞开上口和位于底部的带通孔的下口，其中，上口的对边长可为750mm～1050mm，下口的对边长可为650mm～950mm。
在一示例中，钢锭模的内腔的上口处壁厚可为100mm～190mm，下口处壁厚可为110mm～200mm，壳体的底壁的厚度可为90mm～160mm。
在一示例中，所述钢锭模还可包括与钢锭模配套使用的帽壳，其能移离地设置在壳体的敞开顶部，以打开或封闭钢锭模。
相对于现有技术，本发明可解决采用超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭模生产的钢锭锻造成管坯后探伤检验不合格的质量问题，提高超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的内部质量，降低内部疏松、缩孔缺陷程度，提高管坯的锻造成材率，降低生产成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施方式的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出根据本发明一实施方式的用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法的流程图；
图2示意性示出图1的用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法中使用的钢锭模；
图3示意性示出与图2中的钢锭模配套使用的帽壳；
图4的曲线图示出第一盘浇铸时单个钢锭流量控制曲线；以及
图5的曲线图示出第二盘浇铸时单个钢锭流量控制曲线。
附图元件标号
10：钢锭模；11：壳体；12：内腔；13：模体；14：吊耳；15：底壁；16：筒壁；17：通孔；18：上口：19：下口；20：帽壳。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施方式及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图，详细说明本发明实施方式提供的技术方案。
根据本发明一实施方式，参见图1，提供一种用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法，其中，所述方法包括步骤：
首先，提供配料，其中，根据目标钢种产品标准要求，提供适用于超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭生产的配料，其包括按重量百分比计的如下化学成分：
C：0.05～0.2％，Si：0.1～0.6％，Mn：0.1～0.7％，Cr：7.0～12.0％，Ni：0.01～0.05％，Nb：0.01～0.15％，V：0.1～0.3％，Mo：0.8～1.2％，S：0.0005～0.3％，N：0.04～0.08％，RE：0.001～0.005％，其余为Fe和不可避免杂质；
下一步，执行冶炼步骤，其中，根据目标钢种产品标准要求，将所述配料通过初炼和精炼，使产生的钢液成分符合目标钢种产品的浇铸标准；
下一步，执行浇铸步骤，其中，使用专用钢锭模和锭盘进行浇铸，采用两盘浇铸，即第一盘浇铸和第二盘浇铸，
其中，第一盘浇铸的开浇温度为目标钢种产品的液相线+(65℃～75℃)范围内的任意值，并且，在第一盘浇铸过程中，对单个合金钢锭的浇铸流量进行控制，
其中，第二盘浇铸的开浇温度为目标钢种产品的液相线温度+(55℃～65℃)范围内的任意值，并且，在第二盘浇铸过程中，对单个合金钢锭的浇铸流量进行控制；以及
最后，执行脱模步骤，在浇铸结束预定时段后脱模，然后使合金钢锭缓冷。
根据本发明另一实施方式，参见图2至5，提供一种用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法中使用的钢锭模10，其中，所述钢锭模10包括模体13和多个吊耳14，其中，模体13包括壳体11和内腔12，吊耳14固定于壳体11外壁上，其中，
壳体11呈上大下小的正四棱台形状，并且顶部敞开，壳体11具有底壁15及底壁15上面的筒壁16，且在底壁15中央处设有通孔17，筒壁16具有从顶部到底部逐渐变厚的厚度；
内腔12的纵截面具有上宽下窄的U形形状，横截面具有带圆角的正方形形状，且内腔12在筒壁16与底壁15连接处以圆角过渡，
其中，合金钢锭的锥度为1.0～5.0％，合金钢锭的高度与同钢锭二分之一高度处横截面面积相等的圆形的直径的比值为1.8～2.3。
在一示例中，如图3所示，所述钢锭模10还可包括与钢锭模10配套使用的帽壳20，其能移离地设置在壳体11的敞开顶部，以打开或封闭钢锭模10，。
从上述中可以清楚，本发明采用的钢锭模10属于上大下小型、横截面为带圆角的方形钢锭模。
以下以两个实施例为例进一步描述本发明的实施方式。
实施例1
本实施例的生产条件为电炉熔炼，80吨LF(ladle furnace，钢包精炼炉)钢包炉精炼、及80吨VD(Vacuum Degassing，真空脱气)真空精炼炉精炼。
生产钢种：P91，其标准成分要求为：C：0.08％～0.12％，Si：0.20％～0.50％，Mn：0.3～0.60％，Cr：8.0％～9.50％，Ni：0.01～0.05％，Nb：0.01～0.015％，V：0.18～0.25％，Mo：0.85％～1.05％，S：0.0005～0.3％，P：≤0.020％，N：0.04～0.08％，RE：0.001～0.005％，其余为铁和不可避免杂质。
经80吨电炉熔炼→80吨LF钢包炉精炼→80吨VD真空炉精炼后，P91钢液成分为：C：0.09％，Si：0.35％，Mn：0.41％，Cr：9.2％，Ni：0.03％，Nb：0.01％；V：0.22％，Mo：0.95％，S：0.001％，P：0.011％，N：0.045％，RE：0.002％，其余为铁和不可避免杂质。
将上述80吨合格钢液采用本发明设计的专用钢锭模10浇铸，浇铸两盘时，采用6模锭盘+4模锭盘，并采用5+4的浇铸模式，共9个钢锭。在浇铸前，测量钢锭模10的烘烤温度，下口19为95℃，上口18为102℃；在浇铸前，通过中注管对钢锭模10内部充氩气，氩气流量为200L/min，充氩时间为6min；以及，在浇铸前，加入保护渣每个钢锭18kg，采用吊挂方式。第一盘浇铸的开始浇铸温度为1580℃，浇铸过程的流量控制曲线图可参考图4，浇注用时28min；第二盘浇铸的开始浇铸温度为1567℃，浇铸过程的流量控制曲线图可参考图5，浇铸用时26min。浇铸结束后的六小时后可脱模，然后将钢锭装入缓冷坑进行缓冷。
实施例2
本实施例的生产条件为电炉熔炼，80吨LF钢包炉精炼、及80吨VD真空精炼炉精炼。
生产钢种：P91，其标准成分要求为：C：0.08％～0.12％，Si：0.20％～0.50％，Mn：0.3～0.60％，Cr：8.0％～9.50％，Ni：0.01～0.05％，Nb：0.01～0.15％，V：0.18～0.25％，Mo：0.85％～1.05％，S：0.0005～0.3％，P：≤0.020％，N：0.04～0.08％，RE：0.001～0.005％，其余为铁和不可避免杂质。
经80吨电炉熔炼→80吨LF钢包炉精炼→80吨VD真空炉精炼后，P91钢液成分为：C：0.088％，Si：0.36％，Mn：0.4％，Cr：9.25％，Ni：0.02％，Nb：0.09％，V：0.23％，Mo：0.98％，S：0.001％，P：0.011％，N：0.048％，RE：0.002％，其余为铁和不可避免杂质。
将上述79.8吨合格钢液采用本发明设计的专用钢锭模10浇铸，浇铸两盘时采用6模锭盘+4模锭盘，并采用5+4的浇铸模式，共9个钢锭。在浇铸前，测量钢锭模10的烘烤温度，下口19为98℃，上口18为105℃；在浇铸前，通过中注管对钢锭模10内部充氩气，氩气流量为200L/min，充氩时间为6min；在浇铸前，加入保护渣每个钢锭18kg，采用吊挂方式。第一盘浇铸的开始浇铸温度为1582℃，浇铸过程的流量控制参考图4的曲线图，浇注用时28min；第二盘浇铸的开始浇铸温度为1566℃，浇铸过程的流量控制参考图5的曲线图，浇铸用时26min。在浇铸结束后的6小时后脱模，然后将钢锭装入缓冷坑进行缓冷。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。
最后应说明的是：以上实施方式和实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式和实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式和实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法，其特征在于，包括步骤：
首先，提供配料，其中，根据目标钢种产品标准要求，提供适用于超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭生产的配料，其包括按重量百分比计的如下化学成分：
C：0.05～0.2％，Si：0.1～0.6％，Mn：0.1～0.7％，Cr：7.0～12.0％，Ni：0.01～0.05％，Nb：0.01～0.15％，V：0.1～0.3％，Mo：0.8～1.2％，S：0.0005～0.3％，N：0.04～0.08％，RE：0.001～0.005％，其余为Fe和不可避免杂质；
下一步，执行冶炼步骤，其中，根据目标钢种产品标准要求，将所述配料通过初炼和精炼，使产生的钢液成分符合目标钢种产品的浇铸标准；
下一步，执行浇铸步骤，其中，使用专用钢锭模和锭盘进行浇铸，采用两盘浇铸，即第一盘浇铸和第二盘浇铸，
其中，第一盘浇铸的开浇温度为目标钢种产品的液相线+(65℃～75℃)范围内的任意值，并且，在第一盘浇铸过程中，对单个合金钢锭的浇铸流量进行控制，
其中，第二盘浇铸的开浇温度为目标钢种产品的液相线温度+(55℃～65℃)范围内的任意值，并且，在第二盘浇铸过程中，对单个合金钢锭的浇铸流量进行控制；以及
最后，执行脱模步骤，在浇铸结束预定时段后脱模，然后使合金钢锭缓冷。
2.如权利要求1所述的用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法，其特征在于，在执行浇铸步骤过程中，根据钢液量及锭盘参数，确定每个锭盘的浇铸合金钢锭个数。
3.如权利要求2所述的用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法，其特征在于，在执行浇铸步骤前，对钢锭模进行烘烤，钢锭模外侧温度为80～120℃，钢锭模外侧的上口与下口的温差小于10℃。
4.如权利要求3所述的用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法，其特征在于，在执行浇铸步骤前，通过吹氩气将钢锭模内的空气排空，然后将保护渣以介于1.5～4.5kg/t范围内的任意值加入量加入到钢锭模内，且冒口部位的发热剂的加入量为1～5kg/t范围内的任意值。
5.如权利要求4所述的用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法，其特征在于，在执行脱模步骤中，在浇铸结束六小时后脱模。
6.如权利要求1至5中任一项所述的用于制造超临界锅炉管坯锻造用合金钢锭的方法中使用的钢锭模(10)，其特征在于，所述钢锭模(10)包括模体(13)和多个吊耳(14)，其中，模体(13)包括壳体(11)和内腔(12)，吊耳(14)固定于壳体(11)外壁上，其中，
壳体(11)呈上大下小的正四棱台形状，并且顶部敞开，壳体(11)具有底壁(15)及底壁(15)上面的筒壁(16)，且在底壁(15)中央处设有通孔(17)，筒壁(16)具有从顶部到底部逐渐变厚的厚度；
内腔(12)的纵截面具有上宽下窄的U形形状，横截面具有带圆角的正方形形状，且内腔(12)在筒壁(16)与底壁(15)连接处以圆角过渡，
其中，合金钢锭的锥度为1.0～5.0％，合金钢锭的高度与同钢锭二分之一高度处横截面面积相等的圆形的直径的比值为1.8～2.3。
7.如权利要求6所述的钢锭模(10)，其特征在于，合金钢锭的高度为1500mm～2010mm。
8.如权利要求7所述的钢锭模(10)，其特征在于，内腔(12)具有位于顶部的敞开上口(18)和位于底部的带通孔(17)的下口(19)，其中，上口(18)的对边长为750mm～1050mm，下口(19)的对边长为650mm～950mm。
9.如权利要求8所述的钢锭模(10)，其特征在于，其中，钢锭模(10)的内腔(12)的上口处壁厚为100mm～190mm，下口处壁厚为110mm～200mm，壳体(11)的底壁(15)的厚度为90mm～160mm。
10.如权利要求6所述的钢锭模(10)，其特征在于，还包括与钢锭模(10)配套使用的帽壳(20)，其能移离地设置在壳体(11)的敞开顶部，以打开或封闭钢锭模(10)。
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