CN110252983B - 一种微合金钢近终型异形连铸坯裂纹控制方法 - Google Patents

一种微合金钢近终型异形连铸坯裂纹控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微合金钢近终型异形连铸坯裂纹控制方法，所述控制方法包括：在连铸工序，结晶器两侧铜板矩形冷却水槽保持不变，结晶器采用非等间距圆形冷却水孔冷却；保护渣使用缓冷型包晶钢专用保护渣；二次冷却采用包晶钢二次冷却专用模型：二次冷却强度为0.48～0.50L/kg。本发明通过改善结晶器局部传热提高了结晶器铜板温度均匀性，减少了近终型异型坯R角处应力，控制了钢水在结晶器内的裂纹源。并开发缓冷型包晶钢专用保护渣，建立了微合金钢专用二次冷却模型，改善了保护渣润滑、传热条件，提升了异形坯质量。

Description

一种微合金钢近终型异形连铸坯裂纹控制方法
技术领域
本发明涉及一种微合金钢近终型异形连铸坯裂纹控制方法，属于冶金生产连铸技术领域。
背景技术
近终型异形坯连铸机断面形状极不规则、形状复杂，一直以来不够稳定、质量水平不高，尤其是微合金钢，裂纹表现更是明显。裂纹主要分布在距轧材腿部R角50mm处，裂纹长度为30-100cm，裂纹深度为0.2-0.5mm，裂纹宽度为0.1-0.2mm，直接影响客户需求。为此，亟需对近终型异形连铸坯生产线进行改进优化，提高近终型异形连铸坯质量，满足用户要求。
发明内容
为解决微合金钢异形连铸机坯存在的R角表面裂纹、腿部R角裂纹等质量问题，本发明提供一种微合金钢近终型异形连铸坯裂纹控制方法，该控制方法在连铸工序结晶器采用非等间距圆形冷却水孔冷却，降低了翼梢、腹板冷却强度，增加了R角处冷却强度；保护渣使用缓冷型包晶钢专用保护渣；二次冷却采用包晶钢二次冷却专用模型，可有效改善铸坯凝固组织、传热、冷却效果，提高近终型异形坯冷却均匀性，有效解决微合金化近终型异形坯R角表面裂纹质量问题，满足高端用户产品质量要求。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种微合金钢近终型异形连铸坯裂纹控制方法，所述控制方法包括：
在连铸工序，结晶器两侧铜板矩形冷却水槽保持不变，结晶器采用非等间距圆形冷却水孔冷却；保护渣使用缓冷型包晶钢专用保护渣；
二次冷却采用包晶钢二次冷却专用模型：二次冷却强度为0.48～0.50L/kg。
优选地，所述非等间距圆形冷区水孔具体设置为：翼梢、腹板两相邻圆形冷却水孔间隔20mm±0.1mm，R角处两相邻圆形冷却水孔间隔18mm±0.1mm。
优选地，所述缓冷型包晶钢专用保护渣的化学成分(化学成分按质量百分比计)与理化性能为：SiO2 25.70％、CaO 38.46％、Al2O3 5.57％、MgO 1.55％、Na2O 3.91％、TC15.83％、碱度1.50、熔点1183℃、粘度0.29Pa.S。
优选地，包晶钢二次冷却专用模型中1～5区水量分配比例为36.0～39.2％、28.6～30.4％、17.1～18.4％、7.9～8.3％、6.0～6.7％。
根据本发明的优选实施例，一种微合金钢异形连铸坯裂纹控制方法，具体实施方案如下：
1、目前结晶器内外弧铜板均匀布置直径Φ10mm圆形冷却水孔各42个，两相邻圆形冷却水孔间隔约10mm，近终型异形坯内外弧圆形的等间距均匀分布，致使一次冷却强度相同，而近终型异形坯R角处散热面积小、散热慢。现将结晶器两侧铜板矩形冷却水槽保持不变，结晶器内外弧铜板非等间距布置直径Φ10mm圆形冷却水孔各36个，翼梢、腹板两相邻圆形冷却水孔间隔约20mm，R角处两相邻圆形冷却水孔间隔约18mm。在保证铜板整体冷却效果基本不变时，使温度分布尽可能均匀。
2、微合金化钢种成分设计存在两大特点：一是[C]含量0.08％～0.18％，处于包晶区，铸坯凝固收缩量大；二是微合金元素种类多，含有铌、钒、钛、硼等裂纹敏感性强元素。微合金化钢种发生包晶反应时，铸坯收缩量大，保护渣液渣的流入易出现沟槽，致使凝固收缩和传热不均，加上铌、钒、钛、硼等裂纹敏感性强元素作用，从而容易导致铸坯表面的微裂纹产生。根据这两大特点在保护渣设计上采用高碱度和合适的粘度。粘度较低时，液态渣会在局部过多形成渣沟；而粘度较大时，液态渣不会顺畅地流入弯月面，就不可能在坯壳和结晶器之间形成厚度均匀的渣膜，从而增加了坯壳的不均匀性，现设计应用缓冷型包晶钢专用保护渣，较好的满足合金化包晶钢的工艺要求，具体成分如表1
表1：缓冷型包晶钢专用保护渣化学成分与理化性能
SiO<sub>2</sub> CaO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO Na<sub>2</sub>O TC 碱度 熔点(℃) 粘度(Pa.S)
25.70 38.46 5.57 1.55 3.91 15.83 1.50 1183 0.29
3、目前生产含钒、钛、硼微合金化钢种拉速在0.90m/min左右，该拉速条件下二次冷却强度为0.57L/kg，其中1～5各区水量分配比例为40.6％、26.0％、18.4％、8.1％、6.9％，造成二次冷却强度相对偏大，并且各区二次冷却水量分配不合，足辊水量偏大。为此，将该拉速(0.80-1.10m/min)条件下二次冷却强度调整为0.48～0.50L/kg，其中1～5各区水量分配比例为36.0～39.2％、28.6～30.4％、17.1～18.4％、7.9～8.3％、6.0～6.7％。降低了二次冷却强度，尤其是足辊段冷却强度，优化各区、宽窄面水量分配，提高了冷却均匀性，包晶钢二次冷却模型分配比例及冷却强度见表2。
表2：包晶钢二次冷却模型分配比例及冷却强度
拉速 0.80m/min 0.90m/min 1.00m/min 1.10m/min
1区 39.2％ 38.4％ 37.2％ 36.0％
2外 9.2％ 9.6％ 10.1％ 10.7％
2左 6.4％ 6.6％ 6.6％ 6.6％
2右 6.4％ 6.6％ 6.6％ 6.6％
2内 6.6％ 6.6％ 6.6％ 6.5％
3外 7.1％ 7.4％ 7.6％ 7.8％
3左 3.4％ 3.6％ 3.8％ 4.0％
3右 3.4％ 3.6％ 3.8％ 4.0％
3内 3.2％ 3.0％ 2.7％ 2.6％
4外 3.3％ 3.6％ 3.6％ 3.6％
4左 1.9％ 1.9％ 1.9％ 1.9％
4右 1.9％ 1.9％ 1.9％ 1.9％
4内 1.2％ 1.2％ 1.3％ 1.3％
5外 2.7％ 2.4％ 2.5％ 2.6％
5左 1.6％ 1.4％ 1.5％ 1.5％
5右 1.6％ 1.4％ 1.5％ 1.5％
5内 0.8％ 0.8％ 0.8％ 0.9％
合计 100.0％ 100.0％ 100.0％ 100.0％
总水量(L/min) 368 422 474 532
比水量(L/kg) 0.48 0.49 0.49 0.50
相比现有微合金钢生产方法，本方法具有以下优点：
1、通过改善结晶器内局部传热来降低钢水温度峰值、提高温度波谷，避免结晶器铜板产生高的温度峰值和温度梯度，提高结晶器铜板温度均匀性，减少了近终型异型坯R角处应力，控制了钢水在结晶器内的裂纹源。
2、微合金缓冷型异型坯包晶钢保护渣较中碳钢保护渣碱度提高了0.44，粘度下调了0.305Pa.S，控制了从铸坯传往结晶器的热流，限制结晶器热通量，提高液渣流入均匀性，增加了坯壳形成的均匀性。
3、微合金包晶钢二次冷专用模型降低了二冷水冷却强度，调整了各区二次冷却水量分配不合现象，降低了足辊水量，提高了冷却均匀性。出结晶器后，铸坯表面温度得到平缓下降，在矫直点处铸坯表面温度在900℃以上。出二冷区后，铸坯表面温度回升低于了120℃，减少了裂纹敏感系数。
本发明解决了微合金化近终型异形坯R角表面裂纹质量问题，特别是从连铸工序着手，通过改变结晶器冷却孔布局，降低了翼梢、腹板冷却强度，增加了R角处冷强度；采用新型缓冷型包晶钢专用保护渣，并且优化二次冷却控制，来改善铸坯凝固组织、传热、冷却效果，提高近终型异形坯冷却均匀性，降低裂纹产生几率。通过改善结晶器局部传热提高了结晶器铜板温度均匀性，减少了近终型异型坯R角处应力，控制了钢水在结晶器内的裂纹源。并开发缓冷型包晶钢专用保护渣，建立了微合金钢专用二次冷却模型，改善了保护渣润滑、传热条件，提升了异形坯质量。
附图说明
图1为近终型异形坯结晶器冷却非等间距圆形水孔分布；
图2为有限元分析近终型异形坯温度分布。
具体实施方式
本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
(1)根据有限元分析的近终型异形坯温度分布图2，结合现场实测铸坯表面温度，近终型异形坯翼梢部位表面温度最低，翼缘、腹板部位表面温度次之，R角处表面温度最低；铸坯R角处的高温度和大温度梯度，铸坯凝固不均匀，这就容易导致铸坯R角附近出现纵裂，所以，对目前结晶器内外弧铜板进行改造，将结晶器均匀布置直径Φ10mm圆形冷却水孔各42个改成内外弧铜板非等间距布置直径Φ10mm圆形冷却水孔各36个，在翼梢、腹板处两相邻圆形冷却水孔间隔由10mm改为20mm，R角处两相邻圆形冷却水孔间隔改为18mm，实现近终型异形坯结晶器冷却非等间距圆形水孔分布，具体分布如图1所示。
(2)根据微合金化钢种成分设计专业包晶钢缓冷型保护渣，所述缓冷型包晶钢专用保护渣的化学成分(化学成分按质量百分比计)与理化性能为：SiO2 25.70％、CaO38.46％、Al2O3 5.57％、MgO 1.55％、Na2O 3.91％、TC 15.83％、碱度1.50、熔点1183℃、粘度0.29Pa.S。。考虑微合金钢大部分属于包晶区，铸坯凝固收缩量大，并且微合金元素增加了钢水凝固的裂纹敏感性，所以保护渣设计时，着手控制从铸坯传往结晶器的热流，限制结晶器热通量，提高液渣流入均匀性，所以提出高碱度及合适的粘度，碱度由原来的1.06提高到目前1.50，粘度由原来的0.595Pa.S降低到0.29Pa.S.
(3)调整二次冷却强度，并对各区二次冷却水量重新进行分配。将微合金生产拉速条件下二次冷却强度由0.57L/kg降低到0.49L/kg，其中1～5各区水量分配调整为38.4％、29.4％、17.6％、8.2％、6.0％。降低了二次冷却强度，优化各区、宽窄面水量分配，提高冷却均匀性。此外，根据拉速0.80-1.10m/min的不同，冷却强度和冷却水量的分配调整见表2。
本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都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 (2)

1.一种微合金钢近终型异形连铸坯裂纹控制方法，所述控制方法包括：
在连铸工序，结晶器两侧铜板矩形冷却水槽保持不变，结晶器采用非等间距圆形冷却水孔冷却；保护渣使用缓冷型包晶钢专用保护渣；
二次冷却采用包晶钢二次冷却专用模型：二次冷却强度为0.48～0.50L/ kg；
所述非等间距圆形冷却水孔具体设置为：翼梢、腹板两相邻圆形冷却水孔间隔20mm±0.1mm，R角处两相邻圆形冷却水孔间隔18mm±0.1mm；
所述缓冷型包晶钢专用保护渣的化学成分与理化性能为：SiO2 25.70%、CaO 38.46%、Al2O3 5.57%、MgO 1.55%、Na2O 3.91%、TC 15.83%、碱度 1.50、熔点1183℃、粘度0.29 Pa.S。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，包晶钢二次冷却专用模型中1～5区水量分配比例为36.0～39.2％、28.6～30.4％、17.1～18.4％、7.9～8.3％、6.0～6.7％。
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