CN110802205B - 一种连铸板坯奥氏体晶粒尺寸的控制方法、装置及产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸板坯奥氏体晶粒尺寸的控制方法、装置及产品，属于冶金连铸技术领域。它包括结晶器，在所述结晶器窄面下部衔接设置有足辊冷区，在足辊冷区配合有喷淋机构。一方面能够增加窄面冷却进一步阻止原始奥氏体晶粒的长大，均匀细化晶粒，提高铸坯表层微观组织强度；另一方面也可以减轻铸坯窄面区域横向的温度梯度，降低后续冷却过程的收缩应力，以防止窄面裂纹缺陷的发生。

Description

一种连铸板坯奥氏体晶粒尺寸的控制方法、装置及产品

技术领域

本发明属于冶金连铸技术领域，更具体地说，涉及一种连铸板坯奥氏体晶粒尺寸的控制方法、装置及产品。

背景技术

连铸是钢铁材料冶炼过程较为经济、高效的生产方式。连铸过程由于是动态冷却过程，铸坯需经过结晶器冷却及二冷段冷却，铸坯表层微观组织控制对铸坯的表面质量有重大影响，尤其是对于一些微合金钢的角部质量。目前的连铸工艺条件下，由于窄面及角部不均匀冷却以及冷却收缩的缘故，结晶器锥度难以做到与坯壳的完美贴合，导致部分区域(尤其是铸坯角部)存在一定的气隙，从而传热较慢，原始奥氏体晶粒不断长大，出结晶器后由于窄面区域坯壳回温不均匀造成温度梯度较大，奥氏体晶粒长大不均匀且存在窄面中部奥氏体晶粒粗大的问题，导致在后续的冷却收缩过程窄面各区域收缩应力存在差异，当收缩应力大于坯壳表层微观组织的抗拉强度时，铸坯窄面可能出现类似于“条状”、“星状”的裂纹，该裂纹在顶弯及矫直过程受拉应力的影响导致裂纹扩展，这将大大影响铸坯的表面质量。

目前对于原始奥氏体晶粒细化的思路主要是通过强冷来控制析出物及铁素体的晶内、晶界均匀析出。中国专利申请号为201010259985.1的发明专利，公开了一种在连铸机立弯段通过增加铸坯宽面和窄面足辊冷却水量使铸坯表面的冷却速度达到3～10℃，以控制铸坯表层组织晶界微合金元素碳氮化物的析出，但是该法仅仅通过快冷且并没有对冷却装置做任何优化，单纯的快冷易造成局部的冷却不均匀，难以达到晶粒的完全细化。中国专利申请号为201510534316.3的发明专利，公开了一种连铸坯角部晶粒细化的控制系统及方法，其主要思路为通过双相变工艺实现铁素体和析出物在奥氏体晶界和界内的均匀析出来实现奥氏体晶粒的细化，并引入非接触式红外在线测测温装置对铸坯角部温度进行实时监控来调整冷却工艺，但是该法未明确铸坯角部表层组织实现双相变的工艺参数，要实现铸坯表层的双相变工艺一方面要求铸坯表面以一定的冷却速度快冷至奥氏体向铁素体转变温度以下，另一方面要求铸坯表面以一定的回温速率回温至完全奥氏体化温度，实现双相变一方面要求冷却速度快，冷却速度快易造成冷却不均匀，另一方面需要较长的回温段，若回温段不足一方面难以达到晶粒细化的效果，另一方面易使铸坯角部温度在弯曲段进入第三脆性区而加剧角部裂纹的产生，再者由于浇铸立弯段的环境复杂，夹杂着大量的水气、雾气，都会对测温形成干扰，很难实现铸坯表面温度的精确测量。

因此，为了降低原始奥氏体晶粒尺寸提高坯壳强度，有必要开发出一种新的连铸板坯奥氏体晶粒控制方法。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有窄面中部奥氏体晶粒粗大影响铸坯表面质量的问题，本发明提供一种连铸板坯奥氏体晶粒尺寸的控制方法和装置，延长了窄面冷却长度并配合结晶器和垂直段强冷，降低了窄面冷却的不均匀，实现了原始奥氏体晶粒的均匀细化。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

本发明的连铸板坯奥氏体晶粒尺寸的控制装置，包括结晶器，在所述结晶器窄面下部衔接设置有足辊冷区，在足辊冷区配合有喷淋机构。

于本发明的一种可能的实施方式中，所述喷淋机构包括喷淋杆以及固定在喷淋杆上的第一喷嘴、第二喷嘴和第三喷嘴，所述第一喷嘴和第二喷嘴的中心线垂直于连铸板坯窄面，所述第三喷嘴朝下，其中心线在垂直于连铸板坯窄面的竖直平面内且与水平面的夹角a为10～45°。

于本发明的一种可能的实施方式中，所述第一喷嘴、第二喷嘴和第三喷嘴的尺寸结构相同。

本发明还提供了一种连铸板坯奥氏体晶粒尺寸的控制方法，采用上述的装置，包括：选用锥度在0.80～1.15％的结晶器，拉速控制在0.85～1.60m/min，结晶器采用快冷，宽面水槽水流速度控制在6.5～7.5m/s，窄面水槽水流速度控制在6.8～7.8m/s；连铸板坯出结晶器后窄面采用较长的足辊冷区，冷却区域长度延伸至弯曲点前，结晶器窄面下部的第一喷嘴、第二喷嘴和第三喷嘴之间保持一定距离，第一喷嘴、第二喷嘴和第三喷嘴位于宽面分节辊之间对连铸板坯窄面进行冷却喷淋，出结晶器的连铸板坯配合强冷，垂直段宽面水量在300～500L/m²，窄面足辊水量在350～500L/m²。

于本发明的一种可能的实施方式中，所述宽面和窄面水槽入口处水温控制在25～29℃。

于本发明的一种可能的实施方式中，所述第一喷嘴与第二喷嘴之间的距离为172mm；第二喷嘴与第三喷嘴之间的距离为173mm。

于本发明的一种可能的实施方式中，所述拉速控制在1.30m/min，结晶器采用快冷，宽面水槽水流速度为7.0m/s，窄面水槽水流速度为6.9m/s。

于本发明的一种可能的实施方式中，所述垂直段宽面水为429L/m²，窄面足辊水量为452L/m²。

本发明还提供了一种由上述的控制方法得到的连铸板坯，其中的奥氏体晶粒尺寸为0.4～0.8mm。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明中铸坯出结晶器后采用窄面较长的足辊冷却，冷却区域长度延伸至弯曲点前，通过增设喷淋机构，对设备改动少和容易实现；同时，在结晶器采用快冷，出结晶器的铸坯采用强冷的条件下，将窄面足辊下端的所述市第三喷嘴设置成朝下喷淋的方式，保证喷射到坯壳上的水能够受重力的作用沿坯壳往下垂直下流，一方面能够增加窄面冷却进一步阻止原始奥氏体晶粒的长大，均匀细化晶粒，提高铸坯表层微观组织强度；另一方面也可以减轻铸坯窄面区域横向的温度梯度，降低后续冷却过程的收缩应力，以防止窄面裂纹缺陷的发生；

(2)随着本发明方法的实施，铸坯表层原始奥氏体晶粒尺寸由原先的1.2～1.5mm细化至0.4～0.8mm，提高了坯壳抵抗变形的能力，角部裂纹发生率由原先的20％降低至3.5％以下。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的侧视结构示意图。

图中标记说明：

1、喷淋杆；2、第一喷嘴；3、第二喷嘴；4、第三喷嘴；5、连铸板坯窄面；6、分节辊。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

具体实施例采用的连铸机为直弧形常规板坯连铸机，冶金长度为33.2m，弧形半径为10.9m，由15个扇形段组成，其中2段为弯曲段，9段为矫直段，铸机年生产能力为280万吨/年。

选取钢种M510L，其目标成分如下表所示，连铸板坯断面为230×1600mm。

炼钢-精炼成分及洁净度合格的钢水通过“大包+长水口”、“中包+浸入式水口”保护浇铸不断通过结晶器和二冷段。根据钢种结晶器锥度设定为1.10％，拉速控制在1.30m/min，结晶器采用快冷，宽面和窄面水槽水流速度分别为7.0m/s和6.9m/s，入口处水温控制在25～29℃；如图1所示，连铸板坯出结晶器后窄面采用较长的足辊冷区，冷却区域长度延伸至弯曲点前，结晶器窄面下部的喷淋杆1上安装三类不同类型的喷嘴，分别为第一喷嘴2、第二喷嘴3和第三喷嘴4，通过喷嘴的类型选型控制每个喷嘴的冷却水流量及喷淋面积，喷淋区域覆盖面积如图2中阴影部分所示；第一喷嘴2与第二喷嘴3之间的距离为172mm；第二喷嘴3与第三喷嘴4之间的距离为173mm，第一喷嘴2、第二喷嘴3和第三喷嘴4通过喷淋杆1的连接位于宽面分节辊6之间对连铸板坯窄面5进行冷却喷淋，出结晶器的连铸板坯配合强冷，垂直段宽面水为429L/m²，窄面足辊水量为452L/m²。

进一步的，所述第一喷嘴、第二喷嘴和第三喷嘴的尺寸结构相同，均采用现有常规的结晶器冷却喷嘴，所述第一喷嘴2和第二喷嘴3的中心线垂直于连铸板坯窄面5。

此外，所述第三喷嘴4朝下，其中心线在垂直于连铸板坯窄面5的竖直平面内且与水平面的夹角a为15°。

本方案实施后，选取正常浇铸期连铸板坯角部制样进行金相检测，奥氏体晶粒细化至0.5～0.8mm，未进行角部清理轧制热轧反应裂纹缺陷发生率为2.5％。

实施例2

一种连铸板坯奥氏体晶粒的控制方法、装置及产品。除下述技术参数外，其余同实施例1。

选取钢种M590L，其目标成分如下表所示，连铸板坯断面为230×1800mm。

宽面和窄面水槽水流速度分别为6.9m/s和7.2m/s，入口处水温控制在26～28℃；

垂直段宽面水为433L/m²，窄面足辊水量为448L/m²。

所述第三喷嘴4朝下，其中心线在竖直平面内且与水平面的夹角a为20°。

本方案实施后，选取正常浇铸期连铸板坯角部制样进行金相检测，奥氏体晶粒细化至0.6～0.8mm，未进行角部清理轧制热轧反应裂纹缺陷发生率为3.2％。本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种连铸板坯奥氏体晶粒尺寸的控制方法，其特征在于，采用连铸板坯奥氏体晶粒尺寸的控制装置，包括结晶器及其窄面足辊的喷淋机构，其特征在于通过增设喷淋机构将足辊冷区延长至弯曲点前，喷淋机构包括喷淋杆以及固定在喷淋杆上的第一喷嘴，第二喷嘴和第三喷嘴，第三喷嘴朝下，其中心线在垂直于连铸板坯窄面的竖直平面内且与水平面的夹角a为10～45°；该方法包括：选用锥度在0.80～1.15％的结晶器，拉速控制在0.85～1.60m/min，结晶器采用快冷，宽面水槽水流速度控制在6.5～7.5m/s，窄面水槽水流速度控制在6.8～7.8m/s；连铸板坯出结晶器后窄面采用较长的足辊冷区，冷却区域长度延伸至弯曲点前，结晶器窄面下部的第一喷嘴(2)、第二喷嘴(3)和第三喷嘴(4)之间保持一定距离，第一喷嘴(2)、第二喷嘴(3)和第三喷嘴(4)位于宽面分节辊之间对连铸板坯窄面(5)进行冷却喷淋，出结晶器的连铸板坯配合强冷，垂直段宽面水量在300～500L/m²，窄面足辊水量在350～500L/m²；

宽面和窄面水槽入口处水温控制在25～29℃。

2.根据权利要求1所述的连铸板坯奥氏体晶粒尺寸的控制方法，其特征在于，第一喷嘴(2)与第二喷嘴(3)之间的距离为172mm；第二喷嘴(3)与第三喷嘴(4)之间的距离为173mm。

3.根据权利要求1所述的连铸板坯奥氏体晶粒尺寸的控制方法，其特征在于，拉速控制在1.30m/min，结晶器采用快冷，宽面水槽水流速度为7.0m/s，窄面水槽水流速度为6.9m/s。

4.根据权利要求1所述的连铸板坯奥氏体晶粒尺寸的控制方法，其特征在于，垂直段宽面水为429L/m²，窄面足辊水量为452L/m²。

5.由权利要求1至4任一项所述的控制方法得到的连铸板坯，其特征在于，其中的奥氏体晶粒尺寸为0.4～0.8mm。

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