CN111136228A - 一种改善连铸坯角部横裂纹的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善连铸坯角部横裂纹的控制方法，属于钢铁连铸技术领域。技术方案是：将结晶器角部改为大倒角，将钢水浇铸成带液芯的大倒角连铸坯，使连铸坯角部变为一维传热，稳定控制倒角连铸坯各区域表面温度。本发明的有益效果是：降低了出足辊区连铸坯表面的回温速率，大大降低连铸坯热应力裂纹风险，实现稳定降低二冷区连铸坯表面温度，尤其降低了连铸坯角部的冷却速率，从而降低了连铸坯角部与面部的温差，大大提高了矫直段连铸坯角部的温度，降低了连铸坯角部横裂纹风险。

Description

一种改善连铸坯角部横裂纹的控制方法
技术领域
本发明涉及一种改善连铸坯角部横裂纹的控制方法，属于钢铁连铸技术领域。
背景技术
横裂纹是连铸坯表面常见的缺陷，对后续产品的质量影响巨大，多年来冶金工作者对连铸坯横裂纹控制进行了大量的研究，取得了很多的成果，但连铸坯横裂纹问题一直没有彻底解决。连铸坯横裂纹通常认为是在第三脆性区，由于奥氏体晶界析出的Ti、Al等合金元素的碳氮化物及沿奥氏体晶界析出的薄膜状铁素体共同作用造成铸坯塑性降低导致的。因此针对连铸坯横裂纹的研究主要集中在抑制第二相粒子及薄膜状铁素体的控制上。
中国专利公开号CN104874754A提出一种板坯窄面内凸型面结晶器及其设计方法，通过补偿坯壳在结晶器内的收缩，抑制保护渣膜与气隙在坯壳角部的积聚，从而实现铸坯角部快速冷却，细化铸坯角部晶粒并弥散化碳氮化物在晶内及晶界析出，从根本上抑制微合金钢连铸坯角部裂纹的产生。中国专利公开号CN104117641A公布了一种结晶器分段基准抛物线连续锥度获取方法及装置，实现了铸坯与结晶器铜板较好的接触。上述两种方法想通过对结晶器的优化达到对结晶器内铸坯尤其是角部区域的冷却优化，从源头上控制横裂纹的产生，但结晶器内传热状况异常复杂，且出结晶器后连铸坯表层组织仍会发生很大变化，单靠对结晶器设计的优化，无法彻底解决连铸坯横裂纹问题。
部分冶金学者通过优化二冷工艺改变连铸坯表面温度变化情况达到控制铸坯表层组织，从而降低连铸坯角部横裂纹。日本的SSC工艺，东北大学的铸坯二冷高温区表层组织强化控冷装备及工艺，实现了铸坯表层组织的细化，大大降低了横裂纹的生产几率。但该工艺对二冷装备要求较高，且工艺窗口小，生产过程难以实现稳定控制。
很多研究者通过控制连铸坯矫直段温度，使其避开第三脆性温度区间来控制横裂纹。该类方法概括起来分为两种：一是在弯曲和矫直区域，提高铸坯的表面温度，使其高于脆性波谷区的温度700-900℃；而是在弯曲和矫直区域，降低铸坯的表面温度，使其处于低温高延性区(因无法满足热装热送节能需求以及对拉矫辊磨损较大而很少采用)。中国专利公开号CN 106938324 A提出一种减少合金化板坯角部裂纹的装置及方法，通过对铸坯角部进行感应加热提高角部温度使之在矫直前处于低温脆性区的温度上限以上，避免铸坯角部析出各种碳氮化物，提高铸坯角部塑性，有效的防止铸坯角部在矫直过程中产生裂纹。该方法需要增加装备及能源，很少在钢厂使用。中国专利公开号CN107983926A提出一种方坯连铸机二冷喷嘴及其布置方法，通过提高小方坯连铸机铸坯冷却均匀性，降低了铸坯表面回温及铸坯角部发黑现象，有效降低了连铸坯低倍角部裂纹、内部裂纹的产生。该方法可在一定程度上改善铸坯角部温度控制情况，但传统连铸坯角部二维传热温度明显低于面部温度的问题并没有从根本上解决。
倒角结晶器技术可大幅提高铸坯角部过矫直的温度，实现铸坯高塑性过矫直，从而有效控制连铸坯角部裂纹产生。中国专利公开号CN105414512A提出一种倒角结晶器铸坯角部横裂纹的控制方法，通过控制足辊上喷嘴的角度及结晶器窄面的冷却水流量来控制铸坯角部横裂纹，但该技术使用过程对连铸生产工艺稳定性要求较高，同时也面临倒角面附近区域易产生表面纵裂纹、结晶器铜板使用寿命低等问题。
发明内容
本发明目的是提供一种改善连铸坯角部横裂纹的控制方法，利用大倒角连铸坯在二冷区域内铸坯角部区域由二维传热变为一维传热，改善了铸坯角部的冷却效果，同时精准控制结晶器及二冷各区冷却水量，降低了铸坯角部及面部的温度差异，同时提升矫直段铸坯角部的温度，使其成功避开第三脆性区，降低连铸坯横裂纹，解决背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种改善连铸坯角部横裂纹的控制方法，包含以下步骤：
①将结晶器角部改为大倒角，将钢水浇铸成带液芯的大倒角连铸坯，使连铸坯角部变为一维传热；
②稳定控制倒角连铸坯各区域表面温度。
所述大倒角连铸坯的截面尺寸为280×325mm，连铸坯角部与铸坯宽面夹角控制为50-60°，连铸坯斜边长度为50-70mm。
所述稳定控制倒角连铸坯各区域表面温度，连铸拉速控制0.65-0.80m/min；结晶器宽面冷却水量控制1200-1500 N/min，窄面冷却水量控制1450-1800 N/min；二冷水量控制0.25-0.45 L/kg，足辊区水量占二冷水量的30%，其余四区水量按照1.30：1.05：1.02：1比例递减，其中各区连铸坯宽面水量与窄面水量按照1.15:1比例控制，连铸坯两窄面水量相等，宽面内外弧按照4:6比例分配。
本专利的创新点是：已有技术工艺中连铸结晶器为无倒角或小倒角，铸坯角部为二维传热，本专利申请将结晶器角部改为大倒角，使铸坯角部变为一维传热，减少铸坯角部裂纹的产生。
本发明的有益效果是：降低了出足辊区连铸坯表面的回温速率，大大降低连铸坯热应力裂纹风险，实现稳定降低二冷区连铸坯表面温度，尤其降低了连铸坯角部的冷却速率，从而降低了连铸坯角部与面部的温差，大大提高了矫直段连铸坯角部的温度，降低了连铸坯角部横裂纹风险。
附图说明
图1 为本发明实施例连铸大方坯断面尺寸示意图；
其中：1为大倒角连铸坯角部与铸坯宽面的夹角；2为大倒角连铸坯窄边长度；3为大倒角连铸坯角部斜边长度；4为大倒角连铸坯宽边长度。
具体实施方式
为了使本发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰的、完整的描述。
一种改善连铸坯角部横裂纹的控制方法，包含以下步骤：
①将结晶器角部改为大倒角，将钢水浇铸成带液芯的大倒角连铸坯，使连铸坯角部变为一维传热；
②稳定控制倒角连铸坯各区域表面温度。
所述大倒角连铸坯的截面尺寸为280×325mm，连铸坯角部与铸坯宽面夹角控制为50-60°，连铸坯斜边长度为50-70mm。
所述稳定控制倒角连铸坯各区域表面温度，连铸拉速控制0.65-0.80m/min；结晶器宽面冷却水量控制1200-1500 N/min，窄面冷却水量控制1450-1800 N/min；二冷水量控制0.25-0.45 L/kg，足辊区水量占二冷水量的30%，其余四区水量按照1.30：1.05：1.02：1比例递减，其中各区连铸坯宽面水量与窄面水量按照1.15:1比例控制，连铸坯两窄面水量相等，宽面内外弧按照4:6比例分配。
实施例1-浇注钢种SWRCH15A(包晶钢)
大倒角连铸坯尺寸280×325mm，连铸坯角部与铸坯宽面夹角控制为50°，连铸坯斜边长度为50mm。
连铸拉速控制0.65 m/min；结晶器宽面冷却水量控制1200 N/min，窄面冷却水量控制1450 N/min；二冷水量控制0.45 L/kg。
二冷区各段水量控制为：
各区 足辊区 二区 三区 四区 五区
水量/ N/min 60 42 34 32 30
连铸坯进拉矫机温度：
位置点 1 2 3 4
角部 920 919 932 925
面部 963 968 965 946
连铸坯矫直结束温度：
位置点 1 2 3 4
角部 912 909 894 897
面部 960 950 954 968
连铸坯酸洗低倍及表皮评级：
项目 角部裂纹 皮下裂纹
级别(级)-1 0 0
级别(级)-2 0 0
级别(级)-3 0 0
实施例2-浇注钢种SCM435(中碳铬钼钢)
大倒角连铸坯尺寸280×325mm，连铸坯角部与铸坯宽面夹角控制为60°，连铸坯斜边长度为70mm。
连铸拉速控制0.85 m/min；结晶器宽面冷却水量控制1400 N/min，窄面冷却水量控制1600 N/min；二冷水量控制0.25 L/kg。
二冷区各段水量控制为：
各区 足辊区 二区 三区 四区 五区
水量/ N/min 45 32 25 24 24
连铸坯进拉矫机温度：
位置点 1 2 3 4
角部 1013 1008 996 1017
面部 1062 1039 1044 1046
连铸坯矫直结束温度：
位置点 1 2 3 4
角部 940 929 942 937
面部 990 995 988 982
连铸坯酸洗低倍及表皮评级：
项目 角部裂纹 皮下裂纹
级别(级)-1 0 0
级别(级)-2 0 0.5
级别(级)-3 0 0
实施例3-浇注钢种GCr15(高碳轴承钢)
大倒角连铸坯尺寸280×325mm，连铸坯角部与铸坯宽面夹角控制为50°，连铸坯斜边长度为50mm。
连铸拉速控制0.75 m/min；结晶器宽面冷却水量控制1500 N/min，窄面冷却水量控制1800 N/min；二冷水量控制0.25 L/kg。
二冷区各段水量控制为：
各区 足辊区 二区 三区 四区 五区
水量/ N/min 40 27 22 21 20
连铸坯进拉矫机温度：
位置点 1 2 3 4
角部 986 993 992 984
面部 1038 1029 1032 1026
连铸坯矫直结束温度：
位置点 1 2 3 4
角部 930 919 922 927
面部 970 950 956 948
连铸坯酸洗低倍及表皮评级：
项目 角部裂纹 皮下裂纹
级别(级)-1 0 0
级别(级)-2 0 0
级别(级)-3 0 0.5
本发明专利的技术关键点：
1、将钢水浇铸成特定形状尺寸的大倒角连铸坯，连铸坯尺寸280×325mm，连铸坯角部与铸坯宽面夹角控制为50-60°，连铸坯斜边长度为50-70mm。该设计的难点为倒角度数的确定以及倒角边的长度(即宽窄面尺寸)。倒角度数的确定重点解决两个技术难题，即压下效率问题(重点改善中心偏析等内部质量)以及连铸坯角部受力问题，该角度的设计基于数值模拟结果确定的。倒角边的长度主要是基于连铸坯角部的冷却制度设计，即在连铸坯宽窄面尺寸变化不太大的情况下，将角部二维传热变为一维传热，改善角部温度分布。
连铸坯的形状决定了连铸坯角部的传热模式，对于普通无倒角连铸坯或小倒角连铸坯，连铸坯角部传热即受宽面和窄面冷却制度影响，热量向两个维度传热，对于本发明中的大倒角连铸坯，角部传热受宽窄面传热影响很小，热量垂直于倒角边向外部传热，基本为一维传热。将二冷段连铸坯传热模式由二维传热变为一维传热，连铸坯角部温度下降幅度降低，提升了角部区域连铸坯的温度，同时也减少了在连铸坯在不同二冷区域角部温度的波动，因此改善了连铸坯角部冷却效果。
2、连铸拉速控制0.65-0.80m/min；结晶器宽面冷却水量控制1200-1500 N/min，窄面冷却水量控制1450-1800 N/min；二冷水量控制0.25-0.45 L/kg，足辊区水量占二冷水量的30%，其余四区水量按照1.30：1.05：1.02：1比例递减，其中各区连铸坯宽面水量与窄面水量按照1.15:1比例控制，连铸坯两窄面水量相等，宽面内外弧按照4:6比例分配。本发明中的冷却制度是基于连铸过程中连铸坯表面温度缓慢降低设计的，在连铸坯角部绝对温度控制以及角部与面部温差控制方面较传统工艺有很大优势，本发明中的连铸坯在出结晶器的足辊处温度在1300℃以上，与SSC工艺完全不同。
本专利申请的稳定控制倒角连铸坯各区域表面温度，确定连铸坯的冷却制度，即各区域的冷却制度，该冷却制度会产生稳定控制倒角连铸坯各区域表面温度变化的效果。本专利申请精准控制结晶器及二冷各区冷却水量，降低了铸坯角部及面部的温度差异，大大提升矫直段铸坯角部的温度，使其成功避开第三脆性区。

Claims (3)

1.一种改善连铸坯角部横裂纹的控制方法，其特征在于包含以下步骤：
①将结晶器角部改为大倒角，将钢水浇铸成带液芯的大倒角连铸坯，使连铸坯角部变为一维传热；
②稳定控制倒角连铸坯各区域表面温度。
2.根据权利要求1所述的一种改善连铸坯角部横裂纹的控制方法，其特征在于：所述大倒角连铸坯的截面尺寸为280×325mm，连铸坯角部与铸坯宽面夹角控制为50-60°，连铸坯斜边长度为50-70mm。
3.根据权利要求1所述的一种改善连铸坯角部横裂纹的控制方法，其特征在于：所述稳定控制倒角连铸坯各区域表面温度，连铸拉速控制0.65-0.80m/min；结晶器宽面冷却水量控制1200-1500 N/min，窄面冷却水量控制1450-1800 N/min；二冷水量控制0.25-0.45 L/kg，足辊区水量占二冷水量的30%，其余四区水量按照1.30：1.05：1.02：1比例递减，其中各区连铸坯宽面水量与窄面水量按照1.15:1比例控制，连铸坯两窄面水量相等，宽面内外弧按照4:6比例分配。
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