CN111774546B

CN111774546B - 一种改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法

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Publication number: CN111774546B
Application number: CN202010554045.9A
Authority: CN
Inventors: 刘青; 韩延申; 张江山
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2040-06-17
Also published as: CN111774546A; LU102759B1; WO2021253591A1

Abstract

本发明提供了一种改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法，涉及连铸坯质量控制技术领域，通过降低凝固前段冷却强度并加强凝固末段冷却强度，实现对包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的改善，该方法的内容包括：结晶器宽面冷却水量3400‑3600L/min，窄面冷却水量480‑530L/min；足辊段宽面冷却水量239‑298L/min，窄面冷却水量61‑65L/min；扇形段总冷却水量1517‑2166L/min，其中，第1‑4段总冷却水量840‑1101L/min，第5‑8段总冷却水量为633‑1001L/min。本发明提供的技术方案适用于连铸中厚板坯铸造的过程中。

Description

一种改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法

【技术领域】

本发明涉及连铸坯质量控制技术领域，尤其涉及一种改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法。

【背景技术】

连铸作为钢铁生产流程中十分重要的环节，为目前世界上最主要的钢铸造方法之一。连铸坯凝固是散热过程，主要依靠结晶器一次冷却、连铸机二次冷却以及空气辐射冷却三个主要的冷却阶段。其中，冷却水是最主要的冷却介质，一次冷却配水量与二次冷却配水量直接影响铸坯质量。在连铸坯生产过程中，结晶器一次冷却配水量主要目的是，连铸坯出结晶器时，保证初始凝固坯壳具有足够的厚度，降低漏钢事故发生率。连铸机二次冷却主要目的是，保证铸坯均匀冷却，连铸坯表面温度降低或升高的速度处于合理范围内，使铸坯强度和塑性控制在合理的范围内。

连铸坯中心偏析是一种典型的铸坯缺陷，主要由于钢液凝固过程中，溶质元素在固、液相中的溶解度差异以及存在选分结晶现象，出现溶质元素分布不均的现象。机械轻压下技术与电磁搅拌技术是两种主要改善中心偏析缺陷的辅助手段，二者与连铸冷却配水制度相结合，可有效地改善连铸坯内部质量。连铸冷却配水制度是对钢水在连铸过程中进行强制冷却，直接影响着连铸坯凝固组织的形成，影响最终连铸坯的中心偏析。故而，优化调控连铸冷却配水制度是改善连铸坯中心偏析的一项重要措施。

连铸板坯表面裂纹是连铸过程中的常见缺陷类别，严重影响轧材质量。在连铸过程中，表面裂纹一般源于结晶器一次冷却阶段，并且在连铸二次冷却阶段进行扩展，最终显现于轧材表面。连铸过程中，钢水经历结晶器的一次冷却及之后的连铸二次冷却过程，这两个区域的冷却方式影响着连铸坯壳的强度与塑性，对连铸坯表面裂纹会产生重要影响。

连铸板坯中心偏析与表面裂纹缺陷均与连铸过程凝固冷却控制工艺密切相关，所以，为了提高连铸坯质量，在优化连铸过程凝固冷却工艺时，应对连铸过程的两种主要缺陷进行统筹考虑。特别是连铸包晶钢时，由于包晶反应，在钢水凝固过程中，δ相和液相同时反应生成奥氏体相，体积收缩大，凝固坯壳产生较大的凝固收缩，初始凝固坯壳因凝固冷却控制的不均匀，致使裂纹敏感性增大。所以，针对包晶钢的凝固特点，优化调控连铸板坯凝固冷却工艺时，应特别考虑其对连铸坯中心偏析与表面裂纹缺陷的综合影响，以提高连铸坯质量。

因此，有必要研究一种改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法，通过调整凝固前段和凝固后端的冷却强度，能够有效改善包晶钢连铸中厚板坯的中心偏析与铸坯表面裂纹缺陷。

一方面，本发明提供一种改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法，其特征在于，通过降低凝固前段冷却强度并加强凝固末段冷却强度，实现对包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的改善。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述方法的内容包括：

1)、结晶器宽面的冷却水量为3400-3600L/min，结晶器窄面的冷却水量为480-530L/min；

2)足辊段宽面的冷却水量为239-298L/min，足辊段窄面的冷却水量为61-65L/min；

3)扇形段的总冷却水量为1517-2166L/min，其中，第1-4段的总冷却水量为840-1101L/min，第5-8段总冷却水量为633-1001L/min。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，第1-4段的冷却水设置工艺为：第1段下部的冷却水量为241-318L/min，第2段内弧的冷却水量为84-110L/min，第2段外弧的冷却水总量为95-126L/min，第3-4段内弧的冷却水总量为75-93L/min，第3-4段外弧的冷却水总量为99-125L/min。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，第1段上部的冷却水量为246-329L/min。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，第5-8段冷却水量的设置工艺为：第5-6段内弧冷却水总量为140-189L/min，第5-6段外弧的冷却水量为223-302L/min，第7-8段内弧冷却水量为97-184L/min，第7-8段外弧的冷却水量为173-326L/min。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述方法的内容还包括：

4)扇形段第9-14段内弧总冷却水量为44-64L/min，第9-14段外弧不喷水。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，冷却水的入水口温度为30-40℃。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述包晶钢连铸中厚板坯的拉速为0.7-0.9m/min。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述足辊段和所述扇形段的整体比水量为0.89-0.94L/Kg。

另一方面，本发明提供一种包晶钢连铸中厚板坯，其特征在于，采用如上任一所述的改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法进行铸造；所述包晶钢连铸中厚板坯的中心偏析在2.6级以内的比例达到82％以上，表面缺陷率在0.53％以下。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述包晶钢连铸中厚板坯的断面规格为250mm*1800mm。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：通过实施“凝固前段适当降低冷却强度+凝固末端强冷”的连铸凝固控制策略和配水方案，可同时改善连铸板坯中心偏析与铸坯表面裂纹缺陷，使得连铸坯中心偏析在2.6级以内的比例达到82％以上，表面缺陷率在0.53％以下。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的连铸机二冷段分区示意图。

其中，图中：

1：二冷1区(足辊段)，2～9：二冷2～9区，(1)～(14)：二冷1～14段。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明的目的在于提供一种改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法，特别是断面规格为250mm*1800mm的包晶钢连铸中厚板坯，通过实施“凝固前段适当降低冷却强度+凝固末端强冷”的连铸凝固控制策略和配水方案，可同时改善连铸板坯中心偏析与铸坯表面裂纹缺陷。针对的包晶钢为Q345D、Q345E或Q345qE钢，包晶钢浇注时的过热度为20～30℃。

一种改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法，具体步骤包括：

步骤1、控制结晶器宽面的冷却水量为3400-3600L/min，且窄面的冷却水量为480-530L/min；

步骤2、控制足辊宽面的冷却水量为239-298L/min，且足辊窄面的冷却水量为61-65L/min；

步骤3、控制扇形段的总冷却水量为1517-2166L/min，其中，第1-4段的总冷却水量为840-1101L/min，第5-8段总冷却水量为633-1001L/min；第1-4段的总冷却水量具体包括：1段下部的冷却水量为241-318L/min，2段内弧的冷却水量为84-110L/min，2段外弧的冷却水总量为95-126L/min，3-4段内弧的冷却水总量为75-93L/min，3-4段外弧的冷却水总量为99-125L/min；第5-8段的总冷却水量具体包括：5-6段内弧冷却水总量为140-189L/min，5-6段外弧的冷却水量为223-302L/min，7-8段内弧冷却水量为97-184L/min，7-8段外弧的冷却水量为173-326L/min。第1-4段的总冷却水量还包括：1段上部的冷却水量为246-329L/min。

步骤4、控制9-14段内弧冷却水量为44-64L/min，9-14段外弧不喷水。

包晶钢连铸中厚板坯的拉速为0.7-0.9m/min，二冷区的比水量为0.89-0.94L/Kg，冷却水的入水口温度控制在30-40℃之间。

本发明基于连铸板坯凝固传热数值模拟与高温热模拟研究，综合优化结晶器一次冷却配水量与连铸机二次冷却配水量以达到同时改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹缺陷的目的。

本发明通过控制结晶器铜板宽、窄面的冷却水量，有效改善包晶钢初始凝固坯壳均匀性，根据本发明的技术方案，当结晶器宽面的冷却水量大于3600L/min、窄面的冷却水量大于530L/min时会引起的弯月面处初生凝固坯壳不均匀，增加连铸板坯表面热应力，使连铸坯表面裂纹发生倾向显著提高，而当结晶器宽面的冷却水量小于3400L/min，窄面的冷却水量小于480L/min时会产生漏钢风险。通过控制足辊宽面的冷却水量为239-298L/min，足辊窄面的冷却水量为61-65L/min，确保连铸坯在足辊段能够有足够的强度，同时降低连铸板坯表面的回温速率，避免产生过大的热应力诱发表面裂纹。通过将扇形段1-4段的总冷却水量为840-1101L/min，可减弱该区域的冷却强度，降低连铸坯表面温降速率，改善连铸坯纵向冷却均匀性。同时，由于结晶器、足辊和扇形段冷却水量的合理配置，可以显著提高连铸板坯等轴晶率，改善连铸坯中心偏析缺陷。

在连铸板坯凝固末端实施强冷策略，将扇形段第5-8段总冷却水量为633-1001L/min，通过增加连铸板坯表面温降速率，有效提高连铸板坯凝固坯壳强度，减少鼓肚量，改善中心偏析缺陷。同时，相对于现有技术可减小连铸坯表面和中心温降速率差距，提高连铸板坯表面凝固坯壳体积收缩量，补充铸坯中心的凝固收缩量，抑制连铸板坯中心出现空穴。空穴会产生负压抽吸作用，使富集溶质元素的钢液进入铸坯中心而导致中心偏析，所以对连铸板坯凝固末端实施强冷有利于改善连铸坯中心偏析缺陷。

基于前述控制策略同时将所述第5-8段的总冷却水量具体控制为5-6段内弧冷却水总量为140-189L/min，5-6段外弧的冷却水量为223-302L/min，7-8段内弧冷却水量为97-184L/min，7-8段外弧的冷却水量为173-326L/min时，可确保扇形段7段末处连铸板坯表面温度高于第三脆性区上限温度值，使连铸坯矫直时具有较高的塑性，进而有效避免在矫直段(扇形段第8段)由于矫直应力较大造成的表面裂纹显著增加。

相对于现有技术，本发明的技术方案具有如下有益效果：

1)基于本发明的技术方案得到的包晶钢连铸坯中心偏析比例低，根据实验检测结果，本发明得到的连铸坯中心偏析在2.6级以内的比例达到82％以上；

2)基于本发明的技术方案得到的包晶钢连铸坯表面缺陷率低，根据实验检测结果，本发明得到的连铸坯表面缺陷率在0.53％以下。

实施例1：

对250mm*1800mm包晶钢中厚连铸板坯采用了本发明方法，钢种为Q345D，浇注温度为1531℃，拉速为0.70m/min。

1)结晶器水量：宽面水量为3500L/min，窄面水量为500L/min；

2)二冷水量：足辊宽面水量为239L/min，足辊窄面水量为61L/min，扇形段1段上部水量为246L/min，1段下部水量为241L/min，扇形段2段内弧水量为84L/min，扇形段2段外弧水量为95L/min，扇形段3～4段内弧水量为75L/min，扇形段3～4段外弧水量为99L/min。扇形段5～6段内弧水量为140L/min，扇形段5～6段外弧水量为223L/min，扇形段7～8段内弧水量为97L/min，扇形段7～8段外弧水量为173L/min；扇形段9～14段内弧水量为44L/min，外弧无水。

该连铸板坯低倍检验中心偏析经采用曼内斯曼标准评级检测，中心偏析在2.6级以内比例为82％，连铸坯表面缺陷率为0.53％。

实施例2：

对250mm*1800mm包晶钢中厚连铸板坯采用了本发明方法，钢种为Q345E，浇注温度为1531℃，拉速为0.80m/min。

1)结晶器水量：宽面水量为3500L/min，窄面水量为500L/min；

2)二冷水量：足辊宽面水量为273L/min，足辊窄面水量为61L/min，扇形段1段上部水量为294L/min，1段下部水量为280L/min，扇形段2段内弧水量为96L/min，扇形段2段外弧水量为110L/min,扇形段3～4段内弧水量为81L/min，扇形段3～4段外弧水量为108L/min。扇形段5～6段内弧水量为167L/min，扇形段5～6段外弧水量为270L/min，扇形段7～8段内弧水量为139L/min，扇形段7～8段外弧水量为247L/min；扇形段9～14段内弧水量为52L/min，外弧无水。

该连铸板坯低倍检验中心偏析经采用曼内斯曼标准评级检测，中心偏析在2.6级以内比例为85％，连铸坯表面缺陷率为0.48％。

实施例3：

对250mm*1800mm包晶钢中厚连铸板坯采用了本发明方法，钢种为Q345D，浇注温度为1531℃，拉速为0.90m/min。

1)结晶器水量：宽面水量为3500L/min，窄面水量为500L/min；

2)二冷水量：足辊宽面水量为298L/min，足辊窄面水量为65L/min，扇形段1段上部水量为329L/min，1段下部水量为318L/min，扇形段2段内弧水量为110L/min，扇形段2段外弧水量为126L/min,扇形段3～4段内弧水量为93L/min，扇形段3～4段外弧水量为125L/min，扇形段5～6段内弧水量为189L/min，扇形段5～6段外弧水量为302L/min，扇形段7～8段内弧水量为184L/min，扇形段7～8段外弧水量为326L/min；扇形段9～14段内弧水量为64L/min，外弧无水。

该连铸板坯低倍检验中心偏析经采用曼内斯曼标准评级检测，中心偏析在2.6级以内比例为83％，连铸坯表面缺陷率为0.46％。

对比例1：

1)结晶器水量：宽面水量为4100L/min，窄面水量为570L/min；

2)二冷水量：足辊宽面水量为239L/min，足辊窄面水量为61L/min，扇形段1段上部水量为246L/min，1段下部水量为241L/min，扇形段2段内弧水量为84L/min，扇形段2段外弧水量为95L/min,扇形段3～4段内弧水量为75L/min，扇形段3～4段外弧水量为99L/min。扇形段5～6段内弧水量为140L/min，扇形段5～6段外弧水量为223L/min，扇形段7～8段内弧水量为97L/min，扇形段7～8段外弧水量为173L/min；扇形段9～14段内弧水量为44L/min，外弧无水。

该连铸板坯低倍检验中心偏析经采用曼内斯曼标准评级检测，中心偏析在2.6级以内比例为70％，连铸坯表面缺陷率为1.8％。

对比例2：

对250mm*1800mm包晶钢中厚连铸板坯采用了本发明方法，钢种为Q345D，浇注温度为1531℃，拉速为0.80m/min。

1)结晶器水量：宽面水量为3500L/min，窄面水量为500L/min；

2)二冷水量：足辊宽面水量为261L/min，足辊窄面水量为51L/min，扇形段1段上部水量为294L/min，1段下部水量为312L/min，扇形段2段内弧水量为107L/min，扇形段2段外弧水量为122L/min,扇形段3～4段内弧水量为90L/min，扇形段3～4段外弧水量为120L/min。扇形段5～6段内弧水量为112L/min，扇形段5～6段外弧水量为280L/min，扇形段7～8段内弧水量为92L/min，扇形段7～8段外弧水量为164L/min；扇形段9～14段内弧水量为52L/min，外弧无水。

该连铸板坯低倍检验中心偏析经采用曼内斯曼标准评级检测，中心偏析在2.6级以内比例为46.2％，连铸坯表面缺陷率为2.2％。

对比例3：

对250mm*1800mm包晶钢中厚连铸板坯采用了本发明方法，钢种为Q345qE，浇注温度为1531℃，拉速为0.90m/min。

1)结晶器水量：宽面水量为3500L/min，窄面水量为500L/min；

2)二冷水量：足辊宽面水量为248L/min，足辊窄面水量为54L/min，扇形段1段上部水量为329L/min，1段下部水量为353L/min，扇形段2段内弧水量为122L/min，扇形段2段外弧水量为140L/min，扇形段3～4段内弧水量为103L/min，扇形段3～4段外弧水量为139L/min，扇形段5～6段内弧水量为126L/min，扇形段5～6段外弧水量为202L/min，扇形段7～8段内弧水量为122L/min，扇形段7～8段外弧水量为217L/min；扇形段9～14段内弧水量为64L/min，外弧无水。

该连铸板坯低倍检验中心偏析经采用曼内斯曼标准评级检测，中心偏析在2.6级以内比例为44.7％，连铸坯表面缺陷率为1.9％。

表1二冷区各分区分段数据表

表1是二冷区各分区分段数据表，内有各段的长度以及距弯月面距离，为目前惯用的二冷区设备参数，本发明各实施例和对比例中的冷却水量也是以该表格内的参数为基础的，当对应的长度和距离发生较大变化时，本发明各实施例和对比例中各段的冷却水量也需相应的发生变化。

以上对本申请实施例所提供的一种改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，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商品或者系统不仅包括那些要素，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商品或者系统所固有的要素。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商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims

1.一种改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法，其特征在于，所述方法的内容包括：

2.根据权利要求1所述的改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法，其特征在于，第1-4段的冷却水设置工艺为：第1段下部的冷却水量为241-318L/min，第2段内弧的冷却水量为84-110L/min，第2段外弧的冷却水总量为95-126L/min，第3-4段内弧的冷却水总量为75-93L/min，第3-4段外弧的冷却水总量为99-125L/min。

3.根据权利要求2所述的改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法，其特征在于，第1段上部的冷却水量为246-329L/min。

4.根据权利要求1所述的改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法，其特征在于，第5-8段冷却水量的设置工艺为：第5-6段内弧冷却水总量为140-189L/min，第5-6段外弧的冷却水量为223-302L/min，第7-8段内弧冷却水量为97-184L/min，第7-8段外弧的冷却水量为173-326L/min。

5.根据权利要求1所述的改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法，其特征在于，所述方法的内容还包括：

6.根据权利要求1所述的改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法，其特征在于，二冷区冷却水的入水口温度为30-40℃。

7.根据权利要求1所述的改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法，其特征在于，所述包晶钢连铸中厚板坯的拉速为0.7-0.9m/min。

8.根据权利要求1所述的改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法，其特征在于，所述足辊段和所述扇形段的整体比水量为0.89-0.94L/Kg。

9.一种包晶钢连铸中厚板坯，其特征在于，采用如权利要求1-8任一所述的改善包晶钢连铸中厚板坯中心偏析与表面裂纹的方法进行铸造；所述包晶钢连铸中厚板坯的中心偏析在2.6级以内的比例达到82％以上，表面缺陷率在0.53％以下。

10.根据权利要求9所述的包晶钢连铸中厚板坯，其特征在于，所述包晶钢连铸中厚板坯的断面规格为250mm*1800mm。