CN112157233B - 宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法，包括：(1)铁水原料在K‑OBM‑S转炉中冶炼得到钢水；(2)将钢水送入VOD炉进行冶炼，实现脱碳、还原和加铝；(3)将钢水由VOD炉送入LF炉，调整钢水的渣况、成分和温度；(4)将钢水借助中间包由LF炉送入连铸机的第一炉和第二炉进行浇铸得到连铸板坯。本发明的方法能够得到厚180‑230mm、宽度1000‑1300mm、重量大于10吨的铁铬铝连铸板坯，并且降低了生产成本，提高了成材率，产品成分、性能稳定性大幅提高。

Description

宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法
技术领域
本发明涉及合金冶炼技术领域，具体涉及一种宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法。
背景技术
电热合金按其金相组织可以分为铁铬铝铁素体合金和镍铬奥氏体合金，其中铁铬铝合金Cr、Al元素含量分别达到13-27％和3-7％左右，在1000-1300℃工作温度下，通过焦耳热的方式实现电能转化热能，达到对某一区域(如炉膛)或某些物品(如食品)加热的目的。铁铬铝合金具有性价比高、发热效率高、易于加工发热元件等特点，广泛应用工业炉窑、食品机械、家用电器等领域。
铝是提高铁铬铝合金抗氧化性能的关键元素，而且铝对提高电阻率、快速寿命值和降低电阻温度系数的作用也很大。铁铬铝合金中由于铝的加入，合金固溶体的晶格畸变增大，急剧降低合金的韧性。再者，铁素体不锈钢的韧性与材料的截面尺寸相关，随着材料截面尺寸的增大，其韧脆转变温度升高，韧性下降。
基于铁铬铝合金成分、材料脆性严重及尺寸效应等特点，国内外基本采用“感应炉+电渣重熔”小规模熔炼方式进行冶炼，锻造开坯。该工艺具有生产效率低下，成材率低，性能波动大等问题，无法规模化进行生产。该工艺生产的铁铬铝带材产品宽度有限，成材率很低，整卷产品成分、性能波动大，只能提供宽度不超过300mm、卷重在5吨以内的带材产品。
利用“VOD冶炼+板坯连铸”工艺流程规模化生产的铁铬铝产品成材率高，但技术复杂，工艺难度大。其中板坯连铸的难点为：铁铬铝合金中铝含量较高，铝元素极易与空气中的氧、耐材、连铸保护渣等发生化学反应，使铁铬铝合金连铸板坯在生产过程中出现堵水口、保护渣结块、断浇、铸坯表面夹杂等问题，无法正常连铸成功铁铬铝合金板坯。作为高铬铁素体组织，铁铬铝合金在高温下具有快速长大的倾向，结晶速度快，柱状晶发达，铸坯必须采用电磁搅拌和合适的冷却制度来保证铸坯质量和防止横裂。铁铬铝铸坯温度较低时，冷脆性急剧增高，难以抵抗运转物流过程的冲击，所以要求铸坯必须红送热装入炉轧制，铸坯严禁放冷。Al及其它活性元素的加入，使铸坯表面质量恶化，但该产品主要以薄板进行使用，夹杂物必须进行严格控制。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法，消除了连铸断浇、板坯夹杂和铸坯横裂等问题，连铸坯宽度为1000-1300mm，重量大于10吨，显著增大了铁铬铝合金板带材的单卷重量，提高了材料成分和性能的均匀性。
本发明的技术方案具体如下：
一种宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法，包括：
(1)铁水原料在K-OBM-S转炉中冶炼得到钢水；
(2)将钢水送入VOD炉进行冶炼，实现脱碳、还原和加铝；
(3)将钢水由VOD炉送入LF炉，调整钢水的渣况、成分和温度；
(4)将钢水借助中间包由LF炉送入连铸机的第一炉和第二炉进行浇铸得到连铸板坯。
可选地，在步骤(4)中，按照重量百分比计，采用的覆盖剂的组成是：C：5.0-8.5％、SiO2：0.1-4.0％、CaO：0.1-4.0％、Al2O3：0.5-2.0％、Fe2O3：0.1-1.6％、Na2O：0.1-1.2％、MnO：0.02-0.10％、水分：0.1-1.0％、其余全部为MgO。
可选地，在步骤(4)中，按照重量百分比计，连铸结晶器保护渣的组成是：C：6.0-9.0％、Na2O：8.0-12.0％、F-：6.0-12.0％、Li2O：3.0-7.0％、Al2O3：1.0-4.0％、MgO：0.5-2.0％，其余为CaO和SiO2；
连铸结晶器保护渣的碱度R＝CaO/SiO2是0.50-0.80。
可选地，在步骤(4)中，连铸板坯的拉速是0.40-1.20m/min。
可选地，在步骤(4)中，结晶器冷却水强度宽面为2400-3200L/min，窄面为300-400L/min。
可选地，在步骤(4)中，对钢水采用电磁搅拌，二冷水强度控制在0.5-1.0L/kg。
可选地，在步骤(4)中，第一炉板坯经过修磨后直接红送热连轧进行后续生产；
第二炉板坯经过修磨后送入退火炉进行保温，优选地，在送入退火炉之前，退火炉先升温到150-250℃，装入板坯后，退火炉按照50℃/h升温到500-700℃，进行保温。
可选地，在步骤(4)中，中间包的温度是1525-1550℃，第二炉温度低于第一炉。
可选地，钢水成分满足牌号是1Cr13Al4、0Cr15Al5、0Cr18Al4或0Cr21Al6钢种要求。
可选地，制备得到的连铸板坯厚度是180-230mm、宽度是1000-1300mm，重量大于10吨。
相比于现有技术，本发明的技术方案具有如下有益效果：
(1)连铸板坯轧制钢卷后表面质量良好，夹杂较少。
(2)使得采用连铸板坯工艺流程稳定生产厚180-230mm、宽度1000-1300mm、大于10吨的铁铬铝连铸板坯成为可能。
(3)实现了铁铬铝合金两炉连浇，降低了生产成本，提高了成材率，产品成分、性能稳定性大幅提高。
附图说明
图1显示了0Cr21Al6板坯截面的低倍组织，等轴晶比例为54％，因板坯放冷截面出现了裂纹。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
针对目前铁铬铝合金连铸板坯制造过程中存在的连铸断浇、板坯夹杂和铸坯横裂等问题，本发明的发明人通过研究对制造方法进行了改进，通过采取保护浇铸、优化保护渣成分、控制拉速、使用电磁搅拌和控制冷速等措施，实现了宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的连续生产。
由于Al及稀土活性元素的存在，铁铬铝合金钢水容易与耐材、保护渣等反应变性，影响浇铸，特别是连浇的顺行。同时，铸坯表面质量恶化，重皮夹杂较多，需要热修磨后再热轧。铁铬铝合金脆性较大，必须提高等轴晶比例来提高铸坯韧性。铸坯在切割、修磨和吊运过程中，必须保证铸坯温度，否则冷脆性足以造成铸坯产生裂纹甚至横裂。
基于以上思路，本发明提供的宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法包括：(1)铁水原料在K-OBM-S转炉中冶炼得到钢水；(2)将钢水送入VOD炉进行冶炼，实现脱碳、还原和加铝；(3)将钢水由VOD炉送入LF炉，调整钢水的渣况、成分和温度；(4)将钢水借助中间包由LF炉送入连铸机的第一炉和第二炉进行浇铸得到连铸板坯。
本发明的宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法尤其适合生产牌号是1Cr13Al4、0Cr15Al5、0Cr18Al4或0Cr21Al6钢种。
在一种优选的实施方案中，本发明的宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法包括如下步骤：
(1)使用铁水原料，在K-OBM-S转炉中进行冶炼，在整个冶炼过程中吹氩以防止钢液和空气接触，转炉炉后扒净80-90％的炉渣。
(2)K-OBM-S转炉冶炼得到的钢水送入VOD炉(真空吹氧脱碳精炼炉)进行冶炼。在VOD炉的最高真空度≤5mbar时生产，在VOD炉内完成脱碳、还原和加铝操作，出钢温度控制为1535-1600℃。
(3)VOD炉冶炼得到的钢水送入LF炉(钢包精炼炉)进行冶炼。在LF炉中，调整渣况、成分和钢水温度。在钢水离开LF前，进行弱搅拌至少10min，弱搅拌过程保证钢水液面不得裸露，出钢温度控制为1565-1600℃。
(4)将钢水借助中间包由LF炉送入连铸机的第一炉和第二炉进行浇铸得到连铸板坯。
在本步骤中，浇铸前，需要做好中间包的密封，中间包吹Ar 4-8min后开浇。覆盖剂成分配比(Wt.％)为：C：5.0-8.5、SiO2：0.1-4.0、CaO：0.1-4.0、Al2O3：0.5-2.0、Fe2O3：0.1-1.6、Na2O：0.1-1.2、MnO：0.02-0.10、水分：0.1-1.0、其余全部为MgO。这样防止了钢水的氧化，控制了氧化物夹杂的产生。基于铁铬铝合金液相线温度，中间包温度控制为1525-1550℃，第二炉较第一炉低5℃，液面波动控制在±5mm之内。
根据铁铬铝合金熔液的凝固特性及脆性转变温度，在连铸过程中应采用弱冷工艺。结晶器冷却水强度宽面为2400-3200L/min，窄面为300-400L/min。
浇铸过程中，结晶器内钢水中的铝元素与保护渣发生反应，使保护渣的熔点、粘度等关键指标发生改变，影响到保护渣的性能，导致铸坯出现粘接、卷渣、裂纹等缺陷。发明人通过研究，针对铁铬铝连铸开发了新保护渣，显著减少渣条和结块，使得两炉连浇能顺利进行，改善了铸坯表面质量。连铸结晶器保护渣成分配比(Wt.％)为：C：6.0-9.0、Na2O：8.0-12.0、F-：6.0-12.0、Li2O：3.0-7.0、Al2O3：1.0-4.0、MgO：0.5-2.0。其余为CaO和SiO2，碱度R＝CaO/SiO2控制为0.50-0.80。
在本步骤中，铸坯拉速控制为0.40-1.20m/min，拉速波动值控制在±0.02m/min，避免钢水漏钢造成断浇。
电磁搅拌可以打破凝固过程中的温度梯度分布，防止柱状晶的产生；而电磁力打破了树枝晶的生长机制，有助于等轴晶的生成。所以本发明必须投用电磁搅拌，二冷水强度控制在0.5-1.0L/kg，均匀冷却，以提高等轴晶比例，改善铸坯韧性。
对得到的连铸坯，进行表面修磨，例如采用16#砂轮对连铸坯表面进行热修磨。修磨前连铸坯表面温度控制在250℃-600℃，修磨后连铸坯表面温度控制在≥200℃。修磨进行2遍，第1遍加重修磨，第2遍轻修磨，重量损失率控制为1.0-4.0％，磨掉铸坯表面卷渣、重皮等，提高板坯表面质量。
在连铸机的两个炉中，第一炉的板坯在修磨后直接红送热连轧进行后续生产。第二炉的板坯在修磨后装入退火炉进行保温(装炉前板坯温度≥150℃)，装炉前，退火炉先升温到150-250℃，装入板坯后，退火炉按照50℃/h升温到500-700℃，进行保温，防止铸坯放冷横裂。该操作对保证铸坯质量十分重要。图1显示了放冷的0Cr21Al6板坯截面的低倍组织，等轴晶比例为54％。从图1可以看出，因铸坯放冷截面出现了裂纹。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
以牌号为1Cr13Al4的铁铬铝合金连铸板坯为原料，其化学成分按质量百分比为：C：0.018％、Si：0.23％、Mn：0.08％、P：0.012％、S：0.001％、Cr：13.9％、Al：5.1％、Ti：0.25％、N：0.002％，其余为Fe及其它不可避免的杂质。
实施例1的宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法包括如下步骤：
(1)使用铁水原料，在K-OBM-S转炉冶炼，全程吹氩，防止钢液和空气接触，转炉炉后扒净80％的炉渣。
(2)钢水在VOD炉冶炼，最高真空度为5mbar时生产，完成脱碳、还原和加铝操作，出钢温度控制为1535-1565℃。
(3)到达LF炉，调整渣况、成分和钢水温度。离开LF前，弱搅拌为16min，弱搅拌过程保证钢水液面不得裸露，出钢温度控制为1565-1580℃。
(4)将钢水借助中间包由LF炉送入连铸机的第一炉和第二炉进行浇铸得到连铸板坯。
浇铸前，做好中间包的密封，中间包吹Ar 4min后开浇。覆盖剂成分配比(Wt.％)为：C：7.9、SiO2：2.64、CaO：3.23、Al2O3：0.88、Fe2O3：1.35、Na2O：0.17、MnO：0.06、水分：0.75、MgO：82.82。
中间包温度控制为1525-1540℃，液面波动控制为-3.0mm到2.6mm。
结晶器冷却水强度宽面为2400-2800L/min和窄面为300-340L/min。
连铸结晶器保护渣成分配比(Wt.％)为：C：7.1、Na2O：9.3、F-：8.7、Li2O：4.5、Al2O3：1.62、MgO：1.14。碱度R＝CaO/SiO2控制为0.62。
铸坯拉速控制为0.80-1.20m/min，拉速波动值控制在±0.02m/min。
必须投用电磁搅拌，二冷水强度控制在0.6-0.8L/kg，均匀冷却。
采用16#砂轮对连铸坯表面进行热修磨，修磨前连铸坯表面温度控制为252-467℃，修磨后连铸坯表面温度控制为204-323℃。修磨2遍，第1遍加重修磨，第2遍轻修磨，修磨重量损失率为1.5-1.8％。
第一炉板坯，修磨后直接红送热连轧进行后续生产。第二炉板坯，修磨后装入退火炉进行保温(装炉前板坯温度为161-178℃)，装炉前，退火炉先升温到200℃，装入板坯后，退火炉按照50℃/h升温到580℃，进行保温。
利用实施例1的宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法，可以生产出规格为厚度200mm、宽度1240mm的1Cr13Al4连铸板坯。而且，在宽钢带1Cr13Al4连铸板坯的生产过程中未发生断浇，连铸板坯轧制钢卷后表面无可见夹杂。
实施例2
以牌号为0Cr15Al5的铁铬铝合金连铸板坯为原料，其化学成分按质量百分比为：C：0.018％、Si：0.16％、Mn：0.06％、P：0.012％、S：0.001％、Cr：14.7％、Al：5.0％、Ti：0.19％、N：0.003％，其余为Fe及其它不可避免的杂质。
实施例2的宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法包括如下步骤：
(1)使用铁水原料，在K-OBM-S转炉冶炼，全程吹氩，防止钢液和空气接触，转炉炉后扒净85％的炉渣。
(2)钢水在VOD炉冶炼，最高真空度为4mbar时生产，完成脱碳、还原和加铝操作，出钢温度控制为1555-1585℃。
(3)到达LF炉，调整渣况、成分和钢水温度。离开LF前，弱搅拌为14min，弱搅拌过程保证钢水液面不得裸露，出钢温度控制为1575-1590℃。
(4)将钢水借助中间包由LF炉送入连铸机的第一炉和第二炉进行浇铸得到连铸板坯。
浇铸前，做好中间包的密封，中间包吹Ar 6min后开浇。覆盖剂成分配比(Wt.％)为：C：7.1、SiO2：3.05、CaO：3.32、Al2O3：1.21、Fe2O3：1.29、Na2O：0.21、MnO：0.07、水分：0.72、MgO：83.03。
中间包温度控制为1530-1545℃，液面波动控制为-2.9mm到2.8mm。
结晶器冷却水强度宽面为2600-3000L/min和窄面为320-380L/min。
连铸结晶器保护渣成分配比(Wt.％)为：C：7.5、Na2O：9.5、F-：8.8、Li2O：4.6、Al2O3：1.67、MgO:1.15。碱度R＝CaO/SiO2控制为0.64。
铸坯拉速控制为0.60-1.10m/min，拉速波动值控制在±0.02m/min。
必须投用电磁搅拌，二冷水强度控制在0.8-1.0L/kg，均匀冷却。
采用16#砂轮对连铸坯表面进行热修磨，修磨前连铸坯表面温度控制为291-489℃，修磨后连铸坯表面温度控制为211-330℃。修磨2遍，第1遍加重修磨，第2遍轻修磨，修磨重量损失率为2.2-2.5％。
第一炉板坯，修磨后直接红送热连轧进行后续生产。第二炉板坯，修磨后装入退火炉进行保温(装炉前板坯温度为187-210℃)，装炉前，退火炉先升温到220℃，装入板坯后，退火炉按照50℃/h升温到620℃，进行保温。
利用实施例2的宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法，可以生产出规格为厚度200mm、宽度1220mm的0Cr15Al5连铸板坯。而且，在宽钢带0Cr15Al5连铸板坯的生产过程中未发生断浇，连铸板坯轧制钢卷后表面夹杂微小，不影响使用。
实施例3
以牌号为0Cr21Al6的铁铬铝合金连铸板坯为原料，其化学成分按质量百分比为：C：0.016％、Si：0.12％、Mn：0.06％、P：0.019％、S：0.001％、Cr：20.2％、Al：5.5％、Nb：0.08％、Ti：0.14％、N：0.004％，其余为Fe及其它不可避免的杂质。
实施例3的宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法包括如下步骤：
(1)使用铁水原料，在K-OBM-S转炉冶炼，全程吹氩，防止钢液和空气接触，转炉炉后扒净90％的炉渣。
(2)钢水在VOD炉冶炼，最高真空度为3mbar时生产，完成脱碳、还原和加铝操作，出钢温度控制为1575-1600℃。
(3)到达LF炉，调整渣况、成分和钢水温度。离开LF前，弱搅拌为12min，弱搅拌过程保证钢水液面不得裸露，出钢温度控制为1585-1600℃。
(4)将钢水借助中间包由LF炉送入连铸机的第一炉和第二炉进行浇铸得到连铸板坯。
浇铸前，做好中间包的密封，中间包吹Ar 7min后开浇。覆盖剂成分配比(Wt.％)为：C：7.3、SiO2：2.92、CaO：3.25、Al2O3：1.32、Fe2O3：1.37、Na2O：0.18、MnO：0.06、水分：0.80、MgO：82.80。
中间包温度控制为1535-1550℃，液面波动控制为-2.8mm到3.0mm。
结晶器冷却水强度宽面为2800-3200L/min和窄面为360-400L/min。
连铸结晶器保护渣成分配比(Wt.％)为：C：7.3、Na2O：9.8、F-：8.7、Li2O：5.1、Al2O3：1.71、MgO:1.18。碱度R＝CaO/SiO2控制为0.66。
铸坯拉速控制为0.50-1.00m/min，拉速波动值控制在±0.02m/min。
必须投用电磁搅拌，二冷水强度控制在0.8-1.0L/kg，均匀冷却。
采用16#砂轮对连铸坯表面进行热修磨，修磨前连铸坯表面温度控制为332-521℃，修磨后连铸坯表面温度控制为225-316℃。修磨2遍，第1遍加重修磨，第2遍轻修磨，修磨重量损失率为3.0-3.3％。
第一炉板坯，修磨后直接红送热连轧进行后续生产。第二炉板坯，修磨后装入退火炉进行保温(装炉前板坯温度为203-224℃)，装炉前，退火炉先升温到240℃，装入板坯后，退火炉按照50℃/h升温到650℃，进行保温。
利用实施例3的宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法，可以生产出规格为厚度200mm、宽度1200mm的0Cr21Al6连铸板坯。而且，在宽钢带0Cr21Al6连铸板坯的生产过程中未发生断浇，连铸板坯轧制钢卷后表面夹杂微小，不影响使用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种宽钢带铁铬铝合金连铸板坯两连浇的制造方法，其特征在于，所述宽钢带铁铬铝合金的组成按质量百分比为：C：0.018％、Si：0.16％、Mn：0.06％、P：0.012％、S：0.001％、Cr：14.7％、Al：5.0％、Ti：0.19％、N：0.003％，其余为Fe及其它不可避免的杂质；
所述制造方法包括：
（1）使用铁水原料，在K-OBM-S转炉冶炼，全程吹氩，防止钢液和空气接触，转炉炉后扒净85%的炉渣；
（2）钢水在VOD炉冶炼，最高真空度为4mbar时生产，完成脱碳、还原和加铝操作，出钢温度控制为1555-1585℃；
（3）到达LF炉，调整渣况、成分和钢水温度，离开LF炉前，弱搅拌为14min，弱搅拌过程保证钢水液面不得裸露，出钢温度控制为1575-1590℃；
（4）将钢水借助中间包由LF炉送入连铸机的第一炉和第二炉进行浇铸得到连铸板坯；
浇铸前，做好中间包的密封，中间包吹Ar 6min后开浇；覆盖剂成分的重量百分比配比为：C：7.1%、SiO2：3.05%、CaO：3.32%、Al2O3：1.21%、Fe2O3：1.29%、Na2O：0.21%、MnO：0.07%、水分：0.72%、MgO：83.03%；
中间包温度控制为1530-1545℃，液面波动控制为-2.9mm到2.8mm；
结晶器冷却水强度宽面为2600-3000L/min，窄面为320-380L/min；
连铸结晶器保护渣成分的重量百分比配比为：C：7.5%、Na2O：9.5%、F-：8.8%、Li2O：4.6%、Al2O3：1.67%、MgO：1.15%，其余为CaO和SiO2；碱度R=CaO/SiO2控制为0.64；
铸坯拉速控制为0.60-1.10m/min，拉速波动值控制在±0.02 m/min；
投用电磁搅拌，二冷水强度控制在0.8-1.0L/kg，均匀冷却；
采用16#砂轮对连铸坯表面进行热修磨，修磨前连铸坯表面温度控制为291-489℃，修磨后连铸坯表面温度控制为211-330℃；修磨2遍，第1遍加重修磨，第2遍轻修磨，修磨重量损失率为2.2-2.5％；
第一炉板坯，修磨后直接红送热连轧进行后续生产；第二炉板坯，修磨后装入退火炉进行保温，装炉前板坯温度为187-210℃，装炉前，退火炉先升温到220℃，装入板坯后，退火炉按照50℃/h升温到620℃，进行保温。
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