CN112808956A - 一种中间包快换后304钢种初铸坯的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中间包快换后304钢种初铸坯的铸造方法，其特点是包括：(1)使用低熔点开浇渣，加入保护渣吸收夹杂物；(2)控制铸造速度，结晶器采用弱冷方式，减少一次冷却水量。本发明的有益效果是在相同的钢水温度条件下，低熔点开浇渣能快速熔化形成稳定渣系，在结晶器中润滑、传热及防止氧化作用，同时保护渣吸收夹杂物的效率决定于熔渣的动力学性质,流动性好的低粘度渣比粘性渣吸收作用好,同时用碱性助熔剂和氟化物助熔剂可以加速吸收钢种的氧化物,有利于提高品质；降低结晶器内冷却时间，减少应力，结晶器采用弱冷方式，降低单位吨钢冷却强度，减少一次冷却水量并控制结晶器保护渣的碱度，改善中间包快换后，初铸坯表面纵裂纹。

Description

一种中间包快换后304钢种初铸坯的铸造方法

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，尤其涉及一种中间包快换后304钢种初铸坯的铸造方法。

背景技术

304钢种是亚稳定奥氏体不锈钢，在不同温度下由不同相组成。图1是18.5％Cr含量的Fe-Ni-Cr三元相图的垂直截面图，304的成分位于A点左右的位置，其凝固过程为：L→L+δ→L+δ+γ→δ+γ→(δ、γ分别为铁素体和奥氏体)。凝固时，首先从液相析出铁素体，而周围成为富Ni、贫Cr的区域。温度降低到一定程度，发生L+δ→γ包晶，铁素体周围形成奥氏体，然后铁素体和奥氏体同时向液相生长。当温度下降到1400℃左右，液相逐渐消失。到1300℃以下，铁素体转变为奥氏体，成为奥氏体钢。因此，304不锈钢在连铸过程中存在L+δ→γ包晶反应,且其凝固收缩大约为6％-7％，是一种强收缩的钢种。连铸工艺是液态的钢水通过钢包浇注、冷凝、切割而得到铸坯的工艺，这个过程最主要的环节就是把一炉或多炉钢水通过钢包和中间包连续地注入结晶器，在四块铜板构成的结晶器内通过水冷，从而得到四周为固态的坯壳、中间部分仍为液态钢水的铸坯。接着铸坯通过二次冷却逐渐全部凝固，并通过拉矫装置中辊子的支撑和转动作用被拉出连铸机本体，再由切割装置切割成一定长度的板坯。其中，中间包作为钢包与结晶器的中间环节，起到了稳定钢水，使夹杂物充分上浮，并在钢包交换时，储存钢水的作用等。钢水通过中间包，连续不断的注入结晶器，通过结晶器内初步凝固，及向后的冷却矫直过程，达到连铸铸造，产出符合要求的连铸坯。因此，中间包快换技术可以使连铸作业实现长时间的连续浇铸。

中国专利申请，申请号CN201710519804.6，申请日2017.06.30，授权公告号CN107262691A，授权公告日2017.10.20，公开了一种不锈钢连铸生产中异钢种快换的方法，其包括以下步骤；将300系钢种中不同钢种的中间包进行快换，并根据快换前后不同钢种的冷坯宽度、钢坯收缩系数差值对结晶器的下端宽度进行在线调节；中间包采用惰性气体密封，且中间包的单次快换时间≤4min；前盛钢水的密度大于快换后所盛钢水的密度，前盛钢水的温度不低于设定的前钢种的目标温度，快换后所盛钢水的温度不低于设定的后钢种的目标温度。该方法改善甚至消除了300系普通和特殊不锈钢钢种快换时的混钢现象、提高了连铸作业率，较大程度地实现了300系普通和特殊不锈钢种之间的交叉快换；缩短了连铸时间，降低了结晶器密封资材消耗，减少了因钢种交换引起的待机时间。在该技术方案中公开了进行异钢种快换的后钢种包括304钢种，与所述304钢种进行所述异钢种快换的前钢种包括301钢种、304L钢种、304J1钢种、316L钢种和321钢种中的任一种。缺点是，中间包快换后304钢种初铸坯在结晶器内，初铸坯的角部冷却强度最高。这样角部先收缩而与结晶器之间产生间隙，就会在邻近角部的宽面和窄面各产生一个凝固坯壳最薄的拐点，即热点。考虑实际的温度场分布，铸坯在结晶器弯月面宽面边部温度比较低，先处于这类钢的包晶反应温度区。这样弯月面处铸坯窄面与结晶器产生的间隙较大，另一方面宽面单位冷却强度较窄面弱，造成宽面热点处的坯壳没有窄面的厚(见图2a)。随着凝固的进行，在钢液静压力的作用下，就会将窄面的坯壳压向结晶器。正是由于这一静压力以及宽面收缩的作用，使铸坯角部产生挤压扭动，从而在宽面两边部形成凹陷(见图2b)。在弯月面处由于包晶反应而产生的收缩较大，因此，窄面的锥度所起的作用较小。随着凝固的进行，结晶器下部的锥度所起的作用增大，就会对铸坯窄面产生挤压力，在这一力的作用下，宽面的凹陷增加，并在窄面出现一定的鼓肚(见图2c和图2d)，最终在初铸坯出现纵裂纹缺陷。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中中间包快换后304钢种初铸坯出现纵裂纹缺陷的问题，本发明的目的在于提供一种中间包快换后304钢种初铸坯的铸造方法，通过开浇渣的选择及提前提速等手段，改善中间包快换后，初铸坯表面纵裂纹。

2.技术方案

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用如下技术方案：

一种中间包快换后304钢种初铸坯的铸造方法，其特点是包括如下步骤：

(1)使用低熔点开浇渣，加入保护渣吸收夹杂物；在相同的钢水温度条件下，低熔点开浇渣能快速熔化形成稳定渣系，在结晶器中润滑、传热及防止氧化作用，同时保护渣吸收夹杂物的效率决定于熔渣的动力学性质,流动性好的低粘度渣比粘性渣吸收作用好,同时用碱性助熔剂和氟化物助熔剂可以加速吸收钢种的氧化物,有利于提高品质；

(2)控制铸造速度，所述铸造速度包括第一加速度段、第一匀速段、第二加速段、第二匀速段，所述第一加速段的铸造速度由0升至0.3m/min，速率为2.5m/min²；所述第一匀速段的速度0.3m/min；第二加速段的铸造速度由0.3升至1.0-1.2m/min，速率为0.2m/min²；第二匀速段的速度1.0-1.2m/min，降低结晶器内冷却时间，减少应力，结晶器采用弱冷方式，降低吨钢冷却强度，减少一次冷却水量。

在本发明一个具体的实施例中，所述低熔点开浇渣的熔点为1090±20℃，粘度1.00±0.5，1300℃条件下，Poise，低熔点开浇渣的形态为粉渣。

在本发明一个具体的实施例中，所述低熔点开浇渣按质量份数包括SiO₂，39-41份；CaO+Mg0合计33-35份；Al₂O₃,2.5-4.0份；Na₂O+K₂O合计7.5-9.0份；F，10-12份；H₂O,≤0.5份；总C，≤3.0份；S，≤1.0份。

在本发明一个具体的实施例中，所述保护渣的形态为颗粒渣，熔点1070±20℃，粘度1.10±0.5,1300℃、Poise。

在本发明一个具体的实施例中，所述保护渣按质量份数包括：SiO₂，30-32份；CaO+Mg0合计33-35份；Al₂O₃,5.5-7.0份；Na₂O+K₂O合计7.5-9.0份；F，6.5-8.0份；H₂O,≤0.5份；总C，2-6份；S，≤1.0份，碱度为1.00-1.12。

在本发明一个具体的实施例中，所述结晶器采用弱冷方式中，宽面水量为3500L/Min；窄面水量为500L/Min。

在本发明一个具体的实施例中，所述304钢种进行异钢种快换的前钢种包括301钢种、304L钢种、304J1钢种、316L钢种和321钢种中的任一种。

从中间包快换后304钢种初铸坯出现凹陷的形成机理可知，在凝固过程中，铸坯宽面边部和结晶器之间产生间隙。这样在宽面凹陷部位生成的初生凝固壳厚度就会不均匀，而且随着凝固的进行在凹陷部位要承受挤压扭力以及在窄面结晶器作用下的挤压力,导致凹陷部位应力集中，当应力超过坯壳的抗拉强度时就产生微小的裂纹。在中间包快换过程中，铸坯停滞，铸坯表面冷却加强，铸坯与结晶器的缝隙进一步扩大，由于304是强收缩的钢种，产生的凹陷比其它钢种深，因此更容易在这一部位产生铸坯纵向凹陷部位表面微裂纹；在中间包快换后，铸速快速提升，由于结晶器内温度急剧上升，保护渣加入进行重新造渣，颗粒状保护渣熔化成液渣，从而形成新的渣系，拉速在变化，结晶器内流场一直在改变，浸入式水口(SEN)周围的应力相对集中。当应力超过坯壳的抗拉强度时就产生裂纹等问题。

3.有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在相同的钢水温度条件下，低熔点开浇渣能快速熔化形成稳定渣系，在结晶器中润滑、传热及防止氧化作用，同时保护渣吸收夹杂物的效率决定于熔渣的动力学性质,流动性好的低粘度渣比粘性渣吸收作用好,同时用碱性助熔剂和氟化物助熔剂可以加速吸收钢种的氧化物,有利于提高品质；降低结晶器内冷却时间，减少应力，结晶器采用弱冷方式，降低单位吨钢冷却强度，减少一次冷却水量并控制结晶器保护渣的碱度，改善中间包快换后，初铸坯表面纵裂纹。

附图说明

为了更清楚地说明发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是发明的一些实施方式，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他的附图。

图1是18.5％Cr含量的Fe-Ni-Cr三元相图的垂直截图。

图2是现有技术中中间包快换后304钢种初铸坯纵裂纹形成机理。

具体实施方式

在发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

一种中间包快换后304钢种初铸坯的铸造方法，其特点是包括如下步骤：304钢种进行异钢种快换的前钢种包括301钢种、304L钢种、304J1钢种、316L钢种和321钢种中的任一种。(1)使用低熔点开浇渣，加入保护渣吸收夹杂物；低熔点开浇渣的熔点为1090±20℃，粘度1.00±0.5，1300℃条件下，Poise，低熔点开浇渣的形态为粉渣；所述低熔点开浇渣按质量份数包括SiO₂，39-41份；CaO+Mg0合计33-35份；Al₂O₃,2.5-4.0份；Na₂O+K₂O合计7.5-9.0份；F，10-12份；H₂O,≤0.5份；总C，≤3.0份；S，≤1.0份。保护渣的形态为颗粒渣，熔点1070±20℃，粘度1.10±0.5,1300℃、Poise；保护渣按质量份数包括：SiO₂，30-32份；CaO+Mg0合计33-35份；Al₂O₃,5.5-7.0份；Na₂O+K₂O合计7.5-9.0份；F，6.5-8.0份；H₂O,≤0.5份；总C，2-6份；S，≤1.0份，碱度为1.00-1.12。在相同的钢水温度条件下，低熔点开浇渣能快速熔化形成稳定渣系，在结晶器中润滑、传热及防止氧化作用，同时保护渣吸收夹杂物的效率决定于熔渣的动力学性质,流动性好的低粘度渣比粘性渣吸收作用好,同时用碱性助熔剂和氟化物助熔剂可以加速吸收钢种的氧化物,有利于提高品质；

(2)控制铸造速度，所述铸造速度包括第一加速度段、第一匀速段、第二加速段、第二匀速段，所述第一加速段的铸造速度由0升至0.3m/min，速率为2.5m/min²；所述第一匀速段的速度0.3m/min；第二加速段的铸造速度由0.3升至1.0-1.2m/min，速率为0.2m/min²；第二匀速段的速度1.0-1.2m/min，降低结晶器内冷却时间，减少应力，结晶器采用弱冷方式，降低吨钢冷却强度，减少一次冷却水量。宽面水量为3500L/Min；窄面水量为500L/Min。通过减少提速时间、减少1次冷却水量并提高结晶器保护渣的碱度，使得单位吨钢的冷却强度降低，变相达到结晶器冷却强度由强冷变为弱冷，相对冷却强度变弱后，铸坯的缺陷指数显著降低。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者设备所固有的要素。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过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种中间包快换后304钢种初铸坯的铸造方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)使用低熔点开浇渣，加入保护渣吸收夹杂物；

(2)控制铸造速度，所述铸造速度包括第一加速度段、第一匀速段、第二加速段、第二匀速段，所述第一加速段的铸造速度由0升至0.3m/min，速率为2.5m/min²；所述第一匀速段的速度0.3m/min；第二加速段的铸造速度由0.3升至1.0-1.2m/min，速率为0.2m/min²；第二匀速段的速度1.0-1.2m/min，结晶器采用弱冷方式，减少一次冷却水量。

2.根据权利要求1所述一种中间包快换后304钢种初铸坯的铸造方法，其特征在于：所述低熔点开浇渣的熔点为1090±20℃，粘度1.00±0.5，1300℃条件下，Poise，低熔点开浇渣的形态为粉渣。

3.根据权利要求2所述一种中间包快换后304钢种初铸坯的铸造方法，其特征在于：所述低熔点开浇渣按质量份数包括SiO₂，39-41份；CaO+Mg0合计33-35份；Al₂O₃,2.5-4.0份；Na₂O+K₂O合计7.5-9.0份；F，10-12份；H₂O,≤0.5份；总C，≤3.0份；S，≤1.0份。

4.根据权利要求1所述一种中间包快换后304钢种初铸坯的铸造方法，其特征在于：所述保护渣的形态为颗粒渣，熔点1070±20℃，粘度1.10±0.5,1300℃、Poise。

5.根据权利要求4所述一种中间包快换后304钢种初铸坯的铸造方法，其特征在于：所述保护渣按质量份数包括：SiO₂，30-32份；CaO+Mg0合计33-35份；Al₂O₃,5.5-7.0份；Na₂O+K₂O合计7.5-9.0份；F，6.5-8.0份；H₂O,≤0.5份；总C，2-6份；S，≤1.0份，碱度为1.00-1.12。

6.根据权利要求1所述一种中间包快换后304钢种初铸坯的铸造方法，其特征在于：所述结晶器采用弱冷方式中，宽面水量为3500L/Min；窄面水量为500L/Min。

7.根据权利要求1所述一种中间包快换后304钢种初铸坯的铸造方法，其特征在于：所述304钢种进行异钢种快换的前钢种包括301钢种、304L钢种、304J1钢种、316L钢种和321钢种中的任一种。

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