CN113351837B - 一种大型钢锭的多包连续浇注方法 - Google Patents

一种大型钢锭的多包连续浇注方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大型钢锭的多包连续浇注方法。该方法是以VC精炼包作为中间包进行真空浇注,后续精炼好的钢水注入VC精炼包内实现多包连续浇注;VC精炼包内钢水表面覆盖有精炼还原渣,以在破空后保护钢水;后续精炼好的钢水注入精炼还原渣之下;真空浇注时控制VC精炼包内:钢水浇注温度逐渐上升;C和Mo元素的含量逐渐下降;浇注速度逐渐下降。该方法直接将VC精炼包当作浇注的中间包,避免倒包,使用浸入精炼还原渣下的长水口实现多包连续浇注,防止钢液浇注时二次氧化。偏析是一个连续的过程,通过控制C和Mo元素浓度连续降低,浇注温度连续升高,浇注速度梯度减少,实现对反偏析的连续控制,从而达到抑制宏观偏析的目的。

Description

一种大型钢锭的多包连续浇注方法
技术领域
本发明属于钢锭的浇铸技术领域,具体涉及一种大型钢锭的多包连续浇注方法。
背景技术
电力、冶金、船舶、石化、重型机械和国防等工业对大型锻件的需求迅猛增加,对其质量要求越来越高。特别是大型核电机组用核岛铸锻件、常规岛低压整体转子铸锻件、大型汽轮机转子、水轮机主轴、大型轧辊、石油加氢反应器、远洋轮船曲轴等均需要超大型优质钢锭锻造而成。因而超大型钢锭制造技术是制造超大型铸锻件的核心。
大型钢锭指单重100吨以上的钢锭。高质量的大型钢锭的获得主要取决于两个方面,一方面是高纯钢水的冶炼,另一方面是铸锭过程,其中,浇注工艺是获得高质量钢锭的重要环节,特别是多包合浇时。此时,通常需要2炉以上钢水通过一个过渡容器(称为中间包)实现连浇而成,即精炼后的钢水从钢包底部通过水口控制注入中间包,然后在中间包内形成一定熔池深度的钢水再通过塞棒(塞杆包)控制注入具有真空浇注的钢锭模。钢锭模放置在真空室内,中间包与真空室之间密封,满足钢锭的真空浇注要求。
从真空精炼后到真空浇注前需要破除真空(破空),倒包过程(钢水倒入中间包,利用中间包浇注)很容易氧化和吸气,产生的二次氧化产物及夹杂会对带来钢锭质量缺陷,而且这些质量缺陷很难通过后期热加工过程去除。
此外,宏观偏析也是大纲钢锭容易产生的质量缺陷之一,大型钢锭的凝固时间长,完全凝固时间长达几十小时甚到上百小时,由于溶质再分配、流体流动等因素导致化学成份分布不均,其中尤以C和Mo元素最为严重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大型钢锭的多包连续浇注方法,能够防止钢液浇注时二次氧化,抑制宏观偏析。
为实现上述目的,本发明的大型钢锭的多包连续浇注方法的技术方案是:
一种大型钢锭的多包连续浇注方法,包括以下步骤:以VC精炼包作为中间包进行真空浇注,后续精炼好的钢水注入VC精炼包内实现多包连续浇注;
所述VC精炼包内钢水表面覆盖有精炼还原渣,以在破空后保护钢水;所述后续精炼好的钢水注入精炼还原渣之下;
所述真空浇注时控制VC精炼包内:钢水浇注温度逐渐上升;C和Mo元素的含量逐渐下降;浇注速度逐渐下降。
本发明的大型钢锭的多包连续浇注方法,直接将VC精炼包当作浇注的中间包,避免倒包,使用浸入精炼还原渣下的长水口实现多包连续浇注,防止钢液浇注时二次氧化;偏析是一个连续的过程,通过控制C和Mo元素浓度连续降低,浇注温度连续升高,浇注速度梯度减少,实现对反偏析的连续控制,从而达到抑制宏观偏析的目的。
精炼还原渣即炉外精炼还原渣,可参考现有技术造还原渣。优选的,所述精炼还原渣的厚度不小于200mm。进一步优选的,所述精炼还原渣通过向钢水中加入造渣材料形成,所述造渣材料由以下质量百分比的组分组成:CaO:50-55%,Al2O3:10-12%,SiO2:18-22%,MnO:0.1-0.5%,MgO:7-12%,CaF2:7-10%。
优选的,所述钢水浇注温度逐渐上升是:控制后一包钢水的温度比前一包高,实现所述多包连续浇注过程中钢水浇注温度逐渐升高。即多包浇注时控制温度逐渐上升。更优选的,后一包钢水的温度比前一包高2~5℃。这样在连续浇注过程中,中间包的温度会逐渐升高,一方面弥补了浇注过程中的热量损失引起的温度降低,另一方面也会加大钢锭中的自下而上的温度梯度,有利于加强补缩和减少宏观偏析。
大型钢锭凝固时间长,由于选择性结晶,C和Mo元素会发生偏析,引起自水口至冒口C和Mo元素连续升高,引起机械性能差异很大,造成锻件机械性能不合格。多包浇注时控制C和Mo元素逐渐下降,优选的,所述C和Mo元素的含量逐渐下降是:控制第i包钢水中C、Mo元素的成分范围为从Mi+1至Mi,其中Mi按式(1)计算:
Mi=k M-(i-1)(k M-M/k)/n 式(1);
其中,M代表C或Mo元素;i代表第i包钢水;Mi代表第i包钢水中元素的上限含量;Mi+1代表第i包钢水中元素的下限含量以及第i+1包钢水中元素的上限含量;M代表标准规定元素允许的上限含量,M代表标准规定元素允许的下限含量,n代表浇注钢锭所用钢水的总包数,n≥2;k为经验系数,k=1.0-1.1。
多包浇注时,当第一包钢水浇注完成30~40%时,第二包钢水注入所述VC精炼包,VC精炼包的钢水流出速度和流入速度一致,依次进行,直至完成。由于VC精炼包中的钢水总是下面不断流出浇注,上面不断流入补充,实现连续浇注,并且VC精炼包中的钢水下面不断流出温度相对较低、C和Mo浓度相对较高的钢水,上面不断注入温度相对较高、C和Mo浓度相对较低的钢水,因此VC精炼包中的温度是连续升高的,C和Mo的浓度则是连续降低的,实现对反偏析的连续控制。
优选的,所述浇注速度逐渐下降是:后一包钢水的浇注速度比前一包下降10~40%。更优选的,第一包钢水浇注完成30~40%时,第二包钢水注入所述VC精炼包,VC精炼包的钢水流出速度和流入速度大体一致,依次进行,直至完成。采用多包浇注时控制浇注速度梯度下降,即多包浇注时每包采用不同的浇注速度,第一包采用正常浇注速度,以后每一包浇注速度下降10-40%。此处的浇注速度是指从中间包浇入钢锭模中的速度,控制时(大约)按每包的实际钢水量分别控制或者按总钢水量均分后分别控制,例如,3包合浇时,总钢水量的前1/3的浇注速度为第1包的浇注速度,总钢水量浇注完成(约)1/3后,调整浇注速度为第2包的浇注速度,当总钢水浇注完成(约)2/3后,调整浇注速度为第3包的浇注速度,直至浇完。浇注速度的梯度下降,加大了钢锭凝固时的温度梯度,有利于加强补缩和减少宏观偏析。
优选的,所述真空浇注时,所述VC精炼包水口部位进行吹氩处理,以分散钢水,引起钢水滴流化。更优选的,吹氩的压力为0.01~0.5MPa。吹氩分散钢水,引起钢水滴流化,可加速C-O反应,使钢水进一步脱氧,并且大大缩短了扩散距离,有利于除气和除杂。真空浇注前,水口处于关闭状态时,吹氩压力为0.4-0.5MPa,防止水口被钢水冻住而打不开,当真实室真空度达到65Pa以下后,调整吹氩压力为0.01-0.05MPa,立即打开水口进行浇注,当浇注流速稳定后,再加大吹氩压力,通过观察口观察钢水分散情况,根据分散情况酌情调节吹氩的压力,此过程保持真空室的真空度不大于65Pa。
具体实施方式
VC精炼包即真空浇注精炼包,本发明主要是以VC精炼包当作浇注中间包安装在真空室上方进行真空浇注。
本发明的大型钢锭多包连续浇注方法,主要要点在于:
注重造精炼还原渣,以便破空后保护钢液。还原渣的厚度不小于200mm,由以下质量百分比的组分组成:CaO:50-55%,Al2O3:10-12%,SiO2:18-22%,MnO:0.1-0.5%,MgO:7-12%,CaF2:7-10%。
在VC精炼包底直接安装吹氩滑动水口,直接将VC精炼包当作浇注的中间包,放置于真空室的上方,进行真空浇注(VC),水口处于关闭状态时,吹氩压力为0.4-0.5MPa,当真空度达到65Pa以下后,将水口的吹氩压力调到0.01-0.05MPa,立即打开水口进行浇注,当浇注流速稳定后,再加大吹氩压力,通过观察口观察钢水分散情况,根据分散情况酌情调节吹氩的压力,此过程保持真空度不大于65Pa。
多包浇注时后一包钢水的温度比前一包高2-5℃。多包浇注时控制C和Mo元素则逐渐下降。多包浇注时控制浇注速度梯度下降。
多包浇注时,所有的VC精炼包底都安装吹氩水口,当第一包钢水浇注(约)30-40%时,通过在吹氩水口上加套一个浸入渣下的长水口引入第二包钢水至中间包(第一包),第二包完全倒入中间包后,同样方法引入第三包钢水,依次进行,直至完成。控制VC精炼包下面流出和上面流入钢液的速度大致相等。
当钢水浇注完以后,打开真空室,在钢锭顶部的发热冒口内放入发热剂和保温覆盖剂,开启发热冒口开始加热,直到钢锭完全凝固。
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
一、本发明的大型钢锭多包连续浇注方法的具体实施例
实施例1
本实施例的大型钢锭多包连续浇注方法,以单重234吨的钢锭为例进行说明,其材质为45Cr4NiMoV,需钢水总量为237吨,采用2包合浇,第一包钢水重110吨,第二包钢水重127吨,具体包括以下步骤:
VC精炼包底安装有吹氩滑动水口,直接将VC精炼包当作浇注中间包安装在真空室上方,向真空室内的铸锭模进行真空浇注,钢水精炼时VC精炼包内造还原渣,还原渣的厚度不小于200mm,用以隔离钢水与空气,保护钢水不被氧化,造渣材料的质量百分比组成为:CaO:50%,Al2O3:12%,SiO2:18.5%,MnO:0.5%,MgO:9%,CaF2:10%。
当第一包钢水浇注(约)35%时,在第二包钢水包底的吹氩水口上加套一个浸入还原渣下的长水口引入第二包钢水至中间包(第一包),控制VC精炼包下面流出和上面流入钢液的速度大致相等。
真空浇注时,控制钢水浇注温度逐渐上升,具体地,第1包浇注温度范围为1550-1555℃;第2包温度范围为1555-1560℃。
控制C和Mo元素的含量逐渐下降,具体地,该材质钢,定货标准规定C元素上限为0.48%,下限为0.43%,控制第一包钢水的C元素成分范围为0.45-0.49%,目标值0.47%,控制第二包钢水的C元素范围为0.42-0.45%,目标值0.43%。标准规定Mo元素上限为0.55%,下限为0.47%,控制第一包钢水的Mo元素成分范围为0.51-0.55%,目标值0.52%,控制第二包钢水的Mo元素成分范围为0.47-0.51%,目标值0.49%。
控制浇注速度梯度下降,具体地,第1包的浇注速度为6-8t/min;第2包的浇注速度为4-6t/min。
该实施例中主要浇注参数如表1所示。
表1实施例1的大型钢锭多包连续浇注方法的主要浇注参数
Figure BDA0003102077300000051
实施例2
本实施例的大型钢锭多包连续浇注方法,以单重360吨的钢锭为例进行说明,其材质为40CrMnMoA,需钢水总量为363吨,采用3包合浇,各包钢水分配为85t×1;139t×1;139t×1,精炼时造渣材料的质量百分比组成为:CaO:55%,Al2O3:10%,SiO2:20.7%,MnO:0.3%,MgO:7%,CaF2:7%。具体实施步骤与实施例1基本相同,主要浇注参数列于表2中。
表2实施例2的大型钢锭多包连续浇注方法的主要浇注参数
Figure BDA0003102077300000052
实施例3
本实施例的大型钢锭多包连续浇注方法,以单重486吨的钢锭为例进行说明,其材质为30Cr2Ni2Mo,需钢水总量为490吨,采用4包合浇,各包钢水分配为130t×1,150t×1,150t×1,60t×1,精炼时造渣材料的质量百分比组成为:CaO:50%,Al2O3:10%,SiO2:21%,MnO:0.1%,MgO:11.9%,CaF2:7%。具体实施步骤与实施例1基本相同,主要浇注参数列于表3中。
表3实施例3的大型钢锭多包连续浇注方法的主要浇注参数
Figure BDA0003102077300000053
Figure BDA0003102077300000061
二、实验例
本实验例检测C、Mo元素的反偏析控制效果,以及对元素[O]、[H]的控制效果,实施例1-3的实际检测结果如表4-6所示。
表4实施例1的浇注方法的关键元素化验结果
Figure BDA0003102077300000062
表5实施例2的浇注方法的关键元素化验结果
Figure BDA0003102077300000063
表6实施例3的浇注方法的关键元素化验结果
Figure BDA0003102077300000064
由表4-6的结果可知,实施例的方法控制了大型钢锭水口端和冒口端的C、Mo元素含量基本相等,较少了宏观偏析的出现,而且关键元素[O]、[H]的含量维持在较低水平。综合来看,实施例的方法省去传统的塞杆中间包,避免倒包引起的钢水吸气、氧化和夹杂物污染,缩短工艺流程,中间包使用吹氩滑动水口,也解决了传统塞杆包漏包、打不开等难题。

Claims (6)

1.一种大型钢锭的多包连续浇注方法,其特征在于,包括以下步骤:以VC精炼包作为中间包进行真空浇注,后续精炼好的钢水注入VC精炼包内实现多包连续浇注;
所述VC精炼包内钢水表面覆盖有精炼还原渣,以在破空后保护钢水;所述后续精炼好的钢水注入精炼还原渣之下;
所述真空浇注时控制VC精炼包内:后一包钢水的温度比前一包高2~5℃;后一包钢水的浇注速度比前一包下降10~40%;第i包钢水中C、Mo元素的成分范围为从Mi+1至Mi,其中Mi按式(1)计算:
Mi= k M-(i-1)( k M-M/k)/n 式(1)
其中,M代表C或Mo元素;i代表第i包钢水;Mi代表第i包钢水中元素的上限含量;Mi+1代表第i包钢水中元素的下限含量以及第i+1包钢水中元素的上限含量;M代表标准规定元素允许的上限含量,M代表标准规定元素允许的下限含量,n代表浇注钢锭所用钢水的总包数,n≥2;k为经验系数,k=1.0-1.1。
2.如权利要求1所述的大型钢锭的多包连续浇注方法,其特征在于,所述精炼还原渣的厚度不小于200mm。
3.如权利要求2所述的大型钢锭的多包连续浇注方法,其特征在于,所述精炼还原渣通过向钢水中加入造渣材料形成,所述造渣材料由以下质量百分比的组分组成:CaO:50-55%,Al2O3:10-12%,SiO2:18-22%,MnO:0.1-0.5%,MgO:7-12%,CaF2:7-10%。
4.如权利要求1所述的大型钢锭的多包连续浇注方法,其特征在于,第一包钢水浇注完成30~40%时,第二包钢水注入所述VC精炼包,VC精炼包的钢水流出速度和流入速度一致,依次进行,直至完成。
5.如权利要求1~4中任一项所述的大型钢锭的多包连续浇注方法,其特征在于,所述真空浇注时,所述VC精炼包水口部位进行吹氩处理,以分散钢水,引起钢水滴流化。
6.如权利要求5所述的大型钢锭的多包连续浇注方法,其特征在于,吹氩的压力为0.01~0.5MPa。
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