CN113385647A - 一种高碳高锰钢立弯式板坯连铸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高碳高锰钢板坯连铸方法，采用立弯式连铸机进行浇铸，包括：结晶器窄面钢板采用大锥度1.20％～1.40％设置和上倾角5°～20°浸入式水口，中间包钢水浇至结晶器后进行弱冷却和低拉速控制；之后进入采用二冷区电磁搅拌和凝固末端动态轻压下的二冷区、中等强度的比水量作用下使铸坯凝固。采取本发明的连铸方法、合理选取中包覆盖剂和结晶器保护渣，可有效避免高碳高锰钢板坯连铸过程漏钢等生产事故和铸坯表面和内在质量问题，实现立弯式连铸机生产高碳高锰钢，工艺稳定、连铸顺行。采用本发明的板坯连铸生产工艺，铸坯表面质量良好、等轴晶比例高、致密度高、无分层，很好满足轧钢要求。

Description

一种高碳高锰钢立弯式板坯连铸方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种高碳高锰钢立弯式板坯连铸方法。
背景技术
高碳高锰钢在较大的冲击载荷或接触应力作用下，其表层会迅速加工硬化，从而形成高耐磨的表面层，而内层奥氏体仍然保持着良好的韧性。这一特性使其广泛应用于冶金、矿山、铁路、电力、煤炭等领域。
高碳高锰钢中C、Mn含量高(平均含量分别为1.0％和13.0％)，采用连铸工艺生产，存在以下5方面问题：1)钢中合金含量高、钢的熔点低，浇铸需使用专用的低熔点结晶器保护渣。保护渣熔点高，将使粘度增加、结晶性能提高，影响液渣的正常流入，导致铸坯表面缺陷增多，加剧漏钢倾向；2)钢中C含量高，铸坯中心疏松和偏析严重，后续轧制过程中极易产生分层等质量问题；3)钢的导热性能差。高碳高锰钢的导热系数约为普通碳钢的1/4，低的导热性易促使定向热流的形成，导致柱状晶组织发达，增加了铸坯冷却收缩过程裂纹倾向；4)钢中合金含量高，钢液潜热大，凝固速度慢，影响浇铸速度；5)钢液凝固过程收缩大，约为普通碳钢的2倍，结晶器冷却不均极易沿铸坯宽面形成纵裂纹。
高碳高锰钢连铸可浇性不强，连铸生产难度很大。例如，采用“EBT电炉+LF精炼+扁锭模铸+初轧机开坯”工艺生产高碳高锰钢的轧制坯料，工艺路线长、成品综合成材率低，约为68％。采用“40吨EAF电炉+LF精炼+立式板坯连铸机”工艺生产高碳高锰钢，采用立式铸机，高温铸坯无弯曲变形，铸坯不易产生裂纹，铸坯内未凝固钢液中夹杂物容易上浮，但铸坯内未凝固钢水因静压力大容易导致铸坯鼓肚和表面裂纹、铸坯中心疏松及分层等其他问题，结晶器经常发生事故报警，漏钢倾向严重。
目前，国内关于高锰钢连铸生产工艺的研究有如下方面：
申请号是201310073698.5的中国发明专利申请公开了“一种高锰钢连铸生产工艺”。主要是，钢的化学成分百分配比控制：C 0.7～0.9％；Mn 13.0～15.5％；Si≤0.8％；P≤0.8％；S≤0.3％，余量为Fe和不可避免的杂质。方坯连铸，引锭头用冷钢棒；全程保护浇注；过热度30～60℃；锥度为0.125～0.25；振幅3～4mm，振频60～100cpm；二冷水比水量0.20～0.25L/Kg。
申请号是201110136738.7的中国发明专利申请公开了“一种高碳高锰耐磨钢板坯连铸的生产方法”，主要涉及高碳、高锰耐磨钢Mn13。方法主要是，连铸中包过热度20～35℃；200mm厚坯，其拉速0.5～0.7m/min，宽面冷却水2100～2400L/min，窄面冷却水280～330L/min；150mm厚坯，其拉速0.8～1.0m/min，宽面冷却水2500～2900L/min，窄面冷却水200～300L/min；二冷段比水量0.1～0.6L/Kg。
申请号是201510448947.3的中国发明专利申请公开了“一种高锰高铝型奥氏体低磁钢的连铸方法”。主要是，钢的化学成分百分配比控制：C 0.14～0.20；Si≤0.50；Mn 21.5～25.0；Al 1.5～2.5；V 0.04-0.10；N≤0.006；H≤0.0005；Cr≤0.30；Cu≤0.30；Ni≤0.30，余量为Fe与不可避免的杂质，属于低碳、高锰高铝钢。
申请号是201110388231.0的中国发明专利申请公开了“一种高锰钢的连铸方法”。主要是，钢的化学成分百分配比控制：C 0.02～0.15％；Si 0.01～0.25％；Mn 2.0～15.0％；P≤0.010％；S≤0.008％；Al≤0.04％；N≤0.005％；Cr≤0.05％；Ni≤0.03％；Cu≤0.03％；O≤0.003％；H≤0.0003％，属于低碳高锰钢。
申请号是201410249119.2的中国发明专利申请公开了“一种高锰钢直弧形板坯连铸方法”。主要是，钢的成分主要是C1.0％；Mn 8.0％；P、S≤0.020％；拉速0.7～0.75m/min；保护渣水分≤0.5％，熔点830℃，黏度0.12，渣耗0.6Kg/吨钢；电磁搅拌，电流950A、频率2.5Hz，时间35S；一冷水流量480～3150L/min，二冷比水量0.53L/Kg。
申请号是201310226922.X的中国发明专利申请公开了“一种特高锰钢连铸生产工艺”。主要是，钢的化学成分配比控制为：C 0.6％左右；Mn 20.0％左右；减小开浇第一炉钢的中间包和结晶器温降、降低开浇阶段拉速变化幅度，以防止铸坯坯壳拉断、解决高合金钢的顺利开浇问题。
朱信国在文章《连铸生产Mn13板坯表面纵裂控制》中提出，在立式板坯连铸机上，采用结晶器内浸入式水口对中偏差≤±5％；浸入式水口插入深度100～130mm；合理过热度控制为20～25℃；浇铸速度在过热度25℃时为1.0m/min；加强二次冷却设备维护，确保冷却均匀等措施控制Mn13板坯表面纵裂缺陷。
庄伟在文章《高锰钢连铸坯纵向开裂原因分析》中，采用扫描电镜、高温拉伸试验和高温激光共聚焦显微镜、电子探针分析等检测了裂纹的形貌、Mn13钢的高温力学性能以及Mn13钢凝固过程中的组织演变。指出由于结晶器内保护渣熔化不均匀，导致凝固坯壳厚度不均匀，从而使铸坯产生凹陷和纵向裂纹。提高凝固坯壳厚度和结晶器热流的均匀性是避免Mn13钢连铸坯纵向开裂的重要途径。
但是，上述研究都没有提供行之有效的高碳高锰钢连铸方法。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的高碳高锰钢立弯式板坯连铸方法。
具体来说，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种高碳高锰钢板坯连铸方法，采用立弯式连铸机进行浇铸，包括：
结晶器窄面钢板采用大锥度1.20％～1.40％设置和上倾角5°～20°浸入式水口，中间包钢水浇至结晶器后进行弱冷却和低拉速控制；之后进入采用二冷区电磁搅拌和凝固末端动态轻压下的二冷区、中等强度的比水量作用下使铸坯凝固。
可选地，所述中间包钢液面采用具有如下组成的Ca-Al系低硅中包覆盖剂：SiO2≤8.0％、CaO：46.0～49.0％、Al2O3：26.0～29.0％。
可选地，所述结晶器的锥度计算公式是ε＝(St-Sb)/St×100％，其中St为结晶器上口宽边长，Sb为结晶器下口宽边长。
可选地，所述结晶器采用SiO2-CaO系保护渣，所述SiO2-CaO系保护渣的Al2O3％≤5.0％、碱度R＝0.74～0.86、粘度0.10～0.15Pa.S、熔点950～1030℃。
可选地，所述二冷区电磁搅拌的电流1500～1700A、频率3～3.5HZ。
可选地，所述二冷区的振频是122～128次/min，振幅是5.6～6.0mm。
可选地，所述二冷区比水量是0.68～0.72L/Kg。
可选地，对所述铸坯采用凝固末端动态轻压下，压下位置在中心固相率fs为0.2～0.8处，总压下量为4～8mm。
可选地，以质量百分比计，所述高碳高锰钢的组成是：C 0.90～1.30％、Si0.01～1.00％、Mn 11.00～16.00％、Al 0.01～0.10％、P≤0.030％、S≤0.030％、Cr 0.01～2.50％、Mo 0.01～1.00％、Ti 0.01～0.20％、Nb 0.01～0.10％、V 0.01～0.20％、N 0.001～0.060％，余量为Fe和不可避免的杂质。
相比于现有技术，本发明的高碳高锰钢板坯连铸方法，至少具有如下有益效果：
采取以上工艺措施、合理选取中包覆盖剂和结晶器保护渣，可有效避免高碳高锰钢板坯连铸过程漏钢等生产事故和铸坯表面和内在质量问题，实现立弯式连铸机生产高碳高锰钢，工艺稳定、连铸顺行。采用本发明的板坯连铸生产工艺，铸坯表面质量良好、等轴晶比例高、致密度高、无分层，很好满足轧钢要求。采用本发明的方法获得的连铸坯，铸坯合格率至少在97％以上。
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。
为了克服模铸工艺条件下生产高碳高锰钢，工序多、工艺路线长、综合成材率低、生产效率低，以及高碳高锰钢立式板坯连铸过程铸坯表面和内部缺陷多、分层、漏钢倾向严重等诸多不足。本发明的发明人通过深入研究，从而创造性地提出了一种采用立弯式连铸机生产高碳高锰钢的板坯连铸方法。
本发明的高碳高锰钢板坯连铸方法采用立弯式连铸机进行浇铸，主要包括将中间包的钢水浇至结晶器和随后的二冷区冷却，在这个过程中对涉及的各种参数进行的优化。
本发明的方法涉及的高碳高锰组成(质量％)是：C 0.90～1.30％、Si0.01～1.00％、Mn 11.00～16.00％、Al 0.01～0.10％、P≤0.030％、S≤0.030％、Cr 0.01～2.50％、Mo 0.01～1.00％、Ti 0.01～0.20％、Nb 0.01～0.10％、V 0.01～0.20％、N 0.001～0.060％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在一种优选的实施方案中，本发明的连铸方法包括：
(1)将中间包的钢水浇至结晶器。
在本步骤中，本发明对中包覆盖剂和结晶器涉及的参数进行了优化，具体如下：
中间包钢液面采用具有如下组成的Ca-Al系低硅覆盖剂：SiO2≤8.0％、CaO：46.0～49.0％、Al2O3：26.0～29.0％。通过采用前述组成的覆盖剂能够有效减弱钢中Mn与覆盖剂中SiO2反应。
结晶器窄面铜板采用大锥度设计，锥度是1.20％～1.40％。由于高碳高锰钢凝固冷却过程线收缩大，可达1.2～1.4％，因此采用锥度是1.20％～1.40％的大锥度设计，以保证坯壳与铜板间隙匹配，从而缩小铸坯与结晶器间隙、改善热流。具体地，锥度计算公式是ε＝(St-Sb)/St×100％，其中St为结晶器上口宽边长，Sb为结晶器下口宽边长。
本发明采用上倾角设计结晶器浸入式水口，具体是采用上倾5°～20°角度的浸入式水口，以改善结晶器内钢液流场及液面温度场。
结晶器冷却采用弱冷，保证冷却水冷却均匀，以避免铸坯冷却不均匀、热应力较大差异导致的表面裂纹。
由于高碳高锰钢的液相线温度较普碳钢低约80～100℃，因此，采用SiO-CaO系专用低熔点结晶器保护渣，其A12O3≤5.0％(重量)，碱度R＝0.74～0.86、粘度0.10～0.15Pa.s，熔点是950～1030℃。
(2)二冷区冷却。
在本步骤中，本发明对二冷区涉及的参数进行了优化，具体如下：
本发明采用二冷区电磁搅拌(电流1500～1700A；频率3～3.5HZ)，减少柱状晶、增加等轴晶率，改善铸坯质量。
本发明利用高频短振幅(振频125±3次/min，振幅5.8±0.2mm)技术减轻振痕深度，降低横裂危险，改善铸坯表面质量。
本发明采用凝固末端动态轻压下，压下位置在中心固相率fs为0.2～0.8处，总压下量为4～8mm。借此，解决钢中碳含量高，中心碳偏析严重导致铸坯中心疏松及分层问题。
铸坯出二冷室后的温度是750-850℃，热切红送。
在整个浇铸过程中，采用低拉速、恒拉速操作。开浇3分钟后达到工艺要求的目标拉速。
采用本发明的板坯连铸生产工艺，铸坯表面质量良好、等轴晶比例高、致密度高、无分层，很好满足轧钢要求。铸坯规格200～220×1060～1380×L(mm)，连浇炉数3～4炉，钢水量240～320吨。
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。
下面各实施例中采用的连铸机主要参数是：中包容量25吨；结晶器长度900mm；铸机弧形半径8000mm；垂直段长度2030mm；冶金长度23000mm；二冷室气雾冷却；二冷区电磁搅拌；凝固末端动态轻压下。
下面各实施例重点对连铸过程进行说明，其它工序按常规方法操作。
实施例1：
1、生产工艺路线
K-OBM-S顶底复吹转炉冶炼+LF钢包精炼+立弯式连铸机+铸坯热切成中板坯料
2、铸坯规格：200mm×1260mm×2100±50mm
3、连铸钢水主要成分情况见表1
表1 连铸钢水成分 重量％
C Si Mn P S Al Nb Cr Mo
0.94 0.45 12.80 0.014 0.006 0.02 0.03 0.80 0.07
4、上叉臂后镇静时间10min；大包开浇前向中包内吹氩气5min。
在本实施例中：
Ⅰ中包钢液面覆盖剂：SiO2：7.3％(重量)、CaO：47.8％、AL2O3：26.5％。
Ⅱ结晶器上口宽边长1304mm，下口宽边长1288，窄边长200mm，锥度为1.22％。
Ⅲ浸入式水口采用上倾15°角度；结晶器水口插入深度127mm。
Ⅳ开浇后快速起步：拉速变化0.3m/min—0.5m/min—0.6m/min—0.7m/min—0.8m/min，3分钟达到工艺规定的目标拉速0.8m/min，过程维持恒速操作。
Ⅴ振幅6.0mm，振频126次/min。
Ⅵ结晶器冷却采用弱冷却；二冷水比水量0.69L/kg。
Ⅶ使用电磁搅拌，参数为电流1700A，频率3.5HZ。
Ⅷ采用动态轻压下，压下位置在中心固相率fs为0.55处，总压下量为4mm
Ⅸ采用SiO2-CaO系结晶器保护渣；Al2O3 3.30％、碱度R＝0.87、粘度0.11Pa.S、熔点990℃。
Ⅹ铸坯出二冷室后温度810℃。
Ⅺ铸坯热切中板坯料并红送、轧制中板。
本实施例的铸坯合格率为98％。
实施例2：
1、生产工艺路线
BOF转炉冶炼+中频炉熔化合金+LF钢包精炼+立弯式连铸机+铸坯热切成卷板坯料
2、铸坯规格：220mm×1260mm×10000±50mm
3、连铸钢水主要成分情况见表2
表2 连铸钢水成分 重量％
C Si Mn P S Al V Cr Mo
0.97 0.55 12.30 0.011 0.001 0.02 0.07 0.79 0.08
4、上叉臂后镇静时间10min；大包开浇前向中包内吹氩气5min。
在本实施例中：
Ⅰ中包钢液面覆盖剂：SiO2：6.7％、CaO：46.5％、Al2O3：27.1％。
Ⅱ结晶器上口宽边长1304mm，下口宽边长1287，窄边长220mm，锥度为1.30％。
Ⅲ浸入式水口采用上倾15°角度；结晶器水口插入深度125mm。
Ⅳ开浇后快速起步：拉速变化0.3m/min---0.4m/min---0.6m/min---0.7m/min—0.8m/min，3分钟达到工艺规定的目标拉速0.8m/min，过程维持恒速操作。
Ⅴ振幅5.5mm，振频125次/min。
Ⅵ结晶器采用弱冷却；二冷水比水量0.72L/kg。
Ⅶ使用电磁搅拌，参数为电流1500A，频率3.0HZ。
Ⅷ采用动态轻压下，压下位置在中心固相率fs为0.5处，总压下量为5mm。
Ⅸ采用SiO2-CaO系结晶器保护渣；Al2O3/4.0％、碱度R＝0.85、粘度0.12Pa.S、熔点1010℃。
Ⅹ铸坯出二冷室后温度780℃。
Ⅺ铸坯热切卷板坯料并红送，轧制热卷。
本实施例的铸坯合格率为97％。
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 (9)

1.一种高碳高锰钢板坯连铸方法，采用立弯式连铸机进行浇铸，其特征在于，包括：
结晶器窄面钢板采用大锥度1.20％～1.40％设置和上倾角5°～20°浸入式水口，中间包钢水浇至结晶器后进行弱冷却和低拉速控制；之后进入采用二冷区电磁搅拌和凝固末端动态轻压下的二冷区、中等强度的比水量作用下使铸坯凝固。
2.根据权利要求1所述的高碳高锰钢板坯连铸方法，其特征在于，所述中间包钢液面采用具有如下组成的Ca-Al系低硅中包覆盖剂：SiO2≤8.0％、CaO：46.0～49.0％、Al2O3：26.0～29.0％。
3.根据权利要求1所述的高碳高锰钢板坯连铸方法，其特征在于，所述结晶器的锥度计算公式是ε＝(St-Sb)/St×100％，其中St为结晶器上口宽边长，Sb为结晶器下口宽边长。
4.根据权利要求1所述的高碳高锰钢板坯连铸方法，其特征在于，所述结晶器采用SiO2-CaO系保护渣，所述SiO2-CaO系保护渣的Al2O3％≤5.0％、碱度R＝0.74～0.86、粘度0.10～0.15Pa.S、熔点950～1030℃。
5.根据权利要求1所述的高碳高锰钢板坯连铸方法，其特征在于，所述二冷区电磁搅拌的电流1500～1700A、频率3～3.5HZ。
6.根据权利要求1所述的高碳高锰钢板坯连铸方法，其特征在于，所述二冷区的振频是122～128次/min，振幅是5.6～6.0mm。
7.根据权利要求1所述的高碳高锰钢板坯连铸方法，其特征在于，所述二冷区比水量是0.68～0.72L/Kg。
8.根据权利要求1所述的高碳高锰钢板坯连铸方法，其特征在于，对所述铸坯采用凝固末端动态轻压下，压下位置在中心固相率fs为0.2～0.8处，总压下量为4～8mm。
9.根据权利要求1所述的高碳高锰钢板坯连铸方法，其特征在于，以质量百分比计，所述高碳高锰钢的组成是：C 0.90～1.30％、Si 0.01～1.00％、Mn 11.00～16.00％、Al 0.01～0.10％、P≤0.030％、S≤0.030％、Cr 0.01～2.50％、Mo 0.01～1.00％、Ti 0.01～0.20％、Nb 0.01～0.10％、V 0.01～0.20％、N 0.001～0.060％，余量为Fe和不可避免的杂质。
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