CN114734011A - 一种提高连铸方坯内部质量的连铸方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及炼钢连铸技术领域，尤其涉及一种提高连铸方坯内部质量的连铸方法，包括S1、计算铸坯几何心部的温度Tx，根据Tx计算铸坯心部的位置，使用轻压下辊对铸坯轻压下；S2、根据Tx计算铸坯的心部固相率fs，固相率公式为：
其中，Tl为液相线温度，Ts为固相线温度，根据固相率确定轻压压下量；S3、轻压下结束并凝固后，使用在线铸轧辊对铸坯进行快速在线铸轧，根据温差确定大压压下量。本发明在方坯连铸机上增加在线铸轧设备，对连铸坯进行快速挤压，以减少连铸坯心部的疏松及缩孔缺陷，用于解决现在高端轴承钢、弹簧钢、帘线钢必须采用二火成材的生产方式的弊端。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢连铸技术领域，尤其涉及一种提高连铸方坯内部质量的连铸方法。
背景技术
连铸方坯主要是为线、棒材等优特钢的加工提供生产坯料，其钢种主要包括帘线钢、轴承钢、弹簧钢、冷镦钢、齿轮钢、螺纹钢等，其中高端的帘线钢、轴承钢、弹簧钢等，部分需要采用二火成材的方式生产，这是由于铸坯的心部存在一定的中心偏析、中心疏松缩孔等缺陷，为了弥补这些缺陷，不得不采用两次加热轧制的方式。第一次加热轧制通常陈为“开坯”，将大尺寸铸坯轧制成小尺寸铸坯，起到对心部挤压、促进碳扩散的作用；第二次加热轧制将“开坯”后的小尺寸铸坯轧制成最终的产品。二火成材的方式会浪费大量的能源，增加二氧化碳排放，初步估计，“开坯”成产，吨钢消耗119.6kg标准煤以上，二氧化碳排放81kg/t钢以上。但由于目前的铸坯心部存在不可避免的缺陷，在没有创新性的技术开发出来之前，二火成材的方式成了高端优特钢的普遍生产方式。方坯心部的偏析和缩孔缺陷成为制约优特钢绿色化、低排放生产的重要环节，因此亟需开发提高方坯心部质量的创新性技术，降低方坯心部缺陷，将二火成材的生产方式修改为一火成材，降低生产过程中的燃料消耗和二氧化碳排放，同时可以提高优特钢的质量，提高其加工性能和疲劳寿命。
在提高连铸坯心部缺陷方面，目前已经有如下的专利：
中国专利CN106001476A中给出了两阶段连续动态重压下的方法，其特征在于当宽厚板连铸机受限于液压系统压力无法达到预定压下量时，按扇形段的最大压坯能力压坯。
中国专利CN106735026A中提供了一种连铸坯凝固末端单点与连续重压下工艺，其特征在于，对铸坯中心固相率fs＝0.9位置之后的第一个扇形段开始实施重压下工艺。
中国专利CN1085439922A中提到了一种连铸冷却的凝固末端重压下用扇形段二冷系统，用来满足扇形段辊子本身的冷却需要，同时满足凝固末端对铸坯的冷却及表面氧化铁皮的清扫需要。有利于板坯内外弧均匀冷却，防止板坯翘曲变形，保证连铸坯质量。
中国专利CN109848383A中给出了一种改善铸坯内部质量的灵活压下方法，在扇形段入口处设置大辊径支撑辊，用来对铸坯进行压下，用来解决中心偏析和中心疏松缩孔问题。
中国专利CN104001891B中提供了一种小方坯连铸动态轻压下和重压下在线控制方法，其给出了小方坯连铸轻压下和重压下的实现方法。
由于连铸方坯心部存在偏析、疏松及缩孔等缺陷，因此高端轴承钢、弹簧钢、帘线钢通常需要采用二火成材的方式生产，这种方式会造成大量的能源消耗、并且会增加二氧化碳的排放。
发明内容
针对现有算法的不足，本发明提出了在方坯连铸机上增加在线铸轧设备，对连铸坯进行快速挤压，以减少连铸坯心部的疏松及缩孔缺陷，用于解决现在高端轴承钢、弹簧钢、帘线钢必须采用二火成材的生产方式的弊端。
本发明所采用的技术方案是：一种提高连铸方坯内部质量的连铸方法，包括以下步骤：
S1、计算铸坯几何心部的温度Tx，根据Tx计算铸坯心部的位置，使用轻压下辊对铸坯轻压下；挤压铸坯心部的富含杂质的钢液，降低铸坯的中心偏析等级；
S2、轻压下辊的压下范围根据温度Tx确定，对于某具体的钢种，其存在固定的固相线温度Ts和固定的液相线温度Tl，由此可以根据Tx计算铸坯的心部固相率fs，通过公式：
计算，固相率范围fs＝0-100％，轻压压下量在5-25mm；
S3、轻压下结束并凝固后，使用在线铸轧辊对铸坯进行快速在线铸轧，在线铸轧辊为上下表面各一个组成1对，使用1-3对在线铸轧辊对铸坯进行挤压，其目的是拟合铸坯心部的疏松缩孔，提高铸坯的心部致密度；在线铸轧辊直径在300-1000mm之间，其压下范围根据温差确定，温差公式：dT＝Ts-Tx，在线铸轧辊的压下范围根据温差dT确定，温差范围为：10＜dT≤100℃之间，大压压下量在10-50mm之间，通过在线铸轧辊的快速、大压下量的挤压，起到对铸坯心部挤压的作用，以此提高铸坯心部的致密度。
进一步的，所述铸坯包括为带有倒角的铸坯，对于铸坯而言角部的凝固坯壳会成为压下的阻碍，从而降低压下向铸坯芯部的渗透；在线铸轧辊压下的时，可以降低角部对在线铸轧辊的阻碍，从而提高压下向芯部渗透的比例；倒角的铸坯的倒角面通过使用倒角结晶器来实现，将铜板的四个角部做成倒角形状，其倒角的高为d，长为h，方坯铜板内外弧之间距离D＝160-220mm，铜板左右侧之间的距离H＝160-260mm，倒角高d＝(5％-20％)*D，倒角长h＝(10％-30％)*H；
进一步的，在线铸轧辊的前内外弧增加冷却喷嘴，喷嘴距离铸坯表面的距离为L，L＝100-200mm，冷却喷嘴对铸坯表面喷水冷却，水流量在50-500l/min之间，降低铸坯表面温度，以增加表面强度，从而促使在线铸轧辊的压下量可以更多的渗透到铸坯心部。
本发明的有益效果：
通过轻压下和在线铸轧联合使用，分别降低中心偏析和中心疏松缩孔，提高铸坯心部的致密度，从而促进使用一火成材代替二火成材生产高端轴承钢、帘线钢和弹簧钢；同时，本发明方法简单易于实现。
附图说明
图1是本发明的轻压下和在线铸轧示意图；
图2是本发明的倒角坯示意图；
图3是本发明的方坯倒角结晶器铜板横截面图；
图4是本发明在线铸轧前增加冷却喷嘴位置示意图；
其中，1、连铸方坯；2、铸坯液芯；3、轻压下辊；4、在线铸轧辊；5、方坯倒角面；6、铜板外弧面；7、铜板内弧面；8、铜板左侧；9、铜板右侧；10、冷却喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1：
如图1所示，一种提高连铸方坯内部质量的连铸方法，包括以下步骤：
S1、首先计算铸坯几何心部的温度，记为Tx，根据这个温度计算铸坯心部的位置，使用轻压下辊3对铸坯进行轻压下，其目的为挤压铸坯心部的富含杂质的钢液，降低铸坯的中心偏析等级；
S2、轻压下辊3为上下表面各一个组成一对，其总个数在2-10对之间，通过连续的挤压，促进铸坯心部钢液的向上移动；轻压下的压下范围根据温度Tx来决定，对于某钢种，存在固定的固相线温度Ts和固定的液相线温度Tl，根据Tx计算铸坯的心部固相率fs，公式：
轻压下的范围在fs＝0-100％之间，轻压压下量在5-25mm之间；
S3、轻压下结束并凝固后，使用在线铸轧辊4对铸坯进行快速在线铸轧，上下表面的在线铸轧辊4为1对，使用1-3对在线铸轧辊4对铸坯进行挤压，其目的是拟合铸坯心部的疏松缩孔，提高铸坯的心部致密度；在线铸轧辊4直径在300-1000mm之间，其压下范围根据温差dT确定，温差公式：dT＝Ts-Tx，在线铸轧辊4的压下范围在10＜dT≤60℃之间，大压压下量在10mm-50mm之间，通过在线铸轧辊4的快速、大压下量的挤压，起到对铸坯心部挤压的作用，以此提高铸坯心部的致密度。
进一步的，对于方坯而言，角部的凝固坯壳会成为压下的阻碍，从而降低压下向铸坯芯部的渗透，因此本发明将连铸方坯设计为带有倒角的铸坯，如图2所示，在线铸轧辊4压下的时刻，可以降低角部对在线铸轧辊4的阻碍，从而提高压下向芯部渗透的比例；倒角面通过使用倒角结晶器来实现，如图3所示，将铜板的四个角部做成倒角形状，其倒角的高为d，长为h，方坯铜板内外弧之间距离D＝160-220mm，铜板左右侧之间的距离H＝160-260mm，倒角高d＝(5％-20％)*D，倒角长h＝(10％-30％)*H；
进一步的，为了提高压下效率，使得在线铸轧辊的压下量更多的渗入到铸坯心部，在在线轧辊4的前面的内外弧增加冷却喷嘴，如图4所示，喷嘴距离铸坯表面的距离为L，L＝100-200mm，喷嘴对铸坯表面喷水冷却，水流量在50-500l/min之间，降低铸坯表面温度，以增加表面强度，从而促使在线铸轧辊的大压压下量可以更多的渗透到铸坯心部。
在铸坯厚度1/4的位置和厚度1/2的位置分别进行取样测量密度，得到铸坯厚度1/4位置密度ρ1/4和铸坯厚度1/2位置密度ρ1/2，定义疏松度公式为
则对比效果如下表：
| 工艺 | 无压下 | 重压下+倒角+无冷却 | 重压下+倒角+喷嘴冷却 |
| 疏松度，％ | 0.3-0.4 | 0.08-0.15 | 0.04-0.08 |
实施例2：
轻压下辊3总个数为7对，根据Tx计算铸坯的心部固相率fs，在fs＝20％-90％的范围内对铸坯进行轻压下，轻压压下量为15mm；
在线铸轧辊4为1对，轻压下结束后，计算在线铸轧辊4下方铸坯心部的温度Tx和Ts的温差dT，当dT＝20℃时，进行快速压下，大压压下量为30mm；
对铸坯进行倒角，倒角面通过使用倒角结晶器来实现，方坯铜板内外弧之间距离D＝180mm，铜板左右侧之间的距离H＝180mm，倒角高d＝15mm，倒角长h＝30mm；
在线轧辊4的前面的内外弧增加冷却喷嘴，喷嘴距离铸坯表面的距离为L＝100mm，喷嘴对铸坯表面喷水冷却，水流量为300l/min。
实施例3：
轻压下辊3总个数为7对，根据Tx计算铸坯的心部固相率fs，在fs＝50％-100％的范围内对铸坯进行轻压下，轻压压下量为20mm；
在线铸轧辊4为1对，轻压下结束后，计算在线铸轧辊4下方铸坯心部的温度和Ts的温差dT，当dT＝30℃时，进行快速压下，大压压下量为40mm；
对铸坯进行倒角，倒角面通过使用倒角结晶器来实现，方坯铜板内外弧之间距离D＝180mm，铜板左右侧之间的距离H＝180mm，倒角高d＝15mm，倒角长h＝30mm；
在线轧辊4的前面的内外弧增加冷却喷嘴，喷嘴距离铸坯表面的距离为L＝100mm，喷嘴对铸坯表面喷水冷却，水流量为300l/min。
实施例4：
轻压下辊3总个数为6对，根据Tx计算铸坯的心部固相率fs，在fs＝30％-100％的范围内对铸坯进行轻压下，轻压压下量为25mm；
在线铸轧辊4为1对，轻压下结束后，计算在线铸轧辊4下方铸坯心部的温度和Ts的温差dT，当dT＝20℃时，进行快速压下，大压压下量为30mm；
对铸坯进行倒角，倒角面通过使用倒角结晶器来实现，方坯铜板内外弧之间距离D＝180mm，铜板左右侧之间的距离H＝180mm，倒角高d＝15mm，倒角长h＝30mm；
在在线轧辊4的前面的内外弧增加冷却喷嘴，喷嘴距离铸坯表面的距离为L＝100mm，喷嘴对铸坯表面喷水冷却，水流量为300l/min。
实施例5：
轻压下辊3总个数为6对，根据Tx计算铸坯的心部固相率fs，在fs＝30％-80％的范围内对铸坯进行轻压下，轻压压下量为20mm；
在线铸轧辊4为1对，轻压下结束后，计算在线铸轧辊4下方铸坯心部的温度和Ts的温差dT，当dT＝10℃时，进行快速压下，大压压下量为20mm；
对铸坯进行倒角，倒角面通过使用倒角结晶器来实现，方坯铜板内外弧之间距离D＝180mm，铜板左右侧之间的距离H＝180mm，倒角高d＝15mm，倒角长h＝30mm。
在线轧辊4的前面的内外弧增加冷却喷嘴，喷嘴距离铸坯表面的距离为L＝100mm，喷嘴对铸坯表面喷水冷却，水流量为300l/min。
实施例6：
轻压下辊3总个数为7对，根据Tx计算铸坯的心部固相率fs，在fs＝20％-90％的范围内对铸坯进行轻压下，轻压压下量为15mm。
在线铸轧辊4为1对，轻压下结束后，计算在线铸轧辊4下方铸坯心部的温度和Ts的温差dT，当dT＝20℃时，进行快速压下，大压压下量为30mm；
对铸坯进行倒角，倒角面通过使用倒角结晶器来实现，方坯铜板内外弧之间距离D＝180mm，铜板左右侧之间的距离H＝180mm，倒角高d＝10mm，倒角长h＝20mm；
在线轧辊4的前面的内外弧增加冷却喷嘴，喷嘴距离铸坯表面的距离为L＝100mm，喷嘴对铸坯表面喷水冷却，水流量为300l/min。
实施例7：
轻压下辊3总个数为7对，根据Tx计算铸坯的心部固相率fs，在fs＝20％-90％的范围内对铸坯进行轻压下，轻压压下量为15mm；
在线铸轧辊4为1对，轻压下结束后，计算在线铸轧辊4下方铸坯心部的温度和Ts的温差dT，当dT＝20℃时，进行快速压下，大压压下量为30mm；
对铸坯进行倒角，倒角面通过使用倒角结晶器来实现，方坯铜板内外弧之间距离D＝220mm，铜板左右侧之间的距离H＝260mm，倒角高d＝15mm，倒角长h＝30mm。
在线轧辊4的前面的内外弧增加冷却喷嘴，喷嘴距离铸坯表面的距离为L＝100mm，喷嘴对铸坯表面喷水冷却，水流量为300l/min。
实施例8：
轻压下辊3总个数为7对，根据Tx计算铸坯的心部固相率fs，在fs＝20％-90％的范围内对铸坯进行轻压下，轻压压下量为15mm；
在线铸轧辊4为1对，轻压下结束后，计算在线铸轧辊4下方铸坯心部的温度和Ts的温差dT，当dT＝20℃时，进行快速压下，大压压下量为30mm；
对铸坯进行倒角，倒角面通过使用倒角结晶器来实现，方坯铜板内外弧之间距离D＝160mm，铜板左右侧之间的距离H＝160mm，倒角高d＝10mm，倒角长h＝20mm；
在线轧辊4的前面的内外弧增加冷却喷嘴，喷嘴距离铸坯表面的距离为L＝100mm，喷嘴对铸坯表面喷水冷却，水流量为300l/min。
实施例9：
轻压下辊3总个数为7对，根据Tx计算铸坯的心部固相率fs，在fs＝20％-90％的范围内对铸坯进行轻压下，轻压压下量为15mm；
在线铸轧辊4为1对，轻压下结束后，计算在线铸轧辊4下方铸坯心部的温度和Ts的温差dT，当dT＝20℃时，进行快速压下，大压压下量为30mm；
对铸坯进行倒角，倒角面通过使用倒角结晶器来实现，方坯铜板内外弧之间距离D＝160mm，铜板左右侧之间的距离H＝160mm，倒角高d＝10mm，倒角长h＝20mm；
在线轧辊4的前面的内外弧增加冷却喷嘴，喷嘴距离铸坯表面的距离为L＝150mm，喷嘴对铸坯表面喷水冷却，水流量为500l/min。
实施例10：
轻压下辊3总个数为7对，根据Tx计算铸坯的心部固相率fs，在fs＝20％-90％的范围内对铸坯进行轻压下，轻压压下量为15mm；
在线铸轧辊4为3对，轻压下结束后，计算在线铸轧辊4下方铸坯心部的温度和Ts的温差dT，当dT＝20℃、40℃和60℃时，进行快速压下，大压压下量分别10mm、10mm和10mm；
对铸坯进行倒角，倒角面通过使用倒角结晶器来实现，方坯铜板内外弧之间距离D＝160mm，铜板左右侧之间的距离H＝160mm，倒角高d＝10mm，倒角长h＝20mm；
在第1对在线轧辊4的前面的内外弧增加冷却喷嘴，喷嘴距离铸坯表面的距离为L＝150mm，喷嘴对铸坯表面喷水冷却，水流量为500l/min。
实施例11：
轻压下辊3总个数为7对，根据Tx计算铸坯的心部固相率fs，在fs＝20％-90％的范围内对铸坯进行轻压下，轻压压下量为5mm；
在线铸轧辊4为1对，轻压下结束后，计算在线铸轧辊4下方铸坯心部的温度和Ts的温差dT，当dT＝100℃时，进行快速压下，大压压下量为50mm；
对铸坯进行倒角，倒角面通过使用倒角结晶器来实现，方坯铜板内外弧之间距离D＝160mm，铜板左右侧之间的距离H＝160mm，倒角高d＝10mm，倒角长h＝20mm；
在第1对在线轧辊4的前面的内外弧增加冷却喷嘴，喷嘴距离铸坯表面的距离为L＝200mm，喷嘴对铸坯表面喷水冷却，水流量为50l/min。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种提高连铸方坯内部质量的连铸方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、计算铸坯几何心部的温度Tx，根据Tx计算铸坯心部的位置，使用轻压下辊对铸坯轻压下；
S2、根据Tx计算铸坯的心部固相率fs，固相率公式为：
其中，Tl为液相线温度，Ts为固相线温度，根据固相率确定轻压压下量；
S3、轻压下结束并凝固后，使用在线铸轧辊对铸坯进行快速在线铸轧，根据温差确定大压压下量。
2.如权利要求1所述的提高连铸方坯内部质量的连铸方法，其特征在于：所述固相率范围为0-100％，对应的所述轻压压下量为5-25mm。
3.如权利要求1所述的提高连铸方坯内部质量的连铸方法，其特征在于：当所述铸坯为带有倒角的铸坯时，所述铸坯的铜板内外弧之间距离D＝160-220mm，左右侧之间的距离H＝160-260mm，倒角高d＝(5％-20％)*D，倒角长h＝(10％-30％)*H。
4.如权利要求1所述的提高连铸方坯内部质量的连铸方法，其特征在于：所述温差的范围为10＜dT≤100℃，对应的所述大压压下量为10-50mm。
5.如权利要求1所述的提高连铸方坯内部质量的连铸方法，其特征在于：所述在线铸轧辊的前内外弧设有冷却喷嘴，冷却喷嘴距离铸坯表面的距离L＝100-200mm，冷却喷嘴水流量在50-500l/min。
6.如权利要求5所述的提高连铸方坯内部质量的连铸方法，其特征在于：所述冷却喷嘴的个数为1-2个。
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