CN115255304A - 一种控制钢中宏观夹杂物的连铸方法 - Google Patents

一种控制钢中宏观夹杂物的连铸方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种控制钢中宏观夹杂物的连铸方法，钢水经中间包注入结晶器，浇铸成连铸坯，其特征在于：中间包至结晶器采用浸入式多孔水口注入钢水，结晶器配置电磁搅拌，并控制结晶器电磁搅拌力矩因子F(t,i,f)的值为300～550，F(t,i,f)＝kt·ki·Nf，其中：kt—过热度补偿系数；ki—搅拌电流，单位A；Nf—搅拌频率，单位Hz。通过对结晶器内冲击区的钢水流场进行优化，再配以合理的搅拌工艺则可使产生的宏观夹杂就可以避开被冲击至结晶前沿。

Description

一种控制钢中宏观夹杂物的连铸方法
技术领域
本发明涉及铁基合金的连铸工艺。
背景技术
齿轮是传递动力过程中承受较高的应力、摩擦力，齿根承受交变弯曲应力和冲击力。影响齿轮疲劳寿命的因素之一是钢的纯净度，而在钢中存在极少的大颗粒夹杂物是造成齿轮早期失效的重大因素。钢中的宏观夹杂物一般是随机分布且多存在于铸坯(钢材)的近表面位置，而钢材锻造加工成的齿轮的齿根受力部位正好处于近表面，齿轮的早期失效往往是由于宏观夹杂物而造成，因此对于受力最大的齿部要避免偶发的宏观夹杂物，这是保证齿轮疲劳寿命的重要方式。
公开号CN114042906A的专利文献公开了一种浸入式水口和改善重轨非金属夹杂物控制的方法。该浸入式水口包含水口主体，所述水口主体内设置有至少一个微气泡生成单元，所述微气泡生成单元配置为形成在所述水口主体内均匀分布的微小气泡膜。按所述的技术方案生产大断面重轨钢，连铸过程中结晶器内部钢液中非金属夹杂物的捕获、碰撞聚集及去除更加充分，钢质纯净度更高；非金属夹杂物分布更加弥散化，单位面积夹杂物颗粒数降低，非金属夹杂物评级水平得到提升。
公开号CN 102095801 A的专利文献公开了一种快速准确检测期待坯内夹杂物的系统及其方法属于设备检测钢中已有夹杂物的方法。但没有提供如何控制钢中夹杂物等方法。
公开号CN 2464480 U的专利文献公开了一种中间包钢水夹杂物聚集与去除装置。该方法可以进一步提升钢水纯净度。
公开号CN113528748A的专利文献公开了一种控制超低硫钢中细小夹杂物的方法，包括：初炼炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼和连铸，提供的控制超低硫钢中细小夹杂物的方法，通过限定精炼渣的成分及其添加量，并在VD真空精炼过程中依次进行后进行第一次软吹、破空后喂钙线处理和第二次软吹，从而实现大型夹杂物的去除和小型低熔点夹杂物向高熔点化的变性。
虽然上述方法在一定程度上对钢中细小夹杂物及宏观夹杂物的控制有效果，但对夹杂物在钢中的分布进行有效控制都有局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连铸方法，以控制宏观夹杂物的产生和/或控制钢中偶发的宏观夹杂物在钢中的位置分布，使得此类夹杂能集中于铸坯的心部区域，进一步体现在轧材上的夹杂物处于轧材的的1/2半径区域以内，从而消除夹杂物对钢材近表面受力面因此造成的早期失效，提高产品的疲劳寿命。
经过脱氧良好的纯净钢水，连铸坯或轧材产生的宏观夹杂物通常是由于浇钢过程中的水口结瘤物、连铸过程的卷渣或耐火材料的浸蚀剥落等情况造成的，因不当的浇钢工艺使宏观夹杂物没有上浮至顶渣而残余于钢中。对连铸过程，受钢水在结晶器内形成冲击区的影响，钢水的流动处于紊流状态，对于以上原因可能形成的宏观夹杂物也会随机分布，如果宏观夹杂物刚好被冲击到凝固结晶前沿则就会被捕捉不能上浮从而残余于钢中，此类夹杂物通常位于近表面。提高钢水过热度及降低拉速可以使可能产生的宏观夹杂物有充分的时间上浮，同时通过对结晶器内冲击区的钢水流场进行优化，再配以合理的搅拌工艺则可使产生的宏观夹杂就可以避开被冲击至结晶前沿而保留于液态钢水中并上浮至结晶器顶渣或被凝固于钢坯的心部区域位置。
本发明所采用的技术方案为：一种控制钢中宏观夹杂物的连铸方法，钢水经中间包注入结晶器，浇铸成连铸坯，中间包至结晶器采用浸入式多孔水口注入钢水，结晶器配置电磁搅拌，并控制结晶器电磁搅拌力矩因子F(t,i,f)的值为300～550，F(t,i,f)＝kt·ki·Nf，其中：kt—过热度补偿系数；ki—搅拌电流，单位A；Nf—搅拌频率，单位Hz。
进一步地，钢水经浸入式多孔水口沿多个四周朝向的水口注入结晶器，可以降低钢水的冲击深度和紊流程度使钢水在结晶器内流动更平稳。
进一步地，连铸过程钢水过热度为40～55℃，比常规工艺提高10-15℃。
进一步地，连铸过程铸坯拉速为0.50～0.70m/min。
进一步地，过热度补偿系数kt为经验值，取值0.5～1.0；搅拌电流ki取值150～250A；搅拌频率Nf取值1～3Hz。
进一步地，所述连铸坯的规格为300mm×340mm以上。且适用于低碳齿轮钢种如20CrMo、20MnCr5、SAE8620H等的生产。
与现有技术相比，本发明的优点在于：与正常工艺要求相比，通过提高钢水过热度、降低拉速，连铸中间包至结晶器采用浸入式多孔水口可以降低钢水的冲击深度和紊流程度使钢水在结晶器内流动更平稳，并配合结晶器电磁搅拌的电流(A)、频率(HZ)、旋转方式等对结晶器内钢水施加匹配在一定范围的搅拌力矩因子。
根据所浇钢水的过热度，选定拉速后，再确定所选要实施的电磁搅拌力矩因子，不影响正常生产。
附图说明
图1为传统浸入式水口的注流分布示意图；
图2为本发明的浸入式多孔水口的注流分布示意图；
图3为实施例1中钢材经水浸高频探伤宏观夹杂物的分布位置；
图4为实施例2钢材经水浸高频探伤宏观夹杂物的分布位置；
图5为实施例3钢材经水浸高频探伤宏观夹杂物的分布位置。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
(1)本实施例钢种为GB/T5216标准中20CrMoH。化学成分重量百分比C：0.17～0.23％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.55～0.90％，Cr：0.85～1.25％，Mo：0.15～0.25％，Ni≤0.30％，S≤0.035％，P≤0.030％，Cu≤0.20％，O≤0.00020％，余量为Fe及不可避免的杂质。
(2)该钢材产品制造工艺为：电炉→精炼炉→真空脱气炉→连铸300mm×340mm→连铸坯装炉并经1220℃加热→轧制φ50mm规格钢材→轧材处理→高频探伤检查宏观观夹杂物情况。
(3)连铸工艺参数：中包钢水过热度50℃，拉速0.62m/min，电磁搅拌力矩因子F(t,i,f)＝kt·ki·Nf(对应的值：0.7、200A、2.5Hz)为350。
(4)钢材检测结果：图3为实施例1中钢材经水浸高频探伤宏观夹杂物的分布位置。7支φ50mm×500mm长钢材共约5dm3,发现1支钢材的宏观夹杂物深度为距钢材表面42.05mm、长度为3mm，位于钢材1/2半径区域以内，其余6支钢材全截面内未发现宏观夹杂物。
实施例2
(1)本实施例钢种为EN10084标准中20MnCrS5。化学成分重量百分比C：0.17～0.22％，Si≤0.40％，Mn：1.10～1.40％，Cr：1.00～1.30％，Mo≤0.08％，Ni≤0.30％，S：0.020～0.040％，P≤0.025％，Cu≤0.25％，余量为Fe及不可避免的杂质。
(2)该钢材产品制造工艺为：电炉→精炼炉→真空脱气炉→连铸300mm×340mm→连铸坯装炉并经1230℃加热→轧制φ60mm规格钢材→轧材处理→高频探伤检查宏观观夹杂物情况。
(3)连铸工艺参数：中包钢水过热度42℃，拉速0.65m/min，电磁搅拌力矩因子F(t,i,f)＝kt·ki·Nf(对应的值：0.83、300A、2Hz)为500。
(4)钢材检测结果：图4为本实施例2钢材经水浸高频探伤宏观夹杂物的分布位置。5支φ60mm×500mm长钢材共约5dm3,发现1支钢材的宏观夹杂物深度为距钢材表面36.9mm、长度为2mm，位于钢材1/2半径区域以内，其余4支钢材全截面内未发现宏观夹杂物。
实施例3
(1)本实施例钢种为SAE J1268标准中SAE8620H。化学成分重量百分比C：0.17～0.23％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.60～0.95％，Cr：0.35～0.65％，Mo：0.15～0.25％，Ni：0.35～0.75％，S≤0.035％，P≤0.035％，Cu≤0.20％，余量为Fe及不可避免的杂质。
(2)该钢材产品制造工艺为：电炉→精炼炉→真空脱气炉→连铸300mm×340mm→连铸坯装炉并经1225℃加热→轧制φ90mm规格钢材→轧材处理→高频探伤检查宏观观夹杂物情况。
(3)连铸工艺参数：中包钢水过热度45℃，拉速0.65m/min，电磁搅拌力矩因子F(t,i,f)＝kt·ki·Nf(对应的值：1.0、200A、2Hz)为400。
(4)钢材检测结果：图5为实施例3钢材经水浸高频探伤宏观夹杂物的分布位置。2支φ90mm×505mm长钢材共约5dm3,发现1支钢材的发现的宏观夹杂物深度为距钢材表面31.88mm、长度为1.5mm，位于钢材1/2半径区域以内，另1支钢材全截面内未发现宏观夹杂物。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种控制钢中宏观夹杂物的连铸方法，钢水经中间包注入结晶器，浇铸成连铸坯，其特征在于：中间包至结晶器采用浸入式多孔水口注入钢水，结晶器配置电磁搅拌，并控制结晶器电磁搅拌力矩因子F(t,i,f)的值为300～550，F(t,i,f)＝kt·ki·Nf，其中：kt—过热度补偿系数；ki—搅拌电流，单位A；Nf—搅拌频率，单位Hz。
2.根据权利要求1所述的控制钢中宏观夹杂物的连铸方法，其特征在于：钢水经浸入式多孔水口沿多个四周朝向的水口注入结晶器。
3.根据权利要求1所述的控制钢中宏观夹杂物的连铸方法，其特征在于：连铸过程钢水过热度为40～55℃。
4.根据权利要求1所述的控制钢中宏观夹杂物的连铸方法，其特征在于：连铸过程铸坯拉速为0.50～0.70m/min。
5.根据权利要求1所述的控制钢中宏观夹杂物的连铸方法，其特征在于：过热度补偿系数kt为经验值，取值0.5～1.0；搅拌电流ki取值150～250A；搅拌频率Nf取值1～3Hz。
6.根据权利要求1所述的控制钢中宏观夹杂物的连铸方法，其特征在于：所述连铸坯的规格为300mm×340mm以上。
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孙彪;刘学华;梁军;沈昶;: "结晶器电磁搅拌对中碳钢小方坯质量的影响", 连铸, no. 06, pages 54 - 58 *
王彦祥;成旭东;唐志军;: "结晶器电磁搅拌在方坯的应用", 连铸, no. 2, pages 9 - 11 *

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CN115255304B (zh) 2023-10-10

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