CN116117095A - 一种高碳钢线材及其制备方法 - Google Patents

一种高碳钢线材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高碳钢线材的制备方法，包括脱硫、初炼、精炼、连铸和轧制，连铸过程采用感应加热中间包，感应加热中间包根据补偿温度Tb调节线圈的电压值和电流值；所述Tb=G+Z+A+B，其中G为钢包状态系数，Z为中间包状态系数，A为与钢包重量相关的系数，B为连铸平台钢水温度与连铸平台钢水目标温度的差值。本发明还公开了上述制备方法得到的高碳钢线材。本发明依据钢包钢水重量、连铸平台钢水温度、钢包状态、中间包状态确定中间包钢水补偿温度，并依据补偿温度范围，设定不同的感应加热中间包线圈电压值、电流值对中间包钢水进行加热升温，达到稳定控制中间包钢水温度为目标温度±2℃，进而稳定高碳钢连铸坯中心质量。

Description

一种高碳钢线材及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢材制备领域，具体涉及一种高碳钢线材及其制备方法。
背景技术
高碳钢线材一般是指碳含量在0.6-1.1 ％范围内的线状钢材，其具有强度高、加工硬化率高、拉丝性能好等优点，广泛应用于钢绞线、缆索、钢丝绳、钢帘线、轴承、工具等领域，其对芯部质量有着严格要求。为获得芯部质量良好的高碳钢线材，需要从源头上控制好高碳钢连铸坯中心质量。连铸坯中心质量的控制与连铸过程中间包钢水温度有明显关系，当温度波动较大时，连铸坯中心质量会波动较大。因此，稳定控制中间包钢水温度可以改善高碳钢连铸坯中心质量。
中国专利文献CN114054704A提供了一种控制重轨钢冶炼过程的中间包钢水温度的方法，连铸过程采用中间包线圈式感应加热，通过控制线圈式感应加热的总功率来控制中间包中的钢水的温度；该专利根据钢水重量、钢包状态以及对应的加热系数，制定合适的控制中间包的加热功率公式，保证重轨钢生产时中间包内钢水温度稳定控制在目标温度的±3 ℃，但其温度控制范围较宽，同时其并未考虑连铸过程中连铸平台钢水温度及中间包状态对中间包钢水温度影响，在实际操作时由于钢包转运时间长短不同导致钢水温降不同及中间包前、中、后期吸热不同导致钢水温降不同，进而导致中间包钢水温度易超出目标温度±3 ℃范围，波动大。
中国专利文献CN111014635A公开了一种连铸通道式感应加热中间包及其控制流场方法，通过采用电磁感应线圈对中间包钢水进行加热及连铸浇铸区底部透气砖吹氩，提高连铸浇铸腔钢水的均匀性和稳定性，使中间包流场的均匀性大幅提高，有效降低中间包底部“短流”现象对浇铸口的负面影响。中国专利文献CN104249149A公开了一种通道式感应加热中间包及其浇铸方法，通过对感应加热中间包内部结构进行设计及在中间包本体耐材中布置吹气管，达到在连铸全过程中去除夹杂物及均匀钢水温度的目的。上述两种方案均是通过对中间包内部结构进行设计及增加吹气装置，来达到均匀、稳定钢水温度或去除夹杂物的目的，但它们并未考虑如何精炼出钢温度、大包状态、中间包状态、电磁线圈加热参数等对中间包钢水温度控制的影响。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于现有控制中间包钢水温度的方法中的问题，从而提供一种高碳钢线材及其制备方法。
为此，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种高碳钢线材的制备方法，包括脱硫、初炼、精炼、连铸和轧制，连铸过程采用感应加热中间包，感应加热中间包时根据补偿温度Tb调节线圈的电压值和电流值；
所述Tb=G+Z+A+B，其中G为钢包状态系数，Z为中间包状态系数，A为与钢包重量相关的系数，B为连铸平台钢水温度与连铸平台钢水目标温度的差值。
进一步地，钢包状态系数G为，正常热钢包G=0 ℃、保温钢包G=1.0 ℃、冷钢包G=1.5 ℃；
其中正常热钢包是指钢包浇钢结束至初炼炉出钢时间在10-60 min；
保温钢包是指钢包浇钢结束至初炼炉出钢时间在60-120 min；
冷钢包是指钢包浇钢结束至初炼炉出钢时间在120-180 min。
浇注第1炉时中间包状态系数Z=4.0 ℃，第2炉至第4炉时Z=2.0 ℃，第5炉至浇注结束时Z=0.5 ℃。
连铸时，钢包钢水重量Wg为2-135 t，
当Wg＞90 t时，A=-1.5 ℃；
当20 t＜Wg≤90 t时，A=1 ℃；
当Wg≤20 t时，A=5 ℃。
进一步地，钢包钢水到达连铸平台时的温度高于所述高碳钢的液相线温度40±2℃，这是因为钢包钢水到达连铸平台后，经长水口流入中间包以及浇钢过程大包钢水温度均会发生温降，且为了保证中间包钢水具有良好的浇注性能，需具备一定的过热度，所以将温度控制为40 ℃，即连铸平台钢水目标温度高于高碳钢液相线温度40 ℃，然后通过对精炼炉钢水进行通电升温及底吹氩气搅拌均匀钢水温度，使得精炼炉出钢温度高于高碳钢液相线温度55±2 ℃，经25min软搅拌控制钢水洁净度，进一步严格控制钢包由精炼跨吊运至连铸平台时间为2-3 min，最终使得钢包钢水到达连铸平台时的温度高于高碳钢液相线温度40±2 ℃；
其中，当钢包钢水到达连铸平台时的温度高于高碳钢液相线温度38 ℃时，B值为2℃；
当钢包钢水到达连铸平台时的温度高于高碳钢液相线温度39 ℃时，B值为1 ℃；
当钢包钢水到达连铸平台时的温度高于高碳钢液相线温度40 ℃时，B值为0 ℃；
当钢包钢水到达连铸平台时的温度高于高碳钢液相线温度41 ℃时，B值为-1 ℃；
当钢包钢水到达连铸平台时的温度高于高碳钢液相线温度42 ℃时，B值为-2 ℃。
线圈的电压值调节范围为0-1800 V、电流值为0-1500 A、频率为500 Hz。
当-3 ℃≤Tb≤0 ℃时，感应加热中间包线圈不通电，电压、电流值为0；
当0 ℃＜Tb≤3 ℃时，感应加热中间包线圈电压值为800 V、电流值为600 A；
当3 ℃＜Tb≤6 ℃时，感应加热中间包线圈电压值为1100 V、电流值为900 A；
当6 ℃＜Tb≤9 ℃时，感应加热中间包线圈电压值为1400 V、电流值为1200 A；
当9 ℃＜Tb≤12.5 ℃时，感应加热中间包线圈电压值为1700 V、电流值为1500A。
通过控制感应加热中间包线圈电压、电流值，将中间包钢水温度控制为中间包目标温度±2 ℃，当中间包钢水温度达到中间包钢水目标温度+2℃时停止感应加热；
所述中间包钢水目标温度高于高碳钢液相线温度15 ℃。
本发明还提供一种高碳钢线材，由上述制备方法制得，以质量百分数计，所述高碳钢线材由如下组分组成：0.60 %≤C≤1.00 %、0.20 %≤Si≤1.30 %、0.30 %≤Mn≤0.80 %、0.10 %≤Cr≤0.50 %、P≤0.015 %、S≤0.01 %、0.01 %≤Al≤0.05 %、O≤0.0030 %，余量为Fe和其它不可避免的杂质。
本发明技术方案，具有如下优点：
（1）本发明依据钢包钢水重量、连铸平台钢水温度、钢包状态、中间包状态确定中间包钢水补偿温度，并依据补偿温度范围，设定不同的感应加热中间包线圈电压值、电流值对中间包钢水进行加热升温，达到稳定控制中间包钢水温度为目标温度±2 ℃，进而稳定高碳钢连铸坯中心质量。
（2）本发明针对高碳钢冶炼过程中间包钢水温度波动大问题，首先，依据钢种及连铸工艺参数，确定合适的中间包钢水温度目标值；其次，依据精炼炉出钢钢包吊运过程温降，确定精炼炉出钢温度高碳钢液相线温度55±2 ℃，使得钢水到达连铸平台温度高于高碳钢液相线温度40±2 ℃范围内，保证中间包内初始钢水温度处于目标温度范围内；进一步，随着浇注的进行，钢包内钢水重量不断减少，钢包散热量增加，且换钢包时，中间包内无热态钢水补充，钢水温降大，同时钢包状态的不同，钢水温降也不同，浇注时期不同，中间包耐材吸热量也不同，因此，应依据钢包内钢水重量、连铸平台钢水温度、钢包状态、中间包状态确定中间包钢水温度补偿值；再次，依据中间包钢水温度补偿值范围，设定不同的感应加热中间包线圈电压值、电流值，达到稳定控制中间包钢水温度为目标温度±2 ℃的目的。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供一种高碳钢线材的制备方法，采用如下生产工艺KR→初炼炉→精炼炉→连铸→轧制生产高碳钢线材，具体包括如下步骤：
KR工序：对铁水进行机械搅拌，并喷入石灰粉、萤石脱硫；
初炼炉工序：将KR脱硫得到的铁水倒入转炉，对铁水进行吹氧升温，脱碳、脱磷，得到钢水；
精炼炉工序：将钢水吊运至精炼工序，进行脱气，合金化，温度控制，得到温度、成分符合要求的钢水；
连铸工序：将温度、成分符合要求的钢水吊运至连铸平台，进行保护浇注，得到连铸坯。
轧制工序：将连铸坯吊运至加热炉开坯轧制得到中间坯，然后再次吊运至加热炉轧制得到高碳钢线材。
其中，在连铸工序时，生产钢种为SWRH82B，其液相线温度为1460 ℃，中间包钢水目标温度为1480±2℃，连铸机断面尺寸为300 mm×400 mm，拉速为0.75 m/min。
精炼炉出钢温度为1515±2 ℃，经软搅拌25 min后，吊运至连铸平台，对钢包钢水进行测温，连铸平台温度为1500±2 ℃。
钢包内钢水重量为135 t，经长水口流入感应加热中间包，依据钢包内钢水重量、连铸平台钢水温度、钢包状态、中间包状态确定中间包钢水温度补偿值，并依据中间包钢水温度补偿值范围，设定不同的感应加热中间包线圈电压值、电流值对中间包钢水进行加热升温，各炉次数据如表1所示。
表1 实施例1各炉次数据
该浇次其他炉次，依据钢包内钢水重量、连铸平台钢水温度、钢包状态、中间包状态确定中间包钢水温度补偿值，并依据中间包钢水温度补偿值范围，设定不同的感应加热中间包线圈电压值、电流值对中间包钢水进行加热升温，中间包钢水温度稳定控制为1478-1482℃。
对该浇次连铸坯取低倍样，分析中心C偏析值，稳定控制为0.96-1.04。
轧制后，高碳钢线材规格为12mm，芯部网碳渗碳体稳定控制为0级，质量稳定。
实施例2
本实施例提供一种高碳钢线材的制备方法，采用如下生产工艺KR→初炼炉→精炼炉→连铸→轧制生产高碳钢线材，具体包括如下步骤：
KR工序：对铁水进行机械搅拌，并喷入石灰粉、萤石脱硫；
初炼炉工序：将KR脱硫得到的铁水倒入转炉，对铁水进行吹氧升温，脱碳、脱磷，得到钢水；
精炼炉工序：将钢水吊运至精炼工序，进行脱气，合金化，温度控制，得到温度、成分符合要求的钢水；
连铸工序：将温度、成分符合要求的钢水吊运至连铸平台，进行保护浇注，得到连铸坯。
轧制工序：将连铸坯吊运至加热炉开坯轧制得到中间坯，然后再次吊运至加热炉轧制得到高碳钢线材。
其中，在连铸工序时，生产钢种为SWRS92Si，其液相线温度为1447 ℃，中间包钢水目标温度为1467±2℃，连铸机断面尺寸为300 mm×400 mm，拉速为0.70 m/min。
精炼炉出钢温度为1502±2 ℃，经软搅拌25 min后，吊运至连铸平台，对钢包钢水进行测温，连铸平台温度为1487±2 ℃。
钢包内钢水重量为135 t，经长水口流入感应加热中间包，依据钢包内钢水重量、连铸平台钢水温度、钢包状态、中间包状态确定中间包钢水温度补偿值，并依据中间包钢水温度补偿值范围，设定不同的感应加热中间包线圈电压值、电流值对中间包钢水进行加热升温，各炉次数据如表2所示。
表2 实施例2各炉次数据
该浇次其他炉次，依据钢包内钢水重量、连铸平台钢水温度、钢包状态、中间包状态确定中间包钢水温度补偿值，并依据中间包钢水温度补偿值范围，设定不同的感应加热中间包线圈电压值、电流值对中间包钢水进行加热升温，中间包钢水温度稳定控制为1466-1468℃。
对该浇次连铸坯取低倍样，分析中心C偏析值，稳定控制为0.98-1.02。
轧制后，高碳钢线材规格为14mm，芯部网碳渗碳体稳定控制为0级，抗拉强度为1450-1460Mpa，面缩值为29-31%，质量稳定。
对比例1
本对比例提供一种高碳钢线材的制备方法，和实施例1的区别在于，其连铸工序的炉次数据不同及采用不使用感应加热的普通中间包，生产钢种为SWRH82B，其液相线温度为1460 ℃，中间包钢水目标温度为1480±2℃，连铸机断面尺寸为300 mm×400 mm，拉速为0.75 m/min。
经软搅拌25 min后，吊运至连铸平台，对钢包钢水进行测温，钢包内钢水重量为135 t，经长水口流入普通中间包，各炉次数据如表3所示。
表3 对比例1各炉次数据
该浇次中间包钢水温度为1469-1486℃，各炉次浇注过程中中间包钢水温度波动大。
对该浇次连铸坯取低倍样，分析中心C偏析值，控制为0.90-1.15。
轧制后，高碳钢线材规格为12mm，芯部网碳渗碳体为0-4级，网碳等级高，高碳钢线材质量存在判次品。
这是由于对比例1在连铸工序时，未对连铸平台钢水温度进行限定，且未采用感应加热中间包对中间包钢水温度进行热补偿，使得该浇次中间包钢水温度波动范围大，连铸坯中心C偏析值控制不稳定，进一步导致高碳钢线材质量控制不稳定，存在判次品。
对比例2
本对比例提供一种高碳钢线材的制备方法，和实施例1的区别在于，其连铸工序的炉次数据不同，生产钢种为SWRH82B，其液相线温度为1460 ℃，中间包钢水目标温度为1480±2℃，连铸机断面尺寸为300 mm×400 mm，拉速为0.75 m/min。
经软搅拌25 min后，吊运至连铸平台，对钢包钢水进行测温，钢包内钢水重量为135 t，经长水口流入感应加热中间包，各炉次数据如表4所示。
表4 对比例2各炉次数据
该浇次其他炉次，依据钢包内钢水重量、钢包状态，并依据中间包钢水温度补偿值范围，设定不同的感应加热中间包线圈电压值、电流值对中间包钢水进行加热升温，中间包钢水温度控制为1473-1485℃。
对该浇次连铸坯取低倍样，分析中心C偏析值，控制为0.90-1.10。
轧制后，高碳钢线材规格为12mm，芯部网碳渗碳体控制为0-3级，网碳等级高，高碳钢线材质量存在判次品。
这是由于对比例2在连铸工序时虽然对精炼出钢温度进行了限定并采用了感应加热中间包对钢水进行热补偿，但在实际操作时，由于钢包转运时间长短不同导致钢水温降不同，进而导致连铸平台钢水温度不同，以及中间包前、中、后期吸热不同导致钢水温降不同，进一步导致中间包钢水温度波动范围大，连铸坯中心C偏析值波动范围大，进一步导致高碳钢线材质量控制不稳定，存在判次品。
上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种高碳钢线材的制备方法，包括脱硫、初炼、精炼、连铸和轧制，其特征在于，连铸过程采用感应加热中间包，感应加热中间包时根据补偿温度Tb调节线圈的电压值和电流值；
所述Tb=G+Z+A+B，其中G为钢包状态系数，Z为中间包状态系数，A为与钢包重量相关的系数，B为连铸平台钢水温度与连铸平台钢水目标温度的差值。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，钢包状态系数G为，正常热钢包G=0℃、保温钢包G=1.0 ℃、冷钢包G=1.5 ℃。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，浇注第1炉时中间包状态系数Z=4.0℃，第2炉至第4炉时Z=2.0 ℃，第5炉至浇注结束时Z=0.5 ℃。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
连铸时，钢包钢水重量Wg为2-135 t，
当Wg＞90 t时，A=-1.5℃；
当20 t＜Wg≤90 t时，A=1℃；
当Wg≤20 t时，A=5℃。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，
钢包钢水到达连铸平台时的温度高于所述高碳钢的液相线温度40±2 ℃；
其中，当钢包钢水到达连铸平台时的温度高于高碳钢液相线温度38℃时，B值为2℃；
当钢包钢水到达连铸平台时的温度高于高碳钢液相线温度39℃时，B值为1℃；
当钢包钢水到达连铸平台时的温度高于高碳钢液相线温度40℃时，B值为0℃；
当钢包钢水到达连铸平台时的温度高于高碳钢液相线温度41℃时，B值为-1℃；
当钢包钢水到达连铸平台时的温度高于高碳钢液相线温度42℃时，B值为-2℃。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，线圈的电压值调节范围为0-1800 V、电流值为0-1500 A、频率为500 Hz。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，
当-3℃≤Tb≤0℃时，感应加热中间包线圈不通电，电压、电流值为0；
当0℃＜Tb≤3℃时，感应加热中间包线圈电压值为800V、电流值为600A；
当3℃＜Tb≤6℃时，感应加热中间包线圈电压值为1100V、电流值为900A；
当6℃＜Tb≤9℃时，感应加热中间包线圈电压值为1400V、电流值为1200A；
当9℃＜Tb≤12.5℃时，感应加热中间包线圈电压值为1700V、电流值为1500A。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，通过控制感应加热中间包线圈电压、电流值，将中间包钢水温度控制为中间包目标温度±2 ℃，当中间包钢水温度达到中间包钢水目标温度+2℃时停止感应加热；
所述中间包钢水目标温度高于高碳钢液相线温度15℃。
9.一种高碳钢线材，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得，以质量百分数计，所述高碳钢线材由如下组分组成：0.60%≤C≤1.00%、0.20%≤Si≤1.30%、0.30%≤Mn≤0.80%、0.10%≤Cr≤0.50%、P≤0.015%、S≤0.01%、0.01%≤Al≤0.05%、O≤0.0030%，余量为Fe和其它不可避免的杂质。
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