CN116140578A - 一种改善高碳钢小方坯中心偏析的连铸方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于连续铸钢技术领域，尤其是一种改善高碳钢小方坯中心偏析的连铸方法。一种改善高碳钢小方坯中心偏析的连铸方法，小方坯尺寸为160mm*160mm，包括如下步骤：高碳钢钢水经过精炼后进入中间包，过热度控制为17‑25℃，采用结晶器电磁搅拌；二冷水控制采用内外弧面和两侧面分开控制的策略，内外弧面比水量/两侧面比水量控制范围为2.5‑3.5；铸坯凝固末端采用动态轻压下工艺，在固相率为0.2‑0.6范围内进行压下，压下量为10‑15mm，按此连铸方法生产高碳钢，铸坯中心偏析指数从1.18降低为1.05及以下。
Description
技术领域
本发明属于连续铸钢技术领域，尤其是一种改善高碳钢小方坯中心偏析的连铸方法。
背景技术
偏析是连铸过程中的必然产物，但严重的偏析对高碳钢造成极大的影响。控制方坯碳偏析的方法很多，包括低过热度、电磁搅拌、二冷强冷和轻压下技术等等。其中末端电磁搅拌、轻压下对减轻中心偏析有很好的效果，但是要求和合适的固相率配合，容易造成内裂和表面质量问题。
经检索，专利一种连铸大方坯平辊和凸辊组合的轻压下方法(CN201811014372.4)根据连铸工艺、铸坯成型理论，对大方坯连铸凝固传热与液相穴进行模型计算，根据不同钢种、拉坯速度、冷却条件、过热度下，计算出铸坯到每台拉矫机部位时的三维温度场分布、两相区、固相区厚度和固相分率fs；对于距离凝固末端较远的前端拉矫机，仍采用平辊拉矫机对铸坯进行压缩铸造；对于距离凝固末端较近的后端拉矫机，采用凸辊拉矫机对铸坯进行压缩铸造；所述的轻压下方法，采用平辊拉矫机和凸辊拉矫机组合的轻压下方法，对铸坯进行凝固末端的轻压下控制，以降低铸坯的中心疏松、缩孔与偏析，改善轧材内部质量；专利一种大方坯重轨钢弥散偏析控制方法(CN 201910660560.2)连铸电磁搅拌采用二冷电磁搅拌，其中二冷电磁搅拌具体安装位置为距离结晶器钢液面5.0～6.0m区间，搅拌电流频率为6.0～8.0Hz，磁场强度为250×10-4～300×10-4T；中包浇铸钢液过热度按30～40℃执行；连铸二冷阶段冷却水量按比水量0.33～0.34L/kg钢执行。钢轨凝固组织过渡平缓，凝固组织及成分均匀性改善显著，弥散偏析区域显著减小。
通过对专利及文献的检索，可以看到，钢水在连续浇注过程中，过热度、电磁搅拌控制、二冷水控制及轻压下控制都会对铸坯心部质量造成较大影响。连铸坯凝固末端轻压下的原理是在铸坯凝固末端通过铸辊施加一定的压力使铸坯变形，一方面抵消铸坯凝固过程中凝固收缩，防止凝固末端吸入浓缩钢液；另一方面将两相区内富集的浓缩钢液挤压排出到上游，浓缩钢液重新混合稀释，从而有效地消除中心偏析。而轻压下实施过程中，压下效率为铸坯压下变形时传递到铸坯凝固前沿压下量的效率，压下效率用来衡量轻压下时凝固坯壳对铸坯表面压下的消耗程度。压下效率对于制定合理的压下量来补充凝固前沿的凝固收缩至关重要。针对小方坯铸坯，二冷水控制基本都是四周均匀喷水，其二冷水比水量一致，这样会导致铸坯液芯横截面呈圆形，在其后的轻压下工艺中，铸坯变形抗力较大，压下效果较差，中心偏析波动较大。
发明内容
本发明为了进一步改善小方坯中心偏析，提供一种改善小方坯高碳钢中心偏析的连铸方法，以160*160mm高碳钢小方坯为改进对象，控制不同的过热度、不同部位二冷喷水比水量及合适的轻压下工艺，小方坯高碳钢中心偏析指数稳定控制在1.05及以下。
为了实现本发明目的，所采用的技术方案为：
一种改善高碳钢小方坯中心偏析的连铸方法，小方坯尺寸为160mm*160mm，包括如下步骤：高碳钢钢水经过精炼后进入中间包，过热度控制为17-25℃，采用结晶器电磁搅拌；二冷水控制采用内外弧面和两侧面分开控制的策略，内外弧面比水量/两侧面比水量控制范围为2.5-3.5(具体的，内外弧面比水量为0.8-1.2L/kg，两侧面比水量为0.3-0.42L/kg)；铸坯凝固末端采用动态轻压下工艺，在固相率为0.2-0.6范围内进行压下，压下量为10-15mm，按此连铸方法生产高碳钢，铸坯中心偏析指数从1.18降低为1.05及以下。
作为优选，结晶器电磁搅拌电流为250-350A，频率为2.5-3HZ。
与现有技术相比，本发明取得了如下技术优势：
基于中间包过热度和结晶器电磁搅拌工艺的控制，保证较高的小方坯等轴晶率；在此基础上，协同二冷水调控工艺，控制连铸坯凝固末端中心钢液截面为特定形貌，使其与轻压下工艺相匹配，最终有效改善连铸坯中心偏析并将偏析指数降低至1.05及以下。
附图说明
图1为二冷比水量比值为1时，不同凝固期时压辊压下效率；
图2为二冷比水量比值为2时，不同凝固期时压辊压下效率；
图3为二冷比水量比值为3时，不同凝固期时压辊压下效率；
图4为实施例1中LX82B钢铸坯中心偏析指数对比；
图5为实施例2中LX82B钢铸坯中心偏析指数对比；
图6为实施例3中GCr15钢铸坯中心偏析指数对比。
图7为实施例4中GCr15钢铸坯中心偏析指数对比。
具体实施方式
本发明以160mm*160mm小方坯生产的LX82B和GCr15钢为研究对象，选择轻压下位置前后300mm长1/4断面的铸坯作为研究对象，采用MSC.MARC有限元软件建立了铸机单辊压下时铸坯变形的有限元分析模型，对小方坯连铸过程铸坯变形行为进行了定量分析研究。铸坯在浇注过程中，由于二冷水比水量的不一致，铸坯内外弧液芯厚度和左右弧液芯厚度存在差异。定义P为内外弧面比水量/两侧面比水量。当P为1时，为常规小方坯二冷水布置，其压下量和压下效率关系如图1所示。从图1可以看到，在铸坯凝固末端不同位置(fs为铸坯中心固相率)进行压下，压下效率随着中心固相率的增加而降低。图2和图3为P＝2和P＝3时，压下量和压下效率关系图。从图上可以看到，在同样压下位置，单辊压下效率有较大幅度的提升。这主要是改变连铸坯二冷水分配比例后，铸坯心部液芯出现了较明显的变化，内外弧液芯厚度减少，两侧液芯厚度增加，在同样的压下位置时，压下效率有明显的提升。
本发明下面结合实施例作进一步详述：
实施例1：
本发明在160mm*160mm连铸机上浇注LX82B钢采用下述具体的工艺步骤。
LX82B钢钢水经过精炼后进入中间包过热度控制为20℃；采用结晶器电磁搅拌，搅拌电流为350A，频率为3HZ；二冷水控制采用内外弧面和两侧面分开控制的策略，内外弧面比水量为1.0L/kg，两侧面比水量为0.33L/kg，内外弧面比水量/两侧面比水量控制范围为3；铸坯凝固末端采用动态轻压下工艺，在固相率为0.2-0.6范围内进行压下，连续4个压下辊进行压下，单辊压下分配为(2.5mm、3.5mm、3mm、3mm)，压下量为12mm。浇注完毕后随机取3块铸坯，分析铸坯中心碳含量，得到铸坯偏析指数(C/C0)，铸坯中心偏析指数和常规工艺对比如图4所示，图中本发明1-本发明3分别为获得3块铸坯偏析值。
实施例2：
本实施例在160mm*160mm连铸机上浇注LX82B钢，主要基于不同实施例1的压下控制下的最优工艺步骤，具体如下：
LX82B钢钢水经过精炼后进入中间包过热度控制为22℃；采用结晶器电磁搅拌，搅拌电流为350A，频率为3HZ；二冷水控制采用内外弧面和两侧面分开控制的策略，内外弧面比水量为0.8L/kg，两侧面比水量为0.25L/kg，内外弧面比水量/两侧面比水量控制范围为3.2；铸坯凝固末端采用动态轻压下工艺，在固相率为0.2-0.6范围内进行压下，连续4个压下辊进行压下，单辊压下分配为(2.5mm、4mm、3.5mm、3mm)，压下总量为13mm。浇注完毕后随机取3块铸坯，分析铸坯中心碳含量，得到铸坯偏析指数(C/C0)，铸坯中心偏析指数和常规工艺对比如图4所示，图中本发明1-本发明3分别为3块铸坯偏析值。
实施例3
本发明在160mm*160mm连铸机上浇注GCr15钢采用下述具体的工艺步骤。GCr15钢钢水经过精炼后进入中间包过热度控制为18℃；采用结晶器电磁搅拌，搅拌电流为300A，频率为3.5HZ；二冷水控制采用内外弧面和两侧面分开控制的策略，内外弧面比水量为1.2L/kg，两侧面比水量为0.4L/kg，内外弧面比水量/两侧面比水量控制范围为3；铸坯凝固末端采用动态轻压下工艺，在固相率为0.2-0.6范围内进行压下，连续4个压下辊进行压下，单辊压下分配为(2.5mm、4.5mm、4.5mm、3.5mm)，压下量为15mm。浇注完毕后随机取3块铸坯，分析铸坯中心碳含量，得到铸坯偏析指数(C/C0)，铸坯中心偏析指数和常规工艺对比如图5所示，图中本发明1-本发明3分别为3块铸坯偏析值。
实施例4
本实施例在160mm*160mm连铸机上浇注GCr15钢，主要基于不同实施例3的压下控制下的最优工艺步骤，具体如下：。
GCr15钢钢水经过精炼后进入中间包过热度控制为25℃；采用结晶器电磁搅拌，搅拌电流为350A，频率为3.5HZ；二冷水控制采用内外弧面和两侧面分开控制的策略，内外弧面比水量为1.4L/kg，两侧面比水量为0.45L/kg，内外弧面比水量/两侧面比水量控制范围为3.1；铸坯凝固末端采用动态轻压下工艺，在固相率为0.2-0.6范围内进行压下，连续4个压下辊进行压下，单辊压下分配为(2.5mm、4mm、4mm、2.5mm)，压下量为13mm。浇注完毕后随机取3块铸坯，分析铸坯中心碳含量，得到铸坯偏析指数(C/C0)，铸坯中心偏析指数和常规工艺对比如图5所示，图中本发明1-本发明3分别为3块铸坯偏析值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种改善高碳钢小方坯中心偏析的连铸方法，其特征在于：小方坯尺寸为160mm*160mm，包括如下步骤：高碳钢钢水经过精炼后进入中间包，过热度控制为17-25℃，采用结晶器电磁搅拌；二冷水控制采用内外弧面和两侧面分开控制的策略，内外弧面比水量/两侧面比水量控制范围为2.5-3.5；铸坯凝固末端采用动态轻压下工艺，在固相率为0.2-0.6范围内进行压下，压下量为10-15mm。
2.根据权利要求1所述的改善高碳钢小方坯中心偏析的连铸方法，其特征在于：结晶器电磁搅拌电流为250-350A，频率为2.5-3HZ。
3.根据权利要求1所述的改善高碳钢小方坯中心偏析的连铸方法，其特征在于：内外弧面比水量为0.8-1.2L/kg，两侧面比水量为0.3-0.42L/kg。
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