CN116213669A - 一种控制铸坯偏析缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制铸坯偏析缺陷的方法，包括以下步骤：将中间包钢液过热度控制为不高于30℃；二次冷却制度分前后两段进行控制，其中前段的冷却强度大于后段的冷却强度；基于铸坯固相率将下压区域分为第一区间和第二区间，第一区间的固相率比第二区间的固相率低，其中在铸坯不产生裂纹的条件下，保证第二区间的压下量应尽量靠近设备压下极限，并且第一、二区间的压下量分配模式采用类抛物线方式分配。该方法通过低过热度浇注、增加二次冷却强度、增加轻压下区间和轻压下量的协同控制，解决了板坯偏析的问题。

Description

一种控制铸坯偏析缺陷的方法

技术领域

本发明涉及炼钢连铸技术领域，具体涉及一种控制铸坯偏析缺陷的方法。

背景技术

铸坯凝固过程中，表层因激冷生成细小枝晶(激冷层)。随着表层凝固厚度增加，铸坯内部向外传热能力降低，铸坯开始呈现定向凝固，形成由外向内的长条状树枝晶(柱状晶)。由于选分结晶的原因，溶质元素向熔池(液相区)积聚，当柱状晶增长而生成搭桥现象时，富集溶质元素的钢液被封闭而不能与其它液体交换，在该处形成C、S等元素的正偏析，同时，上部钢液不能补充此处的凝固收缩，从而伴随有残余缩孔。

偏析是板坯的一种常见缺陷，严重时会造成板卷带状组织缺陷，影响产品冲击功等力学性能。目前行业内通用的偏析控制方法从以下几个方面进行调控，如低过热度浇注、增加二次冷却强度、增加轻压下区间和轻压下量、保证辊缝精度等。然而，目前的这些方法还存在两方面局限，一是提高二次冷却强度，更多考虑的是增加坯壳强度，减少板坯鼓肚，但这对加速钢水凝固，阻止溶质元素的析出和扩散的针对性和效果不够；二是轻压下压下量分配的不合理，对半宏观偏析和中心偏析的平衡考虑不足，这会导致一种偏析控制较好，而另一种控制效果较差。

因此，有必要研发一种新的连铸方法来控制铸坯的整体偏析缺陷。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种控制铸坯偏析缺陷的方法。该方法通过低过热度浇注、增加二次冷却强度、增加轻压下区间和轻压下量的协同控制，解决了板坯偏析的问题。

根据本发明的一方面，提供一种控制铸坯偏析缺陷的方法，包括以下步骤：

将中间包钢液过热度控制为不高于30℃；

二次冷却制度分前后两段进行控制，其中前段的冷却强度大于后段的冷却强度；

基于铸坯固相率将下压区域分为第一区间和第二区间，第一区间的固相率比第二区间的固相率低，其中在铸坯不产生裂纹的条件下，保证第二区间的压下量应尽量靠近设备压下极限，并且第一、二区间的压下量分配模式采用类抛物线分配。

根据本发明的一个实施例，所述铸坯中碳的质量百分比≥0.15％和/或锰的质量百分比≥1.00％。

根据本发明的一个实施例，所述过热度控制在15～30℃。

根据本发明的一个实施例，所述前段包括结晶器足辊和弯曲段，所述后段包括铸坯固相率介于0.6-1.0的部分。

根据本发明的一个实施例，前段采用的冷却强度≥1.5L/kg，后段局部或整体二次冷却强度≥0.6L/kg。

根据本发明的一个实施例，所述第一区间的固相率为0.2-0.8，所述第二区间的固相率为0.8-1.0。

根据本发明的一个实施例，所述第一区间的压下率控制为0.5-1.5mm/m，所述第二区间的压下率控制为0.8-2.0mm/m。

根据本发明的一个实施例，所述第一区间包括至少两个扇形段。

根据本发明的一个实施例，所述类抛物线分配模式设置为越靠后压下量越大。

本发明所公开的控制铸坯偏析缺陷的方法相比于现有技术而言，至少具有以下优点：

1.通过将低过热度浇注、增加二次冷却强度、增加轻压下区间和轻压下量进行合理搭配，解决了板坯偏析的问题；

2.二次冷却制度采用前后两段进行分段控制，前段冷却克制铸坯鼓肚的发生，后段冷却促进尽早形成半宏观偏析，避免高浓度钢液进一步向中心聚集浓缩，造成严重的中心偏析；

3.在不同的区间采用不同的压下量控制，先采用类抛物线分配模式来改善铸坯的中心偏析，再采用较大的压下率来改善等轴晶区半宏观偏析，从而对半宏观偏析和中心偏析进行更合理的控制。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

连铸过程是将钢液转化为固态钢的过程。伴随着固态钢的形成、固相转变、液固相变、铸坯与板表面的热传递、冷却水与板表面的复杂传热等过程。钢水从钢包输送到中间包，之后进入结晶器，再经二次冷却，在空冷区切割铸坯。在整个连铸过程中，发生了钢水的转变、板坯的弯曲矫直。

本发明提供了一种控制铸坯偏析缺陷的方法，该方法总体包括以下操作：

将中间包钢液过热度控制为不高于30℃；

二次冷却制度分前后两段进行控制，其中前段的冷却强度大于后段的冷却强度；

基于铸坯固相率将下压区域分为第一区间和第二区间，第一区间的固相率比第二区间的固相率低，其中在铸坯不产生裂纹的条件下，保证第二区间的压下量应尽量靠近设备压下极限，并且第一区间的压下量分配模式采用类抛物线分配。

本发明的方法尤其适用于碳的质量百分比≥0.15％和/或锰的质量百分比≥1.00％的钢种。在这些钢里，很容易出现碳或锰成分偏析。

下面对该方法的相关操作进行更详细的介绍。

连铸钢水的浇铸温度影响着铸坯质量的好坏。连铸钢水的浇铸温度指的是钢水进入结晶器时的温度，也可以指中间包内的钢水温度。当浇铸温度过高时，会增加非金属夹杂，影响板坯内在质量，还会导致铸坯柱状晶发达、等轴晶占比降低，这会加重中心偏析。但钢水温度过低也存在诸多问题，例如容易发生水口堵塞，浇铸中断，连铸表面容易产生结疱、夹渣、裂纹等缺陷，且非金属夹杂不易上浮，影响铸坯内在质量。因此，采用合适的浇铸温度是生产制造高质量铸坯和改善偏析的重要手段，在本发明中，将中间包钢液过热度控制为不高于30℃，优选地将过热度控制在15～30℃，使用该温度更有利于配合后续的二次冷却制度来缓解偏析。

由中间包进入结晶器内的钢液，通过结晶器壁散热冷却，形成一定厚度的坯壳。这个过程是在初生凝固坯壳与结晶器之间具有连续的相对运动的情况下进行的，因此要求结晶器具有良好的冷却效果，保证铸坯出结晶器时，形成厚度均匀而强度足够的坯壳，以能抵抗钢液静压力和拉坯力，不发生胀裂或拉漏等事故，保证连铸的顺行。

铸坯从出结晶器开始到完全凝固这一过程称为二次冷却。在二次冷却的过程中，对带有液芯的铸坯实施喷水冷却，使其完全凝固，以达到在拉坯过程中均匀冷却的目的。二次冷却主要包括板坯辐射传热、辊子传导传热和喷淋水传热等。板坯辐射传热和辊子传导传热变化不大，喷淋水的传热占主导地位，铸坯中心的热量是通过坯壳传导至铸坯表面的，当喷雾水滴打到铸坯表面时就会带走一定的热量，而铸坯表面温度会突然降低，使中心与表面形成很大的温度梯度，而这就成了铸坯冷却的动力。二次冷却对连铸坯的质量及整个连铸生产有着极其重要的影响。

从铸坯传热方面考虑，加大冷却强度可以加快凝固速度，从而提高铸坯生产能力。但从冶金质量方面考虑，不适当的二次冷却会造成质量问题。例如当冷却不匀时，导致坯壳温度回升，易产生中间裂纹或皮下裂纹；当铸坯矫直时表面温度过低时，易产生表面横裂纹；而如果冷却强度不够，铸坯带液心矫直易产生矫直裂纹；当二次冷却区表面温度过高时，易产生鼓肚变形而使中心偏析加重；当二次冷却强度大时，会促使柱状晶发达，易形成穿晶，偏析加剧。因此，为了降低铸坯的偏析程度并平衡半宏观偏析和中心偏析，本发明的方法在二次冷却时分前后两段进行控制，其中前段的冷却强度大于后段的冷却强度。具体地，将结晶器足辊和弯曲段设定为前段，其采用强冷却，冷却强度≥1.5L/kg，以此克制铸坯鼓肚的发生；将铸坯固相率介于0.6-1.0的部分，控制局部或整体二冷强度≥0.6L/kg，促进其尽早形成半宏观偏析，避免高浓度钢液进一步向中心聚集浓缩。

凝固收缩产生的抽吸作用是造成宏观偏析的主要原因，轻压下就是在凝固末端给铸坯施加一定的压下量，使铸坯液芯体积减小，以补偿由于凝固过程中体积收缩而产生的中心疏松和缩孔，从而减轻或避免枝晶间浓化钢液发生流动，达到改善宏观偏析和疏松的目的。本发明的方法所采用的轻压下制度包括划分适当的压下区间，为不同压下区间配以合适的压下量和压下率来改善偏析。在本发明的实施例中，压下区间按固相率可分为A、B两个区间，A区间固相率为0.2-0.8，B区间固相率为0.8-1.0。A区间主要用于改善中心偏析，B区间主要改善等轴晶区的半宏观偏析。轻压下工艺制度首先应保证B区间有足够的压下量，压下量分配模式采用类抛物线模式，在铸坯不产生裂纹的前提条件下，应尽量的靠近设备压下极限能力，压下率可以为0.8-2.0mm/m。A区间压下量分配模式采用类抛物线模式，即越靠后压下量越大，压下率可以为0.5-1.5mm/m。在一些实施例中，如果A区间长度较长，则可以将其设定为包括多个扇形段，例如可以包括两个扇形段，两个扇形段沿铸坯传送方向依次有两个压下点，两个压下点的压下量分别为N1和N2，且N1≤N2。

以下为根据本发明的控制铸坯偏析缺陷的方法的具体实施例。

实施例1

钢种A，其主要化学成分及质量百分比为：碳0.25％，硅0.20％，锰1.35％，酸溶铝0.025％，余量为铁及不可避免的材质。浇铸断面为230mm×1860mm。将原料加热熔化成钢水，将中间包钢水平均过热度控制为23℃，拉速控制为0.95m/min，控制结晶器足辊和弯曲段强冷却强度为2.6L/kg，固相率介于0.6-0.9区段的二冷强度为0.70L/kg。压下区间按固相率可分为A、B两个区间，A区间固相率为0.2-0.8，B区间固相率为0.8-1.0。A区间包括两个扇形段，第一扇形段的压下量控制为1.4mm(压下率0.67mm/m)，第二扇形段的压下量控制为1.9mm(压下率0.90mm/m)，B区间的压下量控制为2.0mm(压下率0.90mm/m)。将经上述连铸工艺获得的连铸坯低倍检验，确定中心偏析级别为C类1.0，半宏观碳偏析指数为1.05。

实施例2

钢种B，其主要化学成分及质量百分比为：碳0.21％，硅0.23％，锰1.36％，酸溶铝0.035％，余量为铁及不可避免的材质。浇铸断面为230mm×1300mm，将原料加热熔化成钢水，将中间包钢水平均过热度控制为20℃，拉速为1.05m/min。控制结晶器足辊和弯曲段强冷却强度为2.1L/kg，固相率介于0.6-0.9区段的二冷强度为0.63L/kg。压下区间按固相率可分为A、B两个区间，A区间固相率为0.2-0.8，B区间固相率为0.8-1.0。A区间包括两个扇形段，第一扇形段的压下量控制为1.0mm(压下率0.50mm/m)，第二扇形段的压下量控制为2.0mm(压下率0.91mm/m)，B区间的压下量控制为2.0mm(压下率0.93mm/m)。将经上述连铸工艺获得的连铸坯低倍检验，确定中心偏析级别为C类0.5，半宏观碳偏析指数为1.06。

实施例3

钢种C，其化学成分及质量百分比为：碳0.34％，硅0.23％，锰1.30％，酸溶铝0.035％，余量为铁及不可避免的材质。浇铸断面为230mm×1300mm，将原料加热熔化成钢水，将中间包钢水平均过热度控制为28℃，拉速为1.15m/min。控制结晶器足辊和弯曲段强冷却强度为1.8L/kg，固相率介于0.6-0.9区段的二冷强度为0.65L/kg。压下区间按固相率可分为A、B两个区间，A区间固相率为0.2-0.8，B区间固相率为0.8-1.0。A区间包括两个扇形段，第一扇形段的压下量控制为1.6mm(压下率0.77mm/m)，第二扇形段的压下量控制为2.0mm(压下率0.91mm/m)，B区间的压下量控制为2.0mm(压下率0.93mm/m)。将经上述连铸工艺获得的连铸坯低倍检验，确定中心偏析级别为C类1.0，半宏观碳偏析指数为1.07。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种控制铸坯偏析缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将中间包钢液过热度控制为不高于30℃；

二次冷却制度分前后两段进行控制，其中前段的冷却强度大于后段的冷却强度；

基于铸坯固相率将下压区域分为第一区间和第二区间，第一区间的固相率比第二区间的固相率低，其中在铸坯不产生裂纹的条件下，保证第二区间的压下量应尽量靠近设备压下极限，并且第一、二区间的压下量分配模式采用类抛物线方式分配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸坯中碳的质量百分比≥0.15％和/或锰的质量百分比≥1.00％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过热度控制在15～30℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前段包括结晶器足辊和弯曲段，所述后段包括铸坯固相率介于0.6-1.0的部分。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，前段采用的冷却强度≥1.5L/kg，后段局部或整体二次冷却强度≥0.6L/kg。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一区间的固相率为0.2-0.8，所述第二区间的固相率为0.8-1.0。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一区间的压下率控制为0.5-1.5mm/m，所述第二区间的压下率控制为0.8-2.0mm/m。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一区间包括至少两个扇形段。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述类抛物线分配模式设置为越靠后压下量越大。