CN116586578A - 一种船板钢铸坯角裂缺陷的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种船板钢铸坯角裂缺陷的控制方法，该方法是以常规生产工艺为基础，通过控制结晶器内铸坯初生坯壳角部温度、铸坯出扇形段至火焰切割前角部温度以及铸坯矫直方式的综合措施实现铸坯角裂缺陷的控制目的。该方法可从根本上解决包晶钢类船板钢铸坯生产过程中易产生角裂缺陷的问题，可以促进船板钢无缺陷铸坯的稳定生产。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种船板钢铸坯角裂缺陷的控制方法。
背景技术
在微合金化钢、包晶、亚包晶钢板坯连铸生产中，角部横裂纹是长期困扰国内外冶金工作者的难题之一，尽管许多文献对其产生机理及控制措施进行了深入研究，但是在现有技术条件下，甚至像德国的蒂森、奥地利的奥钢联、日本的新日铁、韩国的浦项钢铁等具有世界先进水平的企业也不能从根本上加以解决。
船板钢(如AH32、DH36)是一种含有Nb、Ti微合金的包晶钢，由于船板钢成分中的C处于包晶钢范围，而且含有易产生裂纹的微合金元素Nb、V、Ti，因此其在连铸时容易发生铸坯表面质量缺陷(角裂缺陷)，是连铸生产中较难连铸的钢种之一。众多冶金生产者研究发现，铸坯产生裂纹的原因很多,包括铸机设备原因、工艺操作因素和凝固冷却条件影响等。高温下连铸坯凝固时的力学行为也是最主要的影响因素之一,这些力学行为涉及高温下随温度的下降，连铸坯的强度极限、塑性变形行为以及受到的热应力和机械应力的强弱。高温下,当铸坯所受应力超过了对应温度下的应变极限值时,铸坯裂纹将会产生。
然而，由于各船板钢生产厂家的钢水条件、生产设备和技术水平的不同，对船板钢铸坯角裂缺陷的控制措施和效果也不同。目前所采取的措施还不能从根本上解决这一问题，铸坯角裂缺陷对船板钢铸坯质量的影响任然是亟待解决的难题。
公布号为CN105316558A的专利文件公布了一种防止铸坯角裂含硼钢的制备方法，依次包括对铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、钢坯连铸、板坯再加热以及热连轧，按照质量百分比，该含硼钢的成分为：C：0.17～0.18，Si：0.02～0.20，Mn：0.23～1.26，P<0.017，S<0.014，N<0.0052，B：0.0005～0.0010，Al：0.015～0.034，余量为Fe，在炉外精炼过程中加入按照质量百分比含量0.01～0.035的Ti。采用本发明热轧加硼钢添加钛后，铸坯质量有明显改观，下线清理率降至15.06％，统计结果表明，缺陷率已经降低至1.39％。此外，对含硼钢力学性能进行检测分析结果表明，加Ti以后含硼钢力学性能也有所提高。该发明在钢中添加钛元素，钛主要起到固定氮的作用，钢水在凝固过程中会先析出Ti2N2和Ti3N4，阻止了BN的析出。但与传统含硼钢相比，该发明需提高卷取温度和终轧温度，并且需结合控制钢中C和各工序生产控制，对于现场复杂的生产过程适应性较差，难以控制，因此应用受到限制。
申请公布号为CN106475539A的专利文件公布了一种减轻铸坯角裂的装置和减裂方法，装置由电控柜、电磁感应线圈和冷却装置构成，先将感应线圈安装在铸坯进入矫直段之前的两辊之间的空隙处，让铸坯从线圈中通过，连接冷却装置；连铸开始前，将电磁感应线圈内的中空铜管通水冷却；冷却水电导率小于50μs/cm；当铸坯拉速0.5～5m/min，打开电控柜电源，给电磁感应线圈送电，电控柜为电磁感应线圈提供中频电源，频率在200～20000Hz，额定功率10kW～300kW；保证铸坯进入矫直段时角部温度高于1000℃；连铸结束后，断开电控柜电源，电磁感应线圈的中空铜管继续通水冷却，直到环境温度低于50℃时再断开冷却水。该发明为通过电磁感应加热，能够无接触、无污染快速促进铸坯角部升温，减轻铸坯角部缺陷程度，缓解后续铸坯角部清理压力，能够提高铸坯质量，但该工艺需增加设备和维护成本，并且加热升高铸坯角部温度控制不稳定，效果差。
授权公告号为CN208929147U的专利文件公布了一种同步凝固结晶器，结晶器的导流水套与结晶器铜管的4个角部接触、支撑。由于导流水套直接支撑在结晶器铜管4个角部，大幅提高结晶器水缝的精度；同时由于导流水套与结晶器铜管的4个角部接触，弱化了结晶器铜管角部的冷却，使结晶器铜管角部与面部的冷却强度均匀。本实用新型结构简洁、效果直观，实现了连铸钢水初凝时沿结晶器周向同步凝固，降低了铸坯角裂、脱方的倾向。但该发明使用成本或技术改造费用较高，对金属牌号、钢种的适应性差。
发明内容
本发明提供了一种船板钢铸坯角裂缺陷的控制方法，该方法是以常规生产工艺为基础，通过控制结晶器内铸坯初生坯壳角部温度、铸坯出扇形段至火焰切割前角部温度以及铸坯矫直方式的综合措施实现铸坯角裂缺陷的控制目的。该方法可从根本上解决包晶钢类船板钢铸坯生产过程中易产生角裂缺陷的问题，可以促进船板钢无缺陷铸坯的稳定生产。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种船板钢铸坯角裂缺陷的控制方法，该方法是以常规船板钢生产工艺为基础，采取控制结晶器内铸坯坯壳角部的冷却速度、铸坯出扇形段至火焰切割前角部冷却速度以及铸坯矫直方式，达到控制铸坯角裂缺陷的效果，具体包括：
1)在结晶器上半段铸坯角部采取缓冷方式：256m3/h≤宽面角部冷却水流量≤320m3/h，19.2m3/h≤窄面角部冷却水流量≤24m3/h；在结晶器下半段铸坯角部采取快冷方式：352m3/h≤宽面角部冷却水流量≤480m3/h、26.4m3/h≤窄面角部冷却水流量≤36m3/h；
2)控制铸坯出扇形段至火焰切割前角部冷却速度：在铸坯角部安装反辐射保温罩，所述反辐射保温罩由外层金属层(优选为钢板层)和内层耐火保温层组成，所述反辐射保温罩内表面光滑；
3)铸坯矫直方式采用多点连续矫直，矫直前铸坯角部温度≥900℃；
该方法适用于碳含量为0.10wt％～0.17wt％的高级船板钢的生产。
所述铸坯断面尺寸为(170～200)×(1500～2000)mm。
作为优选，所述反辐射保温罩沿铸坯运行轨迹对称设置在铸坯的两侧，并在铸坯窄面及窄面上下两个角的外部成连体布置。
作为优选，所述反辐射保温罩由两个面构成夹角分别设置在铸坯的四个角的外部，并沿铸坯运行轨迹对称布置。
1/2扇形段出口至火焰切割前距离≤反辐射保温罩长度≤扇形段出口至火焰切割前距离，反辐射保温罩的夹角60°≤α≤90°。
针对断面尺寸为(170～200)×(1500～2000)mm的铸坯，常规技术中，结晶器上半段铸坯角部采取的冷却方式和结晶器下半段铸坯角部采取的冷却方式是相同的：宽面冷却水流量为320m3/h、窄面角部冷却水流量为24m3/h。本发明是在结晶器上半段铸坯角部采取缓冷方式，宽面角部冷却水流量和窄面角部冷却水流量相比于常规的冷却情况，冷却强度减弱了0％～20％；结晶器下半段铸坯角部采取快冷方式，即在正常冷却情况下冷却强度增加10％～50％。本发明该设计的目的是：在结晶器上半段铸坯角部采取缓冷方式可使铸坯角部初生坯壳温度和厚度与其它部位一致，达到铸坯横断面四周坯壳同步凝固的目的，同时避免坯壳凝固收缩不均产生高温应力集中，造成铸坯边裂裂纹源的产生；在结晶器下半段铸坯角部采取快冷方式可避开或缩短船板钢包晶反应时间，使包晶反应所依赖的固体中的原子扩散不能充分进行，使包晶反应不完全，致使钢的线收缩系数小，钢的线收缩量较小，铸坯角部不易产生裂纹。
本发明控制铸坯出扇形段至火焰切割前角部冷却速度，在铸坯角部安装反辐射保温罩。该设计的目的是：铸坯出扇形段至火焰切割前角部安装保温罩，可对铸坯角部起到保温作用，减缓角部由于二维传热造成冷却速度快，同时，保温罩长度设定和两面夹角60°≤α≤90°，并且保温罩内表面光滑，可使铸坯在出结晶器至矫直前的整个过程或至少一半过程中散发的辐射热经保温罩光滑的内表面发生镜面反射，将热量反射到铸坯角部，起到对铸坯角部保温甚至加热的作用，避免铸坯在进入矫直前角部温度过低，造成铸坯在矫直时产生裂纹。
本发明采取多点连续矫直，可减小铸坯角部应力和应变，降低矫直段应变速率，避免裂纹敏感钢种角部裂纹的产生。矫直前铸坯角部温度≥900℃，可避开钢凝固时的第三脆性温度区，减少裂纹的发生。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过对结晶器内铸坯坯壳角部的冷却速度、铸坯出扇形段至火焰切割前角部冷却速度以及铸坯矫直方式的控制，使船板钢铸坯生产时角部温度得到了有效改善，避免了角部裂纹的产生和扩大。利用本发明的船板钢铸坯角裂缺陷的控制方法，既可以达到对船板钢铸坯角裂缺陷的稳定控制，又可以实现对包晶钢类易产生角裂缺陷钢种铸坯角裂缺陷的稳定控制，可显著提高船板钢等包晶钢类产品的质量，而且工艺简单、成本低，因此利于推广应用。
附图说明
图1是本发明中反辐射保温罩单侧成连体布置的结构示意图。
图2是本发明中反辐射保温罩在铸坯的四个角的外部成分体布置的结构示意图。
图中：1-外层钢板层、2-内层耐火保温层、3-铸坯、4-反辐射保温罩。
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，以下结合实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
针对某厂生产的船板钢AH32铸坯(C：0.15％，断面尺寸200×1950mm)，在连铸生产过程中，在结晶器(结晶器总长900mm)上半段铸坯角部采取缓冷方式：宽面角部冷却水流量304m3/h、窄面冷却水流量22.8m3/h；在结晶器下半段铸坯角部采取快冷方式：宽面角部冷却水流量384m3/h、窄面角部冷却水流量28.8m3/h；
在铸坯角部安装反辐射保温罩，反辐射保温罩由外层钢板层和内层耐火保温层组成，反辐射保温罩内表面光滑；反辐射保温罩沿铸坯运行轨迹对称设置在铸坯的两侧，并在铸坯窄面及窄面上下两个角的外部成连体布置(如图1所示)。反辐射保温罩长度为：1/2扇形段出口至火焰切割前距离，反辐射保温罩夹角α＝90°；铸坯矫直方式采用多点连续矫直，矫直前测得铸坯角部温度为905℃。
生产后取连铸坯枝晶样进行板坯凝固组织和缺陷枝晶腐蚀低倍检验，检测结果见表1；
表1实施例1铸坯凝固组织和缺陷枝晶腐蚀低倍检验结果
经检测，铸坯质量较好，无角部裂纹。
实施例2：
针对某厂生产的船板钢DH36铸坯(C：0.16％，断面尺寸200×1950mm)，在连铸生产过程中，在结晶器(结晶器总长900mm)上半段铸坯角部采取缓冷方式：宽面角部冷却水流量288m3/h、窄面角部冷却水流量21.6m3/h；在结晶器下半段铸坯角部采取快冷方式：宽面角部冷却水流量432m3/h、窄面角部冷却水流量32.4m3/h；
在铸坯角部安装反辐射保温罩，反辐射保温罩由外层钢板层和内层耐火保温层组成，反辐射保温罩内表面光滑；反辐射保温罩由两个面构成夹角分别设置在铸坯的四个角的外部，并沿铸坯运行轨迹对称布置(如图2所示)。反辐射保温罩长度为：扇形段出口至火焰切割前距离，反辐射保温罩夹角α＝80°，并且反辐射保温罩内表面光滑；铸坯矫直方式采用多点连续矫直，矫直前测得铸坯角部温度为916℃。
生产后取连铸坯枝晶样进行板坯凝固组织和缺陷枝晶腐蚀低倍检验，检测结果见表2；
表2实施例2铸坯凝固组织和缺陷枝晶腐蚀低倍检验结果
经检测，铸坯质量较好，无角部裂纹。
实施例3：
针对某厂生产的船板钢Q355B铸坯(C：0.16％，断面尺寸200×1950mm)，在连铸生产过程中，在结晶器(结晶器总长900mm)上半段铸坯角部采取缓冷方式：宽面角部冷却水流量272m3/h、窄面角部冷却水流量20.4m3/h；在结晶器下半段铸坯角部采取快冷方式：宽面角部冷却水流量480m3/h、窄面角部冷却水流量36m3/h；
在铸坯角部安装反辐射保温罩，反辐射保温罩由外层钢板层和内层耐火保温层组成，反辐射保温罩内表面光滑；反辐射保温罩由两个面构成夹角分别设置在铸坯的四个角的外部，并沿铸坯运行轨迹对称布置(如图2所示)。反辐射保温罩长度为：0.8×扇形段出口至火焰切割前距离，反辐射保温罩夹角α＝75°；铸坯矫直方式采用多点连续矫直，矫直前测得铸坯角部温度为913℃。
生产后取连铸坯枝晶样进行板坯凝固组织和缺陷枝晶腐蚀低倍检验，检测结果见表3；
表3实施例3铸坯凝固组织和缺陷枝晶腐蚀低倍检验结果
经检测，铸坯质量较好，无角部裂纹。
综上所述，本发明可以解决船板钢由于成分特殊性(C处于包晶钢范围)，在连铸过程中铸坯经常出现角部横裂纹的问题，特别适用于船板钢等包晶钢铸坯的生产。
Claims (6)
1.一种船板钢铸坯角裂缺陷的控制方法，其特征在于，该方法是以船板钢常规生产工艺为基础，采取控制结晶器内铸坯坯壳角部的冷却速度、铸坯出扇形段至火焰切割前角部冷却速度以及铸坯矫直方式，达到控制铸坯角裂缺陷的效果，具体包括：
1)在结晶器上半段铸坯角部采取缓冷方式：256m3/h≤宽面角部冷却水流量≤320m3/h，19.2m3/h≤窄面角部冷却水流量≤24m3/h；在结晶器下半段铸坯角部采取快冷方式：352m3/h≤宽面角部冷却水流量≤480m3/h、26.4m3/h≤窄面角部冷却水流量≤36m3/h；
2)控制铸坯出扇形段至火焰切割前角部冷却速度：在铸坯角部安装反辐射保温罩，所述反辐射保温罩由外层金属层和内层耐火保温层组成，所述反辐射保温罩内表面光滑；
3)铸坯矫直方式采用多点连续矫直，矫直前铸坯角部温度≥900℃。
2.根据权利要求1所述的一种船板钢铸坯角裂缺陷的控制方法，其特征在于，该方法适用于碳含量为0.10wt％～0.17wt％的船板钢的生产。
3.根据权利要求1所述的一种船板钢铸坯角裂缺陷的控制方法，其特征在于，所述铸坯断面尺寸为(170～200)×(1500～2000)mm。
4.根据权利要求1所述的一种船板钢铸坯角裂缺陷的控制方法，其特征在于，所述反辐射保温罩沿铸坯运行轨迹对称设置在铸坯的两侧，并在铸坯窄面及窄面上下两个角的外部成连体布置。
5.根据权利要求1所述的一种船板钢铸坯角裂缺陷的控制方法，其特征在于，所述反辐射保温罩由两个面构成夹角分别设置在铸坯的四个角的外部，并沿铸坯运行轨迹对称布置。
6.根据权利要求4或5所述的一种船板钢铸坯角裂缺陷的控制方法，其特征在于，1/2扇形段出口至火焰切割前距离≤反辐射保温罩长度≤扇形段出口至火焰切割前距离，反辐射保温罩的夹角60°≤α≤90°。
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