CN116716449A - 一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢锭铸造的技术领域，具体涉及一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺。铸造工艺包括以下步骤：炉底先加入碳粉和石灰，通电后加热，按照配料要求加入合金料、辅料；在熔池控制钢液温度为1560℃，控制渣量≤3％；之后进行吹氧助熔结束后钢液转移至钢包，调整钢液成分得到初炼钢液；将钢包转移至LF炉进行精炼，调整Ar气压力，通电后化渣均匀，加入SiC脱氧；渣色转白之后，取样分析，调整化学成分至工艺要求后吊包；吊包进入VD炉进行真空精炼，成分检测合格后，将钢水转移至吊包；进行浇铸，浇铸完成后，从钢锭模冒口处进行浇铸补缩；浇铸完成后进行退火；通过铸造工艺解决了大型高碳钢铸锭在浇铸时容易产生疏松、缩孔的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及钢锭的铸造技术领域，具体涉及一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺。
背景技术
高碳钢是指含碳量从0.60％～1.70％的钢材，其具有高的强度和硬度，是一种专门用于制作工具的钢材。钢从液态冷却到室温的体积收缩包括液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个部分。液态收缩是指注温降到液相线温度的体积收缩。它主要与钢种、注温、液相线温差有关。凝固收缩是指从开始凝固到完全凝固的液-固转变体积收缩。凝固收缩与钢水成分及液固相线温度差有关。一般来说，碳含量在0.6％～1.0％的钢凝固收缩较大，因为在此碳含量范围的钢首先凝固出来的不是体积较大的δ相，而是体积较小的γ相(密度较大)，同时固液相线温度差较大。凝固收缩和铸锭的低倍结构有直接关系，所以高碳钢容易产生缩孔、疏松的问题。固态收缩是指凝固后到室温的固态降温体积收缩。它不仅与钢的化学成分有关，还与相变有关。例δ→γ时体积要收缩，γ→α时又要膨胀。在无相变的情况下，温度降低会产生收缩。
由于相变、固态收缩会产生组织应力和热应力，若控制不当会产生铸锭裂纹。由于高碳钢的收缩特性，在下浇铸时冒口的下方容易产生疏松，影响钢锭的质量。现有的浇铸工艺为一包钢水浇铸两盘钢锭，一盘为40吨，一盘为20吨。浇铸方法为先将钢水加热至1495℃后，通过下浇铸的方法，先浇铸40吨的大钢锭，然后浇铸20吨的小钢锭。这样的浇铸方法导致了先浇铸大钢锭时钢水温度高，后浇铸小钢锭时钢水温度低。大型高碳钢钢锭在浇铸时容易产生疏松、缩孔等缺陷；高碳钢配炉还存在不好浇注的问题。
由于高碳钢存在凝固区间较宽的特点，铸锭凝固时易发生偏析。铸温过高，铸锭易产生柱状晶或穿晶组织，造成中心疏松、缩孔和偏析加剧；耐材受侵蚀易引起浇铸控制系统失控或漏钢，并使钢中非金属夹杂物增加。而浇铸温度过低，易造成中包水口冻结，迫使浇铸中断，并可能恶化铸锭表面质量。
发明内容
针对现有技术中在大型高碳钢铸锭在浇铸时容易产生疏松、缩孔的技术问题，本发明提供一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺。
本发明的技术方案如下：
一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺，包括以下步骤：
(1)电炉熔炼：炉底事先加入碳粉500～1000kg，加入石灰900～1500kg，通电后加热，按照配料要求多次加入熔炼所需要的合金料、辅料；在熔池控制钢液温度为1560℃，控制渣量≤3％；之后进行吹氧助熔，吹氧助熔结束后钢液转移至钢包，在钢包内调整钢液成分，最终得到的初炼钢液，炉外精炼对初炼钢液第一次取样，钢液中的C≥0.45％；
(2)炉外精炼：将初炼钢液的钢包转移至LF炉进行精炼，调整Ar气压力保证钢水微露出渣面，通电后化渣均匀，加入1～3kg/t的SiC粉脱氧；渣色转白之后，还原时间≥18min，之后在温度≥1590℃取样分析，根据取样分析调整化学成分至工艺要求，调整炉渣之后进行吊包；
(3)真空精炼：检查VD炉设备，调整蒸汽压力，并进行吹Ar气；真空精炼结束后，进行取样分析，根据分析结果对钢水的成分进行调整，成分检测合格后，将钢水转移至吊包；
(4)浇铸：控制吊包内钢水的温度为1498～1500℃，在Ar气保护下，采用下浇铸法进行浇铸，浇铸完成后，从钢锭模冒口处进行浇铸补缩，冒口处的浇铸量为300～500kg；
(5)退火：脱模后钢锭退火工艺分为热锭退火和冷锭退火。
进一步的，步骤(1)中吹氧助熔结束后，控制终点[C]目标值≥0.04％，[P]目标值≤0.006％，转移至钢包的钢液出钢温度≥1650℃；钢包内成分调整过程中按照顺序依次向钢包内加入增碳剂、脱氧剂、钢液、渣料，得初炼钢液；初炼钢液成分为C：0.50％～0.60％，Si：0.35％～0.47％，Mn：0.35％～0.47％，P≤0.013％，Cr：2.75％～2.90％，Mo：0.20％～0.27％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；加入钢液时严禁上部浮游钢渣流出。
进一步的，脱氧剂为Al，加入量为1kg/t；渣料为石灰，加入量为15kg/t。
进一步的，炉外精炼工序包括以下步骤：
A1调整渣况，渣色转白，还原白渣时间≥18min，温度≥1590℃取样分析，根据取样分析结果，进行成分调整；
A2白渣保持≥25min，加入脱氧剂SiC粉，保持炉内白渣及调整温度为1620～1630℃；
A3调整化学成分至工艺要求：加入增碳剂或铁合金，加入时间≥8min后进行第二次取样分析，出包前5min调整炉渣碱度为2.5～3.0，钢液化学成分符合规定工艺要求后开始吊包；吊包进VD炉前，加入Al线，加入量为3m/t；加入Ca-Si线，加入量为2m/t。
进一步的，真空精炼工艺包括以下步骤：
B1调整VD炉设备的蒸汽压力，使真空度为66.7Pa，钢包从LF炉进入VD炉的时间≤8min，真空精炼时间≥18min，Ar气的压力为0.2～0.5Mpa；
B2真空精炼结束后，取样分析，根据分析结果向钢水中加入Al线至Al含量为0.025％；根据钢种或锭型要求控制H含量和O含量；
B3含量检测合格后将钢水转移至吊包，静吹Ar气10～15min，调整Ar气压力，以钢液不翻出渣面为准。
进一步的，浇铸包括以下步骤：
C1控制吊包内钢水的温度，在Ar气保护下，采用下浇铸法对小规格的钢锭模Ⅰ进行浇铸；提高浇注温度为1498～1500℃，可以延长凝固时间，减少钢锭缩松；
C2钢锭模Ⅰ浇铸完毕后，再采用下浇铸法对大规格的钢锭模Ⅱ进行浇铸；
C3钢锭模Ⅱ浇铸完毕后，从钢锭模Ⅰ的冒口处进行浇铸，进行补缩，浇铸量为300～500kg。
进一步的，钢锭模的冒口为倒圆台形，冒口的高度由800mm增大为1600mm，提高钢液从冒口浇铸时的压力；钢锭模的锥度为3％。
进一步的，热锭退火：热锭脱模后装炉，待钢锭温度降到600～700℃时，开始加热，加热速率≤100℃/≤，升温到820810℃开始保温，保温到时后随炉降温，降温速率≤40℃/≤，钢锭温度低于500℃时，出炉空冷。
进一步的，冷锭退火：冷锭装炉，开始加热，加热速率≤100℃/≤，升温到600810℃开始保温，保温3小时后再次加热，加热速率≤100℃/≤，升温到820810℃开始保温，保温到时后随炉降温，降温速率≤40℃/≤，钢锭温度低于500℃时，出炉空冷；Q为钢锭的重量，单位为吨。
进一步的，820810℃下的保温时间＝7+Q/4；保温时间单位为≤，Q为钢锭的重量，单位为吨。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过将浇铸温度提高3～5℃，以及调整浇铸顺序，解决了浇铸小钢锭时浇铸温度过低的问题；先对小钢锭进行浇铸，相比于先浇铸大钢锭，可有效地减少浇铸时间，减少钢水在吊包中温度降低的程度。
(2)本发明在浇铸完大钢锭后，再从小钢锭的冒口处补加钢水，一方面可以对小钢锭起到保温的作用；补加的钢水温度比小钢锭上部的温度要高出300～500℃，这样既可以有效的减缓小钢锭冒口处的降温速率；另一方面由于高碳钢的收缩特性，补加的钢水可弥补高碳钢收缩后空出的体积。
(3)本发明对大钢锭的冒口及锭型锥度进行了改造，在不减少冒口的前提下，使冒口为倒圆台形，并增加了冒口的高度，通过此法可以提高浇铸时冒口处的压力，能够有效地降低大钢锭产生疏松的问题；同时适当加大了钢锭模的锥度，更加有利于将钢锭的缩孔及疏松缺陷集中在冒口部位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是改进后钢锭模及冒口的剖面示意图。
图2是原钢锭模及冒口的剖面示意图。
图中，1-钢锭模本体，2-冒口。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺，具体包括以下步骤：
(1)电炉熔炼：炉底事先加入碳粉600kg，加入石灰900kg，通电后加热，按照配料要求多次加入熔炼所需要的合金料、辅料；控制熔池温度为1560℃，渣量为3％；之后进行吹氧助熔，吹氧助熔结束后，控制终点[C]目标值为0.05％，[P]目标值为0.003％，转移至钢包时的温度为1680℃，按照顺序依次向钢包内加入增碳剂、脱氧剂、钢液、渣料，得初炼钢液；脱氧剂为Al，加入量为1kg/t；渣料为石灰，加入量为15kg/t；最终得到的初炼钢液成分为C0.52％，Si 0.35％，Mn 0.35％，P 0.010％，Cr 2.75％，Mo 0.20％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
(2)将装有电炉熔炼的初炼钢液的钢包转移至LF炉进行精炼，炉外精炼工序包括以下步骤：
A1调整渣况，渣色转白，还原白渣时间为25min，在温度为1590℃进行初次取样分析，根据取样分析结果，进行后续成分调整；
A2白渣保持25min，调整Ar气压力保证钢水微露出渣面，通电后化渣均匀，加入1kg/t的SiC粉；保持炉内还原气氛及调整温度为1630℃；
A3加入增碳剂和铁合金，加入10min后进行第二次取样分析，根据分析结果，调整化学成分至工艺要求；出包前5min调整炉渣碱度为2.5，之后开始吊包；吊包进VD炉前，加入Al线，加入量为3m/t；加入Ca-Si线，加入量为2m/t；
(3)真空精炼工艺包括以下步骤：
B1检查VD炉设备，调整蒸汽压力；使真空度为66.7Pa，钢包从LF炉进入VD炉的时间为8min，真空精炼时间为18min，Ar气的压力为0.2Mpa；
B2真空精炼结束后，取样分析，根据分析结果向钢水中加入Al线至Al含量为0.025％；根据钢种或锭型要求控制H含量和O含量；
B3含量检测合格后将钢水转移至吊包，静吹Ar气10min，调整Ar气压力，以钢液不翻出渣面为准。
(4)浇铸包括以下步骤：
C1控制吊包内钢水的温度为1498℃，在Ar气保护下，采用下浇铸法对20t规模的钢锭模Ⅰ进行浇铸；
C2钢锭模Ⅰ浇铸完毕后，再采用下浇铸法对40t规模的钢锭模Ⅱ进行浇铸；
C3钢锭模Ⅱ浇铸完毕后，从钢锭模Ⅰ的冒口处进行浇铸补缩；冒口处的浇铸量为300kg；钢锭模Ⅰ的冒口的尺寸为φ350/φ200×1600mm；钢锭模Ⅱ的冒口的尺寸为φ1100/φ800×1600mm，钢锭模的锥度为3％；钢锭模的结构剖面图见图1；
(5)采用热锭退火工艺进行退火；退火步骤为：热锭脱模后装炉，待钢锭温度降到700℃时，开始加热，加热速率为90℃/≤，升温到820℃开始保温，保温时间＝7≤+Q/4≤，保温到时后随炉降温，降温速率为40℃/≤，钢锭温度低于500℃时，出炉空冷；20t的钢锭保温时间为12≤；40t的钢锭保温时间为17≤。
实施例2
一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺，具体包括以下步骤：
(1)电炉熔炼：炉底事先加入碳粉1000kg，加入石灰1500kg，通电后加热，按照配料要求多次加入熔炼所需要的合金料、辅料；控制熔池温度为1560℃，渣量为3％；之后进行吹氧助熔，吹氧助熔结束后，控制终点[C]目标值为0.08％，[P]目标值为0.004％，转移至钢包时的温度为1700℃；按照顺序依次向钢包内加入增碳剂、脱氧剂、钢液、渣料，得初炼钢液；脱氧剂为Al，加入量为1kg/t；渣料为石灰，加入量为15kg/t；最终得到的初炼钢液成分为C0.55％，Si 0.37％，Mn 0.47％，P 0.007％，Cr 2.90％，Mo 0.27％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
(2)将装有电炉熔炼的初炼钢液的钢包转移至LF炉进行精炼，炉外精炼工序包括以下步骤：
A1调整渣况，渣色转白，还原白渣时间为25min，在温度为1600℃进行初次取样分析，根据取样分析结果，进行后续成分调整；
A2白渣保持30min，调整Ar气压力保证钢水微露出渣面，通电后化渣均匀，加入3kg/t的SiC粉；保持炉内还原气氛及调整温度为1620℃；
A3加入增碳剂和铁合金，加入10min后进行第二次取样分析，根据分析结果，调整化学成分至工艺要求；出包前5min调整炉渣碱度为2.5，之后开始吊包；吊包进VD炉前，加入Al线，加入量为3m/t；加入Ca-Si线，加入量为2m/t；
(3)真空精炼工艺包括以下步骤：
B1检查VD炉设备，调整蒸汽压力；使真空度为66.7Pa，钢包从LF炉进入VD炉的时间为5min，真空精炼时间为25min，Ar气的压力为0.5Mpa；
B2真空精炼结束后，取样分析，根据分析结果向钢水中加入Al线至Al含量为0.025％；根据钢种或锭型要求控制H含量和O含量；
B3含量检测合格后将钢水转移至吊包，静吹Ar气15min，调整Ar气压力，以钢液不翻出渣面为准；
(4)浇铸包括以下步骤：
C1控制吊包内钢水的温度为1500℃，在Ar气保护下，采用下浇铸法对20t规模的钢锭模Ⅰ进行浇铸；
C2钢锭模Ⅰ浇铸完毕后，再采用下浇铸法对40t规模的钢锭模Ⅱ进行浇铸；
C3钢锭模Ⅱ浇铸完毕后，从钢锭模Ⅰ的冒口处进行浇铸补缩；冒口处的浇铸量为500kg；钢锭模Ⅰ的冒口的尺寸为φ350/φ200×1600mm；钢锭模Ⅱ的冒口的尺寸为φ1100/φ800×1600mm；钢锭模锥度为3％；钢锭模的结构剖面图见图1；
(5)采用冷锭退火工艺进行退火，冷锭退火步骤为：冷锭装炉，开始加热，加热速率为100℃/≤，升温到600℃开始保温，保温3小时后再次加热，加热速率为100℃/≤，升温到830℃开始保温，保温时间＝7≤+Q/4≤，保温到时后随炉降温，降温速率为30℃/≤，钢锭温度低于500℃时，出炉空冷；20t的钢锭保温时间为12≤，40t的钢锭保温时间为17≤。
对比例1
采用与实施例1相同的铸造方法，仅仅是在浇铸过程中使用改进前的钢锭模，钢锭模的冒口的尺寸为φ150/φ150×800mm，钢锭模的锥度为3％；具体见图2；对实施例1和对比例1得到的钢锭进行力学性能检测，发现对比例1钢锭的抗压强度低于实施例1的钢锭强度，对比例1钢锭的内部结构比实施例1钢锭的内部结构疏松。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)电炉熔炼：炉底事先加入碳粉500～1000kg，加入石灰900～1500kg，通电后加热，按照配料要求加入熔炼所需要的合金料、辅料；控制熔池钢液温度为1560℃，渣量≤3％；之后进行吹氧助熔，吹氧助熔结束后钢液转移至钢包，在钢包内调整钢液成分，最终得到的初炼钢液，炉外精炼对初炼钢液第一次取样，钢液中的C≥0.45％；
(2)炉外精炼：将初炼钢液的钢包转移至LF炉进行精炼，调整Ar气压力保证钢水微露出渣面，通电后化渣均匀，加入1～3kg/t的SiC粉脱氧；渣色转白之后，还原时间≥18min，之后在温度≥1590℃取样分析，根据取样分析调整化学成分至工艺要求，调整炉渣之后进行吊包；
(3)真空精炼：检查VD炉设备，调整蒸汽压力，并进行吹Ar气；真空精炼结束后，进行取样分析，根据分析结果对钢水的成分进行调整，成分检测合格后，开始吊包；
(4)浇铸：控制吊包内钢水的温度为1498～1500℃，在Ar气保护下，采用下浇铸法进行浇铸，浇铸完成后，从钢锭模冒口处进行浇铸补缩，冒口处的浇铸量为300～500kg；
(5)退火：脱模后钢锭退火工艺分为热锭退火和冷锭退火。
2.如权利要求1所述的一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺，其特征在于，步骤(1)中吹氧助熔结束后，控制终点[C]目标值≥0.04％，[P]目标值≤0.006％，转移至钢包的钢液出钢温度≥1650℃；钢包内成分调整过程中按照顺序依次向钢包内加入增碳剂、脱氧剂、钢液、渣料，得初炼钢液；初炼钢液化学成分为C：0.50％～0.60％，Si：0.35％～0.47％，Mn：0.35％～0.47％，P≤0.013％，Cr：2.75％～2.90％，Mo：0.20％～0.27％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
3.如权利要求2所述的一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺，其特征在于，脱氧剂为Al，加入量为1kg/t；渣料为石灰，加入量为15kg/t。
4.如权利要求1所述的一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺，其特征在于，炉外精炼工序包括以下步骤：
A1调整渣况，渣色转白，还原白渣时间≥18min，温度≥1590℃取样分析，根据取样分析结果，进行成分调整；
A2白渣保持≥25min，加入脱氧剂SiC粉，保持炉内白渣及调整温度为1620～1630℃；
A3加入增碳剂或铁合金，加入时间≥8min后进行第二次取样分析，调整化学成分至工艺要求；出包前5min调整炉渣碱度为2.5～3.0，钢液化学成分符合规定工艺要求后开始吊包；吊包进VD炉前，加入Al线，加入量为3m/t；加入Ca-Si线，加入量为2m/t。
5.如权利要求1所述的一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺，其特征在于，真空精炼工艺包括以下步骤：
B1调整VD炉设备的蒸汽压力，使真空度为66.7Pa，钢包从LF炉进入VD炉的时间≤8min，真空精炼时间≥18min，Ar气的压力为0.2～0.5Mpa；
B2真空精炼结束后，取样分析，根据分析结果向钢水中加入Al线至Al含量为0.025％；根据钢种或锭型要求控制H含量和O含量；
B3含量检测合格后将钢水转移至吊包，静吹Ar气10～15min，调整Ar气压力，以钢液不翻出渣面为准。
6.如权利要求1所述的一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺，其特征在于，浇铸包括以下步骤：
C1采用下浇铸法对小规模的钢锭模Ⅰ进行浇铸；
C2钢锭模Ⅰ浇铸完毕后，再采用下浇铸法对大规模的钢锭模Ⅱ进行浇铸，钢锭模Ⅱ的重量大于钢锭模Ⅰ；
C3钢锭模Ⅱ浇铸完毕后，从钢锭模Ⅰ的冒口处进行浇铸补缩。
7.如权利要求6所述的一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺，其特征在于，钢锭模的冒口为倒圆台型，钢锭模的锥度为3％。
8.如权利要求1所述的一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺，其特征在于，步骤(5)中热锭退火步骤为：热锭脱模后装炉，待钢锭温度降到600～700℃时，开始加热，加热速率≤100℃/≤，升温到820810℃开始保温，保温到时后随炉降温，降温速率≤40℃/≤，钢锭温度低于500℃时，出炉空冷。
9.如权利要求1所述的一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺，其特征在于，步骤(5)中冷锭退火：冷锭装炉，开始加热，加热速率≤100℃/≤，升温到600810℃开始保温，保温3小时后再次加热，加热速率≤100℃/≤，升温到820810℃开始保温，保温到时后随炉降温，降温速率≤40℃/≤，钢锭温度低于500℃时，出炉空冷。
10.如权利要求8或9所述的一种大型高碳钢铸锭的铸造工艺，其特征在于，820810℃下的保温时间＝7+Q/4；保温时间单位为≤，Q为钢锭的重量，单位为吨。
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