CN117862446A - 一种大断面连铸圆坯中心质量的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种大断面连铸圆坯中心质量的控制方法，步骤包括：（1）将盛有钢液的中间包车开至连铸机浇铸位并下降至规定位置；（2）打开中间包塞棒使钢液通过水口注入水冷结晶器，进行低过热度浇注；（3）在连铸机二次冷却区进行分段急速冷却，每段独立设置超快冷水量，根据大断面连铸圆坯内部理论补缩量确定超快冷水量以实现软压下；在连铸过程中，根据结晶器、二冷区和凝固末端位置处大断面连铸圆坯的参数分别设置结晶器电磁搅拌器、二冷区电磁搅拌器和凝固末端电磁搅拌器的运行电流强度和频率。本发明可补缩由于大断面连铸圆坯凝固造成的疏松、缩孔等缺陷，提升大断面连铸圆坯的中心质量。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种大断面连铸圆坯中心质量的控制方法。
背景技术
在钢材的连铸生产中，钢材产品的质量取决于连铸坯质量。连铸坯质量的评判标准包括铸坯纯净度、铸坯表面缺陷以及铸坯内部缺陷，其中铸坯内部缺陷包括低倍结构、成分偏析、中心疏松、中心偏析和裂纹，如何降低内部缺陷的发生在钢材的连铸生产中具有重要意义。
铸坯内部缺陷的发生因素主要集中在钢液的凝固过程中，易因内部各区域冷却速度不均匀，导致各部分收缩程度不一、产生内部缺陷。特别是对于大尺寸的连铸坯而言，随着尺寸的增大，对内部缺陷的控制难度也逐渐增加。
现有技术中，对于矩形连铸坯常使用末端压下技术改善连铸坯的内部质量。末端压下技术的原理是在连铸坯表面施加力，然后挤压固、液界面，以补偿凝固过程发生的收缩，并阻碍残余钢液的抽吸流动。末端压下技术在矩形坯生产中的应用已较为成熟，容易实现动态轻压下和重压下等，但并未在大断面连铸圆坯的生产过程中得到良好的应用。由于大断面连铸圆坯形状规格特殊，现有的大圆坯连铸机不具备轻、重压下等功能，难以通过末端压下技术改善大断面连铸圆坯的内部质量；同时大断面连铸圆坯的断面较大，拉速较低，凝固速率较小，内部冷却的不均匀性显著，对温度和凝固进程的调控相较于同尺寸的矩形坯而言更加困难，导致大断面连铸圆坯更易产生中心偏析、疏松缩孔和裂纹等缺陷，限制了大断面连铸原皮生产的技术发展和大规模应用。
发明内容
针对大断面连铸圆坯易产生中心偏析、疏松缩孔和裂纹等缺陷的技术问题，本发明提供一种大断面连铸圆坯中心质量的控制方法，通过低过热度浇注、二冷区分段急速冷却与三段组合电磁搅拌相结合的方法补缩由于大断面连铸圆坯凝固造成的疏松、缩孔等缺陷，提升大断面连铸圆坯的中心质量。
本发明的技术方案如下：
一种大断面连铸圆坯中心质量的控制方法，包括以下步骤：
（1）将盛有钢液的中间包车开至连铸机浇铸位，水口与结晶器中心相对，下降至规定位置，中间包内钢液的过热度控制为10~15℃；
（2）打开中间包塞棒使钢液通过水口注入水冷结晶器，进行低过热度浇注，得到大断面连铸圆坯，浇注过程中钢液过热度为5~10℃，低过热度浇注可延缓柱状晶生长，减少中心偏析程度；
（3）启动二次冷却系统，在连铸机二次冷却区对大断面连铸圆坯进行分段急速冷却，分段急速冷却的方式为喷水冷却或水雾冷却，每段独立设置超快冷水量，根据大断面连铸圆坯内部理论补缩量确定超快冷水量以实现软压下；
在二次冷却区中，铸坯表面受到了五种类型的传热，包括与矫直辊之间的传热、与冷却水的对流换热、与空气的对流换热、与空气的辐射换热和水气化成的水雾在铸坯表面带走的热。其中，铸坯与冷却水之间的对流传热为主要传热方式，因此通过每段独立设置超快冷水量可控制铸坯在各个阶段的传热量，实现大断面连铸圆坯的分段急冷，进而控制铸坯内枝晶生长，同时实现软压下效果，其中控制超快冷水量的方式为调整冷却水的水流密度；
在连铸过程中，根据结晶器、二冷区和凝固末端位置处大断面连铸圆坯的参数分别设置结晶器电磁搅拌器、二冷区电磁搅拌器和凝固末端电磁搅拌器的运行电流强度和频率；
获得结晶器、二冷区和凝固末端位置处铸坯参数的方法为通过温度测量和射钉试验相结合的方式获得铸坯的表面温度和凝固厚度，而电磁结晶器的电磁透入深度与铸坯凝固厚度之间需要满足的关系如式（I）所示：
（I）
式（I）中，δ凝为凝固厚度（mm）；
δ磁为电磁透入深度（mm）；
同时，电磁透入深度的计算公式如式（II）所示：
（II）
式（II）中，δ磁为电磁透入深度（mm）；
f为电磁搅拌器的电流频率（Hz）；
μ为钢液磁导率；
σ为钢液电导率；
结合式（I）和式（II），计算电磁透入深度大于凝固坯壳厚度时合理的电磁搅拌参数如电流频率等。通过设置三段电磁搅拌器的合理参数，可提高对钢液的搅拌强度，促进中心溶质迁移，打碎枝晶“搭桥”现象，细化晶粒从而改善中心偏析和提高上部钢液的补缩能力。
进一步的，步骤（1）中，控制过热度的方法包括向钢包或中间包中加入覆盖保温剂，废钢调温，钢包吹氩和/或对中间包进行等离子加热。
进一步的，步骤（2）将钢液通过低温风冷型浸入式水口注入水冷结晶器，低温风冷型浸入式水口为外侧设置风冷装置的浸入式水口，可在钢液注入过程中通过风冷装置对钢液进行冷却降温，保证水口不发生结瘤。
进一步的，步骤（3）使用水雾冷却对大断面连铸圆坯进行分段急速冷却，在冷却用水中掺加体积为5%-10%的金属颗粒共同喷洒，进行混合冷却，掺加金属颗粒混合冷却可使金属颗粒带走大断面连铸圆坯表面存留的水膜，增大大断面连铸圆坯与新喷洒水雾的接触面积，进一步增加水雾冷却的冷却强度。
进一步的，步骤（3）中连铸机二次冷却区分为二冷一段、二冷二段、二冷三段，每段独立设置超快冷水量进行急速冷却。
进一步的，结晶器电磁搅拌器为旋转电磁搅拌器，二冷区电磁搅拌器为旋转电磁搅拌器，凝固末端电磁搅拌器为线型行波电磁搅拌器。
进一步的，结晶器电磁搅拌器运行电流强度为200~400A，频率为1~10Hz；
二冷区电磁搅拌器运行电流强度为100~300A，频率为1~10Hz；
凝固末端电磁搅拌器运行电流强度为200~600A，频率为1~15Hz。
进一步的，凝固末端电磁搅拌器设置于大断面连铸圆坯的凝固率为0.7~0.8的位置区间。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的大规格连铸圆坯中心质量控制方法，对钢液进行低过热度浇注，降低铸坯内的柱状晶比例；在连铸机二次冷却区对大断面连铸圆坯进行分段急速冷却，每段独立设置超快冷水量，控制铸坯内枝晶生长的同时实现软压下效果；匹配三段电磁搅拌器合的理参数提高对钢液的搅拌强度，打碎二冷区急冷造成的柱状晶生长加快而出现的“搭桥”现象，细化晶粒、控制溶质流动。各项措施配合可充分细化大断面连铸圆坯的晶粒结构，同时补缩由于大断面连铸圆坯凝固造成的疏松、缩孔等缺陷，降低大规格连铸圆坯的内部缺陷发生率，提高大规格连铸圆坯的中心质量。
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是实施例1制得的φ650mm 42CrMo大断面连铸圆坯的内部凝固组织结构图。
图2为实施例1制得的φ650mm 42CrMo大断面连铸圆坯低倍组织试样图。
图3为实施例2制得的φ800mm Q345B大断面连铸圆坯低倍组织试样图。
图4为实施例3制得的φ800mm S355NL大断面连铸圆坯低倍组织试样图。
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
一种大断面连铸圆坯中心质量的控制方法，生产φ650mm 42CrMo大圆坯，拉坯速度为0.19m/min，包括以下步骤：
（1）将盛有钢液的中间包车开至连铸机浇铸位，水口与结晶器中心相对，下降至规定位置，通过钢包吹氩和对中间包进行等离子加热的方法将中间包内钢液的过热度控制为10~15℃；
（2）打开中间包塞棒使钢液通过低温风冷型浸入式水口注入水冷结晶器，进行低过热度浇注，得到大断面连铸圆坯，浇注过程中钢液过热度为5~10℃；
（3）启动二次冷却系统，将连铸机二次冷却区分为二冷一段、二冷二段、二冷三段，通过水雾冷却对大断面连铸圆坯分段急速冷却，在冷却用水中掺加体积为10%的金属颗粒共同喷洒，根据大断面连铸圆坯内部理论补缩量控制二冷一段的冷却水流量R1为40L/min，二冷二段的冷却水流量R2为31L/min，二冷三段的冷却水流量R3为22L/min；
在连铸过程中，结晶器电磁搅拌器为旋转电磁搅拌器，二冷区电磁搅拌器为旋转电磁搅拌器，凝固末端电磁搅拌器为线型行波电磁搅拌器，凝固末端电磁搅拌器设置于大断面连铸圆坯的凝固率为0.7~0.8的位置区间；
根据结晶器、二冷区和凝固末端位置处大断面连铸圆坯的参数分别设置结晶器电磁搅拌器、二冷区电磁搅拌器和凝固末端电磁搅拌器的运行电流强度和频率，其中电磁搅拌器的电流强度根据搅拌强度、铸坯是否产生白亮带或缺陷加剧为依据确定；
电磁搅拌器运行电流频率的计算方式为结合式（I）、式（II）计算凝固末端电磁搅拌器的最高电流频率，式（I）、式（II）具体为：
（I）
（II）
其中，通过射钉试验测得凝固末端电磁搅拌器所在位置的铸坯凝固厚度δ1=223mm，并测得钢液磁导率μ=1.257×10-6H/m，钢液电导率σ=7.26×105S/m。
计算得凝固末端电磁搅拌器的电流频率f≤7.01Hz，而由于结晶器电磁搅拌器及二冷区电磁搅拌器所在位置的铸坯凝固厚度必然小于δ1，因此结晶器电磁搅拌器、二冷区电磁搅拌器的电流频率控制在凝固末端电磁搅拌器的电流频率范围内同样可满足式（I）的需求。
因此，控制结晶器电磁搅拌器运行电流强度为400A，频率为4Hz；
二冷区电磁搅拌器运行电流强度为250A，频率为4Hz；
凝固末端电磁搅拌器运行电流强度为450A，频率为5Hz。
使用式（II）进行验算，算得电流频率为4Hz时，δ磁1=295mm；电流频率为5Hz时，δ磁2=264mm，均满足电磁透入深度大于δ1。
实施例1制得的φ650mm 42CrMo大圆坯内部凝固组织示意图如图1所示，低倍组织试样图如图2所示，可见实施例1制得的φ650mm 42CrMo大圆坯的内部晶型均匀细小，无大晶粒形成，大圆坯的中心疏松为1.0级，无缩孔和中心裂纹。
实施例2
一种大断面连铸圆坯中心质量的控制方法，生产φ800mm Q355B大圆坯，拉坯速度为0.18m/min，包括以下步骤：
（1）将盛有钢液的中间包车开至连铸机浇铸位，水口与结晶器中心相对，下降至规定位置，通过钢包吹氩和对中间包进行等离子加热的方法将中间包内钢液的过热度控制为10~15℃；
（2）打开中间包塞棒使钢液通过低温风冷型浸入式水口注入水冷结晶器，进行低过热度浇注，得到大断面连铸圆坯，浇注过程中钢液过热度为5~10℃；
（3）启动二次冷却系统，将连铸机二次冷却区分为二冷一段、二冷二段、二冷三段，通过水雾冷却对大断面连铸圆坯分段急速冷却，在冷却用水中掺加体积为8%的金属颗粒共同喷洒，根据大断面连铸圆坯内部理论补缩量控制二冷一段的冷却水流量为45L/min、二冷二段的冷却水流量为33L/min、二冷三段的水流量为24L/min；
在连铸过程中，结晶器电磁搅拌器为旋转电磁搅拌器，二冷区电磁搅拌器为旋转电磁搅拌器，凝固末端电磁搅拌器为线型行波电磁搅拌器，凝固末端电磁搅拌器设置于大断面连铸圆坯的凝固率为0.7~0.8的位置区间；
根据结晶器、二冷区和凝固末端位置处大断面连铸圆坯的参数分别设置结晶器电磁搅拌器、二冷区电磁搅拌器和凝固末端电磁搅拌器的运行电流强度和频率，其中电磁搅拌器的电流强度根据搅拌强度、铸坯是否产生白亮带或缺陷加剧为依据确定；
电磁搅拌器运行电流频率的计算方式与实施例1相同。
因此，控制结晶器电磁搅拌器运行电流强度为400A，频率为4Hz；
二冷区电磁搅拌器运行电流强度为250A，频率为4Hz；
凝固末端电磁搅拌器运行电流强度为550A，频率为3Hz。
实施例2制得的φ800mm Q355B大圆坯低倍组织试样图如图2所示，可见实施例2制得的φ800mm Q355B大圆坯中心疏松为1.0级，无缩孔和中心裂纹。
实施例3
一种大断面连铸圆坯中心质量的控制方法，生产φ800mm S355NL大圆坯，拉坯速度为0.18m/min，包括以下步骤：
（1）将盛有钢液的中间包车开至连铸机浇铸位，水口与结晶器中心相对，下降至规定位置，通过钢包吹氩和对中间包进行等离子加热的方法将中间包内钢液的过热度控制为10~15℃；
（2）打开中间包塞棒使钢液通过低温风冷型浸入式水口注入水冷结晶器，进行低过热度浇注，得到大断面连铸圆坯，浇注过程中钢液过热度为5~10℃；
（3）启动二次冷却系统，将连铸机二次冷却区分为二冷一段、二冷二段、二冷三段，通过水雾冷却对大断面连铸圆坯分段急速冷却，在冷却用水中掺加体积为6%的金属颗粒共同喷洒，根据大断面连铸圆坯内部理论补缩量控制二冷一段的冷却水流量为43L/min、二冷二段的冷却水流量为32L/min、二冷三段的水流量为24L/min；
在连铸过程中，结晶器电磁搅拌器为旋转电磁搅拌器，二冷区电磁搅拌器为旋转电磁搅拌器，凝固末端电磁搅拌器为线型行波电磁搅拌器，凝固末端电磁搅拌器设置于大断面连铸圆坯的凝固率为0.7~0.8的位置区间；
根据结晶器、二冷区和凝固末端位置处大断面连铸圆坯的参数分别设置结晶器电磁搅拌器、二冷区电磁搅拌器和凝固末端电磁搅拌器的运行电流强度和频率，其中电磁搅拌器的电流强度根据搅拌强度、铸坯是否产生白亮带或缺陷加剧为依据确定；
电磁搅拌器运行电流频率的计算方式与实施例1相同。
因此，控制结晶器电磁搅拌器运行电流强度为400A，频率为3Hz；
二冷区电磁搅拌器运行电流强度为250A，频率为3Hz；
凝固末端电磁搅拌器运行电流强度为550A，频率为3Hz。
实施例3制得的φ650mm 42CrMo大圆坯低倍组织试样图如图4所示，可见实施例3制得的φ650mm 42CrMo大圆坯中心疏松为1.0级，中心缩孔为0.5级，无中心裂纹。
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 (8)
1.一种大断面连铸圆坯中心质量的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将盛有钢液的中间包车开至连铸机浇铸位，水口与结晶器中心相对，下降至规定位置，中间包内钢液的过热度控制为10~15℃；
（2）打开中间包塞棒使钢液通过水口注入水冷结晶器，进行低过热度浇注，得到大断面连铸圆坯，浇注过程中钢液过热度为5~10℃；
（3）在连铸机二次冷却区对大断面连铸圆坯进行分段急速冷却，分段急速冷却的方式为喷水冷却或水雾冷却，每段独立设置超快冷水量，根据大断面连铸圆坯内部理论补缩量确定超快冷水量以实现软压下；
在连铸过程中，根据结晶器、二冷区和凝固末端位置处大断面连铸圆坯的参数分别设置结晶器电磁搅拌器、二冷区电磁搅拌器和凝固末端电磁搅拌器的运行电流强度和频率。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤（1）中，控制过热度的方法包括向钢包或中间包中加入覆盖保温剂，废钢调温，钢包吹氩和/或对中间包进行等离子加热。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤（2）将钢液通过低温风冷型浸入式水口注入水冷结晶器。
4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤（3）使用水雾冷却对大断面连铸圆坯进行分段急速冷却，在冷却用水中掺加体积为5%-10%的金属颗粒共同喷洒，进行混合冷却。
5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤（3）中连铸机二次冷却区分为二冷一段、二冷二段、二冷三段，每段独立设置超快冷水量进行急速冷却。
6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，结晶器电磁搅拌器为旋转电磁搅拌器，二冷区电磁搅拌器为旋转电磁搅拌器，凝固末端电磁搅拌器为线型行波电磁搅拌器。
7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，结晶器电磁搅拌器运行电流强度为200~400A，频率为1~10Hz；
二冷区电磁搅拌器运行电流强度为100~300A，频率为1~10Hz；
凝固末端电磁搅拌器运行电流强度为200~600A，频率为1~15Hz。
8.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，凝固末端电磁搅拌器设置于大断面连铸圆坯的凝固率为0.7~0.8的位置区间。
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| CN202311721816.9A Pending CN117862446A (zh) | 2023-12-14 | 2023-12-14 | 一种大断面连铸圆坯中心质量的控制方法 |
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| CN (1) | CN117862446A (zh) |
-
2023
- 2023-12-14 CN CN202311721816.9A patent/CN117862446A/zh active Pending
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