專利名稱：：連鑄鑄坯的冷卻方法及包括該方法的連鑄鋼坯的生產方法
技術領域：
：本發明涉及連鑄鑄坯的冷卻方法及包括該冷卻方法的連鑄鋼坯的生產方法。
背景技術：
：車軸是鐵道車輛走行的重要部件，其質量狀態直接關系到車軸的承載能力和運輸安全。世界各國鐵路部門都非常重視車輛用車軸鋼的生產工藝技術和實物質量的提高。長期以來一直采用模鑄工藝生產車軸鋼，然而，連鑄工藝較模鑄工藝具有工藝流程簡單、金屬得率高，且生產的連鑄鋼坯較模鑄鋼坯具有高表面質量、高成分均勻性及性能穩定性等顯著優點，因此，采用連鑄工藝生產鐵道車輛車軸用鋼勢在必行。在現有技術的連鑄生產工藝中，將高溫鋼水連續不斷地澆到結晶器中進行凝結，待鋼水凝固成一定厚度的鑄坯后，將該鑄坯從結晶器中拉出，并通過二次冷卻區進行均勻、緩慢冷卻。通常在二次冷卻區采用的冷卻方法有空冷、水冷和氣水噴霧冷卻。當采用這三種冷卻方法對連鑄鑄坯進行二次冷卻時，生產的鋼坯易產生表面裂紋、內部裂紋、中心疏松和中心偏析等缺陷。因此，研究制定合理的車軸鋼連鑄工藝，尤其是連鑄二次冷卻工藝，解決車軸鋼連鑄坯存在的表面裂紋、中心裂紋、中心疏松和中心偏析等缺陷的技術難題，穩定地生產出高質量的連鑄鋼坯，是開發生產高品質車軸的關鍵環節。
發明內容本發明的目的是為了克服現有技術的連鑄鋼坯二次冷卻工藝生產的鋼坯的具有表面裂紋、內部裂紋、中心疏松和中心偏析的缺陷，提供能夠生產出無表面裂紋和內部裂紋且僅有輕微中心疏松和中心偏析的連鑄鋼坯的連鑄鋼坯二次冷卻的方法。本發明提供了一種連鑄鑄坯的冷卻方法，該方法包括使鑄坯通過噴淋冷卻區進行冷卻，其特征在于，所述噴淋冷卻區至少為3個，鑄坯連續通過所述至少3個噴淋冷卻區，且依照鑄坯通過的先后順序，鑄坯在各個噴淋冷卻區中的溫度降低值逐漸減小。本發明還提供了一種連鑄鋼坯的生產方法，該方法包括將鋼水鑄造成鑄坯，然后將所得鑄坯進行冷卻，其特征在于，所述冷卻的方法為本發明提供的連鑄鑄坯的冷卻方法。由于采用了本發明提供的連鑄鋼坯的二次冷卻方法，從而生產的連鑄鋼坯沒有表面裂紋和內部裂紋，且中心疏松《1.0級、中心偏析《0.5級。具體實施例方式本發明提供了一種連鑄鑄坯的冷卻方法，該方法包括使鑄坯通過噴淋冷卻區進行冷卻，其特征在于，所述噴淋冷卻區至少為3個，鑄坯連續通過所述至少3個噴淋冷卻區，且依照鑄坯通過的先后順序，鑄坯在各個噴淋冷卻區中的溫度降低值逐漸減小。在本發明提供的連鑄鑄坯的冷卻方法中，只要滿足鑄坯在各個噴淋冷卻區中的溫度降低值依次降低即可實現本發明的目的。優選情況下，依照鑄坯通過的先后順序，鑄坯在相鄰兩個噴淋冷卻區中的溫度降低值的比例為i:o.i-o.9，同時鑄坯在第一個冷卻區中降低的溫度為50-250°C。符合該優選條件，從而生產的鑄坯不僅可以完全克服表面裂紋和內部裂紋等缺陷，而且還可以明顯降低中心疏松和中心偏析。進一步優選情況下，鑄坯在相鄰兩個噴淋冷卻區中的溫度降低值的比例為1:0.4-0.6，鑄坯在第一個冷卻區中降低的溫度為100-200°C。而且，在同一個連鑄工藝的冷卻過程中，鑄坯在各個相鄰冷卻區中的溫度降低值的比例可以為相同或不同。在本發明中所述噴淋冷卻區至少為3個，雖然冷卻區的個數越多冷卻的效果越好，然而，在鑄坯各個相鄰冷卻區中的溫度降低值滿足以上條件的情況下，當冷卻區的個數超過8個時，鑄坯的冷卻效果并不會有明顯地改善，因此，將噴淋冷卻區的個數優選為3-8個，最優選為5個。在本發明提供的冷卻方法中，具體是對從結晶器中結晶后拉出的鑄坯進行二次冷卻，為了保證經初步冷卻后的鑄坯的坯殼具有一定的強度，從而使該鑄坯能夠承受通過噴淋冷卻區時的拉力，因此鑄坯的溫度優選為950-125(TC。本發明中，所述噴淋冷卻區可以通過對所述鑄坯噴淋冷卻劑來實現對鑄坯的冷卻，在噴淋冷卻區中噴淋的冷卻劑可以為各種常規的冷卻劑，在本發明中優選為水，而且為了節省能源，通常使用環境溫度下的水，所述環境溫度通常指5-4(TC的溫度范圍，也即，本發明中，所述冷卻劑優選為5-4(TC的水。在本發明提供的冷卻方法中，對于使鑄坯在相鄰兩個冷卻區中的溫度降低值不同的控制方法沒有限定，在本發明中優選通過冷卻強度來控制。依照鑄坯通過的先后順序，相鄰兩個冷卻區的冷卻強度逐漸降低，在本文中"冷卻強度"是指指單位時間內噴淋到單位長度上的鑄坯的冷卻劑的量。在所述噴淋冷卻區為3-8個特別是5個的情況下，鑄坯以相同的速度通過所述至少3個噴淋冷卻區，依照鑄坯通過的先后順序，各個噴淋冷卻區的冷卻強度分別為g,=&《3&=450x360450x360450x360450x360(320.96KC2-113.62KC+138.51)±7.09(56.8irc2+10.94KC+19.77)±1.28(46.30F"/+3.08P;+14.31)±1.14(26.14FC2-2.50Fc+8.82)±0.56(21.49^2-2.37^+7.32)±0.455450x360其中，S和V。各自代表一數值，S的大小等于以平方毫米為單位的鑄坯的橫截面面積，V。的大小等于以米/分鐘為單位的、鑄坯通過所述至少3個噴淋冷卻區的速度，Ql、q2、q3、q4和q5分別表示單位長度的鑄坯在第一至第五噴淋冷卻區的冷卻強度，單位為千克/(米分鐘)。當所述噴淋冷卻區為3或4個時，依照鑄坯通過的先后順序，各個噴淋冷卻區的冷卻強度分別為以上前3個或者前4個。當所述噴淋冷卻區為6-8個時，依照鑄坯通過的先后順序，保證前五個噴淋冷卻區的冷卻強度分別為以上qi、q2、q3、q4和q5且第5個以后的噴淋冷卻區的冷卻強度依次降低即可。在所述噴淋冷卻區為3-8個特別是5個的情況下，依照鑄坯通過的先后順序，各個所述噴淋冷卻區的冷卻劑的噴淋速度分別為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中，S和V。各自代表一數值，S的大小等于以平方毫米為單位的鑄坯的橫截面面積，V。的大小等于以米/分鐘為單位的鑄坯通過所述至少3個噴淋冷卻區的速度，WpW2、W3、W4和W5分別表示第一至第五噴淋冷卻區的冷卻劑的噴淋速度，單位為千克/分鐘。當所述噴淋冷卻區為3或4個時，依照鑄坯通過的先后順序，各個噴淋冷卻區的冷卻劑的噴淋速度分別為以上前3個或者前4個。當所述噴淋冷卻區為6-8個時，依照鑄坯通過的先后順序，前五個噴淋冷卻區的冷卻劑的噴淋速度分別為以上W2、W3、W4和W5且第5個以后的噴淋冷卻區的冷卻劑的噴淋速度依次降低即可。只要所述五個噴淋冷卻區分別滿足上述的單位長度上的鑄坯冷卻強度與坯殼通過噴淋冷卻區的速度的關系，本發明對于各個冷卻區的噴淋方式沒有特別地限定，優選情況下，沿澆注方向的第一個噴淋冷卻區采用噴水冷卻，其余四個噴淋冷卻區采用氣霧噴淋冷卻。由于第一個噴淋冷卻區采用噴水強制冷卻，可增大冷卻強度，確保結晶器出口較薄的凝固坯殼得到高強度的冷卻，防止自結晶器出口的鑄坯表面回熱，有利于防止因熱應力造成的鑄坯表面或皮下裂紋，同時，通過提高冷卻強度，可迅速增大凝固坯殼厚度，有利于防止因結晶器出口坯殼薄而鼓肚嚴重導致的漏鋼事故；而在隨后的噴淋冷卻區坯殼較厚，采用氣霧噴淋冷卻，可明顯降低冷卻強度和改善冷卻均勻性，從而可有效減少凝固坯殼的內外溫差及由此產生的熱應力，降低連鑄坯產生內部裂紋的危險性。為了節約能源，本發明采用常溫的水和氣霧，通常優選水和氣霧的溫度為5-40°C。所述氣霧可以通過使用霧化器將液態水霧化后得到，所述霧化器可以是本領域技術人員公知的各種霧化器，霧化后水滴的直徑為20-200iim，優選為50-100ym。在滿足以上各冷卻區的冷卻強度和噴淋冷卻的速度的情況下，在整個冷卻過程中比水量為0.3-0.7千克/千克，為了獲得中心偏析和中心疏松更小、且無裂紋的連鑄鋼坯，比水量優選為0.447-0.538千克/千克。其中，比水量是指在冷卻區中冷卻每千克鑄坯所用的總水量。如上述，本發明的冷卻方法中，對鑄坯通過各個噴淋冷卻區的速度沒有特別地限定，然而，考慮到鑄坯的坯殼的強度，所述鑄坯通過各個噴淋冷卻區的速度優選為0.1-1米/分鐘，進一步優選為0.3-0.8米/分鐘。本發明提供的方法適用于各種鑄坯的冷卻和各種鋼坯的連鑄生產。在本發明提供的冷卻方法中，對于生產的連鑄鋼坯的尺寸沒有特別地限定，可以為本領域技術人員公知的各種尺寸型號的鋼坯，特別是對于斷面尺寸大于200毫米X200毫米的鋼坯各項性能提升更顯著，因為斷面尺寸越大，對于連鑄工藝中的冷卻過程要求越高。本發明還提供了一種連鑄鋼坯的生產方法，該方法包括將鋼水鑄造成鑄坯，然后將所得鑄坯進行冷卻，其中，所述冷卻的方法為本發明提供的連鑄鑄坯的冷卻方法。在本發明提供的連鑄鋼坯的生產方法中，對將鋼水鑄造成鑄坯的方法沒有特別限定，可以是本領域技術人員公知的各種鑄造方法，例如，一般包括將鋼水注入結晶器中進行結晶，或者將形成鑄坯(或鋼坯)的原料進行熔煉，然后將熔煉后的液體注入結晶器中進行結晶。所述熔煉和結晶的具體操作已為本領域技術人員所公知。以下實施例將對本發明提供的連鑄鋼坯的冷卻方法和連鑄鋼坯的生產方法進一步說明。在以下各個實施例和對比例中，所用到的鑄坯是通過將鋼水連續注入結晶器中，進行結晶而獲得的。鑄坯的尺寸根據結晶器的橫截面尺寸而確定。實施例1本實施例用于說明本發明提供的連鑄鋼坯的冷卻方法和連鑄鋼的生產方法。將橫截面尺寸為450毫米X360毫米的、表面溫度為95(TC的鑄坯以0.3米/分鐘的速度依次通過五個噴淋冷卻區進行二次冷卻，坯殼通過第一個噴淋冷卻區時采用噴水冷卻，從而使鑄坯在第一噴淋冷卻區中降低的溫度為IO(TC，坯殼通過其余四個噴淋冷卻區時采用氣霧噴淋冷卻，噴淋的水和氣霧的溫度為15t:，并依照鑄坯通過噴淋冷卻區的先后順序，將鑄坯通過各個相鄰噴淋冷卻區時溫度降低值的比例均控制為1:0.4。依照鑄坯通過噴淋冷卻區的先后順序，五個噴淋冷卻區的水量分別為33.60千克/分鐘、54.87千克/分鐘、35.72千克/分鐘、52.75千克/分鐘和19.66千克/分鐘，五個噴淋冷卻區內單位長度上鑄坯的冷卻強度分別為133.31千克/(分鐘米)、28.16千克/(分鐘米)、19.40千克/(分鐘米)、10.42千克/(分鐘米)和8.54千克/(分鐘米)，從而得到LZ50車軸連鑄鋼坯樣品A1。實施例2本實施例用于說明本發明提供的連鑄鋼坯的冷卻方法和連鑄鋼的生產方法。將橫截面尺寸為380毫米X280毫米的、表面溫度為125(TC的鑄坯以0.8米/分鐘的速度依次通過五個噴淋冷卻區進行二次冷卻，坯殼通過第一個噴淋冷卻區時采用噴水冷卻，從而使鑄坯在第一噴淋冷卻區中降低的溫度為20(TC，坯殼通過其余四個噴淋冷卻區時采用氣霧噴淋冷卻，噴淋的水和氣霧的溫度為35t:，并依照鑄坯通過噴淋冷卻區的先后順序，將鑄坯通過各個相鄰冷卻區時溫度降低值的比例均控制為l:0.6。依照鑄坯通過噴淋冷卻區的先后順序，五個噴淋冷卻區的水量分別為42.09千克/分鐘、83.42千克/分鐘、55.71千克/分鐘、78.65千克/分鐘和29.11千克/分鐘，五個噴淋冷卻區內單位長度上鑄坯的冷卻強度分別為167.00千克/(分鐘米)、42.82千克/(分鐘米)、30.63千克/(分鐘米)、15.54千克/(分鐘米)和12.66千克/(分鐘米)，從而得到JZ35車軸連鑄鋼坯樣品A2。實施例3本實施例用于說明本發明提供的連鑄鋼坯的冷卻方法和連鑄鋼的生產方法。將橫截面尺寸為450毫米X360毫米的、表面溫度為IIO(TC的鑄坯以0.5米/分鐘的速度依次通過五個噴淋冷卻區進行二次冷卻，其中，坯殼通過第一個噴淋冷卻區時采7用噴水冷卻，從而使鑄坯在第一噴淋冷卻區中降低的溫度為15(TC，坯殼通過其余四個噴淋冷卻區時采用氣霧噴淋冷卻，噴淋的水和氣霧的溫度為25t:，并依照鑄坯通過噴淋冷卻區的先后順序，將鑄坯通過各個相鄰冷卻區時溫度降低值的比例均控制為i:0.5。依照鑄坯通過噴淋冷卻區的先后順序，五個噴淋冷卻區的水量分別為40.82千克/分鐘、76.84千克/分鐘、49.54千克/分鐘、71.38千克/分鐘和26.48千克/分鐘，五個噴淋冷卻區內單位長度方向上鑄坯的冷卻強度分別為161.94千克/(分鐘米)、39.44千克/(分鐘米)、27.43千克/(分鐘米)、14.11千克/(分鐘米)和11.51千克/(分鐘米)，從而得到JZ35車軸連鑄鋼坯樣品A3。實施例4本實施例用于說明本發明提供的連鑄鋼坯的冷卻方法和連鑄鋼的生產方法。按照實施例3的方法得到JZ35車軸連鑄鋼坯樣品A4，不同的是，將鑄坯在第一冷卻區降低的溫度控制為30(TC，且將在各個相鄰冷卻區中鑄坯的溫度降低值的比例均控制為i:o.08。實施例5本實施例用于說明本發明提供的連鑄鋼坯的冷卻方法和連鑄鋼的生產方法。按照實施例3的方法得到JZ35車軸連鑄鋼坯樣品A5，不同的是，將鑄坯在第一冷卻區降低的溫度控制為45t:，且將在各個相鄰冷卻區中鑄坯的溫度降低值的比例均控制為1:0.95。實施例6本實施例用于說明本發明提供的連鑄鋼坯的冷卻方法和連鑄鋼的生產方法。按照實施例3的方法得到JZ35車軸連鑄鋼坯樣品A6，不同的是，五個噴淋冷卻區均采用噴水冷卻。實施例7本實施例用于說明本發明提供的連鑄鋼坯的冷卻方法和連鑄鋼的生產方法。按照實施例3的方法得到JZ35車軸連鑄鋼坯樣品A7，不同的是，噴淋冷卻區為3個，且第一個采用噴水冷卻，其余兩個采用氣霧冷卻。對比例1按照實施例3的方法得到JZ35車軸連鑄鋼坯參比樣品Dl，不同的是，鑄坯在五個噴淋冷卻區內的冷卻強度均為161.94千克/(分鐘米)。連鑄鋼坯性能測試目測觀察連鑄鋼坯樣品Al-A7和Dl是否存在表面裂紋，并根據YB/T153-1999對其內部裂紋、中心疏松和中心偏析缺陷進行檢測和評級，其結果示于表1中。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表1可以看出，采用本發明提供的連鑄鋼坯的冷卻方法生產的連鑄鋼坯沒有表面裂紋和內部裂紋，且中心疏松和中心偏析很小，明顯提升了連鑄鋼坯的各項性能。權利要求一種連鑄鑄坯的冷卻方法，該方法包括使鑄坯通過噴淋冷卻區進行冷卻，其特征在于，所述噴淋冷卻區至少為3個，鑄坯連續通過所述至少3個噴淋冷卻區，且依照鑄坯通過的先后順序，鑄坯在各個噴淋冷卻區中的溫度降低值逐漸減小。2.根據權利要求1所述的方法，其中，依照鑄坯通過的先后順序，鑄坯在相鄰兩個噴淋冷卻區中的溫度降低值的比例為1:0.l-0.9，鑄坯在第一個冷卻區中降低的溫度為50-250°C。3.根據權利要求2所述的方法，其中，依照鑄坯通過的先后順序，鑄坯在相鄰兩個噴淋冷卻區中的溫度降低值的比例為1:0.4-0.6，鑄坯在第一個冷卻區中降低的溫度為100-200°C。4.根據權利要求1-3中任意一項所述的方法，其中，所述噴淋冷卻區通過對所述鑄坯噴淋冷卻劑來實現對鑄坯的冷卻，通過第一個噴淋冷卻區之前，所述鑄坯的溫度為950-125(TC，所述冷卻劑為5-4(TC的水，鑄坯以相同的速度通過所述至少3個噴淋冷卻區，依照鑄坯通過的先后順序，各個所述噴淋冷卻區的冷卻強度分別為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中，s和v。各自代表一數值，s的大小等于以平方毫米為單位的鑄坯的橫截面面積，V。的大小等于以米/分鐘為單位的鑄坯通過所述至少3個噴淋冷卻區的速度，Ql、q2、q3、q4和q5分別表示單位長度的鑄坯在第一至第五噴淋冷卻區的冷卻強度，單位為千克/(米*分鐘)。5.根據權利要求4所述的方法，其中，依照鑄坯通過的先后順序，各個所述噴淋冷卻區的冷卻劑的噴淋速度分別為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中，s和v。各自代表一數值，s的大小等于以平方毫米為單位的鑄坯的橫截面面積，V。的大小等于以米/分鐘為單位的、鑄坯通過所述至少3個噴淋冷卻區的速度，WpW^W3、W4和W5分別表示第一至第五噴淋冷卻區的冷卻劑的噴淋速度，單位為千克/分鐘。6.根據權利要求4所述的方法，其中，所述鑄坯通過各個噴淋冷卻區的速度為0.l-l米/分鐘。7.根據權利要求6所述的方法，其中，所述鑄坯通過各個噴淋冷卻區的速度為0.3-0.8米/分鐘。8.根據權利要求6所述的方法，其中，所述鑄坯通過的第一個噴淋冷卻區的冷卻方式為液流噴淋冷卻，其余噴淋冷卻區的冷卻方式為氣霧噴淋冷卻。9.一種連鑄鋼坯的生產方法，該方法包括將鋼水鑄造成鑄坯，然后將所得鑄坯進行冷卻，其特征在于，所述冷卻的方法為權利要求1-8中任意一項所述的連鑄鑄坯的方法。全文摘要本發明提供了一種連鑄鑄坯的冷卻方法，該方法包括使鑄坯通過噴淋冷卻區進行冷卻，其特征在于，所述噴淋冷卻區至少為3個，鑄坯連續通過所述至少3個噴淋冷卻區，且依照鑄坯通過的先后順序，鑄坯在各個噴淋冷卻區中的溫度降低值逐漸減小。本發明還提供了一種連鑄鋼坯的生產方法，該方法包括將鋼水鑄造成鑄坯，然后將所得鑄坯進行冷卻，其中，所述冷卻的方法為本發明提供的連鑄鑄坯的冷卻方法。采用本發明的連鑄鑄坯的冷卻方法和連鑄鋼坯的生產方法生產的連鑄鋼坯沒有表面裂紋和內部裂紋，且中心疏松和中心偏析很小。文檔編號B22D11/22GK101722287SQ20081017362公開日2010年6月9日申請日期2008年11月3日優先權日2008年11月3日發明者馮遠超,吳國榮,周偉,張先勝,曾建華,楊素波,陳永申請人:攀鋼集團研究院有限公司;攀枝花鋼鐵(集團)公司;攀枝花新鋼釩股份有限公司