一種復合干預改善鑄坯內部質量的方法
【專利摘要】一種復合干預改善鑄坯內部質量的方法，包括：1)將純鐵或與澆注鋼種成分接近的鋼加工成易熔化且易隨鋼水運動的冷體，然后烘干；2)喂料導管采用耐火材料，烘烤后浸入結晶器鋼液面下；對于圓坯方坯，喂料導管開口正對注流中心；對于板坯，采用兩個導管，分布于結晶器寬面兩側；3)將上述烘干的冷體通過連續射入結晶器熔池高溫區域，冷體加入量為鑄坯重量的0.8-1.3％；連續澆注過程中采用結晶器電磁攪拌。本發明通過向結晶器中喂入冷體，實現在大生產連鑄中降低鋼水過熱度和溫度梯度，改善鑄坯的凝固組織，降低鑄坯內部質量缺陷改善結晶器內溫度場最終達到提高等軸晶率、改善鑄坯內部質量的目的。
【專利說明】
_種復合干預改善鑄述內部質量的方法
技術領域
[0001]本發明涉及連續鑄鋼技術領域，特別涉及一種復合干預改善鑄坯內部質量的方法。【背景技術】
[0002]鋼水的凝固過程對鋼材的質量起著重要的影響。在連鑄生產中，鋼水在結晶器中從外向內進行凝固，在凝固坯斷面上形成一個由內向外的大的溫度梯度場。由于非平衡的結晶及體積收縮等原因，在鑄坯中心區形成元素偏析、中心疏松等內部缺陷。隨著鑄坯規格越大，其中心疏松、縮孔和偏析越嚴重。[〇〇〇3] 要改善鑄坯的內部質量，就是要改善鑄坯的凝固組織，降低偏析，提高中心的致密度。目前控制連鑄鋼水凝固過程的手段有:
[0004]( —)采用末端壓下是改善鑄坯內部質量的常用手段，其原理是通過在凝固末端施加壓力，產生一定量的壓下對鑄坯凝固收縮進行補償，以消除鑄坯中心收縮空隙，防止溶質元素在中心富集，減少中心偏析，是鑄坯的凝固組織更加均勻致密。該技術的缺點是設備龐大以及澆注條件不穩定時末端位置難以找準。
[0005](二)采用低過熱度澆注，這種方法雖然可以減少中心宏觀偏析，但是容易造成水口堵塞及夾雜物不易上浮等問題。
[0006](三)電磁攪拌技術，其作用是打碎樹枝晶，使其作為形核中心，擴大等軸晶區，并減輕偏析。根據電磁攪拌的安裝位置不同，其功能也有所側重:結晶器電磁攪拌通常被用來改善表面質量，末端電磁攪拌被用來改善中心縮孔及疏松等缺陷，但改善效果仍然有限。
[0007](四)添加形核劑技術。中國專利CN1962120A和專利CN103056321A通過向鋼包或結晶器內加入微粉作為形核劑，經過形核和凝固、得到微小晶粒的鑄坯，改善鑄坯組織。 弊端是加入粉劑比較困難，采用噴吹的方法對結晶器內的鋼液產生攪動，對形成穩定的鑄坯初生凝固坯殼不利，影響鑄坯的表面質量。
[0008](五)結晶器內部加冷鋼。中國專利CN1876274A和專利CN102211154A通過結晶器向鋼水插入金屬薄帶或加入金屬散件降低鋼水過熱度和溫度梯度，增加等軸晶，改善內部質量。實驗表明，冷鋼加入量小，對組織改善效果不大。當冷鋼加入量超過鋼水重量1% 時，鑄坯內部質量才會顯著改善。但是當如此大量冷鋼加入時，在連鑄機的垂直段無法完全融化，由于重力作用，沒有全融的冷鋼在彎曲段偏離鑄坯的厚度中心，因此凝固終點偏離鑄坯的厚度中心，造成成分偏析，嚴重時甚至產生鋼質異常缺陷。而且，由于冷鋼加入使鋼水溫度降低，鋼水的流動性變差，鋼水中的夾雜物難于上浮，造成內部夾雜缺陷。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是提供一種復合干預改善鑄坯內部質量的方法，通過改善結晶器內溫度場最終達到提高等軸晶率，改善鑄坯內部質量的目的。
[0010] 為達到上述目的，本發明的技術方案是:
[0011]—種復合干預改善鑄坯內部質量的方法，包括如下步驟:
[0012]1)將純鐵或與澆注鋼種成分接近的鋼加工成易熔化且易隨鋼水運動的冷體，然后烘干；
[0013]2)喂料導管采用耐火材料制備，烘烤后浸入結晶器鋼液面下；對于圓坯方坯，喂料導管開口正對注流中心；對于板坯，采用兩個導管，分布于結晶器寬面兩側，與浸入式水口距離為結晶器寬度的1/3-1/5 ;
[0014]3)將上述烘干的冷體通過喂料導管連續射入結晶器熔池高溫區域位置，射入速度 20-80發/分鐘，冷體加入量為鑄坯重量的0.8-1.3%;連續澆注過程中，采用結晶器電磁攪拌，攪拌電流300-800A，頻率2-6Hz。
[0015]優選的，所述的純鐵或冷體截面直徑小于30mm，孔徑不小于8mm，長度不大于 150mm〇
[0016]優選的，所述的冷體采用中空的圓柱體或球體；其中，圓柱體直徑5-30mm，壁厚 3_25mm，長度50_150mm ;球體內設貫通球體的中心通孔，球體直徑5_35mm，中心通孔內徑 3_25mm〇
[0017]優選的，對于板坯，所述導管與結晶器水平面成一角度，入射角度為30?90°。
[0018]所述的射入裝置采用氣動或電動射入裝置。
[0019]優選的，結晶器施加合適電磁場，對于板坯，采用行波電磁攪拌，電流400-800A，頻率2-5Hz ;對于方圓坯，采用旋轉電磁場，電流300-800A，頻率2-6Hz。
[0020]本發明設計制造一種易熔化且容易隨鋼水流場運動的彈子，彈子成分采用澆注鋼種成分相近的碳鋼。在連鑄澆注過程中利用彈子發射器采用合適的速度及角度向結晶器鋼水中高溫區連續射入。結晶器施加合適的磁場，通過控制流場，縮小水口下部回流區，減小冷體向下的沖擊深度。通過上述復合措施提高冷體的熔化效率，從而提高等軸晶率，改善鑄坯內部質量。
[0021]在連鑄過程中降低鋼水溫度梯度和過熱度，可以提高等軸晶比例，消除中心偏析疏松和縮孔等內部缺陷。研究表明，為了保證凝固組織改善效果，冷體加入量應保證不小于 1%。如此大量的冷體采用在結晶器喂入，在連鑄機的垂直段冷鋼無法完全融化，由于重力作用，沒有全融的冷鋼在彎曲段偏離鑄坯的厚度中心，因此凝固終點偏離鑄坯的厚度中心， 造成成分偏析，嚴重時甚至產生鋼質異常缺陷。其次，由于冷鋼加入使鋼水溫度降低，鋼水的流動性變差，鋼水中的夾雜物難于上浮，造成內部夾雜缺陷。為保證冷體加入量，對冷體進行切割加工，制作成易熔化并且容易隨鋼水運動的形狀，采用彈射裝置射入熔池的高溫區域，同時對鋼液施加合適的電磁場，減小鋼水沖擊速度和深度，相應提高冷體在鋼水中的熔化效率。對于板坯，依據拉速和鑄坯規格不同，可相應采用行波電磁攪拌或電磁制動方式；而對于方圓還，采用旋轉電磁場。
[0022]本發明的有益效果:
[0023]1、本發明方法通過向結晶器中喂入冷體，實現在大生產連鑄中降低鋼水過熱度和溫度梯度，改善鑄坯的凝固組織，降低鑄坯內部質量缺陷。其次，在保證鑄坯質量的同時，可以提高拉速，提高生產效率。最后，鑄坯全凝固時間大大縮短，降低了能源消耗，而鑄機長度縮短，設備投入、運行和維護成本相應降低。
[0024]2、本發明冷體采用彈子設計，彈子易熔化且易隨鋼水流動。
[0025]3、加入方式采用離散射入，可到達鋼水高溫區易熔化，并且避免鋼水表面溫度過低。
[0026]4、增加電磁場攪拌，提高冷體熔化效率，增加了冷體加入量，改善鋼水溫度場，提高等軸晶率同時減少鋼水夾雜。【附圖說明】
[0027]圖1是本發明的連鑄板坯冷體加入示意圖。【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和實施例對本發明的方法做進一步說明。
[0029]參見圖1，本發明在中間包1與結晶器6中間安裝兩臺(或一臺)冷體投入裝置， 投入裝置可采用氣動或電動等方式驅動冷體。冷體5投射的導管3分別位于結晶器6中浸入式水口 2的兩側，并浸入彎月面4,投射的導管3為耐材質，截面為圓形。結晶器6外部安裝電磁裝置7。
[0030]本發明的一種復合干預改善鑄坯內部質量的方法，其包括如下步驟:
[0031]1)將純鐵或與澆注鋼種成分接近的鋼加工成易熔化且易隨鋼水運動的冷體5,然后烘干；
[0032]2)喂料導管3采用耐火材料制備，烘烤后浸入結晶器6鋼液面下；對于圓坯方坯， 喂料導管開口正對注流中心；對于板坯，采用兩個導管，分布于結晶器6寬面兩側，與浸入式水口距離為結晶器寬度的1/3-1/5 ;
[0033]3)將上述烘干的冷體5通過喂料導管3連續射入結晶器6熔池高溫區域位置，射入速度20-80發/分鐘，冷體5加入量為鑄坯重量的0.8-1.3 % ;連續澆注過程中，采用結晶器電磁攪拌，攪拌電流300-800A，頻率2-6Hz。
[0034]實施例
[0035]以鑄機澆鑄斷面為250*2100mm為例，過熱度20-40°C，澆鑄速度為0.8-1.2m/min。 首先將純鐵或與澆注鋼種成分接近的鋼加工成體積較小的冷體，然后烘干。冷體采用中空圓管，截面直徑小于30mm，孔徑不小于8mm，長度不大于150mm。然后，喂料導管烘烤后浸入結晶器鋼液面下。對于板坯，可采用兩個導管，分布于結晶器寬面兩側，與浸入式水口距離可調整。接著，將上述烘干的冷體通過導管連續射入結晶器熔池預定位置，射入裝置可采用氣動或電動射入裝置，射入速度30-60發/分鐘。
[0036]連續澆注過程中，采用結晶器電磁攪拌，攪拌電流300-800A，頻率2-6Hz。通過攪拌，提高冷體加入量，保證鑄還內部質量的改善效果，同時減輕由于冷體加入導致的夾雜問題。
【主權項】
1.一種復合干預改善鑄坯內部質量的方法，其特征是，包括如下步驟:1)將純鐵或與澆注鋼種成分接近的鋼加工成易熔化且易隨鋼水運動的中空的冷體，然 后烘干；2)喂料導管采用耐火材料制備，烘烤后浸入結晶器鋼液面下；對于圓坯方坯，喂料導 管開口正對注流中心；對于板坯，采用兩個導管，分布于結晶器寬面兩側，導管與浸入式水 口距離為結晶器寬度的1/3-1/5 ;3)將上述烘干的冷體通過喂料導管連續射入結晶器熔池高溫區域位置，射入速度 20-80發/分鐘，冷體加入量為鑄坯重量的0.8-1.3%;連續澆注過程中，采用結晶器電磁攪 拌，攪拌電流300-800A，頻率2-6Hz。2.如權利要求1所述的復合干預改善鑄坯內部質量的方法，其特征是，所述的純鐵或 冷體截面直徑小于30mm，冷體中空的孔徑不小于8mm，長度不大于150mm。3.如權利要求1或2所述的復合干預改善鑄坯內部質量的方法，其特征是，所述的冷體 采用中空的圓柱體或球體；其中，圓柱體直徑5-30mm，壁厚3-25mm，長度50-150mm ;球體內 設貫通球體的中心通孔，球體直徑5_35mm，中心通孔內徑3_25mm。4.如權利要求1所述的復合干預改善鑄坯內部質量的方法，其特征是，對于板坯，所述 導管與結晶器水平面成一角度，入射角度為30?90°。5.如權利要求1所述的復合干預改善鑄坯內部質量的方法，其特征是，所述的射入裝 置采用氣動或電動射入裝置。6.如權利要求1所述的復合干預改善鑄坯內部質量的方法，其特征是，所述的結晶器 電磁攪拌，對于板坯，采用行波電磁攪拌，電流400-800A，頻率2-5Hz ;對于方圓坯，采用旋 轉電磁場，電流300-800A，頻率2-6Hz。
【文檔編號】B22D11/16GK105983670SQ201510044043
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月28日
【發明人】李成斌, 張立, 石洪志
【申請人】寶山鋼鐵股份有限公司