一种镇静钢钢锭及其模具和浇注方法

摘要

一种镇静钢钢锭及其模具和浇注方法，属于冶金产品及其工艺，钢锭为锥形四棱台，其锥度是3.4/100，四个棱由半径是70毫米～80毫米的圆周构成弧形棱；模具由钢锭模、保温帽、绝热衬板构成，钢锭模为轴向截面呈“U”字形的锥形四棱台，其锥度是3.4/100，钢锭模外壁的棱、内壁的角均为弧形，外壁棱的弧形由半径是290毫米的圆周构成，内壁的弧形角由半径是70毫米～80毫米的圆周构成，浇注方法的特征是浇注温度为1540℃－1590℃。采用本发明制作的钢锭轧制的车轴钢的综合降判率一般为1.77％－2.00％，一般疏松级别≤2.0级所占比例为90.0％－95.0％，提高了钢材的产品质量，提高了企业的经济效益。

说明书

技术领域：

本发明属于冶金产品及其浇注用的模具和浇注方法。

背景技术：

目前，各冶金企业生产的镇静钢钢锭有9.6t、5.8t两种规格。这两种钢锭四周相邻侧面的锥度不同，9.6t钢锭较大侧面的锥度为3.4/100，较小侧面的锥度为3.3/100；5.8t钢锭较大侧面锥度为2.6/100，较小侧面锥度为1.6/100。9.6t钢锭的高宽比值为2.86；5.8t钢锭的高宽比值为2.89。以上两种规格的钢锭轧制后因探伤、低倍、表面不合标准造成降级的比率较高，例如车轴钢品种轧制后降级率一般为：4.75％～6.53％。钢锭轧制后降级率较高不仅制约着企业的生产，而且对企业的经济效益有很大影响。

说明：“降级”指钢锭轧制后，因质量达不到原品种的技术要求，降低为其它低等级的品种。

发明内容：

本发明提供一种轧制后降级率较低的镇静钢钢锭及其模具和浇注方法。

实现本发明的技术方案是：钢锭为锥形四棱台，其锥度是3.4/100，高宽比值是2.72，四个棱由半径是70毫米～80毫米的圆周构成弧形棱，其中上端面的四个角为半径是80毫米的圆周构成圆弧形角，下底面的四个角为半径是70毫米的圆周构成圆弧形角，钢锭的最小断面积为452929平方毫米。

浇注上述钢锭的模具由钢锭模、保温帽、绝热衬板构成，钢锭模为轴向截面呈“U”字形的锥形四棱台，其锥度是3.4/100，模具内腔的高宽比值是2.72，钢锭模外壁的棱、内壁的角均为弧形，外壁棱的弧形由半径是290毫米的圆周构成，内壁的弧形角由半径是70毫米～80毫米的圆周构成，其中内壁上端口处的弧形角由半径是80毫米的圆周构成，内壁下底部的弧形角由半径是70毫米的圆周构成，下底设置孔；保温帽为矩形筒，矩形筒上设置吊耳9；绝热衬板由楔板、挂板构成，楔板为两端有弯弧且上底长、下底短的梯形板，挂板为两端有弯弧且上底短、下底长的梯形板。

上述钢锭的浇注方法采用(车注)下注法，过程工艺控制点包括浇注温度、浇注速度、动车时间。浇注温度为1540℃-1590℃，浇注速度分别为：四锭锭身浇注速度是1.850吨/分钟-2.114吨/分钟(或14分钟-16分钟)；四锭帽口浇注速度是0.404吨/分钟-0.505吨/分钟(或8分钟-10分钟)；三锭锭身浇注速度是1.707吨/分钟-2.018吨/分钟(或11分钟-13分钟)；三锭帽口浇注速度是0.378吨/分钟-0.505吨/分钟(或6分钟-8分钟)。动车时间为≥90分钟。

具体步骤是：(一)、采用(车注)下注法，钢水经过由耐火砖砌成的中注管和汤道从钢锭模底部的孔进入模具的内腔，根据每炉的产量，选用的是四、三位底板，即一盘浇注四支，二盘浇注三支，每炉钢液浇注两盘共计七支钢锭。帽口浇高325mm，钢锭单重：8.410t/支。

(二)、浇注温度：

不同品种的钢锭浇注温度有所不同，一般浇注温度为：1540℃-1590℃。

(三)浇注速度：

四锭锭身为1.850吨/分钟-2.114吨/分钟(或14分钟-16分钟)；

四锭帽口为0.404吨/分钟-0.505吨/分钟(或8分钟-10分钟)；

三锭锭身为1.707吨/分钟-2.018吨/分钟(或11分钟-13分钟)；

三锭帽口为0.378吨/分钟-0.505吨/分钟(或6分钟-8分钟)。

浇注过程仍遵循高温慢注，低温快注的原则；浇注速度各阶段的动态控制按照：开浇、跟流、增流、补缩四个步骤(阶段)。

①开浇：开浇时水口打开不能过猛，根据注温将注流平稳，果断地开至满流的65％-85％(温度高取下限)。开浇应保证钢液迅速充满汤道，进入模内要平稳铺开，防止喷溅。开浇过小，易导致钢液凝固在汤道内，不能进行正常浇注；开浇过猛，则易发生喷溅，造成结疤、夹渣、气泡等质量缺陷。本发明的开浇阶段速度是1.850吨/分钟-1.900吨/分钟。

②、跟流：钢流注至模具内腔的300-400mm时，即稍稍增加注速，进行跟流，使钢液进入较大截面锭身时，保持平稳上升。这一阶段进入模内的钢液形成涡流循环。跟流过快，易使刚刚形成的激冷层减薄造成热裂，甚至造成焊模。此时钢液温度较高，循环活跃，切忌注速忽快忽慢，务使液面上升平稳。本发明的跟流阶段速度是1.950吨/分钟-2.000吨/分钟。

③、增流：当钢液注至锭身一半以上，由于模具内腔静压力增加，钢锭断面积也加大，使模内钢液循环力量减弱，上升速度减慢(实际上钢液只在中下部循环)，此时应平稳加大注流，进行增流。如不及时增流，则易形成翻皮等质量缺陷。增流注至帽口线后减流，准备补缩。本发明的增流阶段速度是2.100吨/分钟-2.300吨/分钟。

④、补缩：补缩阶段是指注至保温帽口线减流开始，截至帽口2/3高度，再进行细流补缩为止的过程。本发明的补缩(包含中、细流补缩)阶段速度是0.269吨/分钟-0.673吨/分钟。

(四)、保护浇注：

1、氩气保护浇注(指钢包底部流钢眼处至喇叭砖顶部200-300mm这段注流进行氩气保护)：开浇前，在钢包底部流钢眼处挂好氩封圈，连接氩气软管，在开浇的同时，开启氩气，氩气流量达到80-100m3/h，使氩气在注流四周形成屏蔽层，隔绝空气与注流钢液的接触，防止钢液二次氧化和吸气。

2、采用固体渣保护浇注(指钢锭模内上升的钢液面)：为了杜绝钢液在模内上升过程中表面被二次氧化，仍采用固体渣保护浇注。浇注前，在每支钢锭模内吊挂二袋(16kg)固体保护渣，距模底200-250mm，并吊挂在锭模内的正中间。当其接触钢液后，靠钢液的热量熔化。在浇注过程中固体保护渣形成三层结构，即粉渣层、烧结层和液渣层。

(五)、浇注完毕在钢液注至帽口2/3高度时加入发热剂(加入量：12kg/支)。加入过早，帽部钢液温度较高，发热剂的热量利用率不高，并对钢液成份有不利影响；加入过晚，帽部钢液的流动性差，甚至出现凝壳，发热剂的热量消耗在熔化硬壳上，对帽部钢液的加热作用不明显。当注满帽口后(距加入发热剂的时间4-6分钟，发热剂已燃烧完毕)，给帽口顶部加入绝热盖板(加入量：1块/支)，并放平放正。

发热剂的作用：镇静钢钢锭的头部利用发热剂燃烧时发出的热量，加热帽部的钢液，延长帽部钢液的凝固时间，对锭身起到良好的填充作用，防止钢锭产生缩孔、缩夹质量缺陷。

绝热盖板的作用：绝热保温，防止帽部钢液的热量散失。

(六)、动车时间：

本发明钢锭的动车时间为≥90分钟。即钢锭浇注完毕后，必须停放≥90分钟后，才能脱保温帽、脱钢锭模。

本发明的优点有如下几点：

1、本发明的钢锭及模具内腔的高宽比值为2.72，同目前的5.8t、9.6t钢锭及模具相比，高宽比值较小。模具高宽比值小不仅有利于使钢液内的非金属夹杂物、气体以及钢液凝固过程形成的缩孔和疏松全部集中到模具上部的帽口内，同时还能使钢锭内部凝固速度减缓，模具中心保持一个钢液柱，使钢锭能得到帽口钢液的良好填充；

2、模具内壁及钢锭的锥度为3.4/100，与现有的5.8t、9.6t镇静钢锭锥度较大，并且模具内壁的四个侧面的锥度一致，在浇注过程中可延缓钢锭上部钢液的凝固时间，减少缩孔和疏松级别高的缺陷发生；

3、钢锭的断面形状呈正方形，最小断面积：452929平方毫米，确保了钢锭在凝固过程中四面散热均匀，激冷层厚度对称，钢锭凝固后致密度较高；

4、模具的内壁四角呈圆弧形，有利于消除钢锭在凝固过程钢锭角部开裂缺陷的发生。

5、本发明的钢锭轧制后的一般疏松级别≤2.0级所占比例较高，一般为90.0％～95.0％(目前的5.8t、9.6t镇静钢锭轧制后的一般疏松级别≤2.0级所占比例为78.0％～83.0％)；

6、钢锭轧制后的降级率明显降低，本发明的品种一般为：1.77％～2.00％(目前5.8t、9.6t镇静钢锭轧制后的降级率为：4.75％～6.53％)。

附图说明：

图1是本发明实施例中钢锭模的主视结构图。

图2是图1的仰视图。

图3是图1的俯视图。

图4是本发明实施例中保温帽的主视图。

图5是图4的俯视图。

图6是图4的左视图。

图7是本发明实施例中楔板的主视图。

图8是图7的俯视图。

图9是本发明实施例中挂板的主视图。

图10是图9的俯视图。

图11为钢锭的主视图。

图12为图11的俯视图。

图13为图11的仰视图。

图中，1、钢锭模  2、孔  3、吊耳  4、端口  5、下底

6、棱  7、弧形角  8、弧形角  9、吊耳  10、钢筋

11、角  12、角

具体实施方式：

实施例一：LZ50品种

本实施例的钢锭模具由钢锭模、保温帽、绝热衬板构成，图1、图2、图3所示，钢锭模为轴向截面呈“U”字形的锥形四棱台，其锥度是3.4/100，模具内腔的高宽比值是2.72，钢锭模外壁的棱6、内壁的角均为弧形，外壁棱6的弧形由半径是290毫米的圆周构成，内壁的弧形角由半径是70毫米～80毫米的圆周构成，其中内壁上端口4处的弧形角7由半径是80毫米的圆周构成，内壁下底部的弧形角8由半径是70毫米的圆周构成，壳底设置上口小、下口大的圆形孔2(上口直径为165毫米，下口直径175毫米)，模具内腔的弧形底由半径是250毫米的圆周构成，模具内腔的弧形底由半径是250毫米的圆周构成，钢锭模上口内腔尺寸为806毫米×806毫米；下口内腔尺寸为673毫米×673毫米；内腔高度为2010毫米；图4、图5、图6所示，保温帽为矩形筒，矩形筒上设置吊耳；图7、图8、图9、图10所示，绝热衬板由楔板、挂板构成，楔板为两端有弯弧且上底长、下底短的梯形板，挂板为两端有弯弧且上底短、下底长的梯形板，挂板上设置钢筋10，绝热衬板设置在保温帽内，即绝热衬板贴近保温帽的内壁设置，两个楔板相对设置，另两个挂板相对设置，保温帽内共设置四块绝热衬板(两块楔板和两块挂板)。

如图11、图12、图13所示，钢锭为锥形四棱台，其锥度是3.4/100，钢锭的高宽比值是2.72，四个棱由半径是70毫米～80毫米的圆周构成弧形棱，其中上端面的四个角为半径是80毫米的圆周构成圆弧形角11，下底面的四个角为半径是70毫米的的圆周构成圆弧形角12，钢锭的最小断面积为452929平方毫米，钢锭的锭身高度为2010毫米。

上述钢锭的浇注方法通过下述步骤实现(浇注方法除浇注温度、浇注速度、动车时间不同外，其余工艺方法与现有的5.8t、9.6t钢锭浇注工艺方法相同，故省略具体描述)：

使用本发明的模具，采用(车注)下注法，浇注前，在每支钢锭模内吊挂二袋(16kg)固体保护渣，距模底220mm，并吊挂在锭模内的正中间。

将LZ50品种的钢水温度控制在1544℃，然后按照：开浇、跟流、增流、补缩四个阶段开始浇注，其中开浇速度为1.850吨/分钟、跟流速度为1.950吨/分钟、增流速度是2.100吨/分钟、补缩(包含中、细流补缩)速度是0.434吨/分钟。四盘锭身注速为1.970吨/分钟，帽口为0.444吨/分钟；三锭锭身注速为1.850吨/分钟，帽口为0.428吨/分钟。

在钢液注至帽口2/3高度时每支加入发热剂加入发热剂12kg/支。当注满帽口后，每支帽口顶部加入绝热盖板。过程采用氩气保护浇注。浇注完毕镇静112分钟后开始动车。

该炉7支钢锭轧制后检验量为：49.499吨，其中降级量为：0.896吨，降级率为：1.81％。

实施例二：JZ35品种

本实施例的钢锭模和钢锭结构与实施例一相同，不同之处在浇注方法中有部分区别：即将JZ35品种的钢水温度控制在1560℃，然后按照开浇、跟流、增流、补缩四个阶段开始浇注，其中开浇速度为1.850吨/分钟、跟流速度为1.950吨/分钟、增流速度是2.100吨/分钟、补缩(包含中、细流补缩)速度是0.432吨/分钟。四盘锭身注速为1.852吨/分钟，帽口为0.444吨/分钟；三锭锭身注速为1.710吨/分钟，帽口为0.428吨/分钟。

在钢液注至帽口2/3高度时每支加入发热剂加入发热剂12kg/支。当注满帽口后，每支帽口顶部加入绝热盖板。过程采用氩气保护浇注。浇注完毕镇静122分钟后开始动车。

该炉7支钢锭轧制后检验量为：48.246吨，其中降级量为：0.859吨，降级率为：1.78％。

实施例三：30CrMoA气瓶钢品种

本实施例的钢锭模和钢锭结构与实施例一相同，不同之处在浇注方法中有部分区别：即将30CrMoA气瓶钢品种的钢水温度控制到1565℃，然后按照开浇、跟流、增流、补缩四个阶段开始浇注，其中开浇速度为1.850吨/分钟、跟流速度为1.950吨/分钟、增流速度是2.150吨/分钟、补缩(包含中、细流补缩)速度是0.395吨/分钟。四盘锭身注速为1.952吨/分钟，帽口为0.434吨/分钟；三锭锭身注速为1.830吨/分钟，帽口为0.351吨/分钟。

在钢液注至帽口2/3高度时每支加入发热剂加入发热剂12kg/支。当注满帽口后，每支帽口顶部加入绝热盖板。过程采用氩气保护浇注。浇注完毕镇静116分钟后开始动车。

该炉7支钢锭轧制后检验量为：50.133吨，其中降级量为：0吨，降级率为：0。

说明：

1、浇注温度指浇注时钢液的温度。

①浇注温度过高时，钢锭容易焊在钢锭模具上，会使脱模困难；钢锭容易产生裂纹的质量缺陷；钢液在钢锭模具内凝固时间长，偏析大。

②浇注温度过低时，钢锭表面易产生结疤、翻皮的质量缺陷；非金属夹杂在模内难以上浮，由夹杂产生的质量缺陷增多；钢包的水口容易结瘤，影响正常浇注。

2、浇注速度：是指单位时间注入钢锭模内的钢液重量或钢液注满某固定容器所需要的时间或单位时间钢锭模内钢液面上升的高度。

在浇注温度一定时，浇注速度过快，钢锭容易产生裂纹、缩孔和缩夹等质量缺陷；浇注速度过慢，则容易产生翻皮、夹层等质量缺陷。

3、动车时间过早，则脱帽、脱模的时间就早。脱帽过早会使帽部钢液提前凝固，加深缩孔、增大中心疏松级别；脱模过早，钢锭因震动而影响结晶，会使缩孔和中心疏松严重。

4、动车时间过晚，则脱帽、脱模的时间就晚。不仅延长了钢锭模的周转时间，大大限制了生产能力的发挥，还会降低帽壳、钢锭模的使用寿命。

钢锭的凝固是从表面开始，逐步深入到中心结束。浇注结束时，中注管底部和钢锭尾部钢液尚未凝固，帽部钢液凝固时间更长，浇注完毕后，在规定的停放时间内，不准碰撞钢锭模和中注管，否则因震动而影响结晶，往往会使缩孔和中心疏松质量缺陷严重。