一种提高高碳钢连铸坯中心缩孔质量的方法

摘要

本发明涉及一种提高高碳钢连铸坯中心缩孔质量的方法，其方法包括：将高碳钢钢水浇注到中间包，再分配到结晶器中，经结晶器通水一冷冷却，连铸坯拉出，经过连铸机二冷区进行二冷冷却，二冷比水量为0.58‑0.69kg/t钢，将二冷区分为若干区冷却段，将喷水流量和连铸坯的拉速相关联动态二冷控制每个区冷区段单独配水，二冷冷却前期采用喷水冷却，二冷冷却后期采用气水雾化冷却且连铸坯表面最大回热速率≤18℃/m，末端电磁搅拌器安装在连铸坯凝固率20‑32%的区域，在高拉速下将喷水流量和连铸坯的拉速相关联动态二冷控制每个区冷区段单独配水，耦合连铸参数作用，以获得更高比例的等轴晶，提高中心缩孔质量，降低拉拔断裂率。

说明书

技术领域

本发明属于高碳钢技术领域，具体涉及一种提高高碳钢连铸坯中心缩孔质量的方法。

背景技术

高碳钢由于连铸坯在凝固过程中，液相转变为固相时发生体积收缩，连铸坯向外传热使连铸坯中心已凝固部位继续冷却产生体积收缩，且其线收缩大于低碳钢，而柱状晶发育较大导致连铸坯中芯部分发生搭桥现象，导致体积收缩不能被钢液有效补充，较低碳钢更易于形成中心缩孔，且中心缩孔在后续轧制过程中无法焊合，将导致钢绞线、预应力钢丝等轧制产品的裂纹扩展，造成力学性能稳定性下降和拉拔断裂。

现有技术中改善连铸坯中心缩孔质量的方法，主要采用控制连铸生产过程中的二冷水比水量、中间包过热度、结晶器电磁搅拌参数、压下量或拉速，通过增大二冷水比水量降低液相穴长度，抑制柱状晶生长，增加钢水的补缩作用，通过低过热度浇铸增加液芯中心等轴晶数量减少柱状晶区，通过控制结晶器搅拌参数促进柱状晶向等轴晶转化并细化，打碎已生长的柱状晶，降低柱状晶产生的搭桥，减少二支晶臂间距，使连铸坯中心产生的体积收缩易于被钢水补充，提高凝固率，通过在连铸液芯末端附近施加一定轻压下量，以挤压排出溶质偏析钢液并焊合中心缩孔，增大拉速降低缩孔。

其主要缺陷在于：高碳钢随钢中碳含量增加，钢种液相线温度逐步降低，在相同过热度下钢水流速增加，钢水凝固过程中析出的δ铁素体逐步减小，由液相直接结为结晶的γ相逐渐增多，将导致凝固坯壳厚度不均匀趋向增大，冷却水温度波动也影响冷却强度，连铸参数具有较强的耦合作用，仅继续增大二冷水比水量，连铸坯凝固过程中传热不稳定将导致柱状晶生长速度差异，晶桥下部钢液在凝固收缩时得不到上部钢水补充，连铸坯进入末端电磁搅拌器时，连铸坯液芯宽度逐步减小，钢水趋于凝固，丧失搅拌效果，不利于中心缩孔。

其次，拉速随中间包过热度呈阶跃变化，随着拉速增加，连铸坯液芯深度增加加快，冷却段所在时间减小，若冷却位置不合适，出冷却段后连铸坯表面温度回升，潜热释放慢，强度降低，将导致表面与中心温降比值降低，连铸坯收缩强度不够，而增大二冷水比水量将导致连铸坯表面温度下降过大，坯壳温度梯度增大，柱状晶发达，进一步增加中心缩孔。

此外，随着拉速和二冷水比水量增加，压下率小于凝固速率，连铸坯液芯深度增加过快时，凝固补偿不充分，进一步不利于中心缩孔，继续增加压下量还容易导致内部裂纹。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本发明提供一种提高高碳钢连铸坯中心缩孔质量的方法，在高拉速下将喷水流量和连铸坯的拉速相关联动态二冷控制每个区冷区段单独配水，耦合连铸参数作用，以获得更高比例的等轴晶，提高中心缩孔质量，降低拉拔断裂率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种提高高碳钢连铸坯中心缩孔质量的方法，其方法包括：

将高碳钢钢水浇注到中间包，再分配到结晶器中，经结晶器通水一冷冷却，结晶器周边冷却强度为0.03-0.1L/min.mm

将结晶器内的连铸坯拉出，连铸坯拉速在1.8-2.7m/min之间，经过连铸机二冷区进行二冷冷却，二冷比水量为0.58-0.69kg/t钢，将二冷区分为若干区冷却段，将喷水流量和连铸坯的拉速相关联动态二冷控制每个区冷区段单独配水；

二冷冷却前期采用喷水冷却，强冷提高潜热释放速度和表面与中心温降比值；

二冷冷却后期采用气水雾化冷却且连铸坯表面最大回热速率≤18℃/m，弱冷降低坯壳温度梯度和柱状晶凝固前沿温度，降低柱状晶生长速度差异，避免回温过大和柱状晶发达；

末端电磁搅拌器安装在连铸坯凝固率20-32%的区域，在凝固初期，晶枝易于断裂，增大电磁搅拌强度，借助在连铸坯液相穴中感生的电磁力强化钢水运动，提高缩脖晶和树枝晶的熔断能力，避免过迟搅拌钢水凝固丧失搅拌意义；

压下区间总变形量为5-8％，创造细化晶粒组织均匀化条件，以获得更高比例的等轴晶，定尺切割后获得连铸坯。

进一步的，钢水浇注温度为1455-1480℃，中间包钢水过热度控制在15-22℃之间，结晶器通水一冷冷却配合低过热度控制避免晶枝重熔，降低体积收缩，促进传热均匀，并避免冷速过低导致坯壳厚度不能支撑钢水静压力，而增加裂纹敏感性；从钢水浇注时起全程采用保护浇注，结晶器保护渣层厚度控制在50-80mm，防止钢水二次氧化污染。

随连铸坯在二冷区移动，喷水流量逐渐降低，根据钢种设定系数

进一步的，将第

以

进一步的，将二冷区分为四个区冷却段，第一区冷却段水量占22-32％，冷却强度152-159L/min·m

进一步的，控制结晶器电磁搅拌电流180-220A、频率为2-4Hz，铸流搅拌电流为300-400A、频率为6-8Hz，末端电磁搅拌电流为800-950A、频率为6-8Hz，提高钢水冲刷力度，提高缩脖晶和树枝晶的熔断能力，可以破坏和阻碍粗大柱状晶生长，避免过强搅拌流冲刷连铸坯凝固前沿而造成白亮带，利于中心缩孔。

进一步的，连铸坯宽面和厚度方向的比水量比值为（1-2.5）：1，压下区间内连铸坯宽面表面温度650-750℃，厚度表面温度750-860℃，沿拉坯方向连铸坯表面温度平缓下降，控制连铸坯在矫直区域表面温度在820-880℃，角部温度在825-840℃，避开脆化区。

进一步的，在连铸坯凝固率45%前的区域，单辊压下量为3-6mm，压下率在1.5-3mm/m，在连铸坯凝固率45-65%的区域，单辊压下量为4-7mm，压下率在2-5mm/m，采用轻压下，变形抗力较小，易破碎晶桥，补偿由于固液两相密度造成的体积收缩，并通过金属流动和变形率补偿连铸坯的收缩，减小因凝固时未能得到补充的凝固收缩所形成的中心缩孔，在连铸坯凝固率65%之后压下率在7-8mm/m，压下区间总压下量为15-28mm，实施重压下，通过在连铸坯芯部刚刚凝固后从连铸坯表面施加合适压力，产生一定的压下量，压下率与凝固速率平衡，并深入到芯部，进一步打断枝晶、焊合中心缩孔，创造细化晶粒组织均匀化条件，以获得更高比例的等轴晶。

进一步的，定尺切割后连铸坯＞550℃入缓冷坑保温24h以上，实现组织性能均匀。

进一步的，所述连铸坯的中心缩孔在0.5级及以内，等轴晶率为30-42%，提高钢绞线、预应力钢丝等轧制产品力学性能和稳定性，降低拉拔断裂率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）结晶器采用缓冷降低由δ铁素体转变的结晶γ相，在高拉速下将喷水流量和连铸坯的拉速相关联动态二冷控制每个区冷区段单独配水，二冷冷却前期采用喷水冷却提高潜热释放速度，后期采用气水雾化冷却弱冷降低坯壳温度梯度和柱状晶凝固前沿温度，依据连铸坯凝固率配置末端电磁搅拌器提高缩脖晶和树枝晶的熔断能力，配合压下区间总变形量，耦合连铸参数作用，以获得更高比例的等轴晶，有效提高中心缩孔质量。

（2）通水一冷冷却配合低过热度控制避免晶枝重熔，根据连铸坯的拉速动态配水，以

（3）依据连铸坯凝固率配置压下制度，前期采用轻压下补偿由于固液两相密度造成的体积收缩，减小因凝固时未能得到补充的凝固收缩所形成的中心缩孔，后期采用重压下，压下率与凝固速率平衡，并深入到芯部，以获得更高比例的等轴晶，进一步利于中心缩孔。

适用于高碳钢连铸坯提高钢绞线、预应力钢丝等轧制产品力学性能和稳定性，降低拉拔断裂率。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，下面实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

为降低由δ铁素体转变的结晶γ相，降低冷却水温度波动，降低因过热度和钢水流速增加导致的凝固坯壳厚度不均匀趋向，提高潜热释放速度和表面与中心温降比值，降低坯壳温度梯度和柱状晶凝固前沿温度，降低柱状晶生长速度差异，避免回温过大和柱状晶发达，提高缩脖晶和树枝晶的熔断能力，避免过迟搅拌钢水凝固丧失搅拌意义，创造细化晶粒组织均匀化条件，以获得更高比例的等轴晶，本发明提供的一种提高高碳钢连铸坯中心缩孔质量的方法的总的发明思路，其方法包括：

将高碳钢钢水浇注到中间包，再分配到结晶器中，经结晶器通水一冷冷却，结晶器周边冷却强度为0.03-0.1L/min.mm

进一步的，其方法包括：

S1：将装有高碳钢精炼钢水的钢包运至回转台，回转台转动至浇注位置后，将钢包中的钢水浇注到中间包，钢水浇注温度为1455-1480℃，中间包钢水过热度控制在15-22℃之间，中间包再由其水口将钢水分配到结晶器中，从钢水浇注时起全程采用保护浇注，结晶器保护渣层厚度控制在50-80mm；

经结晶器通水一冷冷却，使连铸坯成形并迅速冷却凝固形成初生坯壳，结晶器周边冷却强度为0.03-0.1L/min.mm

S2：在结晶器内加入振荡装置，通过拉矫机控制拉速和振荡装置共同作用，将结晶器内的连铸坯拉出，控制连铸坯拉速在1.8-2.7m/min之间；

S3：经过连铸机二冷区进行二冷冷却，对带有芯液的连铸坯实施喷水使连铸坯完全凝固，二冷比水量为0.58-0.69kg/t钢，将二冷区分为四个区冷却段，采用动态二冷控制方式，每个区冷区段单独进行水量控制，随连铸坯在二冷区移动，坯壳厚度增加，喷水流量逐渐降低；

随连铸坯在二冷区移动，喷水流量逐渐降低，根据钢种设定系数

进一步的，将第

以

同时，第一区冷却段水量占22-32％，冷却强度152-159L/min·m

S4：控制结晶器电磁搅拌(M-EMS)电流180-220A、频率为2-4Hz，铸流搅拌(S-EMS)电流为300-400A、频率为6-8Hz，末端电磁搅拌(F-EMS)电流为800-950A、频率为6-8Hz，末端电磁搅拌器安装在连铸坯凝固率20-32%的区域；

S5：控制压下区间内连铸坯宽面表面温度650-750℃，厚度表面温度750-860℃，沿拉坯方向连铸坯表面温度平缓下降，控制连铸坯在矫直区域表面温度在820-880℃，角部温度在825-840℃，避开脆化区；

在连铸坯凝固率45%前的区域，单辊压下量为3-6mm，压下率在1.5-3mm/m，在连铸坯凝固率45-65%的区域，单辊压下量为4-7mm，压下率在2-5mm/m，在连铸坯凝固率65%之后压下率在7-8mm/m，实施重压下，压下区间总压下量为15-28mm，压下总变形量为5-8％，以获得更高比例的等轴晶，等轴晶率为30-42%；

S6：再定尺切割成一定长度的连铸坯，控制连铸坯的中心缩孔在0.5级及以内，连铸坯＞550℃入缓冷坑保温24h以上，获得连铸坯。

实施例1-实施例3、对比例1、对比例2、对比例4、对比例6的钢种为87MnSi钢，成分为：C：0.82%，Si：0.49%，Mn：0.91%，P：0.02%，S：0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质，规格为220mm*240mm。

实施例4-实施例6、对比例3、对比例5、对比例7-9的钢种为GCr15SiMn钢，成分为：C：0.99%，Mn0.35%，Si：0.28%，S：0.02%，P：0.02%，Cr：1.5%，Mo：0.005%，Ni：0.1%，Cu：0.02%，规格为380mm*380mm。

实施例1与对比例1的区别在于一冷冷却、二冷冷却制度和拉速不同；实施例2与对比例2的区别在于中间包钢水过热度、一冷冷却、结晶器保护渣层厚度不同；实施例4与对比例3的区别在于一冷冷却、二冷冷却制度和拉速不同；实施例1-6，对比例1-3的结晶器周边冷却强度、出水压力、拉速情况如下表1：

表1

实施例1-6，对比例1-3的二冷冷却情况如下表2和表3：

表2

表3

由实施例1与对比例1的对比结果可知，结晶器周边冷却强度、出水压力、拉速较小，第一区冷却段、第四区冷却段弱冷，第二区冷却段、第三区冷却段强冷时，连铸坯凝固过程中传热不稳定将导致柱状晶生长速度差异，晶桥下部钢液在凝固收缩时得不到上部钢水补充，连铸坯进入末端电磁搅拌器时，连铸坯液芯宽度逐步减小，钢水趋于凝固，丧失搅拌效果，不利于中心缩孔。

由实施例2与对比例2的对比结果可知，结晶器保护渣层较小时，结晶器周边冷却强度、出水压力、拉速较大，液芯中心等轴晶数量减少，柱状晶区增加，不利于中心缩孔。

由实施例4与对比例3的对比结果可知，结晶器周边冷却强度、出水压力、拉速较大，第一区冷却段、第三区冷却段强冷，第二区冷却段、第四区冷却段弱冷时，异向成核过冷度和冷却段所在时间短，组织应力较大，不利于中心缩孔。

由实施例1-6，实施例1与对比例1，实施例4与对比例3的对比结果可知，结晶器采用缓冷降低由δ铁素体转变的结晶γ相，在高拉速下将喷水流量和连铸坯的拉速相关联动态二冷控制每个区冷区段单独配水，二冷冷却前期采用喷水冷却提高潜热释放速度，后期采用气水雾化冷却弱冷降低坯壳温度梯度和柱状晶凝固前沿温度，依据连铸坯凝固率配置末端电磁搅拌器提高缩脖晶和树枝晶的熔断能力，配合压下区间总变形量，耦合连铸参数作用，以获得更高比例的等轴晶，有效提高中心缩孔质量。

实施例3与对比例4的区别在于，电磁搅拌参数不同，末端电磁搅拌安装位置的靠前；实施例5与对比例5的区别在于，电磁搅拌参数不同，末端电磁搅拌安装位置的靠后；实施例1-6，对比例4-5的电磁搅拌情况如下表4：

表4

由实施例3与对比例4的对比结果可知，过强搅拌流冲刷连铸坯凝固前沿而造成白亮带，不利于中心缩孔；由实施例5与对比例5的对比结果可知，连铸坯进入末端电磁搅拌器时，连铸坯液芯宽度逐步减小，钢水趋于凝固，丧失搅拌效果，不利于中心缩孔。

实施例2与对比例6的区别在于，宽面和厚度方向的比水量比值较大，压下区间内连铸坯和连铸坯在矫直区域温度不同；实施例6与对比例7的区别在于，宽面和厚度方向的比水量比值较小，压下区间内连铸坯和连铸坯在矫直区域温度不同；实施例1-6，对比例6-8的压下区间内连铸坯和连铸坯在矫直区域温度情况如下表5：

表5

由实施例2与对比例6的对比结果可知，沿拉坯方向连铸坯表面温度无法平缓，容易产生脆化区；由实施例6与对比例7的对比结果可知，沿拉坯方向连铸坯表面温度无法平缓，容易产生脆化区。

由实施例1-6，实施例3与对比例4，实施例2与对比例6，实施例6与对比例7的对比结果可知，通水一冷冷却配合低过热度控制避免晶枝重熔，根据连铸坯的拉速动态配水，以

实施例6与对比例8和对比例9的区别在于，压下制度不同，实施例1-6，对比例8-10的压下区间内连铸坯和连铸坯在矫直区域温度情况如下表6：

表6

由实施例实施例6与对比例8和对比例9的对比结果可知，压下率小于凝固速率，连铸坯液芯深度增加过快时，凝固补偿不充分，不利于中心缩孔。

由实施例1-6，实施例6与对比例8和对比例9的对比结果可知，依据连铸坯凝固率配置压下制度，前期采用轻压下补偿由于固液两相密度造成的体积收缩，减小因凝固时未能得到补充的凝固收缩所形成的中心缩孔，后期采用重压下，压下率与凝固速率平衡，并深入到芯部，以获得更高比例的等轴晶，进一步利于中心缩孔。

对通过铸流、末端电搅的钢坯按正常拉矫、火焰切割及出坯操作，并收集试样进行检测分析，实施例1-6，对比例1-10结果见下表7：

表7

可见，采用上述方法，连铸坯的中心缩孔在0.5级及以内，等轴晶率为30-42%，可以提高钢绞线、预应力钢丝等轧制产品力学性能和稳定性，降低拉拔断裂率。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。