CN101195153A - 生产圆钢锭的钢锭模及其浇铸方法 - Google Patents

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本发明公开了一种圆钢锭的钢锭模及其浇铸方法，特别是适合于用于无缝钢管轧制的圆钢锭的生产方法。本发明提供了一种解决圆钢锭浇铸过程中产生裂纹的钢锭模及其浇铸方法。本发明的技术方案是：生产圆钢锭的钢锭模，包括内腔为圆柱形的锭模，其上口处的锭模厚度小于下口处的锭模厚度。本发明同时还提供了一种生产圆钢锭的浇铸方法，采用内腔为圆形的钢锭模，浇铸时为下注法，钢锭锭身浇铸线速度为100～180mm/min，帽部填充线速度为40～90mm/min。采用本发明的钢锭模和浇铸方法生产的圆钢锭，能有效地保证钢管的成材率，增加企业的经济效益。同时既能提供生产大口径、厚壁管所需的圆钢锭，又不需要对轧管穿孔机的辊型进行修改。

Description

生产圆钢锭的钢锭模及其浇铸方法
技术领域
本发明涉及一种圆钢锭的钢锭模及其浇铸方法，特别是适合于用于无缝钢管轧制的圆钢锭的生产方法。
技术领域
现有的直接用于无缝钢管轧制的钢锭主要是圆波浪钢锭，波浪边数为17～27边，钢锭模的制作过程非常麻烦，由于波峰和波谷之间容易形成裂纹，所轧制生产的钢管表面容易形成折叠和外折缺陷，使钢管修磨量和切废量大，成材率低，另外穿孔机为了适应圆波浪钢锭的外形，还必须修改穿孔机辊型。
如果采用圆钢锭，就可以解决上述问题，但由于圆钢锭的横截面面积与钢锭模周边长的比值较大，相对来说热传导速度比较小，当钢锭模设计不合理或浇铸工艺控制不好，形成的表皮层比较薄，容易产生纵裂纹，甚至开裂。
钢铁研究，2000(2)18～22，低合金结构钢圆锭的研究与控制，其中分析了浇铸温度、钢包钢水温度的稳定性、模温等对钢锭纵裂纹的影响，并提出了一些解决裂纹的方向，但没有提出在实际应用过程中能有效的解决圆钢锭纵裂纹的具体措施，而且其研究的对象只是重量较小的钢锭。CTAIb，1990，NO9.76～78，减少管钢钢锭发生的裂纹，也公开了对圆钢锭在生产过程中产生内部裂纹的问题的分析说明。但上述文章和其他相关报道都还没有提供能有效解决该问题的技术方案，特别是对于要满足轧管要求的大型圆钢锭，在浇铸过程中更容易产生裂纹等缺陷的有效解决办法。因此在实际生产中，圆钢锭的裂纹缺陷是影响将圆钢锭用于轧管生产的主要因素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种解决圆钢锭浇铸过程中产生裂纹的钢锭模及其浇铸方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：生产圆钢锭的钢锭模，包括带内腔的锭模，其上口处的锭模厚度小于下口处的锭模厚度。
作为本发明的改进，锭模上口处的锭模厚度与钢锭模外径之比为0.10～0.18，下口处的锭模厚度与钢锭模外径之比为0.12～0.20。
所述锭模的内径锥度为0～0.5％。
在锭模的上口的内壁安装有环状绝热板。
在绝热板下部锭模的内壁上至少安装有一个内径大于绝热板内径的环状绝热板，或者所述的绝热板为上部内径小于下部内径的锥状。
锭模的化学成分包括C3.1～3.5％，Si1.0～1.5％，Mn1.5～2.1％，P≤0.15％，S≤0.10％，其余为Fe。
本发明的生产圆钢锭的浇铸方法，采用内腔为圆形的钢锭模，浇铸时为下注法，其特征在于：钢锭锭身浇铸线速度为100～180mm/min，帽部填充线速度为40～90mm/min。
浇铸时钢水过热度为30～55℃。
采用本发明的钢锭模和浇铸方法生产的圆钢锭，能有效地保证钢管的成材率，增加企业的经济效益，同时既能提供生产大口径、厚壁管所需的圆钢锭，又不需要对轧管穿孔机的辊型进行修改。
附图说明
图1为本发明的浇铸钢锭模的安装示意图；
图2为本发明第一种实施例的钢锭模上口结构示意图；
图3为本发明第二种实施例的钢锭模上口结构示意图；
图4为本发明第三种实施例的钢锭模上口结构示意图。
图示标记说明：1-锭模，2-上口，3-下口，4-下绝热板，5-绝热板，6-底座，7-钢水上升口，8-中注管。
具体实施方式
本发明的生产圆钢锭的钢锭模包括内腔为圆柱形的锭模1，在锭模1的上口2处的锭模厚度小于下口3处的锭模厚度，即锭模1的轴向截面为上小下大的梯形，为钢水凝固初期形成较厚的激冷层创造了条件，有效地避免钢锭产生裂纹、疏松等缺陷。根据不同的钢锭规格和钢种，锭模上口处的锭模厚度与钢锭模外径之比0.10～0.18，下口处的锭模厚度与钢锭模外径之比为0.12～0.20。
锭模1的内腔锥度，即下口内径尺寸减上口内径尺寸之差与锭模高度的比值为0～0.5％。采用该锭模结构生产的圆钢锭外形与目前连铸圆坯相近，可适用于多种类型的轧管机组轧管，而且便于脱模。
如图1所示，钢锭模安装在底座6上，一般一个底座6上安装有2～8个钢锭模，底座6的中心部位安装设置中注管8，中注管8通过设置在底座6上的钢水上升口7与每个钢锭模内腔连通，可以同时实现多个钢锭模的浇铸。
现有的钢锭模在上口内壁设置绝热板，有利于保温，减缓钢锭的凝固速度，改善钢锭帽部的凝固组织，减少钢锭内部的疏松、缩孔缺陷。但由于绝热板的厚度造成浇铸中的保护渣堆积在绝热板下部位置，而影响钢锭的质量。为了减少保护渣的堆积，将绝热板的下部厚度减小或设计成便于钢水流动的锥面，从而有效的改善钢锭的内部质量。
锭模1的化学成分包括C3.1～3.5％，Si1.0～1.5％，Mn1.5～2.1％，P≤0.15％，S≤0.10％，其余为Fe。采用该材质的锭模，较目前使用的材质提高了传热效果，增加了钢锭的激冷层厚度。
本发明的生产圆钢锭的浇铸方法，采用上述的钢锭模，浇铸时为下注法，钢锭身即锭模1的内腔的浇铸线速度为100～180mm/min，帽部填充线速度为40～90mm/min，确保钢锭中心组织致密，避免钢锭产生缩孔和疏松。
为了减少钢锭内外温差引起的热应力，防止钢锭表面产生裂纹，采用低过热度浇铸工艺，浇铸时钢水过热度为30～55℃，如低碳钢浇铸温度为1565～1580℃，低合金钢浇铸温度为1550～1570，合金钢浇铸温度为1540～1560℃。如果钢水的过热度大，使钢锭凝固外壳与液心的温度梯度增大，热应力增加，同时由于注温的升高，使得钢锭的激冷层减薄，在静压力的作用下，使得钢锭产生纵向裂纹的机率增大，温度越高，纵裂纹的发生率就越高。
采用本发明的钢锭模和浇铸方法生产的圆钢锭的外径为500～1150mm，重量可以达到2.5～14T，能满足轧管机组的要求。
实施例1
生产钢种为20G高温碳素钢圆钢锭。
钢锭模如图1所示，锭模1内腔为圆柱形，采用现有的方式安装在下面的底座6上，底座6上设置有钢水上升口7。锭模1下口3处的内径为780mm，锭模厚度190mm，厚度与外径之比为0.16，上口2处的内径为765mm，锭模厚度为140mm，厚度与外径之比为0.13，锭模高3400mm，锭模1的内径锥度为0.44％。
在钢锭模的上口2的内部设置有高度为120mm，内径为670mm的环状绝热板5。同时为了防止浇铸中的保护渣堆积在绝热板5下部位置而影响钢锭的质量，如图2所示在绝热板5的下面的锭模1的内壁上安装有一个高度为150mm，内径为710mm的环状下绝热板4，因此在每一个台阶部位的绝热板厚度相应的减小，从而减少保护渣在该处的堆积。根据需要也可以设置一个以上的不同内径的环状下绝热板4，环状下绝热板4从上至下呈阶梯状布置，就能起到更佳的效果。
浇铸时，钢水温度为1561℃，采用下注法从底座6上的钢水上升口7注入钢锭模，钢锭身的浇铸线速度为150～180mm/min，帽部填充线速度为70～90mm/min。
实施例2
生产钢种为1Cr5Mo耐热钢圆钢锭。
钢锭模如图1所示，锭模1内腔为圆柱形，采用现有的方式安装在下面的底座6上，底座6上设置有钢水上升口7。锭模1下口3处的内径为570mm，锭模厚度160mm，厚度与外径之比为0.18，上口2处的内径为560mm，锭模厚度为120mm，厚度与外径之比为0.15，锭模高2100mm。
如图3所示，在钢锭模的上口2的内部设置环状绝热板5，该绝热板5的上部内径为460mm，高度为100mm的环状，下部为内径逐渐加大的锥状
浇铸时，钢水温度为1563℃，采用下注法从底座6上的钢水上升口7注入钢锭模，钢锭锭身的浇铸线速度为148～160mm/min，帽部填充线速度为60～75mm/min。
实施例3
生产钢种为27SiMn合金结构钢圆钢锭。
钢锭模如图1所示，锭模1内腔为圆柱形，采用现有的方式安装在下面的底座6上。锭模1下口3处的内径为570mm，锭模厚度170mm，厚度与外径之比为0.19，上口2处的内径为560mm，锭模厚度为145mm，厚度与外径之比为0.17，锭模高2100mm，锭模的内径锥度为0.48％。
在钢锭模的上口3的内部设置有高度为170mm，内径为460mm的环状绝热板5。在绝热板5下面的锭模1的内壁上依次安装有高度为50mm，内径为501mm和高度为30mm，内径为521mm的两个环状下绝热板4。从加工和安装角度出发，可以将绝热板5和环状下绝热板4作为如图4所示的一个整体。
浇铸时，钢水温度为1548℃，钢锭身的浇铸线速度为100～135mm/min，帽部填充线速度为40～55mm/min。

Claims (9)

1.生产圆钢锭的钢锭模，包括带内腔的锭模，其特征在于：上口(2)处的锭模厚度小于下口(3)处的锭模厚度。
2.如权利要求1所述的生产圆钢锭的钢锭模，其特征在于：锭模(1)的上口(2)处的锭模厚度与钢锭模外径之比为0.10～0.18，下口(3)处的锭模厚度与钢锭模外径之比为0.12～0.20。
3.如权利要求1或2所述的生产圆钢锭的钢锭模，其特征在于：所述锭模(1)的内径锥度为0～0.5％。
4.如权利要求1所述的生产圆钢锭的钢锭模，其特征在于：在锭模(1)的上口(2)的内壁安装有环状绝热板(5)。
5.如权利要求4所述的生产圆钢锭的钢锭模，其特征在于：在绝热板(5)的下面的锭模(1)的内壁上至少安装有一个内径大于绝热板(5)内径的环状下绝热板(4)。
6.如权利要求4所述的生产圆钢锭的钢锭模，其特征在于：所述的绝热板(5)为上部内径小于下部内径的锥状。
7.如权利要求1所述的生产圆钢锭的钢锭模，其特征在于：所述锭模的化学成分包括C 3.1～3.5％，Si 1.0～1.5％，Mn 1.5～2.1％，P≤0.15％，S≤0.10％，其余为Fe。
8.生产圆钢锭的浇铸方法，采用内腔为圆形的钢锭模，浇铸时为下注法，其特征在于：钢锭锭身浇铸线速度为100～180mm/min，帽部填充线速度为40～90mm/min。
9.如权利要求8所述的生产圆钢锭的浇铸方法，其特征在于：浇铸时钢水过热度为30～55℃。
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