CN102161079B - 一种高质量宽厚板坯制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及宽厚板轧机用宽厚板坯领域，具体地说是一种高质量宽厚板坯制造工艺，用于宽厚板轧机用厚度为350～1200mm的宽厚板坯制造，解决现有技术中制造成本较高、效率较低等问题。该工装水冷底盘上的前后左右四面分体设置水冷动模，前后左右四面设置的水冷动模和下部置的水冷底盘形成组合式水冷模具。本发明采用高效水冷铸坯机制造宽厚板坯，高效铸坯机采用液压动力***对铸坯实施挤压，使宽厚板坯在压力作用下凝固结晶，消除宽厚板坯内部缩孔与疏松。同时，利用液压动力***控制模具与铸坯之间的间隙，用于调节铸坯与模具之间的界面换热系数，消除宽厚板坯表面裂纹，最终获得高质量的宽厚板坯。
Description
技术领域
本发明涉及宽厚板轧机用宽厚板坯领域，具体地说是一种高质量宽厚板坯制造工艺。
背景技术
宽厚板被广泛应用于我国经济建设中，在大型舰船、远洋平台、水电机组、火电机组以及长途管线上，都大量使用宽厚板。我国近期新建了数十条宽厚板轧钢生产线，包括鞍钢5000mm、5500mm轧机，宝钢5000mm轧机等，新增产能2000多万吨。
通常情况下，宽厚板的应用环境比较恶劣，要求宽厚板具有较高的强度和性能均匀性，而决定宽厚钢板性能的关键是宽厚板坯。只有宽厚板坯厚度足够大，厚板坯厚度与成品钢板厚度比达到5∶1，才能使钢板在轧制过程中，获得足够的锻比，进行充分再结晶，晶粒得到充分细化，板坯铸造缺陷得到愈合，从而保证钢板性能，满足探伤要求。
现在厚板坯的来源主要有连铸坯、模铸钢锭和电渣重熔钢锭。连铸方式浇注的连铸坯最大厚度一般不超过350mm。由于受锻比的限制，应用连铸坯轧制厚钢板，一般厚度不超过100mm，否则，钢板性能就得不到保证。模铸钢锭必须经过水压机开坯，才能得到厚板坯，而水压机开坯的费用在3000元/吨以上，较大幅度增加了厚板的制造成本。电渣重熔钢锭可以制备高质量厚板坯，但是，电渣重熔一块板坯，大约需要30小时，效率很低，并且熔炼费用高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高质量宽厚板坯的制造工艺，解决现有技术中制造成本较高、效率较低等问题。
基于此目的，本发明的技术方案是：
一种高质量宽厚板坯制造工艺，宽厚板坯在由前后左右的水冷动模和下部的水冷底盘组合式水冷模具组成的型腔内凝固；分体设置的水冷模具采用液压动力***进行驱动，实现水冷动模的前后移动，通过改变宽厚板坯与水冷动模间的缝隙来调节二者之间的界面换热系数，直至宽厚板坯完全凝固。
所述的高质量宽厚板坯制造工艺，金属液浇注结束后10-60min或宽厚板坯凝固层厚度达到20-300mm时，利用液压动力***，使分体水冷动模向前推进，逐渐升高液压缸压力，对宽厚板坯进行挤压，宽厚板坯单面受到的挤压力为50-400吨；推动分体式水冷动模向前移动3-20mm，然后液压缸保压20-150min，尽量减小宽厚板坯表面与模具之间的缝隙，使二者保持紧密接触，增强界面换热；
液压缸保压20-150min后，降低液压缸压力，并使水冷动模与宽厚板坯分离，使二者之间的间隙达到2-30mm，减小宽厚板坯与模具之间的界面换热系数。
所述的高质量宽厚板坯制造工艺，将熔炼好的金属液通过长水口浇注到型腔中，浇注过程中长水口跟随型腔内的金属液面逐渐向上移动，直至金属型腔被完全浇满。
所述的高质量宽厚板坯制造工艺，监测宽厚板坯外表面温度，反复实施水冷动模的前后移动，直至宽厚板坯完全凝固。
本发明的有益效果是：
1.本发明制造厚度为350～1200mm之间，重量为20～70吨的宽厚板坯，采用开合式可移动分体水冷模具组成宽厚板坯凝固型腔，宽厚板坯在水冷模具中进行凝固，凝固速度较快，提高了宽厚板坯致密度。
2.本发明借鉴连铸生产中轻压下技术原理，在宽厚板坯凝固过程中，采用液压动力***对其施加压力，使宽厚板坯在压力作用下结晶凝固，减少宽厚板坯中心缩孔疏松缺陷的产生。
3.宽厚板坯凝固初期，由于凝固收缩，宽厚板坯与模具之间的缝隙增大，此时，宽厚板坯凝固层厚度较小，在钢水静压力作用下，容易造成宽厚板坯表面发生变形，产生“鼓肚”，进而导致表面热裂纹的产生。本发明在铸坯凝固初期，采用液压动力***对铸坯表面施加压力，提高宽厚板坯界面换热系数，增大铸坯表明凝固速度，使铸坯表面强度迅速提高，可以有效防止这一缺陷的产生。
4.本发明采用液压缸改变宽厚板坯与水冷动模之间的缝隙，调节二者之间的界面换热系数。当铸坯表面温度较低时，增大宽厚板坯与模具之间的间隙，降低界面换热系数，避免铸坯表面温度过低诱发表面裂纹。
5.凝固后期，增大宽厚板坯与水冷动模之间的缝隙，减小换热系数，可以降低宽厚板坯由内到外的温度梯度，提高宽厚板坯中心未凝固金属液的补缩能力，减小宽厚板坯芯部缩孔疏松缺陷。
6、本发明适用范围较广，主要适用于普碳钢、船板用钢、模具钢以及水电、核电用钢等宽厚板坯制造。
总之，本发明采用自动铸坯机方式制造厚板坯，并采用液压缸对宽厚板坯施加压力，使宽厚板坯在压力作用下进行结晶凝固，提高了宽厚板坯内部致密度，有效减轻了内部缩孔疏松缺陷的产生。同时，通过液压动力***改变水冷动模与宽厚板坯之间的缝隙，调节二者之间的界面换热系数，防止宽厚板坯表面产生裂纹。
附图说明
图1为宽厚板坯制造工装示意图；
图中，1-保温冒口；2-水冷动模；3-水冷内套；4-长水口；5-液压缸；6-水冷底盘。
图2为宽厚板坯样件示意图；
图3为宽厚板坯低倍酸洗组织图。
具体实施方式
如图1所示，本发明宽厚板坯制造工装包括保温冒口1、水冷动模2、水冷内套3、长水口4、液压缸5、水冷底盘6等以及提供外力的液压动力***。具体结构如下：
水冷底盘6上的前后左右四面分体设置水冷动模2，前后左右四面设置的水冷动模2和下部置的水冷底盘6形成组合式水冷模具，该组合式水冷模具的型腔用于宽厚板坯的成形。该组合式水冷模具的顶部设置保温冒口1，长水口4自组合式水冷模具的顶部伸到组合式水冷模具的型腔中，前后左右四面设置的水冷动模2内侧设置水冷内套3，前后左右四面设置的水冷动模2外侧设置液压缸5，液压缸5连接液压动力***。
本发明高质量宽厚板坯制造工艺如下：
如图1所示，宽厚板坯在由前后左右的水冷动模2和下部的水冷底盘6组合式水冷模具组成的型腔内凝固。将熔炼好的金属液通过长水口4浇注到型腔中，浇注过程中长水口跟随型腔内的金属液面逐渐向上移动，直至金属型腔被完全浇满。宽厚板坯浇注结束后10-60min，外表面凝固层厚度达到20-300(优选为50-200)mm时，液压缸7开始逐渐增大压力，并推动水冷动模2，水冷动模2在压力驱动下向前移动3-20mm，对宽厚板坯进行挤压，使宽厚板坯表面与水冷动模2之间紧密贴合，提高二者之间的界面换热系数。凝固后期，液压缸5反向加压，使水冷动模2向后移动，增大宽厚板坯与水冷动模2之间的间隙至2-30mm，降低界面换热系数，使宽厚板坯表面温度升高，避免温度过低产生表面裂纹。监测宽厚板坯表面温度，当铸坯表面温度超过1000℃时，再次使水冷动模2向前移动，使之与宽厚板坯表面贴合，增加界面换热系数。待宽厚板坯完全凝固后，除去水冷组合模具，宽厚板坯热送至热处理炉中进行退火。
实施例1
板坯材质：Q345E；
板坯厚度：500mm；
钢水总重：30吨；
浇注时间：15min；
液压缸加压时间：浇注结束后20min，逐渐增大液压缸压力。
宽厚板坯单面最大压力：每个水冷动模布置4个液压缸，单个液压缸施加的最大压力为30吨，宽厚板坯单面承受的最大压力为120吨。
水冷动模前移距离：5mm。
液压缸保压时间：40min，保压结束后，液压缸反向施压，使水冷动模与宽厚板坯分离。
宽厚板坯与水冷动模间的间隙：10mm。
通过实施以上工艺，生产的宽厚板坯内部组织致密，无缩孔疏松缺陷，表面也没有产生裂纹。
实施例2
板坯材质：EH36；
板坯厚度：1000mm；
钢水总重：60吨；
浇注时间：30min；
液压缸加压时间：浇注结束后50min，逐渐增大液压缸压力。
宽厚板坯单面最大压力：每个水冷动模布置4个液压缸，单个液压缸施加的最大压力为90吨，宽厚板坯单面承受的最大压力为360吨。
水冷动模前移距离：12mm。
液压缸保压时间：90min，保压结束后，液压缸反向施压，使水冷动模与宽厚板坯分离。
宽厚板坯与水冷动模间的间隙：15mm。
后续通过监测铸坯表面温度发现，铸坯表面温度有较大回升，最高温度约1050℃，再次通过液压缸向前推动水冷动模，使模具与宽厚板坯表面紧密贴合，增大界面换热系数，提高冷却速度。此次单个液压缸最大压力为80吨，保压时间为60min。凝固后期，使水冷动模后移，调节宽厚板坯与水冷动模间的间隙控制在8-15mm间，直至宽厚板坯完全凝固，入炉退火。
如图2和图3所示，通过实施以上工艺生产的宽厚板坯，内部组织致密，无缩孔疏松缺陷，表面也没有产生裂纹。
比较例
采用同种钢液进行浇注，浇注之后，在冷却过程中，保持水冷动模不动。而其它条件不变的情况下，发现冒口补缩良好，厚板坯没有缩孔、疏松。但是，在厚板坯中间部位，出现了两条裂纹。经分析认为，这种热应力裂纹，主要是由于板坯在冷却过程中，在冷却后段，冷却强度过大，板坯表面温度过低造成的。通过与以上两个实施例的比较，突出了本发明中通过液压缸调节模具与宽厚板坯间隙，改变界面换热系数的工艺优越性。
综上，在宽厚板坯凝固前期，给组合式水冷动模一定的推力，使水冷动模与板坯表面贴合，增加界面换热，提高冷却速度，同时使宽厚板坯在压力下结晶凝固；凝固后期，使水冷动模向后移动，水冷动模与板坯之前形成缝隙，减小换热系数，降低冷却速度。通过该工艺既可以降低或消除宽厚板坯中心缩孔疏松，又可以避免表面裂纹的产生，最终获得了高质量的宽厚板坯。
Claims (3)
1.一种高质量宽厚板坯制造工艺，其特征在于：宽厚板坯在由前后左右的水冷动模和下部的水冷底盘组合式水冷模具组成的型腔内凝固；分体设置的水冷模具采用液压动力***进行驱动，实现水冷动模的前后移动，通过改变宽厚板坯与水冷动模间的缝隙来调节二者之间的界面换热系数，直至宽厚板坯完全凝固；
金属液浇注结束后10-60min或宽厚板坯凝固层厚度达到20-300mm时，利用液压动力***，使分体水冷动模向前推进，逐渐升高液压缸压力，对宽厚板坯进行挤压，宽厚板坯单面受到的挤压力为50-400吨；推动分体式水冷动模向前移动3-20mm，然后液压缸保压20-150min，尽量减小宽厚板坯表面与模具之间的缝隙，使二者保持紧密接触，增强界面换热；
液压缸保压20-150min后，降低液压缸压力，并使水冷动模与宽厚板坯分离，使二者之间的间隙达到2-30mm，减小宽厚板坯与模具之间的界面换热系数。
2.按照权利要求1所述的高质量宽厚板坯制造工艺，其特征在于：将熔炼好的金属液通过长水口浇注到型腔中，浇注过程中长水口跟随型腔内的金属液面逐渐向上移动，直至金属型腔被完全浇满。
3.按照权利要求1所述的高质量宽厚板坯制造工艺，其特征在于：监测宽厚板坯外表面温度，反复实施水冷动模的前后移动，直至宽厚板坯完全凝固。
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