CN102343429B - 圆坯连铸方法和圆坯连铸*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种圆坯连铸方法，该方法包括：将钢水从中间包浇注至管式圆坯结晶器，形成未完全凝固的铸坯，然后将该未完全凝固的铸坯以拉速V_c从管式结晶器中拉出并依次经过二次冷却区和空冷区，最后得到完全凝固的铸坯，其中，在二次冷却区中使用依次设置的五个喷淋冷却段进行二次冷却，所述五个喷淋冷却段的单位面积上的铸坯冷却强度(L/(min·m²))分别为：

本发明还提供种圆坯连铸***。通过根据拉速确定沿连铸方向设置的不同喷淋段的单位面积上的铸坯冷却强度，能够在连铸坯壳凝固、冷却并逐渐变厚的过程中使坯壳冷却均匀，防止大圆管坯产生中心裂纹等内部缺陷。

Description

圆坯连铸方法和圆坯连铸***

技术领域

本发明涉及圆坯连铸方法和圆坯连铸***。

背景技术

圆管坯的质量在无缝钢管生产中起着关键作用，通常使用圆坯连铸的方式生产圆管坯。连铸圆管坯的内部质量直接影响着钢管质量及轧管的成材率。尤其是当连铸圆管坯存在中心裂纹等内部缺陷时，极易造成圆管坯在穿管时产生内折叠(即钢管内表面存在着重叠层)缺陷。如果能够消除连铸坯的中心裂纹，则将显著减少甚至消除轧管内折叠缺陷，可以大幅度提高轧管成材率。

连铸过程中，如图1所示，来自钢包1的钢水从中间包2中浇注至管式圆坯结晶器3，形成未完全凝固的铸坯，然后将该未完全凝固的铸坯以一定的拉速从管式圆坯结晶器3中拉出并依次经过二次冷却区和空冷区9，最后得到完全凝固的铸坯。继续拉动铸坯并在拉矫段10和水平段11进行拉矫和整型，从而得到圆管坯。

其中，在二次冷却区中依次设置有多个喷淋冷却段，每个喷淋冷却段设置有多个喷雾冷却装置，以对铸坯进行喷水冷却(即二次冷却)。各喷淋冷却段的冷却强度(例如单位面积上的铸坯冷却强度或者比水量)的控制非常关键。如果控制不好，由于圆管坯的比表面积较小，散热较其它形状断面的铸坯慢，连铸钢水经结晶器凝固后形成的带液芯凝固坯壳通过二次冷却区时，坯壳外表面温度低，中心液体温度高，在凝固前沿固液界面处的强度和塑性均较低，连铸圆管坯受到的因铸坯冷却不均造成热应力的影响较敏感。因此，连铸圆管坯产生中心裂纹、中间裂纹等内部缺陷的趋向性均高于其它断面形状的铸坯。

又由于用于连铸圆管坯的34CrMo4、30CrMo等气瓶钢属于中碳铬钼合金钢，导热性差。若连铸时冷却强度太大，则会增大铸坯断面上从内向外的温差，因而会产生的较大热应力。这将增加铸坯产生中心裂纹、中间裂纹等内部缺陷的趋势。特别地，铸坯断面尺寸越大，越易产生内部裂纹缺陷。但如果连铸冷却强度不足，将造成凝固坯壳薄，导致铸坯在高温下的强度低，使得坯壳发生蠕变而产生鼓肚。这将导致枝晶间杂质富集的钢液向液相穴的芯部移动，进而产生疏松、偏析、缩孔等内部缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是消除或减少圆管坯中心裂纹、疏松、偏析等内部缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供一种圆坯连铸方法，该方法包括：将钢水从中间包浇注至管式圆坯结晶器，形成未完全凝固的铸坯，然后将该未完全凝固的铸坯以拉速V_c从管式结晶器中拉出并依次经过二次冷却区和空冷区，以得到完全凝固的铸坯，其中，在二次冷却区中使用依次设置的五个喷淋冷却段进行二次冷却，所述五个喷淋冷却段的单位面积上的铸坯冷却强度(L/(min·m²))分别为：

$q_2=407V_c^2+173V_c+63,$ $q_3=104V_c^2+63V_c+22,$ $q_4=48V_c^2+41V_c+8,$

$q_5=-23V_c^2+51V_c-6.$

本发明还提供一种圆坯连铸***，该圆坯连铸***包括管式结晶器、二次冷却区、空冷区、拉矫段和水平段，钢水从所述中间包浇注至所述管式圆坯结晶器，形成未完全凝固的铸坯，该未完全凝固的铸坯以拉速V_c从所述管式圆坯结晶器中拉出并依次经过所述二次冷却区和所述空冷区，以得到完全凝固的铸坯，并依次经过所述拉矫段和所述水平段进行拉矫和整型，其中，所述二次冷却区包括五个喷淋冷却段，每个喷淋冷却段包括多个可调节强度的喷嘴，所述五个喷淋冷却段的单位面积上的铸坯冷却强度(L/(min·m²))分别为：

$q_3=104V_c^2+63V_c+22,$ $q_4=48V_c^2+41V_c+8,$ $q_5=-23V_c^2+51V_c-6.$

通过本发明的上述技术方案，根据拉速确定沿连铸方向设置的不同喷淋段的单位面积上的铸坯冷却强度，能够在连铸坯壳凝固、冷却并逐渐变厚的过程中使坯壳冷却均匀，从而有效减少凝固坯壳的内外温差，降低坯壳的热应力，防止大圆管坯产生中心裂纹等内部缺陷。另外，通过合理分配冷却强度，能够总体上采用更小的冷却强度，从而减少铸坯产生热裂纹的几率；同时可使凝固速度减缓，有效抑制柱状晶生长、减小柱状晶区宽度并扩大中心等轴晶区宽度，从而防止铸坯形成穿晶结构，以明显改善圆管坯内部结晶组织结构、消除中心裂纹、减轻中心偏析和中心疏松。

本发明的圆坯连铸方法可使大圆坯中心疏松≤1.0级、中心偏析≤0.5级，还可以消除铸坯的中心裂纹、中间裂纹等其它内部缺陷，从而消除了因连铸坯内部质量不良造成的圆管坯穿管时产生的内折叠缺陷，因而大幅度提高了轧管成材率。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是显示圆坯连铸过程的示意图。

附图标记说明

1：钢包                2：中间包

3：管式圆坯结晶器      4：第一喷淋冷却段

5：第二喷淋冷却段      6：第三喷淋冷却段

7：第四喷淋冷却段      8：第五喷淋冷却段

9：空冷区              10：拉矫段

11：水平段

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明的圆坯连铸方法包括：将钢水从中间包浇注至管式圆坯结晶器，形成未完全凝固的铸坯，然后将该未完全凝固的铸坯以拉速V_c从管式结晶器中拉出并依次经过二次冷却区和空冷区，最后得到完全凝固的铸坯，其中，在二次冷却区中使用依次设置的五个喷淋冷却段进行二次冷却，所述五个喷淋冷却段的单位面积上的铸坯冷却强度(L/(min·m²))分别为：

$q_4=48V_c^2+41V_c+8,$ $q_5=-23V_c^2+{51V}_c-6.$

本发明还提供一种圆坯连铸***，该圆坯连铸***包括管式结晶器、二次冷却区、空冷区、拉矫段和水平段，钢水从所述中间包浇注至所述管式圆坯结晶器，形成未完全凝固的铸坯，该未完全凝固的铸坯以拉速V_c从所述管式圆坯结晶器中拉出并依次经过所述二次冷却区和所述空冷区，以得到完全凝固的铸坯，并依次经过所述拉矫段和所述水平段进行拉矫和整型，其中，所述二次冷却区包括五个喷淋冷却段，每个喷淋冷却段包括多个可调节强度的喷嘴，所述五个喷淋冷却段的单位面积上的铸坯冷却强度(L/(min·m²))分别为：

$q_3=104V_c^2+63V_c+22,$ $q_4=48V_c^2+41V_c+8,$ $q_5=-23V_c^2+51V_c-6.$

其中，根据不同的圆坯直径可以选择不同冷却面积(长度、宽度)的喷淋冷却段。例如，连铸较大直径的圆坯时，使用L1、L2、L3、L4和L5较大的铸机；反之亦然。优选地，所述五个喷淋冷却段的长度可以分别为：L1＝0.3-0.5m、L2＝0.2-0.6m、L3＝0.3-0.6m、L4＝1.5-3.5m、L5＝2.0-4.0m。另外，喷淋冷却段的宽度也可以随圆坯直径相应调整(例如喷淋冷却段的宽度可以与圆坯直径相同)

其中，V_c可以为0.2-0.7m/min，该拉速完全适于常规的圆坯连铸工艺使用。另外，所述铸坯可以为各种适当的钢的铸坯，例如可以是气瓶钢铸坯。优选地，所述气瓶钢可以为中碳铬钼合金钢。另外，本发明可以适用于大多数圆管坯的连铸，所述铸坯的直径可以为388-450mm。

下面以34CrMo4和30CrMo为例说明本发明的圆坯连铸方法。

实施例1

使用34CrMo4连铸直径为430mm的圆管坯。其中，管式圆坯结晶器上口尺寸443mm，下口尺寸440mm，长度700mm；二次冷却区中第一喷淋冷却段4、第二喷淋冷却段5、第三喷淋冷却段6、第四喷淋冷却段7、第五喷淋冷却段8的长度分别为0.35m、0.4m、0.4m、2.0m和3.0m；各喷淋冷却段的宽度相同，均为430mm。34CrMo4的成分如表1所示。

表1

连铸时：浇注温度为1560℃；拉速V_c为0.2m/min。各喷淋段的冷却强度，根据本发明的圆坯连铸方法确定并在合理的范围内进行误差调整后，各喷淋冷却段的单位面积上的铸坯冷却强度如表2(表2中数值为四舍五入的整数)所示。

表2

另外，根据本发明的方法计算得到表2中的数值后，可以根据设备的实际情况进行误差调整。具体地，各喷淋冷却段的误差为±6，例如：第一喷淋冷却段4的误差为±1，第二喷淋冷却段5的误差为±6，第三喷淋冷却段6的误差为±2，第四喷淋冷却段7的误差为±1，第五喷淋冷却段8的误差为±3。

根据各喷淋冷却段的铸坯冷却强度可以得到比水量为0.16L/kg，圆管坯在二次冷却区的五个喷淋冷却段内的表面温度为965-1070℃，沿拉速方向单位长度上的铸坯温降速度为40-122℃/m，单位长度上的铸坯回温速度为8-52℃/m。

浇铸完毕后，对生产的圆管坯进行表面质量和低倍组织检验，检验结果表明圆管坯表面无纵裂纹和横裂纹等表面缺陷，表面无清理率达100％，铸坯中心疏松≤1.0级、中心偏析≤0.5级，无中心裂纹、中间裂纹等其它内部缺陷，由圆管坯轧成的钢管无内折叠缺陷、轧管成材率达到92.57％。

实施例2

采用实施例1的方法连铸圆管坯。

连铸时：浇注温度为1550℃；拉速V_c为0.4m/min。

各喷淋段的冷却强度，根据本发明的圆坯连铸方法确定并在合理的范围内进行误差调整后，各喷淋冷却段的单位面积上的铸坯冷却强度如表3(表3中数值为四舍五入的整数)所示。

表3

另外，根据本发明的方法计算得到表2中的数值后，可以根据设备的实际情况进行误差调整。具体地，各喷淋冷却段的误差为±6，例如：第一喷淋冷却段4的误差为±1，第二喷淋冷却段5的误差为±6，第三喷淋冷却段6的误差为±2，第四喷淋冷却段7的误差为±1，第五喷淋冷却段8的误差为±3。

根据各喷淋冷却段的铸坯冷却强度可以得到比水量为0.18L/kg，圆管坯在二次冷却区的五个喷淋冷却段内的表面温度为975-1080℃，沿拉速方向单位长度上的铸坯温降速度为36-109℃/m，单位长度上的铸坯回温速度为36-64℃/m。

浇铸完毕后，对生产的圆管坯进行表面质量和低倍组织检验，检验结果表明圆管坯表面无纵裂纹和横裂纹等表面缺陷，表面无清理率达100％，铸坯中心疏松≤1.0级、中心偏析≤0.5级，无中心裂纹、中间裂纹等其它内部缺陷，由圆管坯轧成的钢管无内折叠缺陷、轧管成材率达到92.45％。

实施例3

采用实施例1的方法连铸圆管坯。

连铸时：浇注温度为1540℃；拉速V_c为0.7m/min。

各喷淋段的冷却强度，根据本发明的圆坯连铸方法确定并在合理的范围内进行误差调整后，各喷淋冷却段的单位面积上的铸坯冷却强度如表4(表4中数值为四舍五入的整数)所示。

表4

另外，根据本发明的方法计算得到表2中的数值后，可以根据设备的实际情况进行误差调整。具体地，各喷淋冷却段的误差为±6，例如：第一喷淋冷却段4的误差为±1，第二喷淋冷却段5的误差为±6，第三喷淋冷却段6的误差为±2，第四喷淋冷却段7的误差为±1，第五喷淋冷却段8的误差为±3。

根据各喷淋冷却段的铸坯冷却强度可以得到比水量为0.22L/kg，圆管坯在二次冷却区的五个喷淋冷却段内的表面温度为980-1090℃，沿拉速方向单位长度上的铸坯温降速度为25-94℃/m，单位长度上的铸坯回温速度为20-77℃/m。

浇铸完毕后，对生产的圆管坯进行表面质量和低倍组织检验，检验结果表明圆管坯表面无纵裂纹和横裂纹等表面缺陷，表面无清理率达100％，铸坯中心疏松≤1.0级、中心偏析≤0.5级，无中心裂纹、中间裂纹等其它内部缺陷，由圆管坯轧成的钢管无内折叠缺陷、轧管成材率达到92.22％。

实施例5

采用实施例1的方法使用30CrMo连铸直径为430mm的圆管坯，浇注温度为1540～1560℃，30CrMo的成分如表5所示。

表5

浇铸完毕后，对生产的圆管坯进行表面质量和低倍组织检验，检验结果表明圆管坯表面无纵裂纹和横裂纹等表面缺陷，表面无清理率达100％，铸坯中心疏松≤1.0级、中心偏析≤0.5级，无中心裂纹、中间裂纹等其它内部缺陷，由圆管坯轧成的钢管无内折叠缺陷、轧管成材率达到92.57％。

实施例6

采用实施例1的方法使用30CrMo连铸直径为388mm的圆管坯。其中，管式圆坯结晶器上口尺寸401mm，下口尺寸398mm，长度700mm；二次冷却区中第一喷淋冷却段4、第二喷淋冷却段5、第三喷淋冷却段6、第四喷淋冷却段7、第五喷淋冷却段8的长度分别为0.3m、0.2m、0.3m、1.5m和2.0m。

圆管坯在二次冷却区的五个喷淋冷却段内的表面温度为965-1070℃，沿拉速方向单位长度上的铸坯温降速度为40-122℃/m，单位长度上的铸坯回温速度为8-52℃/m。

浇铸完毕后，对生产的圆管坯进行表面质量和低倍组织检验，检验结果表明圆管坯表面无纵裂纹和横裂纹等表面缺陷，表面无清理率达100％，铸坯中心疏松≤1.0级、中心偏析≤0.5级，无中心裂纹、中间裂纹等其它内部缺陷，由圆管坯轧成的钢管无内折叠缺陷、轧管成材率达到93.68％。

实施例7

采用实施例1的方法使用30CrMo连铸直径为450mm的圆管坯。其中，管式圆坯结晶器上口尺寸463mm，下口尺寸460mm，长度700mm；二次冷却区中第一喷淋冷却段4、第二喷淋冷却段5、第三喷淋冷却段6、第四喷淋冷却段7、第五喷淋冷却段8的长度分别为0.5m、0.6m、0.6m、3.5m和4.0m；各喷淋冷却段的宽度相同，均为450mm。

圆管坯在二次冷却区的五个喷淋冷却段内的表面温度为965-1070℃，沿拉速方向单位长度上的铸坯温降速度为40-122℃/m，单位长度上的铸坯回温速度为8-52℃/m。

浇铸完毕后，对生产的圆管坯进行表面质量和低倍组织检验，检验结果表明圆管坯表面无纵裂纹和横裂纹等表面缺陷，表面无清理率达100％，铸坯中心疏松≤1.0级、中心偏析≤0.5级，无中心裂纹、中间裂纹等其它内部缺陷，由圆管坯轧成的钢管无内折叠缺陷、轧管成材率达到92.18％。

需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，可以通过任何合适的方式进行任意组合，其同样落入本发明所公开的范围之内。另外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.圆坯连铸方法，该方法包括：将钢水从中间包浇注至管式圆坯结晶器，形成未完全凝固的铸坯，然后将该未完全凝固的铸坯以拉速V_c从所述管式圆坯结晶器中拉出并依次经过二次冷却区和空冷区，以得到完全凝固的铸坯，

其特征在于，在二次冷却区中使用依次设置的五个喷淋冷却段进行二次冷却，所述五个喷淋冷却段的单位面积上的铸坯冷却强度（L/(min·m²)）分别为： $q_1=166V_c^2+196V_c+19,$ $q_2=407V_c^2+173V_c+63,$ $q_3=104V_c^2+63V_c+22,$ $q_4=48V_c^2+41V_c+8,$ $q_5=-23V_c^2+51V_c-6.$

2.根据权利要求1所述的圆坯连铸方法，其中，所述五个喷淋冷却段的长度分别为：L1=0.3-0.5m、L2=0.2-0.6m、L3=0.3-0.6m、L4=1.5-3.5m、L5=2.0-4.0m。

3.根据权利要求1所述的圆坯连铸方法，其中，所述拉速V_c为0.2-0.7m/min。

4.根据权利要求3所述的圆坯连铸方法，其中，所述铸坯为气瓶钢铸坯。

5.根据权利要求4所述的圆坯连铸方法，其中，所述气瓶钢为中碳铬钼合金钢。

6.根据权利要求5所述的圆坯连铸方法，其中，所述中碳铬钼合金钢为34CrMo4或30CrMo。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的圆坯连铸方法，其中，所述铸坯的直径为388-450mm。