CN111842827B - 铸坯中心偏析的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢铁冶金领域，特别涉及一种铸坯中心偏析的控制方法，该方法具体包括以下步骤：(1)制定与目标浇注钢种同种的合金钢丝；(2)根据中包钢液实际温度计算中包钢液热焓值；(3)根据中包钢液目标温度计算达到热平衡所需消耗的热量；(4)在中包钢液中喂入(1)中所述合金钢丝以补充所述热量。本发明通过有效降低连铸生产过程中的中包钢液浇铸温度，从而改善中心偏析问题，使得铸坯的均质性提升。

Description

铸坯中心偏析的控制方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，特别涉及一种铸坯中心偏析的控制方法。
背景技术
随着社会的飞速发展，钢铁材料作为应用最为普及的金属材料，其质量性能要求越来越高，这对钢铁产品坯料质量提出了更高的要求，包括坯料的化学成分均匀性、纯净性及致密性，其中化学成分均匀性的控制也称之为偏析控制，偏析控制一直以来是炼钢领域研究的重点及难点，化学成分的均匀直接影响到产品组织性能控制。例如，齿轮钢作为重要的动力传导构件，由于其服役环境的特性，要求齿轮钢具备高的压溃抗力、抗点蚀剥落能力、良好的耐冲击能力、耐弯冲能力、合适的淬透性、硬化层深度、良好的心部硬度、切削加工性、变形和尺寸稳定性。化学成分的均匀为产品加工过程中的组织性能均匀奠定重要基础，有利于加工及热处理过程中不发生弯曲变形等生产问题。而对于高碳硬线产品而言，中心严重的溶质富集将导致产品产生马氏体及二次渗碳体等异常微观组织，严重影响拉拔性能，会导致拉拔断丝等问题，影响质量稳定性及生产顺行；再如重轨钢，作为铁路运输建设重要材料，钢轨质量直接影响铁路运输的安全，钢轨质量的优劣对化学成分均匀性有重要要求，局部溶质富集会导致热处理及焊接接头产生硬质异常微观组织，在受载时成为疲劳裂纹源头，带来极大的安全隐患。由此可知，溶质均质性对钢铁材料质量的控制十分重要。
然而目前生产出来的钢材产品均质性不高，中心偏析直接影响了成品钢材的性能，如钢板拉伸试样断口容易出现拉裂或分层现象。
因此，亟待提供一种新的技术方案解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的钢材产品均质性不高的问题，提供一种铸坯中心偏析的控制方法，该方法通过有效降低连铸生产过程中的中包钢液浇铸温度，从而改善中心偏析问题，使得铸坯的均质性提升。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种铸坯中心偏析的控制方法，包括以下步骤：(1)制定与目标浇注钢种同种的合金钢丝；(2)根据中包钢液实际温度计算中包钢液热焓值；及(3)根据中包钢液目标温度计算达到热平衡所需消耗的热量；(4)在中包钢液中喂入(1)中所述合金钢丝以补充所述热量。
优选地，步骤(3)中所述中包钢液目标温度根据液相线温度确定。
优选地，所述液相线温度为1470-1472℃。
优选地，步骤(3)中所述热量由中包钢液降温焓变产生。
优选地，步骤(4)中喂丝的速度计算公式为：
Vc*S*7.5*1000*(HTc-HTm)＝△H＝π*r2*Vs*7.8*1000*(HTsm-HTsc)
其中，Vc为浇铸拉速；S为浇铸断面面积；Tc为中包钢液实际温度，HTc为中包钢液原始温度的热焓值；Tm为中包钢液目标温度，HTm为中包钢液目标温度的热焓值；△H为中包钢液降温焓变；r为合金钢丝半径；Vs为喂丝速度；HTsm为中包钢液达到目标温度时合金钢丝的热焓值；Tsc为合金钢丝初始温度，HTsc为合金钢丝处于初始温度时的热焓值。
优选地，所述喂丝速度参考浇铸速度、中包各铸流单位时间浇铸钢液量确定。
优选地，所述浇铸拉速为1.8-1.9m/min。
优选地，所述喂丝速度为1.50-4.39m/min。
优选地，所述喂丝的速度计算公式中相关热物性参数可通过软件计算得出。
优选地，步骤(4)具体通过喂丝机执行。
本发明所述的技术方案，通过制定与目标浇注钢种同种的合金钢丝，根据中包钢液实际温度计算中包钢液热焓值，及根据中包钢液目标温度计算达到热平衡所需消耗的热量，并在中包钢液中喂入所述合金钢丝以补充所述热量。即本发明通过有效降低连铸生产过程中的中包钢液浇铸温度，从而改善中心偏析问题，使得铸坯的均质性提升。
具体实施方式
以下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。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种铸坯中心偏析的控制方法，该方法包括以下步骤：
(1)制定与目标浇注钢种同种的合金钢丝；
(2)根据中包钢液实际温度计算中包钢液热焓值；
(3)根据中包钢液目标温度计算达到热平衡所需消耗的热量；
(4)在中包钢液中喂入(1)中所述合金钢丝以补充所述热量。
本发明所述的技术方案，通过制定与目标浇注钢种同种的合金钢丝，根据中包钢液实际温度计算中包钢液热焓值，及根据中包钢液目标温度计算达到热平衡所需消耗的热量，并在中包钢液中喂入所述合金钢丝以补充所述热量。即本发明通过有效降低连铸生产过程中的中包钢液浇铸温度，从而改善中心偏析问题，使得铸坯的均质性提升。
本发明步骤(1)中合金钢丝的选取与目标浇注钢种一致，避免将杂质元素引入中包钢液，导致生成的铸坯成分不合格。
步骤(2)将中包钢液实际温度代入热力学计算公式运算，能够得到中包钢液热焓值。
步骤(3)中根据中包钢液目标温度(Tm)，通过热力学计算公式能够得到在目标温度下中包钢液的热焓值(HTm)，结合中包钢液实际温度(即钢液转到中包的原始温度，Tc)下的中包钢液热焓值(HTc)，从而得出热平衡需要消耗的热量(△H)，即达到中包钢液目标温度需要合金钢丝提供的热量。
步骤(4)通过喂丝机执行喂丝操作，实现通过喂丝以补充中包钢液达到目标温度需要的热量。
具体地，步骤(4)中喂丝的速度计算公式为：
Vc*S*7.5*1000*(HTc-HTm)＝△H＝π*r2*Vs*7.8*1000*(HTsm-HTsc)
其中，Vc为浇铸拉速(m/min)；S为浇铸断面面积(m2)；Tc为中包钢液实际温度，HTc为中包钢液原始温度的热焓值(kJ/kg)；Tm为中包钢液目标温度，HTm为中包钢液目标温度的热焓值(kJ/kg)；△H为中包钢液降温焓变，维持热平衡所需消耗的热量，与钢丝升温焓变数值相等；r为合金钢丝半径(m)；Vs为喂丝速度(m/min)；HTsm为中包钢液达到目标温度时合金钢丝的热焓值(kJ/kg)，其数值与钢液目标温度的热焓值HTm大小相等；Tsc为合金钢丝初始温度，HTsc为合金钢丝处于初始温度时的热焓值(kJ/kg)。
利用上述公式计算喂丝速度时，相关热物性参数(如HTc、HTm、△H)可通过软件直接计算获得。
所述中包钢液目标温度根据液相线温度(又称初晶温度，指物体开始由液态变为固态的最高温度)确定，具体取值需要结合钢种具体化学成分及各项工艺参数确定。本发明中液相线温度优选为1470-1472℃，当然，不限于此，只要能够达到降低连铸生产过程中的中包钢液浇铸温度的目的，从而改善铸坯中心偏析问题即可。
所述喂丝速度需要参考浇铸速度、中包各铸流单位时间浇铸钢液量确定，具体数值需要将各个参数代入喂丝的速度计算公式求出。本发明中，所述浇铸拉速优选为1.8-1.9m/min，所述喂丝速度优选为1.50-4.39m/min，当然，不限于此，具体取值可依据连铸工艺的不同灵活选用，只要能够达到降低连铸生产过程中的中包钢液浇铸温度，从而改善铸坯中心偏析问题，使得铸坯的均质性提升即可。
本发明所述的技术方案，通过制定与目标浇注钢种同种的合金钢丝，根据中包钢液实际温度计算中包钢液热焓值，及根据中包钢液目标温度计算达到热平衡所需消耗的热量，并在中包钢液中喂入所述合金钢丝以补充所述热量。即本发明通过有效降低连铸生产过程中的中包钢液浇铸温度，从而改善中心偏析问题，使得铸坯的均质性提升。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
该实施例是某炼钢厂采用本技术发明的方法生产160mm×160mm断面SWRH82B硬线制品材。
具体执行流程为：浇铸拉速Vc＝1.8m/min；浇铸断面面积S＝0.16*0.16＝0.0256m2；中包钢液原始温度的热焓值HTc＝1261.2kJ/kg；中包钢液目标温度的热焓值HTm＝1258.0kJ/kg；合金钢丝半径r＝0.005m；中包钢液处于目标温度时合金钢丝的热焓值HTsm＝HTm＝1258.0(kJ/kg)，合金钢丝初始温度时的热焓值HTsc＝50kJ/kg。
代入喂丝速度计算公式，计算得出喂丝速度Vs为1.50m/min。同时连铸生产中铸流位置处的浇铸温度能够从1479℃降低至1475℃，结合钢种具体化学成分计算其液相线温度为1470℃。
本发明除上述关键技术点必须按要求执行实施外，需要其他连铸***工艺按常规执行配合实施。
通过对本实施例的试验铸坯进行钻样偏析化学检验，能够得出结论：铸坯等轴晶区长度比例达到铸坯断面尺寸的48.2％，中心C元素偏析度达到1.06。铸坯角部质量良好、坯壳厚度沿周向均匀分布，铸坯全断面均质性较好，中心疏松、中心偏析低倍质量评级指标控制较优。产品中心无微观马氏体异常组织，拉拔过程顺行。
实施例2
该实施例是某炼钢厂采用本技术发明的方法生产160mm×160mm断面SWRH82B硬线制品材。
具体执行流程为：浇铸拉速Vc＝1.7-1.8m/min；浇铸断面面积S＝0.16*0.16＝0.0256m2；中包钢液原始温度的热焓值HTc＝1270.1kJ/kg；中包钢液目标温度的热焓值HTm＝1261.2kJ/kg；合金钢丝半径r＝0.005m；中包钢液处于目标温度时钢丝的热焓值HTsm＝HTm＝1261.2(kJ/kg)，合金钢丝初始温度时的热焓值HTsc＝50kJ/kg。
代入喂丝速度计算公式，计算得出喂丝速度Vs为3.93-4.16m/min。铸流位置处的浇铸温度能够从1498℃降低至1479℃，结合钢种具体化学成分计算其液相线温度为1472℃。
本发明除上述关键技术点必须按要求执行实施外，需要其他连铸***工艺按常规执行配合实施。
通过对本实施例的试验铸坯进行钻样偏析化学检验，能够得出结论：铸坯等轴晶区长度比例达到铸坯断面尺寸的45.2％，中心C元素偏析度达到1.08。铸坯角部质量良好、坯壳厚度沿周向均匀分布，铸坯全断面均质性较好，中心疏松、中心偏析低倍质量评级指标控制较优。产品中心无微观马氏体异常组织，拉拔过程顺行。
实施例3
该实施例是某炼钢厂采用本技术发明的方法生产160mm×160mm断面SWRH82B硬线制品材。
具体执行流程为：浇铸拉速Vc＝1.8-1.9m/min；浇铸断面面积S＝0.16*0.16＝0.0256m2；中包钢液原始温度的热焓值HTc＝1270.1kJ/kg；中包钢液目标温度的热焓值HTm＝1261.2kJ/kg；合金钢丝半径r＝0.005m；中包钢液处于目标温度时合金钢丝的热焓值HTsm＝HTm＝1263.2(kJ/kg)，合金钢丝初始温度时的热焓值HTsc＝50kJ/kg。
代入喂丝速度计算公式，计算得出喂丝速度Vs为4.16-4.39m/min。铸流位置处的浇铸温度能够从1498℃降低至1481℃，结合钢种具体化学成分计算其液相线温度为1471℃。
本发明除上述关键技术点必须按要求执行实施外，需要其他连铸***工艺按常规执行配合实施。
通过对本实施例的试验铸坯进行钻样偏析化学检验，能够得出结论：铸坯等轴晶区长度比例达到铸坯断面尺寸的45.7％，中心C元素偏析度达到1.07。铸坯角部质量良好、坯壳厚度沿周向均匀分布，铸坯全断面均质性较好，中心疏松、中心偏析低倍质量评级指标控制较优。产品中心无微观马氏体异常组织，拉拔过程顺行。
上述实施例说明，通过采用本技术发明后，160mm×160mm断面SWRH82B高碳硬线制品材用钢小方坯连铸实现了低成本的浇铸温度控制，实现低温浇铸，铸坯质量控制良好，铸坯角部零缺陷，坯壳厚度沿周向均匀分布，铸坯全断面均质性较好，中心疏松、中心偏析低倍质量评级指标控制较优，产品中心无微观马氏体异常组织，拉拔过程顺行。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制定与目标浇注钢种同种的合金钢丝；
(2)根据中包钢液实际温度计算中包钢液热焓值；
(3)根据中包钢液目标温度计算达到热平衡所需消耗的热量；
(4)在中包钢液中喂入(1)中所述合金钢丝以补充所述热量；
步骤(4)中喂丝的速度计算公式为：
Vc*S*7.5*1000*(HTc-HTm)＝△H＝π*r2*Vs*7.8*1000*(HTsm-HTsc)
其中，Vc为浇铸拉速；S为浇铸断面面积；Tc为中包钢液实际温度，HTc为中包钢液原始温度的热焓值；Tm为中包钢液目标温度，HTm为中包钢液目标温度的热焓值；△H为中包钢液降温焓变；r为合金钢丝半径；Vs为喂丝速度；HTsm为中包钢液达到目标温度时合金钢丝的热焓值；Tsc为合金钢丝初始温度，HTsc为合金钢丝处于初始温度时的热焓值；
所述浇铸拉速为1.8-1.9m/min；
所述喂丝速度为1.50-4.39m/min。
2.根据权利要求1所述的铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，步骤(3)中所述中包钢液目标温度根据液相线温度确定。
3.根据权利要求2所述的铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，所述液相线温度为1470-1472℃。
4.根据权利要求1所述的铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，步骤(3)中所述热量由中包钢液降温焓变产生。
5.根据权利要求1所述的铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，所述喂丝速度参考浇铸速度、中包各铸流单位时间浇铸钢液量确定。
6.根据权利要求1所述的铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，所述喂丝的速度计算公式中相关热物性参数可通过软件计算得出。
7.根据权利要求1所述的铸坯中心偏析的控制方法，其特征在于，步骤(4)具体通过喂丝机执行。
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