CN113134585A - 一种外场协同控制作用下的均质化方坯连铸生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种外场协同控制作用下的均质化方坯连铸生产方法，属于炼钢‑连铸领域。钢液从方坯连铸机的中间包经过浸入式水口流入结晶器，依次经过结晶器、二冷区各区、空冷区，不断冷却凝固，直至完全凝固，凝固末端进行线性电磁搅拌或旋转型电磁搅拌，电磁搅拌位置为铸坯中心固相率0.1～0.2处；同时在方坯连铸机的凝固末端进行机械压下，压下位置为铸坯中心固相率0.3～0.7处，压下量为铸坯厚度的5％～6％，制得均质化方坯。本发明通过末端线性电磁搅拌和机械压下的协同控制，避免了传统的单一作用方式对偏析改善有限的问题，促进纵向方向的钢液流动，混匀机械压下排除的浓缩钢液，从而显著改善铸坯的中心偏析，达到连铸坯均质化控制的目的。

Description

一种外场协同控制作用下的均质化方坯连铸生产方法
技术领域：
本发明属于炼钢-连铸技术领域，具体涉及一种外场协同控制作用下的均质化方坯连铸生产方法。
背景技术：
连铸方坯作为生产轴承、弹簧和帘线等特殊用钢产品的基料，其质量尤其是内部质量将直接影响成材率和产品质量。另外，在连铸凝固过程中，由于溶质元素在固相和液相中溶解度的差异和其在固相中扩散行为，溶质元素不断地从固相向液相中排出，从而形成偏析，且越靠近凝固末端，溶质元素在液相中的富集程度越严重。方坯凝固末端液芯形貌呈锥形,凝固枝晶容易搭接，形成“小钢锭”结构，从而阻碍凝固末端富含溶质元素的钢液与上游钢液交换，同时在凝固末期由于方坯中心冷却速率大于表面冷却速率而收缩产生空穴，由于空穴内负压作用，吸收周围尤其是枝晶间富含溶质元素的钢液，而产生中心偏析。另外,“小钢锭”结构阻碍上游钢液补充方坯中心空穴，导致中心缩孔的产生，同时随着凝固末期坯壳厚度增加对传热的阻碍作用，而导致冷却速率下降，促使中心等轴晶区较为稀疏，产生中心疏松。方坯连铸均质化控制成为冶金行业追求的主要方向之一。
传统的连铸坯均质化控制技术主要是电磁搅拌和机械压下，其中凝固末端电磁搅拌能够混匀糊状区浓缩钢液，机械压下能够挤压糊状区浓缩钢液，补偿凝固收缩，两者都对铸坯的均质化起到一定的效果。虽然很多连铸机已同时装配了凝固末端电磁搅拌和机械压下技术，但传统的凝固末端电磁搅拌采用旋转型搅拌模式，铸坯中心区域存在死区，偏析的改善有限，同时机械压下排出的浓缩钢液未能得到充分混匀，偏析的改善也有限，不能实现铸坯均质化控制的工艺目标。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种外场协同控制作用下的均质化方坯连铸生产方法，通过末端线性电磁搅拌与机械压下的协同控制技术，实现方坯连铸的均质化控制，从而提高铸坯质量。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种外场协同控制作用下的均质化方坯连铸生产方法，包括如下步骤：
钢液从方坯连铸机的中间包经过浸入式水口流入结晶器，依次经过结晶器、二冷区各区、空冷区，不断冷却凝固，直至完全凝固，其中，所述的方坯连铸机的凝固末端设有电磁搅拌器，进行电磁搅拌，其中，所述的电磁搅拌为线性电磁搅拌或旋转型电磁搅拌，所述的电磁搅拌的电流强度为200～500A，电流频率为5～7Hz，所述的电磁搅拌位置为铸坯中心固相率0.1～0.2处；同时在方坯连铸机的凝固末端进行机械压下，所述的压下位置为铸坯中心固相率0.3～0.7处，所述的机械压下压下量为铸坯厚度的5％～6％，制得均质化方坯。
所述的方法中，铸坯进入凝固末端之后，根据铸坯中心固相率确定线性电磁搅拌位置和机械压下位置。
所述的方法中，所述的电磁搅拌为线性电磁搅拌。
所述的方法中，电磁搅拌的电流强度为300A，电流频率为6Hz。
本发明的外场协同控制作用下，方坯的凝固末端进行线性电磁搅拌，促进钢液在纵向方向的旋转流动，可以打碎柱状晶，促进等轴晶的形核；相比于旋转型电磁搅拌，能够避免中心死区的出现，更有利于钢液的混匀，改善铸坯的中心偏析；同时机械压下抑制钢液向拉坯方向流动，促进浓缩钢液向上游排出，排出的钢液被电磁搅拌进一步混匀，从而大大改善了铸坯的中心偏析。
本发明的有益效果：
本发明提供的外场协同控制作用下的均质化方坯连铸生产方法，在连铸方坯凝固末端进行电磁搅拌和机械压下，尤其以线性电磁搅拌与机械压下相结合，通过两种外场的协同控制，有利于促进纵向方向的钢液流动，混匀机械压下排出的浓缩钢液，从而显著改善铸坯的中心偏析；补偿凝固收缩，抑制缩孔生长，从而改善铸坯的中心疏松与中心缩孔；两种工艺协同控制，综合实现方坯连铸的均质化控制，从而提高铸坯的质量。
附图说明：
图1为本发明实施例4的外场协同控制作用下的均质化方坯连铸生产工艺示意图；
图2为本发明实施例4中线性电磁搅拌与机械压下的位置示意图；
图3为本发明实施例中采用的旋转型电磁搅拌与线性电磁搅拌对比示意图，其中，(a)为旋转型电磁搅拌，(b)为线性电磁搅拌；
图4为本发明实施例1-4中所制备的方坯中心C偏析率对比图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
针对某钢厂铸机参数和连铸参数，实施例1-4中的钢种元素成分、热物性参数和生产参数、铸机主要技术参数、二冷区各段长度、水量和中心固相率如表1～表4所示。
表1钢种元素成分及质量占比
成分 C Si Mn P S Cr Fe
含量(wt％) 0.19 0.24 0.89 0.016 0.001 1.08 余量
表2所选钢种的热物性参数和生产参数
物性参数 数值 生产参数 数值
固相线温度 1757K 拉坯速度 1.70m/s
液相线温度 1783K 浇铸温度 1803K
潜热 272e<sup>3</sup>J/kg 过热度 20℃
导热系数 31W/m/℃
比热 680J/kg/℃
密度 7000kg/m<sup>3</sup>
粘度 5.5e<sup>-3</sup>J/kg
表3铸机主要参数
参数 数值
铸坯断面尺寸，mm 160mm×160mm
水口浸入深度，mm 120mm
结晶器有效高度，mm 800mm
水口入口截面积 1323mm<sup>2</sup>
表4二冷区各段长度及水量
二冷区 一区 二区 三区 四区
长度(m) 0.31 2.73 2.57 2.89
水量(L/min) 70.88 65.24 37.48 24.77
中心固相率 0 0 0.102 0.647
表5实施例1-4与弯月面不同距离的方坯中心C偏析率
Figure BDA0003029533540000041
Figure BDA0003029533540000051
实施例1，使用旋转型末端电磁搅拌技术，不使用机械压下技术，电磁搅拌的作用位置为距离弯月面7.6m，中心固相率为0.102，所通电流的电流强度为300A，电流频率为6Hz，其他参数如表1～表4所示。本实施例所得铸坯中心偏析率如图4方坯中心C偏析率对比图和表5所示。
实施例2，使用线性末端电磁搅拌技术，不使用机械压下技术，电磁搅拌的作用位置为距离弯月面7.6m，中心固相率为0.102，所通电流的电流强度为300A，电流频率为6Hz，其他参数如表1～表4所示。本实施例所得铸坯中心偏析率如图4方坯中心C偏析率对比图和表5所示。
实施例3，使用旋转型末端电磁搅拌技术，使用机械压下技术，电磁搅拌的使用位置为距离弯月面7.6m，中心固相率为0.102，所通电流的电流强度为300A，电流频率为6Hz，机械压下的使用位置为距离弯月面9.5m，中心固相率为0.647，机械压下的压下量为铸坯厚度的5％，其他参数如表1～表4所示。本实施例所得铸坯中心偏析率如图4方坯中心C偏析率对比图和表5所示。
实施例4，外场协同控制作用下的均质化方坯连铸生产工艺示意图如图1所示，使用线性末端电磁搅拌技术，使用机械压下技术，电磁搅拌的使用位置为距离弯月面7.6m，中心固相率为0.102，所通电流的电流强度为300A，电流频率为6Hz，机械压下的使用位置为距离弯月面9.5m，中心固相率为0.647，机械压下的压下量为铸坯厚度的5％，线性电磁搅拌与机械压下的位置示意图如图2所示，其他参数如表1～表4所示。本实施例所得铸坯中心偏析率如图4方坯中心C偏析率对比图和表5所示。
以上实施例中采用的旋转型电磁搅拌与线性电磁搅拌对比示意图如图3所示，其中，(a)为旋转型电磁搅拌，(b)为线性电磁搅拌。
从上述图表中，对比四个方案可以发现，在连铸工艺过程中，同时装配使用末端电磁搅拌技术和机械压下技术，可以使铸坯的中心偏析率明显降低。进一步对比方案3与方案4可以发现，线性末端电磁搅拌比旋转型末端电磁搅拌的改善程度更高。铸坯质量的改善得益于对铸坯内钢液流动状态的改变，线性末端电磁电磁搅拌技术可以使铸坯内钢液发生纵向方向的旋转流动，相比于传统的横向方向的旋转流动，纵向方向的旋转流动可以避免中心死区，更有利于机械压下排出的浓缩钢液的混匀，使中心偏析的到进一步改善，有利于铸坯的均质化生产。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人.员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种外场协同控制作用下的均质化方坯连铸生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
钢液从方坯连铸机的中间包经过浸入式水口流入结晶器，依次经过结晶器、二冷区各区、空冷区，不断冷却凝固，直至完全凝固，其中，所述的方坯连铸机的凝固末端设有电磁搅拌器，进行电磁搅拌，其中，所述的电磁搅拌为线性电磁搅拌或旋转型电磁搅拌，所述的电磁搅拌的电流强度为200～500A，电流频率为5～7Hz，所述的电磁搅拌位置为铸坯中心固相率0.1～0.2处；同时在方坯连铸机的凝固末端进行机械压下，所述的压下位置为铸坯中心固相率0.3～0.7处，所述的机械压下压下量为铸坯厚度的5％～6％，制得均质化方坯。
2.根据权利要求1所述的外场协同控制作用下的均质化方坯连铸生产方法，其特征在于，所述的铸坯进入凝固末端之后，根据铸坯中心固相率确定电磁搅拌位置和机械压下位置。
3.根据权利要求1所述的外场协同控制作用下的均质化方坯连铸生产方法，其特征在于，所述的电磁搅拌为线性电磁搅拌。
4.根据权利要求1所述的外场协同控制作用下的均质化方坯连铸生产方法，其特征在于，所述的电磁搅拌的电流强度为300A，电流频率为6Hz。
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