提高铸坯中心致密度的方法

摘要

本发明公开了一种提高铸坯中心致密度的方法，所述的方法包括以下步骤：步骤一、从钢水浇注时起，钢包至中间包至结晶器全程采用保护浇注；控制铸机拉速在0.45m/min至0.65m/min之间；步骤二、连铸过程中间包钢水过热度控制在20℃～30℃之间；步骤三、采用凝固末端大压下控制，通过增加连铸坯凝固末端压下量，以挤压排出溶质偏析钢液，同时焊合中心缩孔，用于提高铸坯中心致密度；步骤四、采用动态二冷控制方式，将基本水量和铸坯的平均拉速相关联；步骤五、采用后区强冷的二冷制度，同时提高冷却强度，比水量为0.40kg/t钢至0.50kg/t钢。通过本发明方法能有效地提高大方坯生产的车轴钢铸坯中心致密度，从而改善轧材内部质量。

权利要求

1.一种提高铸坯中心致密度的方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：步骤一、从钢水浇注时起，钢包至中间包至结晶器全程采用保护浇注；控制铸机拉速在

0.45m/min至0.65m/min之间；

步骤二、连铸过程中间包钢水过热度控制在20℃～30℃之间；

步骤三、采用凝固末端大压下控制，通过增加连铸坯凝固末端压下量，以挤压排出溶质偏析钢液，同时焊合中心缩孔，用于提高铸坯中心致密度；

步骤四、采用动态二冷控制方式，将基本水量和铸坯的平均拉速相关联；

步骤五、采用后区强冷的二冷制度，同时提高冷却强度，比水量为0.40kg/t钢至0.50kg/t钢；其中，一区水量占13～15％，冷却强度145～150L/min·m2；二区水量占23～25％，冷却强度32～37L/min·m2；三区水量占18～20％，冷却强度22～27L/min·m2；四区水量占40～

45％，冷却强度15～17L/min·m2。

2.根据权利要求1所述的提高铸坯中心致密度的方法，其特征在于所述的步骤一中保护浇注是通过加保护套管进行保护浇注。

3.根据权利要求1所述的提高铸坯中心致密度的方法，其特征在于所述的步骤一还包括结晶器采用500A、2.4Hz的电磁搅拌方式。

4.根据权利要求1或3所述的提高铸坯中心致密度的方法，其特征在于所述的步骤一还包括凝固末端采用350A、7Hz的电磁搅拌方式。

5.根据权利要求1所述的提高铸坯中心致密度的方法，其特征在于所述的步骤三中压下量由以下公式得出：其中Ri是第i个拉矫机的表面压下量；Ai是第i个与第i-1个压下位置间铸坯凝固收缩横截面积；Xi是第i个拉矫机下的铸坯宽度；ρl是钢液密度；ηi是第i个拉矫机下的压下效率。

6.根据权利要求5所述的提高铸坯中心致密度的方法，其特征在于所述的压下速率为

0.8至2.4mm/min，压下时拉速为0.45m/min至0.65m/min，压下区间长度为4.0m至8.0m，压下辊子数量为4至6个，单辊最大压下量为5.0mm至6.5mm。

7.根据权利要求1所述的提高铸坯中心致密度的方法，其特征在于所述的步骤五包括：控制铸坯在矫直区域表面温度在800℃～900℃。

说明书

提高铸坯中心致密度的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及连铸工艺技术领域，具体涉及一种提高铸坯中心致密度的方法。

背景技术

[0002] 车轴是铁道车辆走行的重要部件，其质量状态直接关系到车辆的承载能力和运输安全。由于车轴钢是中碳钢，在铸坯凝固的过程中，树枝晶较发达，铸坯芯部容易形成枝晶“搭桥”，当桥下面包围的液体凝固时，阻止了液相穴内桥上部钢水的补充，这样桥下面钢水凝固过程就像一个小钢锭凝固过程一样，产生疏松缩孔。因此如何提高车轴钢铸坯中心致密度是连铸生产该类钢种的关键技术之一。

[0003] 专利申请号201210503475.3，名称为“一种改善特厚板坯中心偏析和中心疏松的大压下技术”公开了一种改善特厚板坯中心偏析和中心疏松的大压下技术，具体公开：连铸板坯凝固末端3个扇形段液压缸的油缸压力为1800-2500KN；根据钢种凝固特性，控制钢水过热度在10-35℃,铸机拉速在0.6m/min-1.0m/min之间，控制二冷区比水量为0.4-0.6L/kg，在其中一个扇形段实施大压下，压下量为5.0-12.0mm，其它两个扇形段实施轻压下，压下量2-3mm。此专利发明主要针对特厚板坯，对特厚板坯质量的改善有一定好处，未针对方坯或车轴钢方坯的中心致密度提出技术措施。

[0004] 专利申请号200810171563.1，名称为“一种车轴钢及其制备方法”公开了一种车轴钢，其中，该车轴钢的化学成分为：以该车轴钢总重量为基准，以单质计，C0.47-0.54重量％、Si0.2-0.4重量％、Mn0.7-0.9重量％、P≤0.02重量％、S≤0.02重量％、Al0.02-0.04重量％、V0.02-0.06重量％、Cr0.15-0.3重量％、Ni≤0.2重量％、Cu≤0.2重量％、H≤0.00025重量％，O≤0.002重量％，N≤0.007重量％，余量为铁和杂质。本发明提供了一种车轴钢的制备方法。此专利发明侧重在于车轴钢成分控制及冶炼方法，为针对车轴钢连铸及提高铸坯质量提出技术措施。

[0005] 专利申请号200810176429.0，名称为“车轴钢连铸方法”，该方法包括将钢水从中间包浇注至结晶器，形成未完全凝固的车轴钢铸坯，然后将该未完全凝固的车轴钢铸坯以拉速V从结晶器中拉出并依次经过二冷区和空冷区，得到完全凝固的车轴钢铸坯，其中，该方法还包括使用依次设置在空冷区的多个轻压下机架中的至少一个对所述未完全凝固的车轴钢铸坯实施轻压下的轻压下过程，所述未完全凝固的车轴钢铸坯在所述轻压下过程中的中心固相率fs保持在0.2-0.95。对中心固相率为0.2-0.95的未完全凝固的车轴钢铸坯进行轻压下，可以消除或减少因铸坯收缩形成的内部空隙来防止晶间富集溶质的钢液向铸坯中心横向流动，并促使液相中心富集溶质的钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配，改善中心偏析。此发明专利应用了动态轻压下技术来减轻铸坯中心疏松和缩孔，但对于断面较大的铸坯，轻压下压下量不够以致于挤压排出溶质偏析钢液较少，不能完全焊合中心缩孔，铸坯致密度提高有限。

发明内容

[0006] 本发明克服了现有技术的不足，提供一种提高铸坯中心致密度的方法。通过该控制方法能有效地提高大方坯生产的车轴钢铸坯中心致密度，从而改善轧材内部质量。

[0007] 为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

[0008] 一种提高铸坯中心致密度的方法，所述的方法包括以下步骤：

[0009] 步骤一、从钢水浇注时起，钢包至中间包至结晶器全程采用保护浇注；控制铸机拉速在0.45m/min至0.65m/min之间；

[0010] 步骤二、连铸过程中间包钢水过热度控制在20℃～30℃之间；

[0011] 步骤三、采用凝固末端大压下控制，通过增加连铸坯凝固末端压下量，以挤压排出溶质偏析钢液，同时焊合中心缩孔，用于提高铸坯中心致密度；

[0012] 步骤四、采用动态二冷控制方式，将基本水量和铸坯的平均拉速相关联；

[0013] 步骤五、采用后区强冷的二冷制度，同时提高冷却强度，比水量为0.40kg/t钢至0.50kg/t钢。

[0014] 更进一步的技术方案是步骤一中保护浇注是通过加保护套管进行保护浇注。

[0015] 更进一步的技术方案是步骤一还包括结晶器采用500A、2.4Hz的电磁搅拌方式。

[0016] 更进一步的技术方案是步骤一还包括凝固末端采用350A、7Hz的电磁搅拌方式。

[0017] 更进一步的技术方案是步骤三中压下量由以下公式得出：其中Ri是第i个拉矫机的表面压下量；Ai是第i个与第i-1个压下位置间铸坯凝固收缩横截面积；Xi是第i个拉矫机下的铸坯宽度；ρl是钢液密度；ηi是第i个拉矫机下的压下效率。

[0018] 更进一步的技术方案是压下速率为0.8至2.4mm/min，压下时拉速为0.45m/min至0.65m/min，压下区间长度为4.0m至8.0m，压下辊子数量为4至6个，单辊最大压下量为5.0mm至6.5mm。

[0019] 更进一步的技术方案是步骤五包括：一区水量占13～15％，冷却强度145～150L/min·m2；二区水量占23～25％，冷却强度32～37L/min·m2；三区水量占18～20％，冷却强度22～27L/min·m2；四区水量占40～45％，冷却强度15～17L/min·m2。

[0020] 更进一步的技术方案是步骤五包括：控制铸坯在矫直区域表面温度在800℃～900℃。

[0021] 本发明采用连铸机进行铸造，铸坯拉速控制在0.45m/min～0.65m/min之间；中间包钢水过热度控制在20℃～30℃之间；采用凝固末端大压下技术：利用拉矫机的拉矫辊对铸坯的凝固末端施压，压下速率为0.8～2.4mm/min，压下区间长度为4.0m～8.0m，单辊最大压下量小于或等于6.5mm；二冷区的冷却水供应量保持稳定。采用本发明生产的铸坯，中心致密度较高，整体质量好，能够很好地满足车轴的使用要求。

[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明具有操作简单、使用效果好等优点，可显著提高铸坯致密度与均质度，铸坯内部中心疏松、中心偏析、中心缩孔低倍评级均≤1.0级的比例≥97.5％，＞1.5级比例≤1.0％。

具体实施方式

[0023] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

[0024] 本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

[0025] 下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行详细描述。

[0026] 对比实例：

[0027] 该实施例是采用普通连铸方法，压下方式采用轻压下。连铸生产横断面尺寸为360mm×450mm的LZ50大方坯，铸机拉速为0.50m/min，并保持拉速稳定不变，中间包钢水过热度为28℃，浇注过程采用了二冷动态控制，二冷比水量为0.45kg/t钢；采用了凝固末端大压下控制，压下速率为压下区间长度为7.7m，压下辊数为6个，总压下量7.91mm，2#辊压下量
1.05mm，3#辊压下量1.58mm，4#辊压下量1.77mm，5#辊压下量1.56mm，6#辊压下量1.21mm，7#辊压下量0.76mm。

[0028] 浇注完毕后，对大方坯铸坯内部质量进行低倍检验，检查结果表明，铸坯横向低倍无中心缩孔比例仅69％，中心疏松缺陷评级为≤1.0级比例为58％，中心偏析≤0.5级的比例为64％，因铸坯中心疏松、中心偏析严重造成车轴钢改钢率达到67％。

[0029] 实施例1

[0030] 根据本发明的一个实施例，本实施例公开一种提高铸坯中心致密度的方法，通过该控制方法能有效地提高大方坯生产的车轴钢铸坯中心致密度，从而改善轧材内部质量。具体的，本实施例提高铸坯中心致密度的方法包括以下步骤：

[0031] 步骤1、在连铸生产LZ50车轴钢过程中，从钢水开始浇注时起，从钢包到中间包、中间包到结晶器采用全程加保护套管保护浇注，稳定控制铸机拉速在0.45m/min～0.65m/min之间，结晶器采用500A、2.4Hz的电磁搅拌技术，凝固末端采用350A、7Hz的电磁搅拌技术。

[0032] 步骤2、通过采用LF精炼炉等精炼设备处理钢水，控制连铸钢水浇注温度稳定，保证连铸过程中间包钢水过热度控制在20℃～30℃之间。

[0033] 步骤3、采用凝固末端大压下控制，通过增加连铸坯凝固末端压下量，以挤压排出溶质偏析钢液，同时焊合中心缩孔，提高铸坯中心致密度。根据连铸坯的凝固补缩原理，压下量可由下式得出：

[0034]

[0035] 其中，Ri是第i个拉矫机的表面压下量，mm；Ai是第i个与第i-1个压下位置间铸坯凝2 3
固收缩横截面积，mm ；Xi是第i个拉矫机下的铸坯宽度，mm；ρl是钢液密度，kg/m ；ηi是第i个拉矫机下的压下效率。其中，Ai可以根据凝固传热模型计算得到，ηi可以根据黏弹塑性热力耦合模型计算得到；除压下效率外，其它各项计算得到为液芯压下量，即液芯需要补缩的压下量。

[0036] 具体参数控制为：压下速率为0.8-2.4mm/min，压下时拉速为0.45m/min-0.65m/min，压下区间长度为4.0m-8.0m，压下辊子数量为4-6个，单辊最大压下量为5.0mm-6.5mm。

[0037] 试验时，第一炉开浇后，液芯到第2个拉矫辊时开始投运轻压下，其中压下模式见下表。

[0038] 表1U78CrV连铸坯压下量分布，mm

[0039]拉矫机 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 总量
压下量 0 1.0 1.5-3.5 2.5-5.5 3.5-5.0 4.5-6.0 3.0-6.0 16.0-27.0

[0040] 步骤4、采用动态二冷控制技术，使连铸二次冷却水量并不随拉速变化而瞬时变化，而是将基本水量和铸坯的“平均拉速”相联系，即将各二冷区内铸坯“寿命”和当前位置相结合，保证了铸坯受冷过程的均匀、稳定。

[0041] 步骤5、二冷采用后区强冷的二冷制度，同时适当提高冷却强度，比水量为0.40kg/2
t钢～0.50kg/t钢。一区水量占13～15％，冷却强度145～150L/(min·m)；二区水量占23～
25％，冷却强度32～37L/(min·m2)；三区水量占18～20％，冷却强度22～27L/(min·m2)；四区水量占40～45％，冷却强度15～17L/(min·m2)。但仍保持铸坯在矫直区域表面温度控制在800℃～900℃，以保证良好铸坯表面质量。

[0042] 本实施例提高铸坯中心致密度的方法可以提高LZ50车轴钢铸坯中心致密度。具体的，连铸生产横断面尺寸为360mm×450mm的LZ50大方坯，铸机拉速为0.52m/min，并保持拉速稳定不变，中间包钢水过热度为25℃，浇注过程采用了二冷动态控制，二冷比水量为0.45kg/t钢；采用了凝固末端大压下控制，压下速率为压下区间长度为7.7m，压下辊数为6个，总压下量23mm，2#辊压下量1.0mm，3#辊压下量1.5mm，4#辊压下量5.5mm，5#辊压下量
5.0mm，6#辊压下量5.0mm，7#辊压下量5.0mm。

[0043] 浇注完毕后，对大方坯铸坯内部质量进行低倍检验，检查结果表明，铸坯横向低倍无中心缩孔比例由69％提高到100％，中心疏松缺陷评级为≤1.0级比例由58％提高到100％，中心偏析≤0.5级的比例由64％提高到100％，因铸坯中心疏松、中心偏析严重造成车轴钢改钢率由67％降至0％。

[0044] 在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

[0045] 尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。