專利名稱：一種基于末端電磁攪拌的連鑄大方坯輕壓下工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬鑄造領域，特別涉及一種基于末端電磁攪拌的連鑄大方坯輕壓下工藝。
背景技術：
隨著連鑄坯產量和連鑄比的逐年遞增，鋼材的需求量已經達到飽和，市場早已經突破了數量方面的低層次需求，逐漸轉變為對質量上的高層次需求，客觀上要求鋼鐵工業必須從傳統的注重“產量型”向注重“品種型”、“質量型”轉變。一批具有高純凈度、高均勻性、超細晶的高端產品，已經日益成為鋼鐵企業研發的重點。中心偏析、中心疏松和內部裂紋等缺陷是公認的連鑄生產最主要的質量問題，嚴重制約了高拉速、高品質鋼的生產，倍受冶金工作者的關注。高碳鋼由于固液相線溫差大，兩相區長度相對較大，碳、硫、磷等易偏析元素更容易在凝固末端富集，形成嚴重的中心偏析和疏松，極大的影響了產品的性能，特別是產品的抗疲勞性能和焊接性能；連鑄坯偏析和疏松嚴重，內部裂紋出現的幾率會大大的增加，已經成為阻礙高質量大方坯生產的瓶頸。連鑄輕壓下系指在連鑄坯凝固末端一個合適的兩相區內利用當地的夾輥或其它專門設備，對鑄坯在線實施一個合適的壓下量，用以抵消鑄坯凝固末端的體積收縮，避免中心縮孔(疏松)形成；抑制凝固收縮而引起的濃化鋼水流動與積聚，減輕中心宏觀偏析程度的鑄坯凝固末端壓力加工技術，其中，只能在連鑄機某一固定位置實施的輕壓下稱之為靜態輕壓下；能夠在線跟蹤鑄坯的熱狀態，并根據其當時的實際凝固位置實施的輕壓下稱之為動態輕壓下。倘若輕壓下參數設置合理，同時鋼種裂紋敏感系數較小，動態輕壓下能夠顯著提高連鑄坯的內部質量，極大的提高產品的成材率。但是倘若輕壓下工藝不合適，也可能導致連鑄坯內裂趨勢的增加，國內外的很多鋼鐵企業都發現了這個問題，同時，還發現，鑄坯柱狀晶比例較高時，內裂發生的概率明顯要高很多，裂紋敏感的鋼種更是如此。對于連鑄大方坯來說，輕壓下過程一般和矯直過程同時進行，這樣，內部裂紋發生的概率會增加不少，因此，輕壓下工藝實施過程中防止鑄坯內
裂將一直是一個重要的課題。為了改進連鑄坯的凝固組織結構，提高等軸晶比率，電磁攪拌裝置被廣泛應用于連鑄生產過程中。電磁攪拌是通過攪拌器線圈設定不同的電流以及電流頻率，從而使未流動的鋼水產生流動，加速鋼水的凝固傳熱，打碎已經形成的柱狀晶的“前段”，在未凝固液態鋼液中形成大量的固體質點，容易形成非均質形核，從而顯著增加鑄坯凝固組織中的等軸晶比例，改善鑄坯的內部質量。電磁攪拌裝置安裝位置不同，發揮的作用亦不相同，對于連鑄生產過程而言，較為典型的有結晶器電磁攪拌(MEMS)，二冷區電磁攪拌(SEMS)，凝固末端電磁攪拌(FEMS)，其中，安裝于空冷區的末端電磁攪拌能夠顯著提高鑄坯的等軸晶比率，確保矯直時柱狀晶已經完全凝固，細小的等軸晶開始形成，從而極大的降低了內部裂紋發生的概率。動態輕壓下和凝固末端電磁攪拌兩種技術都能夠改善連鑄坯的內部質量，電磁攪拌技術能夠打斷柱狀晶，形成細小的等軸晶，從而極大減少內裂發生的概率，但無法實施體積的變化，對于減少疏松、縮孔等效果不明顯，而輕壓下技術可以實施體積的變化，對中心偏析、疏松等改善效果明顯，但卻無法產生細小的等軸晶，使內裂產生的趨勢增加。這樣，兩種技術正好可以實現互補。對于內部質量要求嚴格的高碳鋼大方坯來說，末端電攪和輕壓下結合使用肯定是一種非常實用的技術手段，此外，關于兩種技術單獨使用的研究很多，但將兩者結合應用在連鑄大方坯上的作用效果卻未見報道。

發明內容
本發明的目的在于提供一種顯著改善連鑄大方坯內部質量的輕壓下工藝，其原理是凝固傳熱數學模型為末端電磁攪拌裝置提供合適的液芯厚度，確保輕壓下時柱狀晶之間的液相已經完全凝固，實現對高碳鋼大方坯內部質量的有效控制。本發明通過下列技術方案實現:本發明提供一種基于末端電磁攪拌的連鑄大方坯輕壓下工藝，末端電磁攪拌裝置安裝在二冷區之后，矯直之前的空冷區，利用文獻(大方坯連鑄過程凝固規律，北京科技大學學報，2012，34(9)，？1011-1016)提供的凝固傳熱數學模型，控制攪拌器位置的液芯厚度占鑄坯厚度的30%-55%，末端電磁攪拌器的攪拌電流為350A-750A,攪拌頻率為3_8Hz，確保輕壓下和矯直同時進行時，柱狀晶之間的液相已經完全凝固，同時控制壓下區間的總壓下量為10-25mm，中間包鋼水過熱度為20-30C，連鑄機拉速為0.35-0.75m/min，從而顯著改善連鑄大方坯的內部質量，確保高質量的軋材。電磁攪拌裝置安裝位置的液芯厚度是通過凝固傳熱數學模型根據拉速等澆注參數的變化及時調整二冷水量來實現的。經過末端電磁攪拌之后，要求連鑄大方坯的等軸晶比例控制在309Γ50%。壓下輥的單輥壓下量為 l_6mm。本發明具有下列優點和效果:(1)凝固傳熱數學模型能夠根據拉速等參數的變化及時的調整二冷水量，從而為攪拌器提供合適的液芯厚度，確保電磁攪拌的效果發揮到最大。(2)末端電磁攪拌能夠確保輕壓下和矯直過程同時進行時柱狀晶之間的液相已經完全凝固，這樣就能夠有效避免由于內弧側拉應力而將連鑄坯撕裂產生內部裂紋的難題，即便是裂紋敏感的鋼種，也能起到很好的抑制作用。(3)末端電磁攪拌之后，鋼液濃度已經較為均勻，這樣就可以適度的降低壓下量，從而減少了對壓下輥的依賴，增加了設備的使用壽命。(4)該方法簡便易行，可方便地實現對內部質量的有效控制。


圖1連鑄大方坯凝固過程及末端電磁攪拌和輕壓下示意圖，其中:1-鋼包，2-中間包，3-結晶器，4- 二冷區，5-末端電磁攪拌器，6-輕壓下輥。
具體實施方式
實施實例1:
某鋼廠425mmX 320mm連鑄大方坯軸承鋼在沒有末端電磁攪拌和輕壓下的條件下，拉速0.65m/min時中心偏析和疏松相當嚴重。該鋼廠軸承鋼在拉速0.65m/min,總壓下量17mm，壓下區間fs 0.30-0.80時進行連鑄輕壓下，柱狀晶之間的液相沒有完全凝固，輕壓下過程又和矯直過程同時進行，導致鑄坯沿柱狀晶開裂，形成了嚴重的中間裂紋，同時中心縮孔也清晰可見，內部質量相當糟糕。為了提高等軸晶率，抑制內部裂紋的發生，將末端電磁攪拌裝置安裝在了距彎月面14.1m處的空冷區。在拉速0.62m/min，攪拌電流430A，頻率6Hz，總輕壓下量16-18mm，壓下區間fs=0.40-1.0時，連續生產了 10爐以上，內部裂紋一直沒有出現，同時中心組織致密均勻，中心C偏析更是被控制到了 1.06以下，軸承鋼的內部質量有了顯著的提高。 實施實例2:
某鋼廠350mmX 470mm連鑄大方坯軸承鋼在拉速0.50m/min條件下進行輕壓下時，由于總壓下量9mm較小，同時沒有末端電磁攪拌，中間裂紋和中心縮孔非常嚴重，嚴重影響了軋材的成材率。在確保產量，拉速不變的條件下，為了抑制中間裂紋的發生，同時降低中心縮孔的尺寸，該鋼廠在距彎月面14.5m處的空冷區安裝了末端電磁攪拌器，同時大幅提高了輕壓下時的總壓下量。在中間包鋼水過熱度20-30C，拉速0.50m/min，末端電磁攪拌電流550A，頻率6Hz，總壓下量20-22mm，壓下區間fs=0.39-1.0時，分三個澆次生產了 25爐以上，中間裂紋一直沒有出現，同時中心組織致密均勻，中心縮孔< 1.0級的比例達到了97.54%，中心C偏析更是被控制到了 1.05以下，軸承鋼的內部質量有了顯著的提高。
權利要求
1.一種基于末端電磁攪拌的連鑄大方坯輕壓下工藝，其特征在于:末端電磁攪拌裝置安裝在二冷區之后，矯直之前的空冷區，利用文獻“大方坯連鑄過程凝固規律”提供的凝固傳熱數學模型，控制攪拌器位置的液芯厚度占鑄坯厚度的30%-55%，末端電磁攪拌器的攪拌電流為350A-750A，攪拌頻率為3_8Hz，確保輕壓下和矯直同時進行時，柱狀晶之間的液相已經完全凝固，同時控制壓下區間的總壓下量為10-25mm，中間包鋼水過熱度為20-30C，連鑄機拉速為0.35-0.75m/min，從而顯著改善連鑄大方坯的內部質量，確保高質量的軋材。
2.根據權利要求1所述的基于末端電磁攪拌的連鑄大方坯輕壓下工藝，其特征在于:電磁攪拌裝置安裝位置的液芯厚度是通過凝固傳熱數學模型根據拉速參數的變化及時調整二冷水量來實現的。
3.根據權利要求1所述的基于末端電磁攪拌的連鑄大方坯輕壓下工藝，其特征在于:經過末端電磁攪拌之后，要求連鑄大方坯的等軸晶比例控制在309Γ50%。
4.根據權利要求1所述的基于末端電磁攪拌的連鑄大方坯輕壓下工藝，其特征在于:壓下棍的單棍壓下量為 l_6mm。
全文摘要
一種基于末端電磁攪拌的連鑄大方坯輕壓下工藝，屬于金屬鑄造領域。其特征是末端電磁攪拌裝置安裝在二冷區之后，矯直之前的空冷區，利用凝固傳熱數學模型，控制攪拌器位置的液芯厚度占鑄坯厚度的30%-55%，末端電磁攪拌器的攪拌電流為350A-750A，攪拌頻率為3-8Hz，確保輕壓下和矯直同時進行時，柱狀晶之間的液相已經完全凝固，同時控制壓下區間的總壓下量為10-25mm，中間包鋼水過熱度為20-30C，連鑄機拉速為0.35-0.75m/min，從而顯著改善連鑄大方坯的內部質量，確保高質量的軋材。采用本工藝生產的連鑄大方坯軸承鋼，連續生產了10爐以上，內部裂紋一直沒有出現，同時中心組織致密均勻，中心縮孔≤1.0級的比例達到了97.54%，中心C偏析更是被控制到了1.06以下，軸承鋼內部質量有了顯著的提高。
文檔編號B22D11/16GK103121092SQ201310092898
公開日2013年5月29日 申請日期2013年3月22日 優先權日2013年3月22日
發明者張炯明, 肖超, 羅衍昭, 王順璽, 宋煒, 李茂康, 趙新凱, 王博 申請人:北京科技大學