本發明涉及鋼鐵冶金煉鋼及連鑄技術領域，尤其涉及一種大矯直應變C級角鋼連鑄工藝。

背景技術：

近幾年來，Q420等強度更高的鋼種在特高壓輸電工程中得到了廣泛的應用和研究，過去曾采用的Q235、Q345等鋼材已無法滿足電力鐵塔大型化、高載荷的使用要求，據報道使用Q420級角鋼代替Q345級角鋼可平均降低用鋼量20％左右。根據國標GB/T1591-2008對低合金高強度結構鋼的要求，對于Q420C鋼，成分上要求Al≥0.015％，性能上(厚度≤16mm規格)，要求屈服強度≥420MPa，抗拉強度為520～680MPa，斷面伸長率≥19％，0℃下的縱向沖擊功≥34J。Q420C相比Q420B最主要的差別在于對Al含量的要求，而含鋁鋼將在鋼中沿奧氏體晶界析出AlN，降低鋼的熱塑性，使鑄坯容易產生橫裂紋，從而影響鑄坯的質量和軋材的性能。

對于帶液芯多點矯直的連鑄機，鑄坯矯直產生的應變一般不能超過許用值，當連鑄機半徑為6m時，在鑄坯斷面為180mm×180mm的條件下，鑄坯矯直應變基本處于臨界狀態，鑄坯在矯直過程中承受較大的變形量，嚴重惡化連鑄坯內部質量，且在軋制過程中易出現開裂廢品，尤其是在試驗鋁含量為0.020％的角鋼時，軋材開裂率接近30％，無法滿足生產需要。

研究表明，當鑄坯表面一旦形成微裂紋和皮下氣泡等缺陷后，對于大型角鋼軋制過程中極易在角部形成開裂，目前國內還尚未報道在鑄坯大矯直條件下穩定生產此類C級含鋁角鋼的實例。因此，有必要提出全方位的生產工藝技術和措施，針對連鑄各個工序制定相應的工藝，特別是解決在含Al條件下的鑄坯質量問題，有助于實現煉鋼工藝控制標準化，提高標準化作業水平，保證鋼水質量的穩定，提高產品的質量。

技術實現要素：

鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種大矯直應變C級角鋼連鑄工藝，用以解決現有大型角鋼軋制過程中極易在角部形成開裂的問題。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

一種大矯直應變C級角鋼連鑄工藝，該大矯直應變C級角鋼連鑄工藝使用的鋼液的成分及其質量百分數為：C：0.16～0.19％，Mn：1.38～1.45％，Si：0.25～0.35％，S、P≤0.030％，V：0.06～0.09％，N：0.006～0.010％，Al：0.017～0.022％，Ti：0.02～0.04％；

大矯直應變C級角鋼連鑄工藝包括以下步驟：

S1、轉爐冶煉工序；

S2、鋼包精煉爐精煉工序；

S3、連鑄工序；

S4、加熱軋制工序；

步驟S1-S4中，每步均以70t鋼液為單位進行各個步驟

步驟S3中，結晶器水量為140～150t/h，足輥段水量為7.0～7.5t/h，二冷一段水量為5.5～6.5t/h，二冷二段關閉，鑄坯矯直溫度≥950℃。

步驟S1具體為：

在出鋼前加入增碳劑進行脫氧；

出鋼1/4時，加入鋼砂鋁進行脫氧、加入硅錳合金進行合金化、加入石灰、加入VN合金和釩鐵；

出鋼1/4時開始加入合金料，出鋼至3/4時，全部加完。

步驟S1中：

出鋼過程及氬站采用大流量底吹氬氣且不裸露鋼液面；

增碳劑的加入量為每70t鋼液加入10-20kg；

鋼鋁砂的加入量為每70t鋼液加入35-45kg；

硅錳合金的加入量為每70t鋼液加入1300-1400kg；

石灰的加入量為每70t鋼液加入250-350kg；

VN合金的加入量為每70t鋼液加入50-60kg；

釩鐵的加入量為每70t鋼液加入10-20kg。

步驟S2具體為：

精煉爐進站通電造白渣，精煉渣采用高堿度還原渣系；

鋼包精煉爐造好泡沫渣后，加入鈦線；

用鋁線段及電石進行渣面脫氧，進站化渣后加入鋁粒，每次起弧后，加入鋁粒；

連鑄第一包Ca/Als＝0.10～0.14，連澆爐次按Ca/Als＝0.10控制。

步驟S2中：

精煉渣終點成分按質量百分比為：CaO為50～55％，SiO₂為16～18％，Al₂O₃為14～17％，MgO為6～8％，FeO+MnO≤1.0％；且精煉渣的堿度為2.8～3.2；

加入鈦線后，確保中間包成分的含鈦量波動范圍在重質量的0.02～0.04％；

進站化渣后加入鋁粒的量為每70t鋼液加入15-25kg；每次起弧后加入鋁粒的量為每70t鋼液加入10-20kg；

精煉起弧時間控制15～25min，精煉周期控制40～50min以內，軟吹時間≥12min，保證鋼水不裸露，關氣后靜置2min出站。

步驟S3具體為：

采用鎂質板中間包，中間包上水口直徑30-35mm，中間包液面高于400mm開澆，開澆后使用無碳低硅覆蓋劑；

大包采用長水口保護澆鑄；

結晶器保護渣使用含鋁鋼保護渣；

采用圓角半徑為r＝10mm的結晶器以減少鑄坯角部傳熱，結晶器液面高度為780-800mm，浸入式水口插入深度為50-80mm。

步驟S3中，含鋁鋼保護渣的成分按質量百分比為：SiO₂：30～34％，CaO：28～32％，MgO：3～4％，Fe₂O₃：1～3％，Al₂O₃：3～5％，Na₂O：6～8％，F：3～6％，C：8～10％；

含鋁鋼保護渣的熔點為1150-1160℃，粘度為0.55-0.75Pa·s。

步驟S3中，結晶器振動頻率為140～160次/min，振幅為3～5mm；

鑄坯拉速為1.2～1.4m/min，中間包溫度嚴格控制在1550℃以下，澆鑄過熱度為15～30℃。

足輥段噴嘴從上至下角部噴嘴全部關閉，在噴淋管下端安裝夾持框架，夾持框架尺寸為500mm×500mm的正方形鋼結構，外側與鋼結構橫梁焊連，內側與噴嘴連接座板焊連，使噴淋管可以持續穩定地對鑄坯進行水冷。

S4中，開軋溫度控制為1100～1150℃，終軋溫度控制為800～850℃，軋后采用空冷，保持鋼材均勻冷卻。

本發明有益效果如下：

1、通過在鋼水成分中添加一定含量的Ti，降低AlN的危害，使AlN質點在晶界處變得粗大，延性增強，降低了鑄坯的橫裂紋敏感性。

2、通過連鑄各段水量調節、結晶器設備參數以及二冷噴水設備結構等的調整，鑄坯的不均勻冷卻得到解決，特別是鑄坯角部過冷問題，同時防止鑄坯在第三脆性區矯直，減少了鑄坯表面橫裂紋的產生。

3、通過添加新型高鋁鋼專用保護渣，促進結晶器的傳熱效果，防止了初始坯殼的粘結，使鑄坯表面振痕間距均勻，振痕深度變淺。

4、通過所述的工藝措施，試驗的鋼種連鑄過程穩定，鑄坯無缺陷產生，軋后鋼材合格率達到95％以上，可以順利開發生產出不同規格C級系列含鋁角鋼。

本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。

圖1為大矯直應變C級角鋼連鑄工藝中使用的二冷噴淋布置結構的示意圖；

圖2為大矯直應變C級角鋼連鑄工藝中鑄坯表面和角部溫度變化關系的示意圖。

圖中：1-鑄坯、2-噴嘴、3-噴嘴連接座板、4-夾持框架、5-鋼結構支撐墻、6-鋼結構橫梁。

具體實施方式

下面結合附圖來具體描述本發明的優選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，并與本發明的實施例一起用于闡釋本發明的原理。

一種大矯直應變C級角鋼連鑄工藝，該大矯直應變C級角鋼連鑄工藝使用的鋼液的成分及其質量百分數為：C：0.16～0.19％，Mn：1.38～1.45％，Si：0.25～0.35％，S、P≤0.030％，V：0.06～0.09％，N：0.006～0.010％，Al：0.017～0.022％，Ti：0.02～0.04％；

大矯直應變C級角鋼連鑄工藝包括以下步驟：

S1、轉爐冶煉工序；

S2、鋼包精煉爐精煉工序；

S3、連鑄工序；

S4、加熱軋制工序；

步驟S1-S4中，每步均以70t鋼液為單位進行各個步驟；

步驟S3中，結晶器水量為140～150t/h，足輥段水量為7.0～7.5t/h，二冷一段水量為5.5～6.5t/h，二冷二段關閉，鑄坯矯直溫度≥950℃。

步驟S1具體為：

在出鋼前加入增碳劑進行脫氧；

出鋼1/4時，加入鋼砂鋁進行脫氧、加入硅錳合金進行合金化、加入石灰、加入VN合金和釩鐵；

出鋼1/4時開始加入合金料，出鋼至3/4時，全部加完。

步驟S1中：

出鋼過程及氬站采用大流量底吹氬氣且不裸露鋼液面；

增碳劑的加入量為每70t鋼液加入10-20kg；

鋼鋁砂的加入量為每70t鋼液加入35-45kg；

硅錳合金的加入量為每70t鋼液加入1300-1400kg；

石灰的加入量為每70t鋼液加入250-350kg；

VN合金的加入量為每70t鋼液加入50-60kg；

釩鐵的加入量為每70t鋼液加入10-20kg。

步驟S2具體為：

精煉爐進站通電造白渣，精煉渣采用高堿度還原渣系；

鋼包精煉爐造好泡沫渣后，加入鈦線；

用鋁線段及電石進行渣面脫氧，進站化渣后加入鋁粒，每次起弧后，加入鋁粒；

連鑄第一包Ca/Als＝0.10～0.14，連澆爐次按Ca/Als＝0.10控制。

步驟S2中：

精煉渣終點成分按質量百分比為：CaO為50～55％，SiO₂為16～18％，Al₂O₃為14～17％，MgO為6～8％，FeO+MnO≤1.0％；且精煉渣的堿度為2.8～3.2；

加入鈦線后，確保中間包成分的含鈦量波動范圍在重質量的0.02～0.04％；

進站化渣后加入鋁粒的量為每70t鋼液加入15-25kg；每次起弧后加入鋁粒的量為每70t鋼液加入10-20kg；

精煉起弧時間控制15～25min，精煉周期控制40～50min以內，軟吹時間≥12min，保證鋼水不裸露，關氣后靜置2min出站。

步驟S3具體為：

采用鎂質板中間包，中間包上水口直徑30-35mm，中間包液面高于400mm開澆，開澆后使用無碳低硅覆蓋劑；

大包采用長水口保護澆鑄；

結晶器保護渣使用含鋁鋼保護渣；

采用圓角半徑為r＝10mm的結晶器以減少鑄坯角部傳熱，結晶器液面高度為780-800mm，浸入式水口插入深度為50-80mm。

步驟S3中，含鋁鋼保護渣的成分按質量百分比為：SiO₂：30～34％，CaO：28～32％，MgO：3～4％，Fe₂O₃：1～3％，Al₂O₃：3～5％，Na₂O：6～8％，F：3～6％，C：8～10％；

含鋁鋼保護渣的熔點為1150-1160℃，粘度為0.55-0.75Pa·s。

步驟S3中，結晶器振動頻率為140～160次/min，振幅為3～5mm；

鑄坯拉速為1.2～1.4m/min，中間包溫度嚴格控制在1550℃以下，澆鑄過熱度為15～30℃。

足輥段噴嘴從上至下角部噴嘴全部關閉，在噴淋管下端安裝夾持框架4，夾持框架4尺寸為500mm×500mm的正方形鋼結構，夾持框架4的外側與鋼結構橫梁6焊連，鋼結構橫梁6與鋼結構支撐墻5焊接，夾持框架4的四條邊的內側分別焊接有噴嘴連接座板3，每個噴嘴連接座板3上設有8-10個噴嘴2，鑄坯1從夾持框架4內部穿過，使噴淋管可以持續穩定地對鑄坯1進行水冷。

S4中，開軋溫度控制為1100～1150℃，終軋溫度控制為800～850℃，軋后采用空冷，保持鋼材均勻冷卻。

本發明按照以下工藝路線進行具體實施：轉爐冶煉→LF精煉→連鑄過程→軋制，重點控制鑄坯凝固和矯直過程。以某次試驗的C級角鋼(Q420C鋼種)冶煉生產過程為具體實施例，Q420C的主要化學成分控制由表1可見。

表1 Q420C化學成分

一、轉爐工序實施步驟

(1)轉爐冶煉制度

選用S≤0.030％的優質鐵水，第一爐冶煉Q420B，第二爐開始冶煉Q420C，采用紅包出鋼，轉爐出鋼量約70t，選擇正常周轉潔凈鋼包，復吹采用氮氬切換，出鋼采用氬氣。轉爐終點成分控制：C：0.08～0.13％，S≤0.035％，P≤0.020％。轉爐終點進行定氧操作。

(2)脫氧及合金化

脫氧劑：采用鋼砂鋁脫氧。鋼砂鋁在轉爐爐后一次性加足，精煉過程不對鋼中鋁進行調整。合金料加入順序：脫氧劑→硅錳合金(硅鐵)、增碳劑、300kg石灰→VN合金和釩鐵，試驗中具體操作步驟如下：①在出鋼前期先加入15kg增碳劑進行預脫氧；②出鋼1/4時，加鋼砂鋁40kg進行脫氧；③加入硅錳合金進行合金化，同時加入剩余的鋼砂鋁和增碳劑；④加入VN合金和釩鐵。出鋼1/4后開始加入合金料，出鋼至3/4時加完。出鋼過程及氬站采用大流量底吹氬氣且不裸露鋼液面。出鋼后大氣吹氬1min后關閉并測溫取樣，然后加蓋開出。出鋼過程中的下渣量控制為≤5kg/t鋼。

二、LF精煉工序實施步驟

(1)精煉爐進站通電造白渣，精煉渣采用高堿度還原渣系，精煉渣終點成分：CaO為50～55％，SiO₂為16～18％，Al₂O₃為14～17％，MgO為6～8％，FeO+MnO≤1.0，堿度為2.8～3.2。

(2)LF爐造好泡沫渣后，加入鈦線，中間包成分的含鈦量波動范圍在0.02～0.04％。

(3)用鋁線段及電石進行渣面脫氧，進站化渣后加入鋁粒20kg，每次起弧后，加入鋁粒10～20kg。鋁粒加入量≥50kg，電石加入量20～50kg，保障渣還原性及埋弧效果良好，埋弧不好時可適當采用碳化硅、發泡劑埋弧。白渣保持時間≥10min。

(4)連鑄第一包Ca/Als＝0.10～0.14，連澆爐次按Ca/Als＝0.10控制。根據化驗Als量計算喂線量，以目標Als為180×10^-6喂線，每米鋁線增Als為2.7×10^-6，喂線速度2～3m/s。鋼水軟吹前喂鈣線進行鈣處理，鈣線收得率按10％計，每增鈣10×10^-6需喂鈣線150m，實際喂鈣線速度2.0～2.5m/s，正常爐次控制鈣線300～350m，每爐出站定氧。

(5)精煉起弧時間控制15～25min，精煉周期控制40～50min以內，軟吹時間≥12min，保證鋼水不裸露，適量加入鋼包覆蓋劑，減輕鋼水氧化程度，關氣后靜置2min出站。

三、連鑄工序實施步驟

(1)采用鎂質板中間包，中間包上水口直徑32mm，中間包液面高于400mm開澆，開澆后使用無碳低硅覆蓋劑。

(2)大包采用長水口保護澆鑄。中間包溫度嚴格控制在1550℃以下，過熱度：15～30℃。

(3)結晶器保護渣使用上述的含鋁鋼保護渣，結晶器水量設置為145t/h。

(4)采用圓角半徑為r＝10mm的結晶器以減少鑄坯角部傳熱，結晶器液面高度為780mm，浸入式水口插入深度為80mm。

(5)振動參數：振頻140+40V，振幅±4mm。

(6)二冷參數：足輥段水量7.0t/h，一段水量5.5t/h，二段水關閉。圖1二冷噴淋布置結構可調節噴嘴2噴射角度，使鑄坯四面冷卻均勻，角部不產生暗角，4支噴淋管下端增加夾持框架4，增加了噴淋管的穩定性。足輥段噴嘴2從上至下角部噴嘴全部關閉。圖2鑄坯矯直區的表面溫度范圍為1050～1070℃，表面和角部平均溫度≥950℃。

(7)連鑄采用恒拉速操作，拉速為1.2～1.4m/min。

四、加熱軋制工序實施步驟

表2加熱段溫度控制

對于軋制過程，開軋溫度控制為1100～1150℃，終軋溫度控制為800～850℃，軋后采用空冷，保持鋼材均勻冷卻。

試驗過程共澆鑄3爐，得到的Q420C鋼材重量為160t，通過檢測，鑄坯表面無質量缺陷。該角鋼產品主要分為3種規格，其中，125*14規格的角鋼軋制25t，開裂率為0％，140*16規格的角鋼軋制36t，開裂率為0％，160*16規格的角鋼軋制101t，開裂率為7.5％，產品綜合開裂率為95.3％，滿足批量生產的要求。

綜上所述，本發明實施例提供了一種大矯直應變C級角鋼連鑄工藝，通過在鋼水成分中添加一定含量的Ti，降低AlN的危害，使AlN質點在晶界處變得粗大，延性增強，降低了鑄坯的橫裂紋敏感性；通過連鑄各段水量調節、結晶器設備參數以及二冷噴水設備結構等的調整，鑄坯的不均勻冷卻得到解決，特別是鑄坯角部過冷問題，同時防止鑄坯在第三脆性區矯直，減少了鑄坯表面橫裂紋的產生；通過添加新型高鋁鋼專用保護渣，促進結晶器的傳熱效果，防止了初始坯殼的粘結，使鑄坯表面振痕間距均勻，振痕深度變淺；通過所述的工藝措施，試驗的鋼種連鑄過程穩定，鑄坯無缺陷產生，軋后鋼材合格率達到95％以上，可以順利開發生產出不同規格C級系列含鋁角鋼。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。