一种直弧形板坯连铸机生产高碳高锰耐磨钢连铸坯的方法与流程

1.本发明涉及冶金领域，具体涉及一种直弧形板坯连铸机生产高碳高锰耐磨钢连铸坯的方法。


背景技术：

2.奥氏体高锰钢是由robert hadfield先生在1882年发明的，它具有高强度、高韧性、高延伸率、无磁性、出色的耐磨性，以及使用过程冷作硬化等性能。目前已在造船、汽车、机械、发电、水泥、矿山、煤炭等行业普遍使用，广泛应用于抛丸机、球磨机、粉碎机、保险柜、防弹车等易被强冲击磨损的部位。
3.目前国内主要采用模铸工艺生产高碳高锰耐磨钢铸件或钢锭，最后轧制成材，但使用模注工艺生产时成材率低、内部质量差、生产成本高。使用连铸工艺生产高碳高锰耐磨钢耐磨钢工艺不成熟.高碳高锰耐磨钢的c、mn合金量大，当钢中碳含量高于1%、锰含量高于12%时柱状晶发达，有形成粗晶和裂纹倾向，同时凝固过程存在液相线温度低，液态向固态相变时传热速度慢、凝固显热大，而完全凝固为固态后传热速度快、铸坯温降快等特性。使用直弧形板坯连铸机生产此钢种，容易出现开浇粘结漏钢、铸坯通长纵裂、尾坯封顶困难、中心碳偏析严重导致轧后分层等问题，这是制约直弧形连铸机生产此钢种的难点，目前对于直弧形连铸机生产此钢种时解决以上问题的方法鲜有报道。
4.中国专利cn 103273023 a，2013.06.07，一种特高锰钢连铸生产工艺，通过降低浇次首罐钢液在中间包内温降、降低浇次首罐钢液在结晶器内温降、防止结晶器内坯壳拉断三个方面入手，解决了碳含量在0.60%左右、锰含量在20%左右的高合金钢种顺利开浇问题。使用该方法生产高锰钢存在开浇中包温度低冷钢堵水口断浇风险，钢水可浇性降低，进而导致事故风险增加。
5.中国专利cn 102423795 b，2013.08.28，一种高锰钢的连铸方法，通过优化板坯连铸机的电磁搅拌工艺、中包温度工艺、二冷水工艺、拉速工艺、渣料工艺、长水口保护浇注工艺，开发了c含量0.02-0.15%，mn含量2.0-15.0%高锰钢连铸板坯的工艺，同时避免连铸坯表面无裂纹、重皮、焊渣缺陷。使用该方法只能生产c含量0.02-0.15%范围的高锰钢，无法实现c含量1.0%的高碳高锰耐磨钢连铸生产。
6.中国专利cn 104550790 a，2015.04.29，一种中锰耐磨钢板坯连铸的生产方法，该方法将中间包内钢液的过热度控制在25-32℃；二冷强度控制在0.1-0.6l/kg；同时对连铸速度进行控制，适用于mn含量6-9%中锰耐磨钢（低于13%的高锰耐磨钢）板坯连铸工艺，可以有效减少中锰耐磨钢的纵向裂纹缺陷。使用该方法不能生产mn含量13%的高锰耐磨钢连铸板坯。
7.中国专利cn 104001880 b，2016.05.25，一种高锰钢直弧形板坯连铸方法，通过优化中间包钢水温度工艺、保护渣性能、电磁搅拌工艺、一冷水和二冷水工艺，生产出合格的锰含量8.0%的高合金钢连铸板坯。该发明无法解决直弧形连铸机生产高碳高锰耐磨钢时存
在的开浇漏钢、封顶尾坯掉肉、铸坯纵裂问题问题。
8.中国专利cn 109112418 a，2020.09.01，一种高锰钢的连铸方法，通过优化二冷段两模式给水工艺，第一模式采用弱冷水线，比水量为0.15～0.25l/kg，第二模式即铸机的最后两个区喷嘴关闭，开发了大方坯连铸机生产c含量0.21%～0.25%、mn含量4.5%～5.5%高锰钢工艺。该发明适用于大方坯连铸机生产工艺，不适用于直弧形板坯连铸工艺。
9.为了提高成材率、降低生产成本，本发明提供一种采用直弧形连铸机替代模铸工艺生产高碳高锰耐磨钢的板坯连铸方法，解决了直弧形板坯连铸机生产此钢种时存在开浇粘结漏钢、铸坯通长纵裂、尾坯封顶困难等难题。


技术实现要素：

10.本发明的目的就是针对上述问题，提供一种直弧形板坯连铸机生产高碳高锰耐磨钢连铸坯的方法。
11.本发明的目的是这样实现的：一种直弧形板坯连铸机生产高碳高锰耐磨钢连铸坯的方法，包括以下步骤：（1）解决铸坯通长纵裂问题，具体步骤如下：1）结晶器锥度1.20～1.30%，2）拉速0.7～1.0m/min，3）中包温度1425～1445℃，4）一冷水量宽面3300～3500l/min，窄面380～430l/min，5）二冷水比水量0.4～0.5l/min，6）保护渣主要成分按重量百分比为：cao含量26
±
3%，sio2含量33
±
3%，tc含量5.2
±
1.0%，f含量11.0
±
2.5%，保护渣理化指标：碱度0.80
±
0.06，熔点1030
±
30℃，粘度0.10
±
0.03pa.s；（2）解决开浇粘结漏钢问题，具体步骤如下：1）堵引锭时放入冷料量：钉屑铺撒厚度8～10mm，弹簧放置12～15根，2）出苗时间70～80s，钢水淹没弹簧时加入8～10kg起注渣，淹没水口侧孔时推入保护渣，3）钢水液位距离铜板上沿120～140mm时，起动拉矫机，起步拉速0.2～0.25m/min，4）升速操作：0.2～0.25m/min维持30～50s提速至0.3～0.4m/min，然后每隔1～1.5min提速0.1～0.2m/min，升速斜率0.5
±
0.05m/min，5）开浇炉次中包温度1435～1445℃，6）起步后使用挑渣棍测坯壳行走情况，确认是否粘结，如果粘结则立即停机10～20s再次起步；（3）解决尾坯封顶挤出钢水及坯壳脆断问题，具体步骤如下：1）中包内钢水剩余200～300mm高度时，拉速由0.8～1.0m/min降为0.5～0.6m/min，2）使用捞渣扒在水口两侧捞渣，捞渣后液渣层厚度＜10mm，3）中包内钢水高度剩余100～150mm时，拉速由0.5～0.6m/min直接降速至0.1
±
0.02m/min，
4）使用水管向结晶器壁持续打水冷却尾坯，直到尾坯出结晶器下口，5）使用捞渣扒将尾坯上部保护渣渣块捞干净，6）0.1～0.2m/min拉速维持2～3min，然后提速0.3～0.4m/min，7）0.3～0.4m/min拉速维持2～3min，然后提速0.5～0.6m/min，8）尾坯出结晶器后提速0.8～0.9m/min，维持1～1.5min后提速1.2～1.3m/min，迅速将尾坯输出，9）此方法要求尾坯在结晶器内停留时间＜4min，拉速低于0.5m/min的总时间＜7min，低拉速下迅速打水冷却坯尾，加快坯尾凝固，同时保证铸机内铸坯温度，避免纵裂或坯尾脆断撕裂；（4）解决中心偏析及轧后中心分层问题，具体步骤如下：1）电磁搅拌采用400
±
50a电流、5～8hz频率，15～25s换向工艺，2）动态轻压下采用专用压下工艺，糊状区压下量由1.7～1.9mm增加至2.3～2.5mm。
12.所述高碳高锰耐磨钢化学成分及重量百分比为：c含量0.9～1.2%，mn含量11.0～14.0%，si含量0.3～0.8%，p含量＜0.035%，s含量＜0.030%，cr含量0.60～1.50%，其他为fe及不可避免杂质元素。
13.所述高碳高锰钢连铸板坯规格为：厚度200～250mm，宽度1000～1500mm，长度3000～12000mm。
14.本发明的有益效果是：本发明突破了传统模注工艺生产高碳高锰耐磨钢的技术，提高了成材率，降低了生产成本。通过开发一冷水、二冷水、锥度、保护渣等工艺，解决了直弧形连铸机生产高锰耐磨钢连铸坯时存在通长纵裂问题。通过开发堵引锭操作和开浇提速工艺，解决了开浇粘结漏钢问题。通过开发尾坯封顶操作工艺，解决了封顶时存在挤出钢水及二冷室内坯壳脆断问题。通过优化电磁搅拌和动态轻压下工艺，减轻了铸坯中心偏析，解决了轧后中心分层问题。通过采取以上措施，成功发明了直弧形连铸机生产高碳高锰耐磨钢无缺陷连铸坯的工艺。相比较传统模注工艺，极大提高了成材率，降低了生产成本。
15.本发明解决了直弧形连铸机生产高碳高锰耐磨钢时存在的铸坯纵裂、开浇漏钢、封顶困难、铸坯中心偏析严等的工艺技术难题。
具体实施方式
16.一种直弧形板坯连铸机生产高碳高锰耐磨钢连铸坯的方法，通过开发一冷水、二冷水、锥度、保护渣工艺，解决了直弧形连铸机生产高锰耐磨钢连铸坯时存在通长纵裂问题。通过开发堵引锭操作和开浇提速工艺，解决了开浇粘结漏钢问题。通过开发尾坯封顶操作，解决了封顶时液芯凝固慢、容易挤出钢水及低拉速时间长导致二冷室尾壳脆断问题。通过优化电磁搅拌和动态轻压下工艺，减轻了铸坯中心偏析，解决了轧后中心分层问题。
17.所述高碳高锰耐磨钢化学成分及重量百分比为：c含量0.9～1.2%，mn含量11.0～14.0%，si含量0.3～0.8%，p含量＜0.035%，s含量＜0.030%，cr含量0.60～1.50%，其他为fe及不可避免杂质元素。
18.结晶器锥度1.25%；中包温度1425-1445℃；二冷水比水量0.4-0.5l/min；保护渣碱度0.80
±
0.06，熔点1030
±
30℃；粘度0.10
±
0.03pa.s。
19.堵引锭时适量放入冷料，钉屑铺撒厚度8～10mm，弹簧放置12～15根。出苗时间70～80s，钢水淹没弹簧时加入10kg起注渣，淹没水口侧孔时推入保护渣。起步拉速0.2m/min，维持30s后提速至0.3m/min，然后每隔1min提速0.1m/min，升速斜率0.5m/min。
20.尾坯封顶时，拉速由0.8m/min降为0.5m/min后，使用捞渣扒在水口两侧捞渣，捞渣后液渣层厚度＜10mm。中包内钢水高度剩余100mm时，拉速由0.5m/min直接降速至0.1m/min。使用水管向结晶器壁持续打水冷却尾坯。确认尾坯凝固良好后，提速梯度为0.1m/min拉速维持2min后提速0.3m/min，0.3m/min拉速维持2min后提速0.5m/min，尾坯出结晶器后提速0.8m/min，维持1min后提速1.2m/min，迅速将尾坯输出。
21.尾坯在结晶器内停留时间＜4min，封顶过程拉速低于0.5m/min的总时间＜7min。
22.电磁搅拌采用400a电流、5hz频率，15s换向工艺。动态轻压下采用专用压下工艺，糊状区压下量2.3mm。
23.本发明采取的技术方案为：所述高碳高锰耐磨钢化学成分及重量百分比为：c含量0.9～1.2%，mn含量11.0～14.0%，si含量0.3～0.8%，p含量＜0.035%，s含量＜0.030%，cr含量0.60～1.00%、mo含量0.05～0.15%，其他为fe及不可避免杂质元素。所述高碳高锰钢连铸板坯规格为：厚度200～250mm，宽度1000～1500mm，长度3000～12000mm。所使用的立弯式连铸机包括1个直弧段、5个弧形段、2个矫直段、4个水平段。
24.（1）解决铸坯通长纵裂问题，具体步骤如下：
①
结晶器锥度1.25%。
25.②
拉速0.7～1.0m/min。
26.③
中包温度1425～1445℃。
27.④
一冷水量宽面3400l/min，窄面415l/min。
28.⑤
二冷水比水量0.4-0.5l/min。
29.⑥
保护渣主要成分按重量百分比为：cao含量26
±
3%；sio2含量33
±
3%；tc含量5.2
±
1.0%；f含量11.0
±
2.5%。保护渣主要理化指标：碱度0.80
±
0.06，熔点1030
±
30℃；粘度0.10
±
0.03pa.s。
30.（2）解决开浇粘结漏钢问题，具体步骤如下：
①
堵引锭时适量放入冷料，钉屑铺撒厚度8～10mm，弹簧放置12～15根。
31.②
出苗时间70～80s，钢水淹没弹簧时加入10kg起注渣，淹没水口侧孔时推入保护渣。
32.③
钢水液位距离铜板上沿120～140mm时，起动拉矫机，起步拉速0.2m/min。
33.④
升速操作：0.2m/min维持30s提速至0.3m/min，然后每隔1min提速0.1m/min，升速斜率0.5m/min。
34.⑤
开浇炉次中包温度1435～1445℃。
35.⑥
起步后使用挑渣棍测坯壳行走情况，确认是否粘结，如果粘结则立即停机10s再次起步。
36.（3）解决尾坯封顶挤出钢水及坯壳脆断问题，具体步骤如下：
①
中包内钢水剩余200mm高度时，拉速由0.8m/min降为0.5m/min。
37.②
使用捞渣扒在水口两侧捞渣，捞渣后液渣层厚度＜10mm。
38.③
中包内钢水高度剩余100mm时，拉速由0.5m/min直接降速至0.1m/min。
39.④
使用水管向结晶器壁持续打水冷却尾坯，直到尾坯出结晶器下口。
40.⑤
使用捞渣扒将尾坯上部保护渣渣块捞干净。
41.⑥
0.1m/min拉速维持2min，然后提速0.3m/min。
42.⑦
0.3m/min拉速维持2min然后提速0.5m/min。
43.⑧
尾坯出结晶器后提速0.8m/min，维持1min后提速1.2m/min，迅速将尾坯输出。
44.⑨
此方法要求尾坯在结晶器内停留时间＜4min，拉速低于0.5m/min的总时间＜7min。低拉速下迅速打水冷却坯尾，加快坯尾凝固，同时保证铸机内铸坯温度，避免纵裂或坯尾脆断撕裂。
45.（4）解决中心偏析及轧后中心分层问题，具体步骤如下：
①
电磁搅拌采用400a电流、5hz频率，15s换向工艺。
46.②
动态轻压下采用专用压下工艺，糊状区压下量由1.9mm增加至2.3mm。
47.实施例11.使用直弧形连铸机连浇生产两炉高碳高锰耐磨钢，两炉钢成分见下表1。生产连铸板坯规格为：厚度220mm、宽度1260mm、长度10000mm。表1：2.结晶器锥度1.25%。
48.3.一冷水量：宽面3400l/min，窄面415l/min。
49.4.二冷比水量：0.48l/kg。
50.5.保护渣主要成分重量百分比为：cao含量26%；sio2含量33%；tc含量5.2%；f含量11.0%。保护渣理化指标：碱度0.80，熔点1030℃；粘度0.10pa.s。
51.6.中包温度：每炉钢浇注过程每隔10分钟测量一次中包温度，共测量5次。第1炉钢中包温度依次为1443℃、1441℃、1441℃、1438℃、1436℃。第2炉中包温度依次为1436℃、1435℃、1433℃、1431℃、1429℃。
52.7.过程拉速：0.8m/min恒拉速。
53.8.堵引锭时钉屑铺撒厚度8mm，弹簧放置13根。
54.9.出苗时间76s，钢水淹没弹簧时加入10kg起注渣，淹没水口侧孔时推入保护渣。钢水液位距离铜板上沿130mm时，起动拉矫机，起步拉速0.2m/min。
55.10.升速操作：0.2m/min维持30s提速至0.3m/min，然后每隔1min提速0.1m/min，升速斜率0.5m/min。
56.11.电磁搅拌采用400a电流、5hz频率，15s换向工艺。
57.12.动态轻压下采用专用压下工艺，糊状区压下量2.3mm。
58.13.尾坯封顶操作：中包内钢水剩余200mm高度时，拉速由0.8m/min降为0.5m/min。然后使用捞渣扒在水口两侧捞渣，捞渣后液渣层厚度8mm。中包内钢水高度剩余100mm时，拉速由0.5m/min直接降速至0.1m/min。使用水管向结晶器壁持续打水冷却尾坯，直到尾坯出结晶器下口。使用捞渣扒将尾坯上部保护渣渣块捞干净。
59.14.0.1m/min拉速维持2min，然后提速0.3m/min。0.3m/min拉速维持2min然后提速0.5m/min。尾坯出结晶器后提速0.8m/min，维持1min后提速1.2m/min，将尾坯输出。
60.15.尾坯在结晶器内停留时间3min30s，拉速低于0.5m/min的总时间4min50s。
61.16.生产2炉高碳高锰耐磨钢开浇正常无粘结、铸坯表面无纵裂缺陷、尾坯封顶正常、未发生尾坯角部掉肉问题，生产铸坯轧后无中心分层缺陷。
62.实施例21.使用直弧形连铸机连浇生产两炉高碳高锰耐磨钢，两炉钢成分见下表2。生产连铸板坯规格为：厚度220mm、宽度1060mm、长度9000mm。表2：2.结晶器锥度1.28%。
63.3.一冷水量：宽面3450l/min，窄面420l/min。
64.4.二冷比水量：0.48l/kg。
65.5.保护渣主要成分重量百分比为：cao含量26%；sio2含量33%；tc含量5.2%；f含量11.0%。保护渣理化指标：碱度0.85，熔点1030℃；粘度0.12pa.s。
66.6.中包温度：每炉钢浇注过程每隔10分钟测量一次中包温度，共测量5次。第1炉钢中包温度依次为1442℃、1440℃、1436℃、1433℃、1429℃。第2炉中包温度依次为1431℃、1431℃、1429℃、1428℃、1426℃。
67.7.过程拉速：0.82m/min恒拉速。
68.8.堵引锭时钉屑铺撒厚度9mm，弹簧放置13根。
69.9.出苗时间72s，钢水淹没弹簧时加入9kg起注渣，淹没水口侧孔时推入保护渣。钢水液位距离铜板上沿120mm时，起动拉矫机，起步拉速0.25m/min。
70.10.升速操作：0.25m/min维持30s提速至0.4m/min，然后每隔1min提速0.1m/min，升速斜率0.5m/min。
71.11.电磁搅拌采用420a电流、8hz频率，15s换向工艺。
72.12.动态轻压下采用专用压下工艺，糊状区压下量2.3mm。
73.13.尾坯封顶操作：中包内钢水剩余200mm高度时，拉速由0.8m/min降为0.5m/min。然后使用捞渣扒在水口两侧捞渣，捞渣后液渣层厚度8mm。中包内钢水高度剩余100mm时，拉速由0.5m/min直接降速至0.1m/min。使用水管向结晶器壁持续打水冷却尾坯，直到尾坯出结晶器下口。使用捞渣扒将尾坯上部保护渣渣块捞干净。
74.14.0.1m/min拉速维持2min，然后提速0.3m/min。0.3m/min拉速维持2min然后提速0.5m/min。尾坯出结晶器后提速0.8m/min，维持1min后提速1.2m/min，将尾坯输出。
75.15.尾坯在结晶器内停留时间3min20s，拉速低于0.5m/min的总时间4min30s。
76.16.生产2炉高碳高锰耐磨钢开浇正常无粘结、铸坯表面无纵裂缺陷、尾坯封顶正常、未发生尾坯角部掉肉问题，生产铸坯轧后无中心分层缺陷。
77.实施例31.使用直弧形连铸机连浇生产两炉高碳高锰耐磨钢，两炉钢成分见下表3。生产连铸板坯规格为：厚度220mm、宽度1060mm、长度9000mm。表3：
2.结晶器锥度1.25%。
78.3.一冷水量：宽面3380l/min，窄面415l/min。
79.4.二冷比水量：0.43l/kg。
80.5.保护渣主要成分重量百分比为：cao含量26%；sio2含量33%；tc含量5.2%；f含量11.0%。保护渣理化指标：碱度0.85，熔点1030℃；粘度0.12pa.s。
81.6.中包温度：每炉钢浇注过程每隔10分钟测量一次中包温度，共测量5次。第1炉钢中包温度依次为1446℃、1443℃、1441℃、1439℃、1436℃。第2炉中包温度依次为1436℃、1434℃、1430℃、1429℃、1429℃。
82.7.过程拉速：0.85m/min恒拉速。
83.8.堵引锭时钉屑铺撒厚度10mm，弹簧放置12根。
84.9.出苗时间78s，钢水淹没弹簧时加入10kg起注渣，淹没水口侧孔时推入保护渣。钢水液位距离铜板上沿130mm时，起动拉矫机，起步拉速0.20m/min。
85.10.升速操作：0.20m/min维持50s提速至0.4m/min，然后每隔1.5min提速0.15m/min，升速斜率0.5m/min。
86.11.电磁搅拌采用400a电流、8hz频率，15s换向工艺。
87.12.动态轻压下采用专用压下工艺，糊状区压下量2.2mm。
88.13.尾坯封顶操作：中包内钢水剩余250mm高度时，拉速由0.85m/min降为0.6m/min。然后使用捞渣扒在水口两侧捞渣，捞渣后液渣层厚度8mm。中包内钢水高度剩余150mm时，拉速由0.6m/min直接降速至0.1m/min。使用水管向结晶器壁持续打水冷却尾坯，直到尾坯出结晶器下口。使用捞渣扒将尾坯上部保护渣渣块捞干净。
89.14.0.1m/min拉速维持2min，然后提速0.3m/min。0.3m/min拉速维持2min然后提速0.5m/min。尾坯出结晶器后提速0.8m/min，维持1min后提速1.2m/min，将尾坯输出。
90.15.尾坯在结晶器内停留时间3min50s，拉速低于0.5m/min的总时间4min10s。
91.16.生产2炉高碳高锰耐磨钢开浇正常无粘结、铸坯表面无纵裂缺陷、尾坯封顶正常、未发生尾坯角部掉肉问题，生产铸坯轧后无中心分层缺陷。
92.以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。