[发明专利]一种改善高碳钢小方坯中心缩孔的连铸方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及到改善用于生产高碳钢线材的高碳钢小方坯中心缩孔的连铸方法。

背景技术

高碳钢线材（一般指C含量大于0.45%的钢）主要应用于钢丝绳、包装线等，通常由方坯生产。由于含碳量高和浇铸的控制不好，在连铸过程中会呈现出气泡、缩孔等现象，而中心偏析和疏松等缺陷也常伴生出现。这些传递到下游，就会导致供给的线材宏观上出现“鼓肚”的现象。这些缺陷是由多个参数决定，而各参数之间又有互相影响。连铸过程中，温度总体呈下降趋势，所以在凝固结晶时，氧等因其溶解度下降而析出，氧与铁反应形成FeO或与钢水中的碳作用形成CO。由于逸出困难，所生成的气泡大部分滞留于钢中，另外析出的氧与钢中的锰、硅、铝、钛、铬等反应形成夹杂使钢坯产生缺陷，所以钢中T.O是重要的指标。而浸入式水口如果吹氩量控制不好，会使氩气泡未及时逸出或卷入，同样会形成气孔和疏松。选择合适量的吹入气体是一个重要的因素。铸坯凝固时表层生成细小等轴晶，当内部向外传热降低时，铸坯开始定向凝固，形成柱状晶。选分结晶使得溶质元素向液相区积聚，当它们被搭桥的柱状晶封闭不与其他液体交换时就会形成元素的偏析。根据“结晶游离论”，钢液流经低温的表面时由非均质形核产生的大量晶核因“颈缩”而游离进入钢液中，当钢水过热度很低时，游离的晶粒能保存下来，并增殖和长大。相反，当钢液过热度高时，游离出来的晶粒会重新熔化。试验证明采用逼近液相线的低过热度浇铸，铸坯的中心缺陷有减小的趋势，而且凝固组织还得到细化。拉速也是影响中心缺陷的关键参数之一，从工业试验得知，如果拉速过高，中心偏析和疏松严重，中心缩孔等级较高，而拉速过低，中偏析和疏松可以得到改善，但是中心缩孔有恶化的趋势。从工艺的角度来看，拉速的从高到低，出结晶器的坯壳厚度由薄变厚，坯壳内部钢液的温度也由高到低，所以选择合适的拉速配以其他参数有益于方坯中心缺陷的改善。在二冷区，单纯考虑比水量而言，比水量过小，会造成液相穴长度过长，由于钢水的补缩不好，容易产生缩孔。比水量过大，容易造成柱状晶发达，在某一局部区域两边相对生长的柱状晶相连接，或者等轴晶下落，被柱状晶捕集而形成“搭桥”；液相穴内钢液被“凝固桥”分开，桥下面的残余钢液凝固时要收缩，得不到上面钢水的补充而形成疏松或缩孔，并伴随有严重的中心偏析。所以选择合适的比水量配以其他参数也是消除缺陷的保证。电磁搅拌和低过热度浇铸能通过增加液芯中心的等轴晶数量来降低中心宏观偏析，但是存在于等轴晶间的富集偏析元素的钢液还是会形成半宏观偏析。要阻止这些含富集偏析元素的钢液的流动，同时也在凝固末端进行适当、及时的变形量以补偿两相区内钢液凝固时形成的体积收缩，所以用轻压下的手段来实现。电磁搅拌的电流强度、搅拌的频率和轻压下的参数选择也会给铸坯中心质量带来影响，如果选择不好，比如强度、频率和压下量选择过大，会起到相反的作用，结果可能使缺陷更加严重。

发明内容

本发明提供一种改善高碳钢小方坯中心缩孔的连铸方法，解决生产高碳钢线材时由于连铸过程的气泡、缩孔等而导致的轧后成品中心缩孔等问题。

本发明是通过控制过热度和浸入式水口的吹氩量以及全保护浇铸、合适的二冷冷却比水量及拉速、结晶器电磁搅拌和凝固末端轻压下的方式，实现对连铸过程中缩孔等缺陷的控制的，具体工艺参数如下，

1）采用全程保护浇铸，控制浸入式水口的吹氩量15~20L/min，每一流结晶器相对应的铸坯平均拉速在2.6~3.0m/min，每一流结晶器二冷段的二冷水的冷却比水量在0.8~1.2L/kg，气雾冷却，目的是使在连铸过程中保证T.O、气体的量和合适的冷却梯度，防止气体因溶解度减小或者卷入而在钢中析出或存留造成气泡或缩孔，高碳用连铸保护渣极易吸水，必须保持它的干燥，才能确保保护渣中的水分不分解出气体而造成缺陷；

2）采用全程低过热度浇铸，过热度20~40℃，采用460~480A，5~7Hz条件的结晶器电磁搅拌和0.4~4.5mm的凝固末端轻压下，这样的目的是减少钢中的疏松和偏析，因为在铸坯凝固时表层生成细小等轴晶，当内部向外传热降低时，铸坯开始定向凝固，形成柱状晶。选分结晶使得溶质元素向液相区积聚，当它们被搭桥的柱状晶封闭不与其他液体交换时就会形成元素的偏析。

电磁搅拌和低过热度浇铸能通过增加液芯中心的等轴晶数量来降低中心宏观偏析，但是存在于等轴晶间的富集偏析元素的钢液还是会形成半宏观偏析。要阻止这些含富集偏析元素的钢液的流动，同时也在凝固末端进行适当、及时的变形量以补偿两相区内钢液凝固时形成的体积收缩，所以用轻压下的手段来实现。