一种小方坯连铸轴承钢的生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种小方坯连铸轴承钢的生产方法，该方法包括：从钢包中向中间包连续注入钢水，当中间包中的钢水的容量达到10-20%时，将中间包中的钢水注入结晶器中，其中，钢包中向中间包连续注入钢水之前，向中间包吹氩；所述中间包包括至少3个塞棒式水口，将中间包中的钢水注入结晶器的过程中，先打开中间水口的塞棒，再打开与中间水口相邻的水口的塞棒，最后依次扩展到两端水口的塞棒，使钢水先后从所述水口注入结晶器中。本发明无需对钢水夹杂物进行变性处理即可保证单中间包连浇炉数≥8炉，连铸坯表面无清理率≥99%，连铸坯低倍检查中心疏松≤1.0级，中心偏析≤0.5级，中心缩孔≤0.5级，无其他缺陷，满足批量生产的需要。
【专利说明】一种小方坯连铸轴承钢的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种小方坯连铸轴承钢的生产方法。
【背景技术】
[0002]轴承钢广泛应用于汽车轴承，需求量较大。但在小方坯生产过程中存在以下问题:为提高轴承钢的疲劳寿命，需要尽可能减少钢的氧含量和夹杂物含量。目前，多采用铝对钢水进行深脱氧，钢中Als含量一般控制在0.02-0.04%,但铝脱氧时产生的夹杂物对钢水的可浇性带来不利影响，特别是断面较小的连铸机(< 220mmX 220mm)浸入式水口内径小，更容易出现堵塞。
[0003]铝脱氧钢一般采用钙处理对夹杂物变性的方式来改善钢水的可浇性，但钙处理的方式很难控制点状夹杂物，而点状夹杂对轴承钢疲劳性能影响极大；也有采用钡处理的方式来改善钢水的可浇性，同样存在点状夹杂物难以控制和增加成本等问题。另外，采用塞棒吹氩的方式可减少水口的堵塞，但是，一方面，对于断面较小的连铸机，塞棒吹氩容易引起结晶器液位波动，造成卷渣等缺陷，并影响拉速的提高；另一方面，塞棒与浸入式水口结合部位始终会出现夹杂物附着和固态钢(即冷钢)。
[0004]不通过对钢水夹杂物变性处理，而是通过控制连铸工艺来提高间中间包连浇炉数的方法在国内还未见报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术中的小方坯连铸轴承钢可浇性差的缺陷，提供一种小方坯连铸轴承钢的生产方法。
[0006]本发明提供了一种小方坯连铸轴承钢的生产方法，该方法包括:从钢包中向中间包连续注入钢水，当中间包中的钢水的容量达到10-20%时，将中间包中的钢水注入结晶器中，其中，钢包中向中间包连续注入钢水之前，向中间包吹氩；所述中间包包括至少3个塞棒式水口，将中间包中的钢水注入结晶器的过程中，先打开中间水口的塞棒，再打开与中间水口相邻的水口的塞棒，最后依次扩展到两端水口的塞棒，使钢水先后从所述水口注入结晶器中。
[0007]根据本发明提供的方法，无需对钢水夹杂物进行变性处理即可保证单中间包连浇炉数> 8炉，连铸坯表面无清理率> 98%，连铸坯低倍检查中心疏松< 1.0级，中心偏析(0.5级，中心缩孔< 0.5级，无其他缺陷，满足批量生产的需要。
[0008]本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是根据本发明的实施方式的中间包结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0011]本发明提供了一种小方坯连铸轴承钢的生产方法，该方法包括:从钢包中向中间包连续注入钢水，当中间包中的钢水的容量达到10-20%时，将中间包中的钢水注入结晶器中，其中，钢包中向中间包连续注入钢水之前，向中间包吹氩；所述中间包包括至少3个塞棒式水口，将中间包中的钢水注入结晶器的过程中，先打开中间水口的塞棒，再打开与中间水口相邻的水口的塞棒，最后依次扩展到两端水口的塞棒，使钢水先后从所述水口注入结晶器中。
[0012]优选地，所述中间包中钢水的容量达到30%之前，完成所有塞棒式水口的塞棒的打开。
[0013]优选地，所述方法还包括:在中间包中钢水的容量达到50%以上(优选50-70%)之后，向所述中间包中加入中间包覆盖剂。
[0014]根据本发明所述的方法，塞棒吹氩会造成结晶器液面的波动，造成卷渣等缺陷，因此，优选情况下，在砌筑中间包时，采用的塞棒为实心塞棒，烧注过程中塞棒不吹気。此外，本领域的技术人员能够清楚地理解到，在中间包砌筑好之后必须进行良好烘烤，保证中间包内壁温度≥1100°c，水口内壁温度≥500°C。
[0015]根据本发明所述的方法，所述中间包可以为矩形中间包，所述中间包的塞棒式水口的数目可以为3-8，优选为5-7，中间包的盛钢量可以为20-50t。
[0016]根据本发明所述的方法，向所述中间包内吹氩可以降低中间包内钢水被氧化的几率，优选情况下，在钢水进入中间包之前通过所述中间包底部的充氩管向中间包内吹氩，所述吹氩的流量为300-600NL/min，吹氩压力可以为0.5-1.0MPa，优选为0.5-0.8MPa，向中间包内注入钢水时必须保证中间包内无空气，因此，向所述中间包内吹氩的最小时间需要满足以下公式:
[0017]T=100Xff/ P /Q/N
[0018]其中，T一吹氩时间，单位为min ;W—中间包容量，单位为t ; P为7.6-7.8t/m3，表示钢水在浇注温度下的密度；Q—吹氩流量，单位为NL/min ;N—中间包内吹氩管的数量。中间包内吹気管的数量可以为1-10,优选为2-4,最优选为3。例如，中间包的容量为45t,lS气流量为500NL/min ;吹氩管数量为3，则最小吹氩时间=1000X45/7.6/500/3=3.94min。
[0019]根据本发明的优选实施方式，当中间包覆盖剂加入后，停止吹氩。
[0020]根据本发明所述的方法，将钢包内钢水通过长水口注入中间包内，当钢水达到所述中间包容量的10-20%时，更优选为14-16%时，打开塞棒，开始开浇。
[0021]根据本发明所述的方法，为了保证中间包的水口不被堵塞，所述开浇的步骤为:先打开中间水口的塞棒，再打开与中间水口相邻水口的塞棒，最后依次扩展到两端水口的塞棒，即，先进行中间流次开浇，再进行中间流次相邻的流次，最后扩展到两端流次的开浇。当所述中间包的水口个数为奇数时，先打开中间的一个水口进行开浇，再依次向中间水口的两侧扩展，逐次打开水口，且每次打开两个水口，即每侧一个；当所述中间包的水口个数为偶数时，先打开中间的两个水口进行开浇，再依次向中间水口的两侧扩展，逐次打开水口，且每次打开两个水口，即每侧一个。例如，如图1所示，1-6为中间包的六个水口，a-C为中间包的氩气管道。根据本发明所述的方法，钢水在中间包向结晶器的开浇次序为:先进行3、4流次开浇，再进行2、5流次开浇，最后进行1、6流次开浇。
[0022]根据本发明所述的方法，打开与中间水口相邻的水口的塞棒的间隔时间为1-5秒。
[0023]根据本发明所述的方法，从开始开浇到最后一流开浇(即所有水口都打开)的时间间隔优选在2min以内，更优选为l_2min。
[0024]在现有的小方坯连铸轴承钢的生产过程中，中间包覆盖剂(保护渣)通常主要是在开浇之前(也即打开水口之前)加入。然而，本发明的发明人发现，在中间包所有流次都开浇(也即所有水口都打开)之后，当钢水达到中间包容量的50%以上(优选为50-70%)之后加入所述中间包覆盖剂，这样可以避免中间包内钢水液位较低时覆盖剂卷入钢水内。因此，本发明中优选在中间包中钢水的容量达到50%以上(优选50-70%)之后，向所述中间包中加入中间包覆盖剂。
[0025]本发明对所述中间包覆盖剂没有特别的限定，可以为本领域常用的中间包覆盖齐U。优选地，所述中间包覆盖剂为复合型中间包覆盖剂。为了减少钢中的夹杂物，优选情况下，所述中间包覆盖剂的碱度为0.5-0.8，所述中间包覆盖剂中，主要组成及其含量分别为:C含量为15-20重量％，CaO含量为25-35重量％，S12含量为30-35重量％，Al2O3的含量为0-10重量％，熔点为1250-1300°C，粒度为0.1-0.2mm。所述中间包覆盖剂以粉末或颗粒形式加入。
[0026]根据本发明所述的方法，所述中间包覆盖剂的用量可以为3_5kg/吨钢。
[0027]在优选的实施方式中，为了进一步对中间包钢水进行保温，在加入中间包覆盖剂后，所述方法还包括在中间包液面上加入保温剂碳化稻壳，所述碳化稻壳中:碳含量为50-70重量％，含氮量0.5-0.7重量％，容重为0.15-0.24g/立方厘米，总孔隙度82.5%，无肉眼可见杂质。所述碳化稻壳的用量可以为0.1-0.5kg/吨钢。
[0028]在本发明中，所述中间包覆盖剂、碳化稻壳的用量均指从钢包浇注到中间包的每吨钢水所需要的质量。
[0029]为了避免在浇注过程中钢坯产生裂纹，中间偏析严重，连铸坯壳薄厚不一或造成水口冻结的缺陷，在本发明中，所述中间包的过热度可以控制为20-45°C。由于第一炉钢水进入中间包时，中间包的温度较低，优选情况下，所述中间包第一炉钢水的过热度控制为35-45°C，第二炉起将过热度控制为25-35°C。
[0030]根据本发明所述的方法，为了保证铸坯成分均匀，所述结晶在电磁搅拌器的搅拌下进行，所述电磁搅拌器的操作条件包括:频率为2.5-3.5Hz，优选为2.8-3.2Hz ;搅拌电流为 350-400A，优选为 370-390A。
[0031]根据本发明所述的方法，所述方法还包括在将钢水送至结晶器之后进行铸坯的连铸，所述连铸的过程包括:开动引锭杆，拉坯，使铸坯进入二冷段区冷却。
[0032]根据本发明所述的方法，为了避免连铸拉速过快造成的连铸坯壳太薄，或连铸拉速过慢时影响到连铸机的生产能力，优选情况下，所述中间包第一炉的连铸拉速控制为0.85-0.95m/min，其它炉次的连铸拉速控制为0.80-1.40m/min,进一步优选为
1.05-1.15m/min,保证拉速波动< ±0.05m/min。
[0033]根据本发明所述的方法，为了避免连铸坯表面和中心之间出现裂纹或鼓肚现象，优选情况下，所述二冷比水量为0.40-0.60L/kg，进一步优选为0.45-0.55L/kg。
[0034]以下的实施例将对本发明作进一步的说明，但并不因此限制本发明。
[0035]以下实施例和对比例中，按照连铸方坯评级标准YB/T153-1999，测试评价铸坯中心疏松、中心偏析，中心缩孔、中心裂纹、中间裂纹等缺陷。
[0036]以下实施例和对比例中，均采用200mmX200mm的六机六流方坯连铸机连铸，中间包的容量为45t。中间包覆盖剂购自攀枝花钢城集团公司，牌号为PC-1 ;碳化稻壳中:碳含量为60重量％，含氮量0.6重量％，容重为0.19g/立方厘米，总孔隙度82.5%，无肉眼可见杂质。
[0037]实施例1
[0038]将精炼结束的钢水送到连铸平台，此钢水成分主要为:碳1.05%、硅0.28%、锰 0.36%、磷 0.011%、硫 0.006%、T [O]:0.0005%、铝 0.03%、钙 0.0001%、余量为铁及微量杂质。测得钢水过热度为40°C。
[0039]连铸采用的中间包为实心塞棒砌筑的中间包，浇注过程塞棒不吹氩。
[0040]连铸开始前5min,接通IS管，向中间包内通入IS气，通入IS气的流量为470NL/min，压力为0.5MPa。钢包和中间包中间采用长水口密封，并在接缝处加入密封垫圈，开始向中间包内注入钢水，当钢水注入8吨时，打开3、4流塞棒，间隔10秒后，打开2、5流塞棒、再间隔10秒后，打开1、6流塞棒。塞棒打开后，钢水通过浸入式水口向结晶器内注入钢水，当结晶器液面达到65cm时,开动引锭杆,开始拉还,拉还速度由O逐步提高到0.90m/min。除中间包第一炉外，其它炉次钢水过热度控制在25-33°C。
[0041]上述过程中，当1、6流塞棒打开后，当钢水达到中间包容量的60%时，随即向中间包内加入中间包覆盖剂3.2kg/吨钢，覆盖剂加完后,停止充気,再向中间包液面上加入保温剂碳化稻壳0.18kg/吨钢，以防止温度降低。
[0042]钢水开始浇注时，结晶器电磁搅拌开启，电流强度为370A、频率为2.8Hz，连铸拉速控制在1.05-1.15m/min，保证拉速波动≤±0.05m/min，二冷比水量采用0.53L/kg。
[0043]采用该方法进行开浇，一直到连续浇注9炉。
[0044]采用该方法浇注的200mmX 200mm连铸坯，中间包第一炉铸坯表面无清理率达到98.5%，连铸坯低倍检查中心疏松0.5级，中心偏析0.5级，中心缩孔0.5级，无其他缺陷。其它炉次铸坯表面无清理率达到99.4%，连铸坯低倍检查中心疏松0.5级，中心偏析0.5级，中心缩孔O级，无其他缺陷。
[0045]对比例I
[0046]根据实施例1所述的方法制备小方坯连铸轴承钢，，所不同的是，当钢水注入15吨时，打开塞棒，进行开浇。
[0047]采用该方法进行开浇，一直到连续浇注4炉，由于结晶器浸入式水口堵塞，无法继续进行浇注。
[0048]采用该方法浇注的200mmX 200mm连铸坯，中间包第一炉铸坯表面无清理率达到98.6%，连铸坯低倍检查中心疏松0.5级，中心偏析0.5级，中心缩孔0.5级，无其他缺陷。其它炉次铸坯表面无清理率达到99.2%，连铸坯低倍检查中心疏松0.5级，中心偏析0.5级，中心缩孔0.5级，无其他缺陷。
[0049]对比例2
[0050]根据实施例1所述的方法制备小方坯连铸轴承钢，所不同的是，塞棒打开的顺序为:先打开1、6流塞棒，再打开2、5流塞棒，最后打开3、4流塞棒。
[0051]采用该方法进行开浇，一直到连续浇注5炉，由于结晶器浸入式水口堵塞，无法继续进行浇注。
[0052]但用该方法浇注的200mm X 200mm铸坯中间包第一炉铸坯表面无清理率达到98.2%，连铸坯低倍检查中心疏松1.0级，中心偏析1.0级，中心缩孔0.5级，无其他缺陷。其它炉次铸坯表面无清理率达到99.5%。连铸坯低倍检查中心疏松1.0级，中心偏析0.5级，中心缩孔0.5级，无其他缺陷。
[0053]对比例3
[0054]根据实施例 1所述的方法制备小方坯连铸轴承钢，所不同的是:当钢水注入17吨时，打开塞棒，进行开浇，且塞棒打开的顺序为:先打开1、6流塞棒，再打开2、5流塞棒，最后打开3、4流塞棒。
[0055]采用该方法进行开浇，一直到连续浇注3炉，由于结晶器浸入式水口堵塞，无法继续进行浇注。
[0056]但用该方法浇注的200mm X 200mm铸坯中间包第一炉铸坯表面无清理率达到98.6%，连铸坯低倍检查中心疏松1.0级，中心偏析0.5级，中心缩孔0.5级，无其他缺陷。其它炉次铸坯表面无清理率达到99.0%。连铸坯低倍检查中心疏松1.0级，中心偏析0.5级，中心缩孔O级，无其他缺陷。
[0057]对比例4
[0058]根据实施例1所述的方法制备小方坯连铸轴承钢，所不同的是，连铸开始前不吹
3? ο
[0059]采用该方法进行开浇，一直到连续浇注4炉，由于结晶器浸入式水口堵塞，无法继续进行浇注。
[0060]采用该方法浇注的200mmX200mm连铸坯，中间包第一炉铸坯表面无清理率为98.5%，连铸坯低倍检查中心疏松0.5级，中心偏析0.5级，中心缩孔0.5级，无其他缺陷。其它炉次铸坯表面无清理率达到99.2%，连铸坯低倍检查中心疏松0.5级，中心偏析0.5级，中间缩孔0.5级，无其他缺陷。
[0061]实施例2
[0062]将精炼结束的钢水送到连铸平台，此钢水成分主要为:碳1.03%、硅0.28%、锰
0.33%、磷 0.011%、硫 0.004%、T [O]:0.0007%、铝 0.03%、钙 0.0001%、余量为铁及微量杂质。测得钢水过热度为42°C。
[0063]连铸采用的中间包为实心塞棒砌筑的中间包，浇注过程塞棒不吹氩。
[0064]连铸开始前5min,接通IS管，向中间包内通入IS气，通入IS气的流量为420NL/min，压力为0.6MPa。钢包和中间包中间采用长水口密封，并在接缝处加入密封垫圈，开始向中间包内注入钢水，当钢水注入8.5吨时，打开3、4流塞棒，间隔10秒后，打开2、5流塞棒、再间隔10秒后，打开1、6流塞棒。塞棒打开后，钢水通过浸入式水口向结晶器内注入钢水，当结晶器液面达到72cm时，开动引锭杆，开始拉还，拉还速度由O逐步提高到0.95m/min。除中间包第一炉外，其它炉次钢水过热度控制在27-34°C。
[0065]上述过程中，当1、6流塞棒打开后，当钢水达到中间包容量的50%时，随即向中间包内加入中间包覆盖剂3.5kg/吨钢,覆盖剂加完后,停止充気。再向中间包液面上加入保温剂碳化稻壳0.27kg/吨钢，以防止温度降低。
[0066]钢水开始浇注时，结晶器电磁搅拌开启，电流强度为390A，频率为3.2Hz，连铸拉速控制在1.05-1.15m/min,保证拉速波动< ±0.05m/min, 二冷比水量采用0.54L/kg。
[0067]采用该方法进行开浇，一直到连续浇注9炉。
[0068]采用该方法浇注的200mmX 200mm连铸坯，中间包第一炉铸坯表面无清理率达到98.7%，连铸坯低倍检查中心疏松0.5级，中心偏析0.5级，中心缩孔0.5级，无其他缺陷。其它炉次铸坯表面无清理率达到99.5%，连铸坯低倍检查中心疏松0.5级，中心偏析0.5级，中心缩孔O级，无其他缺陷。
[0069]实施例3
[0070]将精炼结束的钢水送到连铸平台，此钢水成分主要为--碳1.0%、硅0.27%、锰0.37%、铬 1.47%、磷 0.012%、硫 0.008%,T [O]:0.0006%、铝 0.02%、钙 0.0001%、余量为铁及微量杂质。测得钢水过热度为43°C。
[0071]连铸采用的中间包为实心塞棒砌筑的中间包，浇注过程塞棒不吹氩。
[0072]连铸开始前5min,接通気管，向中间包内通入IS气,通入IS气流量为450NL/min,压力为0.6MPa。钢包和中间包中间采用长水口密封，并在接缝处加入密封垫圈，开始向中间包内注入钢水，当钢水注入7吨时，打开3、4流塞棒，间隔10秒后，打开2、5流塞棒、再间隔10秒后，打开1、6流塞棒。塞棒打开后，钢水通过浸入式水口向结晶器内注入钢水，当结晶器液面达到70cm时,开动引锭杆,开始拉还,拉还速度由O逐步提高到0.85m/min。
[0073]上述过程中，当1、6流塞棒打开后，当钢水达到中间包容量的70%时，随即向中间包内加入中间包覆盖剂3.0kg/吨钢,覆盖剂加完后,停止充気。再向中间包液面上加入保温剂碳化稻壳0.2kg/吨钢，以防止温度降低。除中间包第一炉外，其它炉次钢水过热度控制在 26-35 °C。
[0074]钢水开始浇注时，结晶器电磁搅拌开启，电流强度为380A，频率为3Hz。二冷比水量采用0.52L/kg，连铸拉速控制在1.05-1.15m/min，保证拉速波动≤±0.05m/min，二冷比水量采用0.52L/kg。
[0075]采用该方法进行开浇，一直到连续浇注8炉。
[0076]采用该方法浇注的200mmX 200mm连铸坯，中间包第一炉铸坯表面无清理率达到98.2%，连铸坯低倍检查中心疏松1.0级，中心偏析0.5级，中心缩孔1.0级，无其他缺陷。其它炉次铸坯表面无清理率达到99.1%，连铸坯低倍检查中心疏松0.5级，中心偏析0.5级，中间缩孔O级，无其他缺陷。
[0077]由上述实施例可以看出，采用本发明所述的方法可以保证轴承钢连铸过程的稳定控制和铸坯质量的稳定，特别是满足单中间包连浇炉数>8炉的要求，降低了生产成本。该发明在攀钢钒炼钢厂实施后创造了明显的经济效益。
【权利要求】
1.一种小方坯连铸轴承钢的生产方法，该方法包括:钢包中向中间包连续注入钢水，当中间包中的钢水的容量达到1 - 2 O %时，将中间包中的钢水注入结晶器中，其中，钢包中向中间包连续注入钢水之前，向中间包吹氩；所述中间包包括至少3个塞棒式水口，将中间包中的钢水注入结晶器的过程中，先打开中间水口的塞棒，再打开与中间水口相邻的水口的塞棒，最后依次扩展到两端水口的塞棒，使钢水先后从所述水口注入结晶器中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中间包包括3-8个塞棒式水口。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，向中间包吹氩的过程中，所述吹氩的流量为300-600NL/min,吹氩压力为0.5-1.0MPa,吹氩的最少时间满足公式:
T=100Xff/ P /Q/N 其中，T一充氩时间，单位为min ;W—中间包容量，单位为t ; P为7.6-7.8t/m3，表示钢水在浇注温度下的密度；Q—吹氩流量，单位为NL/min ;N—中间包内吹氩管的数量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述中间包中的钢水的容量14-16%时，将中间包中的钢水注入结晶器中。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，打开与中间水口相邻的水口的塞棒的间隔时间为1-5秒。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，所述中间包中钢水的容量达到30%之前，完成所有塞棒 式水口的塞棒的打开。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述方法还包括:在中间包中钢水的容量达到50%以上之后，向所述中间包中加入中间包覆盖剂。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述中间包覆盖剂的加入量为3-5kg/吨钢。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其中，注入所述中间包的第一炉钢水的过热度为35-45°C，其他炉次钢水的过热度为25-35°C。
10.根据权利要求1-9所述的方法，其中，所述结晶在电磁搅拌器的搅拌下进行，所述电磁搅拌器的操作条件包括:频率为2.5-3.5Hz，优选为2.8-3.2Hz ;搅拌电流为350-400A，优选为370-390A。
11.根据权利要求1-10所述的方法，其中，所述方法还包括在将钢水送至结晶器之后进行铸坯的连铸，所述连铸的条件包括:中间包第一炉的连铸拉速为0.85-0.95m/min，其它炉次的连铸拉速为0.80-1.40m/min，二冷比水量为0.40-0.60L/kg。
【文档编号】B22D11/18GK104070149SQ201310413900
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】陈天明, 李扬洲, 陈亮, 刘建华, 陈永, 黎建全, 杨森祥, 杨文中, 张强, 杨洪波 申请人:攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司