小方坯连铸单辊压下方法和设备与流程

本发明属于冶金技术领域，特别是涉及一种小方坯连铸单辊压下方法和设备。

背景技术：

小方坯连铸是指铸坯断面为方形，且铸坯断面的宽与高的尺寸都在90mm-220mm范围内的方坯连铸。

中心偏析和v型偏析指铸坯中心区域的成分不均匀，这种状况是连铸凝固过程的必然产物，也是造成小方坯连铸质量问题的主要原因，对铸坯质量影响很大。在轴承钢、高碳硬线、帘线钢、齿轮钢等的后续处理工艺中，由于钢材的中心偏析成分不均匀产生的网状碳化物、马氏体组织、带状组织等导致芯部和基体的性能不一致，会产生硬度不均匀、拉拔脆断、断丝、探伤不合格等问题。

中心偏析的改善和解决由一种方法很难满足生产的需要，是多种方法综合作用的结果。经过大量的研究和生产实践，目前解决中心偏析问题有效的方法如下。

(1)低过热度浇铸。低过热度浇铸可以提高等轴晶率，减轻中心偏析。理论上讲，当钢水的过热度等于零，接近液相线温度时，铸坯中心等轴晶率可达60％以上，可消除中心偏析。但如果中间包温度太低，会影响钢水中夹杂物上浮，水口容易冻结，浇注无法进行。低过热度浇铸只能一定程度改善中心偏析。

(2)结晶器电磁搅拌。采用结晶器电磁搅拌可以扩大等轴晶区，减少中心偏析。搅拌效果与搅拌功率有关，增加搅拌功率冶金效果改善，但搅拌功率增加到一定的程度，冶金效果不再随功率的增加而改善。

(3)合理的二冷制度。采用超强冷或弱冷制度，可以改善中心偏析。

(4)末端电磁搅拌。末端电磁搅拌与结晶器电磁搅拌配合使用，可以提高铸坯中心区等轴晶率，改善中心偏析。但末端电磁搅拌的冶金效果由于凝固末端位置的变化影响很大。

(5)轻压下。轻压下即在中心固相率fs＝0.3-0.95范围内，采用多辊，一般为2-3对辊，实施总压下量7-10mm的压下工艺。轻压下能很好地改善中心偏析。但由于小方坯凝固区间短，角部支撑坯型结构特点，传导到铸坯中心的有效压下量效率低，压下效果波动大，设备布置复杂，维修困难，应用受到限制。中心固相率fs是计算出来的数值，难以与实际铸坯组织建立对应关系的联系，更无法在线测量，压下位置的确定难度大，准确性差，压下效果不稳定。

(6)重压下技术。目前小方坯重压下技术在中心固相率fs＝0.3-0.95范围内总压下量20-30mm的压下工艺。同轻压下存在类似的问题。

由于小方坯连铸特有的角部支撑坯型结构特点和小方坯凝固区间短的凝固特征,首先体现在采用压下方法实施控制中心偏析时，出现的问题是压下效率低，角部消耗了一部分压下量，难以把压下量有效地作用在铸坯中心区域。

小方坯凝固区间短，采用两对及两对以上的辊子压下，必须把辊间距控制在650-700mm以下，才能保证两对辊作用在有效的凝固区间，在小方坯流间距小(一般流间距为1250mm)的条件下，设备设计复杂，维修困难。即使这样布置的两对辊，在有效的凝固区间也无法实现连续压下，冶金效果波动性大，设备复杂。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种改善铸坯中心偏析情况的小方坯连铸单辊压下方法，包括以下步骤：

s01：确定压下位置，压下位置在铸坯的凝固区间，铸坯的有效液芯直径为0～50mm区间段；

s02：选择实施压下工艺的辊子，辊子直径范围为400mm～500mm；

s03：选择压下量，辊子的实际控制压下量范围为8mm～30mm；

s04：完成压下工工艺。

其中，在步骤s01中，压下位置选择铸坯的有效液芯直径满足以下公式的位置点：

其中：

φ表示有效液芯直径，单位为mm，

d表示铸坯厚度，单位为mm，

δ表示凝固坯壳厚度，单位为mm，

k表示凝固系数，k在24.5～28.5之间取值，单位为

t表示铸坯凝固时间，单位为min。

其中，辊子直径与铸坯断面尺寸和凝固区间、压下影响区e有关，辊子直径、压下量与压下影响区e满足以下关系：

其中：

d表示辊子直径，单位mm，

h1表示压下量，单位mm，

e表示压下影响区，单位mm，指取得有效冶金效果的区域，取值为凝固有效区l的0.6-0.8倍，其中

l＝v×ts

式中：

v表示铸坯拉速，单位mm/s，

ts表示中心等轴晶凝固时间，单位为s，一般小方坯的中心等轴晶凝固时间为18-40s。

另外，小方坯连铸单辊压下方法还包括修正调整步骤：通过铸坯的低倍结果对决定位置压下的有效液芯直径进行试验调整，以反推算方式修正凝固系数的取值，以达到更好的工艺效果。

在步骤s01中，常用断面尺寸规格的小方坯有效液芯直径位置：对断面尺寸为120mm的小方坯，可优先选择有效液芯直径为16mm的位置为压下位置；对断面尺寸为150mm的小方坯，可优先选择有效液芯直径为20mm的位置为压下位置；对断面尺寸为160mm的小方坯可优先选择有效液芯直径为23mm的位置为压下位置；对断面尺寸为200mm的小方坯，可优先选择有效液芯直径为32mm的位置为压下位置。

一种采用上述小方坯连铸单辊压下方法的小方坯连铸单辊压下设备，该压下设备是在小方坯铸坯上下布置直径为400～500mm的成对辊子，辊子的位置设置在铸坯凝固区间的有效液芯直径0～50mm区间段，且满足以下公式：

其中：

d表示铸坯厚度，单位为mm，

δ表示凝固坯壳厚度，单位为mm，

φ表示有效液芯直径，单位为mm，

k为凝固系数，k在24.5～28.5之间取值，单位为

t为铸坯凝固时间，单位为min；

辊子的压下量为8～30mm。每一压下状态对应一个稳定的凝固状态，即在某一稳定拉速，稳定的凝固状态下，根据实际生产情况，通过辊子实现压下。

进一步的，辊子设备可以布置一对辊子，也可以布置多对辊子。布置多对辊子可以适应不同拉速工况。

上述单辊压下方法与设备能够切实改善铸坯中心偏析情况，提高小方坯品质。

附图说明

图1小方坯连铸单辊压下方法流程图

图2小方坯连铸单辊压下方法示意图，图示有效液芯直径及压下位置；

图3铸坯凝固区间及有效液芯直径示意图；

图4铸坯按有效液芯直径位置压下作用示意图；

图5布置一对辊子的小方坯连铸单辊压下设备示意图；

图6布置三对辊子的小方坯连铸单辊压下设备示意图；

图7铸坯有效液芯直径及位置压下试验低倍调整示意图。

图中：1-辊子，2-铸坯，201-铸坯液相区，202-铸坯两相区，203-凝固坯，204-压下区，3-结晶器，4-辊道，5-拉矫机，a-有效液芯直径测量值，d-辊直径，fs-中心固相率，e-压下影响区，h1-控制压下量，φ-有效液芯直径，δ-凝固坯壳厚度。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为解决技术问题所采取的技术手段及功效，以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，但不作为本发明要求的保护范围限定。

如图1-4所示的小方坯连铸单辊压下方法，步骤如下：

s01：确定压下位置，压下位置在铸坯的凝固区间，铸坯的有效液芯直径为0～50mm区间段；即在铸坯中心固相率fs＝0-1的两相区内，取有效液芯直径满足以下公式的位置为压下位置：

其中：

d表示铸坯厚度，单位为mm，

δ表示凝固坯壳厚度，单位为mm，

φ表示有效液芯直径，单位为mm，

k为凝固系数，k在24.5～28.5之间取值，单位为

t为铸坯凝固时间，单位为min；

压下位置对应的有效液芯直径在上压辊的最低点，见图2；

s02：选择实施压下工艺的辊子，辊子直径范围为400mm～500mm；根据铸坯断面及钢种、压下量、拉速、影响区e等计算后，优先按优先数和优先数系原则选取400mm、420mm、425mm、450mm、475mm或者500mm的直径大小的辊子；

s03：选择压下量，辊子的实际控制压下量范围为8mm～30mm；可考虑优先选取12mm、15mm、18mm、21mm、25mm或者28mm的压下量；

s04：完成压下工工艺。

辊子直径、压下量与压下影响区e满足以下关系：

其中：

d表示辊子直径，单位mm，

h1表示压下量，单位mm，

e表示压下影响区，单位mm，指取得有效冶金效果的区域，取值为凝固有效区l的0.6-0.8倍，其中

l＝v×ts

式中：

v表示铸坯拉速，单位mm/s，

ts表示中心等轴晶凝固时间，单位为s，一般小方坯的中心等轴晶凝固时间为18-40s。

通过铸坯的低倍结果对决定位置压下的有效液芯直径进行试验调整，如图7所示，以反推算方式修正凝固系数的取值，以达到更好的工艺效果。图7中是有效液芯直径取过大，压下位置靠前出现压下裂纹的情况，通过裂纹的位置，验证有效液芯直径的计算准确性。图7中的裂纹宽度ψ是在单辊压下时固液两相区出现的，与计算的有效液芯直径对比，有效液芯直径值修正为压下裂纹消失的靠中心一侧测量值a，据此修正凝固系数。

图5布置一对辊子的小方坯连铸单辊压下设备，在小方坯铸坯2上下布置的一对辊子1的直径在400～500mm之间，例如根据铸坯断面及钢种、压下量、拉速、影响区e等计算后，优先按优先数和优先数系原则选取，400mm、420mm、425mm、450mm、475mm或者500mm的直径大小的辊子，铸坯2从结晶器3出来，沿着生产线的辊道4，再经过拉矫机5后，到辊子1处，辊子1的压下位置在铸坯2凝固区间的有效液芯直径0～50mm区间内，且满足以下公式：

辊子1的压下量为8～30mm。图6布置三对辊子的小方坯连铸单辊压下设备。

例如实施断面为180×180mm的小方坯连铸单辊压下工艺的参数为：生产拉速v为1.5m/min，生产钢种77b，过热度为30℃，采用单辊压下，选择压下辊子d直径420mm，压下量h1为12mm，在有效液芯直径φ为25mm的对应位置压下。得到的小方坯横断面中心c偏析指数为1.08。

铸坯横断面中心c偏析指数是用于评价冶金效果的，中心c偏析指数可以采用的测量方法：首先在坯样对角线的1/4处以及各角部钻屑取点，利用直径为φ5mm的合金钻头钻孔取削，使用化学分析法分析c元素含量，取8点平均值作为名义含量；之后在坯样一面的中心钻孔取屑样检测c元素含量。中心c偏析指数＝中心c含量/c名义含量。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都属于本发明的权利要求的保护范围。