低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及辊坯用钢锭的生产方法，尤其是指一种低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法。
【背景技术】
[0002]宏观偏析属于铸造中的一种缺陷，在大型辊坯之中表现严重。
[0003]轧辊使用周期长，长期承受交变弯曲应力，要求辊坯具有良好的屈服强度、韧性和抗断裂性能。然而支承辊辊坯的尺寸一般比较大，由于大尺寸，浇铸中存在多相流动和复杂的质、能传递，凝固时间长，区域冷速差异大，导致晶粒尺寸不均，偏析严重等缺陷，必须依赖后期锻造时反复加热，多次变形来获得均质的钢材，从而大大增加了成本。所以大型辊坯用钢锭初始铸造的宏观偏析问题非常重要。
[0004]对于铸锭的宏观偏析，在数值模拟上有一定的发展，可以用于辅助分析。流场和温度场的数值计算基本已经成熟，可以应用于大铸锭的浇铸、凝固过程分析。大铸锭宏观偏析在实践上也有一些建树。如一些学者(Pei Zhao, Hui Zhang, New ideas toimprove hompgeneity of as-cast structure of steel,Internat1nal Conference ofUltra-fine Structures of Steel Materials, Australia, 2003，11)提出往钢淀中加入钢球，起异质形核，加快钢锭冷却作用，但是该方法不能控制钢球在钢锭中的位置。还有一些学者(桑宝光等，专利申请号200810011408.3)提出通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的制造方法，在锭模底部和锭模中下部加通气管道，通过压缩气体加强外部散热，该方法对大铸锭效果不明显，因为当外界散热条件很好时，大铸锭散热瓶颈在于铸锭本身。还有一些学者(李殿忠等，专利申请号20091001086.2，一种通过多包合浇抑制大型钢锭偏析的方法)提出了多包合浇，主要通过调整每包的成分:底部高于正常水平，顶部低于正常水平的方法，并加以改变每包浇铸间隔时间来抑制宏观偏析，该方法一定程度上可抑制宏观偏析，但是大铸锭金属液量大，包与包之间的金属流动融合宏观偏析在整体上依然会很大。还有一些学者(LAURENTIU NASTAC, Computat1nal Fluid Dynamics Modelingof Macrosegregat1n and Shrinkage in Large-Diameter Steel Roll Castings,METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACT1NS B V0LUME42B, DECEMBER2011—1231)提出，为了克服中心正偏析，浇铸时将中心位置用材料预空，最后在中心位置浇入相对低成分、低温度的金属液，该研究有一些效果，但是操作复杂，而且最后浇入的低温低成分金属液在凝固过程中因自然对流作用也会和周围金属液融合，效果不是很大。还有的人(康秀红等，专利申请号200810228883.6，一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷方法)提出在铸锭四分之一或者二分之一半径位置布置至少一圈冷铁棒的方法，该方法从理论上说可行性是有的，但是如此加入了钢棒后质、能传递更加复杂，其参数大小难以确定，实际操作性待于研究。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法。本方法能够抑制宏观偏析，并将铸锭的中心正偏析移至了冒口，消除了铸锭中的中心正偏析，本方法操作易行，便于工厂实际应用。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法，其包含以下步骤:
[0008]SI，预制内冷钢棒棒坯；
[0009]S2，对内冷钢棒棒坯进行均匀化热处理和多向锻造加工；
[0010]S3，将经热处理和锻造加工后的内冷钢棒棒坯加工成所需尺寸的圆柱状内冷钢棒，并表面光滑无裂纹；
[0011]S4，对内冷钢棒表面进行去油污和去铁锈的去污加工；
[0012]S5，将经去污加工后的内冷钢棒预热到50_700°C ；
[0013]S6，在浇注辊坯用钢锭的钢锭模内加保护渣，并在钢锭模的口部加钢锭帽口 ；
[0014]S7，将预热到50-700 °C的内冷钢棒固定悬挂在钢锭模内腔中心位置，并内冷钢棒的底端距钢锭模内腔底面距离为钢锭模高度的1/5-1/12 ；
[0015]S8，对钢锭模内浇注辊坯用钢锭的钢水，钢水凝固后脱去钢锭模，制成辊坯用钢锭，所述内冷钢棒和钢水熔合为一体，成为钢锭的一部分。
[0016]所述内冷钢棒棒坯的材质与辊坯用钢锭一致。
[0017]所述步骤S3中，内冷钢棒所需尺寸为:
[0018]内冷钢棒的直径为浇注辊坯用钢锭的钢锭模内腔底端面内直径的1/4-1/12，所述钢锭模内腔是上粗下细的由偶数边组成的正多边体状，其每个横截面为偶数边组成的正多边形，所述偶数至少为4，所述钢锭模内腔底端面内直径是指钢锭模内腔底端面的正多边形中两个相对应边之间的距离；
[0019]内冷钢棒高度为钢锭模高度与冒口高度之和的1.1-1.4倍。
[0020]所述内冷钢棒的直径为浇注辊坯用钢锭的钢锭模内腔底端面内直径的1/8。
[0021]所述内冷钢棒高度为钢锭模高度与冒口高度之和的1.2倍。
[0022]所述偶数为8或16。
[0023]所述步骤S5中，内冷钢棒预热到150°C。
[0024]所述步骤S7中，所述冷钢棒放入钢锭模内腔后，其钢棒底端距钢锭模内腔底面距离为钢锭模高度的1/7。
[0025]所述步骤S8中，钢锭模内浇注钢水后，在大气中放置12-20小时后钢水凝固，脱去钢锭模，钢水凝固成辊坯用钢锭。
[0026]本发明的有益效果:
[0027]本发明是在浇注辊坯用钢锭的钢锭模内腔中心预先插入一根内冷钢棒，能够起到异质形核和加速金属液冷却的作用，即增加了形核率，加速了金属液的冷却，从而能够抑制宏观偏析，并将铸锭的中心正偏析移至了冒口，消除了铸锭中的中心正偏析，中心内冷钢棒的参数较易于控制。本发明与现有技术相比，方法简单，操作易行，参数较易于控制，抑制了中心大的正偏析，还起到异质形核、加速冷却的作用，实践还表明，该控制在随后并不影响补缩，由于本方法实际生产操作简单易行，因此易于工厂应用。
[0028]为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。
【附图说明】
[0029]图1为本发明中钢锭模内腔与中心内冷钢棒纵截面结构示意图；
[0030]图2为本发明的低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合实施例的附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。
[0032]本发明的低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法所采用的技术方案参见图1，本发明是在浇注辊坯用钢锭的钢锭模内腔I中心预先插入一根内冷钢棒3，然后浇注钢水，内冷钢棒3激冷金属液,加速金属液的冷却，为了避免异质材质的加入，内冷钢棒3应当使用与辊坯用钢锭同种的材质。采用内冷钢棒是为了避免起激冷作用的金属与浇注的金属液很快的熔合，因此不采用过冷的金属液，而采用凝固的冷钢棒。采用中心内冷钢棒3可简单钢锭的生产工艺，并参数易于控制。为了能够使中心内冷钢棒3的作用充分发挥，冷钢棒的尺寸不宜太小，加入了中心内冷钢棒后，为了能够补缩，钢棒的尺寸也不宜太大。
[0033]参见图2，本发明的低宏观偏析大型辊坯用钢锭的生产方法包括以下步骤:
[0034]SI，预制内冷钢棒棒坯，其材质与辊坯用钢锭一致；
[0035]S2，对内冷钢棒棒坯进行均匀化热处理和多向锻造加工(无特殊要求，采用常规均匀化热处理和锻造即可)，以消除内冷钢棒的宏观偏析，并使其组织致密；
[0036]S3，将经热处理和锻造加工后的内冷钢棒棒坯加工成所需尺寸的圆柱状内冷钢棒，要求其表面光滑无裂纹，所述所需尺寸为:
[0037]内冷钢棒的直径为浇注辊坯用钢锭的钢锭模内腔底端面内直径的1/4-1/12，一般取钢锭模内腔直径的1/8为宜；这里需说明:辊坯用钢锭的形状为上粗