一种生产超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸方法技术

本发明专利技术公开了一种生产超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸方法，属于钢铁冶金行业近终形连铸技术领域。该方法涉及单点非平衡保护浇铸装置和使用方法、配套的安全生产操作方法、匹配的拉速、过热度、浸入式水口内径和插入深度最佳工艺参数、非对称的结晶器冷却工艺和保护渣多点布料工艺。本发明专利技术依托异型坯单点浇铸特点，采用数值模拟、水模型和现场实验等手段，理论可靠，实现简单，安全可靠，可操作性强，不仅实现了钢水全保护浇铸，可用于批量生产含铝等易氧化元素的高级别钢种，而且减轻了超薄大规格异型坯生产时单点非平衡浇铸对结晶器流场和温度场不对称的影响，避免了漏钢等安全事故，可生产出合格的铸坯，也保证了生产稳定顺行。

A Single Point Non-Equilibrium Protection Casting Method for Producing Ultra-thin and Large Size Aluminium-Containing Steel Blanks

The invention discloses a single point unbalanced protection casting method for producing ultra-thin and large-sized aluminum-containing steel profiles, which belongs to the near-net shape continuous casting technology field of iron and steel metallurgical industry. The method involves single point non-equilibrium protection casting device and operation method, matching safe production operation method, matching drawing speed, superheat, optimum technological parameters of submerged nozzle inner diameter and insertion depth, asymmetric crystallizer cooling process and multi-point distribution process of protective slag. Relying on the characteristics of single point casting of special-shaped billet, the method of numerical simulation, water model and field experiment is adopted. The theory is reliable, the realization is simple, safe and reliable, and the operability is strong. The method not only realizes the full protection casting of molten steel, but also can be used to mass produce high-grade steel containing oxidizable elements such as aluminium, and reduces the single-point non-equilibrium casting pair crystallization in the production of ultra-thin and large-sized special-shaped billet. The asymmetrical influence of flow field and temperature field can avoid the safety accidents such as breakout, produce qualified slabs, and ensure stable and smooth production.

【技术实现步骤摘要】
一种生产超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸方法
本专利技术属于钢铁冶金行业近终形连铸
，更具体地说，涉及一种生产超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸方法。
技术介绍
连铸是一个将钢水连续冷却凝固成形的过程，是目前主要的钢铁铸造方式。在连铸技术的发展历程中，近终形连铸是现代连铸技术发展的一个重要成就和标志，它可以直接生产出所需钢材断面形状或接近成品钢材形状的连铸坯。其中异型坯连铸是近终形连铸的一个重要形式，异型坯通常主要是指H型断面的连铸坯。由于H型钢有断面形状经济合理、抗弯截面模数大、制作方便等优点，为了满足国内需要，20世纪90年代以来，国内多家钢铁公司相继都建成了异型坯连铸机。目前近终形异型坯连铸技术在国内得到了大规模应用，所生产的铸坯已经能够满足各种强度等级的结构钢、耐侯钢、海洋石油平台用钢、细晶粒钢等品种需要。异型坯生产和加工工艺简化，设备减少，生产流程线缩短，显著提高了生产效率、降低了建设投资成本和生产成本，同时异型坯轧制H型材加工工序减少，综合能耗低，也大大降低了生产成本并提高了成材率。钢水的浇铸工艺是控制铸坯质量的关键技术。H型断面的异型坯与常规铸坯(方坯、板坯和圆坯)相比，浇铸断面形状复杂，异型坯主体分为一个腹板和左右对称分布的翼缘。浇铸工艺将直接影响生产过程的可操作性、难易性和稳定性，以及最终影响到H型断面铸坯质量。目前，H型坯的浇铸工艺主要有以下四种：第一种工艺是中间包到结晶器的浇铸是在每个铸流采取翼缘三角区两点“定径水口+半浸入式(半敞开式)漏斗形水口”浇铸工艺，中间包内没有塞棒系统控流，中间包出口采用，且定径水口与插在结晶器钢液内的漏斗形水口不连接，是有一定距离的，这种工艺可减小注流的冲击作用，目前在生产普碳钢种以及低合金钢等时被广泛采用，但不能实现钢水全保护浇铸，钢液容易被再氧化污染，一般钢中氧氮含量较高，达到60ppm以上，尤其不能浇铸含铝和有易氧化元素的钢水。中国专利申请号为：201410284643.3，申请日为2014.06.23的“一种用近终形异型坯连铸机生产连铸坯的方法”，其公开了一种近终形异型坯连铸机生产连铸坯的翼缘三角区两点半敞开式漏斗形水口浇铸工艺方法，提高了中间包的开浇成功率，降低了浇铸过程的溢钢、漏钢问题。第二种工艺是每个铸流在两个翼缘三角区双浸入式水口全保护浇铸工艺，中间包上水口和浸入式水口密封相连，浸入式水口有采用直筒型和带侧孔的，这种工艺操作简单、便利，生产稳定性好，浸入式水口使用寿命也较长，但是这种两点全保护浇铸时，由于异型坯尺寸的限制，在两点之间中间包内无法设置塞棒控流系统，中间包出口必须使用定径滑块控流，滑块孔径小，生产含铝钢时滑块内壁易粘附Al2O3等夹杂物，导致套眼严重，不能满足含铝及采用铝脱氧工艺钢种生产需要，因此无法实现铝脱氧，钢水纯净度不高，同时，该种保护浇铸工艺也无法实现含较高钛含量以及有稀土加入要求钢种的生产。中国专利申请号为：201410350560.X和201110254150.1，申请日分别为2014.07.22和2011.08.31，专利文献名称为“异型坯浇铸用浸入式水口及其布置方式”和“异型坯结晶器用浸入式水口的布置结构”，其公开了翼缘三角区双浸入式水口全保护浇铸工艺，以及浸入式水口的内部结构和开孔情况。但两点浇铸时，由于异型坯尺寸约束，两水口间距过小，使得水口上方无法放置两组塞棒装置。第三种工艺是腹板中心单点“塞棒+上水口+浸入式水口”全保护浇铸工艺，该工艺在使用过程中暴露出诸多问题，主要是腹板中间的浸入式水口对中困难，水口使用寿命短、工艺不稳定，尤其是对于超薄腹板尺寸空间太小也限制了这种工艺的应用。中国专利申请号为：200710014826.3，申请日为2007.07.17的“用单个浸入式水口进行异型坯连铸保护浇铸的方法及装置”，其公开了一种用单个浸入式水口进行异型坯保护浇铸的方法和装置，即采用一个圆形向扁平过渡的双水孔浸入式水口置于异型坯结晶器腹板中心部位进行浇铸。在浇铸超薄异型坯时，由于超薄异型坯中间宽度太小，最小规格仅有90mm，水口需要与内外弧结晶器铜板保持一定距离，并且水口构造最外侧的耐火材料需要一定厚度，在此条件下，水口内径太小难以保证浇铸流量，水口直径太大难以插入结晶器或对中间腹板造成冲刷，不能适应连铸生产的需要。第四种工艺是每个铸流采用单个浸入式水口在异型坯断面一侧翼缘三角区进行保护浇铸，这会使得结晶器内钢液的流场和温度场极不对称，导致铸坯的各种表面和内部质量问题频发，严重时还会出现漏钢事故。期刊文献《MA345钢的冶炼和异型坯连铸工艺开发》和《从异型坯连铸机的投产看近终形异型坯连铸技术的发展》中简单的提到了马钢异型坯连铸目前对于生产优质钢小断面(500mm×300mm×120mm)铸坯时采用塞棒+翼缘三角区单浸入式水口保护浇铸，马钢的这种异型坯从尺寸和翼缘厚度两方面来说均易实现单点保护浇铸，马钢对于生产腹板较薄和较大断面(750mm×450mm×120mm)铸坯时，采用定径水口+半浸入式双水口半敞开式浇铸。单点浇铸时，结晶器钢水流场、温度场分布不对称不均匀、结晶器内铸坯坯壳生长、保护渣熔化不均匀，易导致漏钢、拉不动等生产事故及铸坯表面裂纹质量问题；同时，腹板厚度过薄时采用翼缘单点浇铸，非浇铸点侧钢水经过腹板时通过能力差，进一步加剧结晶器钢水流场、温度场分布的不对称、不均匀，且钢水对腹板的冲刷过强，易导致局部坯壳薄发生漏钢生产事故；如果铸坯断面宽度大，也会进一步加剧结晶器钢水流场、温度场分布的不对称不均匀；翼缘单点浇铸点钢水流量较两点浇铸大，注流对附近坯壳冲刷严重。中国专利申请号为201210090957.0，申请日为2012.03.30的“一种大规格Z向H型钢及其制备方法”，其公开了一种大规格Z向H型钢的成分以及制备这种H型钢的方法，其连铸过程为中间包烘烤温度为1100℃，结晶器对弧，水口对中符合要求，冷却水效果良好，使用浸入式水口全保护浇注，浸入式水口为扁平状，二冷采用弱冷，结晶器采用非正弦振动。可完成Z向H型钢的连铸工作，并生产出合格的Z向H型钢；但生产含铝钢时，扁平状水口易结瘤，水口易发生射流，导致流场不均，该专利文献并没有针对水口结瘤和流场不均现象提出解决方案，不能用于生产超薄大规格含铝钢异型坯。综上所述，针对异型坯连铸所面临的问题，上述专利文献和期刊文献都提供了一定的解决方法，但均不适用于浇铸超薄(如腹板厚度为90mm)大规格(如铸坯宽度达到1024mm)含铝钢异型坯。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有技术难以安全稳定的对超薄大规格含铝钢异型坯进行连铸生产的问题，本专利技术提供一种生产超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸方法，在满足超薄大规格含铝钢异型坯安全稳定生产的前提下，可以使得结晶器内钢水流场、温度场分布对称均匀化，结晶器内铸坯坯壳生长、保护渣熔化均匀化；避免漏钢、拉不动等生产事故发生，以及出现铸坯表面裂纹质量问题的现象；进一步提高异型坯产品质量水平，提高铸坯合格率，并提升产品在市场的竞争力。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术的一种生产超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸方法，包括以下步骤：a、检查塞棒和中间包是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸方法，其特征在于，包括以下步骤：a、检查塞棒和中间包是否满足工作要求，并确定工艺参数范围以及明确生产事故预案；b、开始浇铸前对塞棒和中间包烘烤至少3.5小时，对浸入式水口烘烤至少1.0小时，并对上水口进行抽风烘烤，烘烤结束后将非平衡保护浇铸装置连接好，浸入式水口插入结晶器浇铸口内；c、大包开始浇铸1分钟，中间包多个铸流同时开始浇铸，调整塞棒开启度，出苗时间为40‑50秒，铸坯启动拉速为0.4m/s；d、对结晶器的四个面分别通入不同流量冷却水进行非对称冷却，结晶器进水温度为35‑40℃；e、结晶器内钢水液面没过浸入式水口底部时，向结晶器内加入保护渣，保护渣采用非对称多点布料；f、结晶器内液面波动小于5mm时，提升铸坯拉速，并开始安装电动缸，当设定液面与实际液面相平时，结晶器液面的控制转为自动控制状态，并将拉速提升至铸坯最终稳定拉速范围内；所述的非平衡保护浇铸装置，包括中间包、塞棒、上水口、座砖、下水口、浸入式水口、H型坯结晶器、套筒以及进气孔，所述的塞棒置于中间包内，塞棒下端设有座砖，所述的上水口与中间包连接，并且用座砖固定，上水口下端连接有下水口，上水口与下水口连接处设有套筒，所述的套筒中间设有进气孔，进气孔的数量为一个以上，并由套筒的外部通向上水口和下水口的连接处内部，所述的下水口下端连接有浸入式水口，浸入式水口位于H型坯结晶器一侧翼缘三角区中心。...

【技术特征摘要】
1.一种生产超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸方法，其特征在于，包括以下步骤：a、检查塞棒和中间包是否满足工作要求，并确定工艺参数范围以及明确生产事故预案；b、开始浇铸前对塞棒和中间包烘烤至少3.5小时，对浸入式水口烘烤至少1.0小时，并对上水口进行抽风烘烤，烘烤结束后将非平衡保护浇铸装置连接好，浸入式水口插入结晶器浇铸口内；c、大包开始浇铸1分钟，中间包多个铸流同时开始浇铸，调整塞棒开启度，出苗时间为40-50秒，铸坯启动拉速为0.4m/s；d、对结晶器的四个面分别通入不同流量冷却水进行非对称冷却，结晶器进水温度为35-40℃；e、结晶器内钢水液面没过浸入式水口底部时，向结晶器内加入保护渣，保护渣采用非对称多点布料；f、结晶器内液面波动小于5mm时，提升铸坯拉速，并开始安装电动缸，当设定液面与实际液面相平时，结晶器液面的控制转为自动控制状态，并将拉速提升至铸坯最终稳定拉速范围内；所述的非平衡保护浇铸装置，包括中间包、塞棒、上水口、座砖、下水口、浸入式水口、H型坯结晶器、套筒以及进气孔，所述的塞棒置于中间包内，塞棒下端设有座砖，所述的上水口与中间包连接，并且用座砖固定，上水口下端连接有下水口，上水口与下水口连接处设有套筒，所述的套筒中间设有进气孔，进气孔的数量为一个以上，并由套筒的外部通向上水口和下水口的连接处内部，所述的下水口下端连接有浸入式水口，浸入式水口位于H型坯结晶器一侧翼缘三角区中心。2.根据权利要求1所述的一种生产超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸方法，其特征在于，所述的步骤a中工艺参数范围：浸入式水口插入深度为55-65mm，过热度为15-30℃，铸坯最终稳定拉速为0.85-0.9m/min，浸入式水口内径为35-45mm，浸入式水口外径为75-85mm。3.根据权利要求1所述的一种生产超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸方法，其特征在于：所述的步骤b开始浇铸前需要对中间包中火至少0.5小时烘烤，大火至少2.5小时烘烤。4.根据权利要求3所述的一种生产超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸方法，其特征在于：所述的步骤b中开始浇铸前中间包工作层温度≥1000℃。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种生产超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸方法，其特征在于：所述的进气孔的数量为两个以上时，相邻两进气孔中心线形成的夹角相等；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中学，李四军，周俐，彭永香，杜金科，韩蕾蕾，何飞，常立忠，王海军，
申请(专利权)人：莱芜钢铁集团银山型钢有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37