專利名稱：改善模鑄中碳結(jié)構(gòu)鋼碳偏析的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)結(jié)構(gòu)鋼的澆鑄工藝方法，尤其是指模鑄中碳結(jié)構(gòu)鋼的澆鑄工藝方法。
背景技術(shù)：
金屬鋼液的澆鑄是冶金行業(yè)的必備流程。鋼液澆鑄分模鑄和連鑄兩種方式鋼液連鑄金屬收得率高，連鑄坯鑄造過程中鋼液凝固速度快，故鋼坯成分偏析程度小，但是廠房、設(shè)備要求高，投資大；雖然鋼液模鑄的金屬收得率較低，模鑄鋼錠帽口部位成分偏析程度大于鋼液連鑄，但是廠房、設(shè)備要求低，故具有投資小的優(yōu)點(diǎn)，另外部分鋼種(尤其是特殊鋼，如汽車用鋼、高級(jí)軸承鋼等)不適應(yīng)鋼液連鑄。因此，盡管連鑄工藝發(fā)展如此迅猛，但是，模鑄仍然是鋼鐵冶金行業(yè)生產(chǎn)特殊鋼時(shí)，鋼液澆鑄流程的常用方式。
特殊鋼的鋼液模鑄大多采用下注法鋼液從鋼包底部的水口澆入中注管，再從中注管底部經(jīng)鋼流磚流入鋼錠模底部，最后從鋼錠模底部進(jìn)入鋼錠模全部直至帽口。采用模鑄澆鑄鋼液，鋼錠帽口部位的V型成分偏析區(qū)不可避免，并且直接影響成品鋼材的質(zhì)量。中碳結(jié)構(gòu)鋼在鋼液模鑄過程中，澆鑄前鋼液的均勻程度、澆鑄溫度等工藝因素，將直接影響鋼錠局部成分的均勻性和成分偏析程度，另外，鋼錠模帽口部位的保溫材料性能，也直接影響鋼錠頭部熱中心位置、成分過冷程度及結(jié)晶前沿的推進(jìn)形式，鋼錠頭部的碳元素成分偏析程度。
鋼錠(鋼材)的成分偏析，尤其是碳元素的成分偏析，對(duì)鋼材用戶有重大影響加工困難、次品率上升、生產(chǎn)成本上升，嚴(yán)重時(shí)，影響產(chǎn)品質(zhì)量、使用壽命。目前，對(duì)于49MnVS3、NQT90等中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，國內(nèi)外尚無關(guān)于“同一橫截面上的成分偏析(含碳偏析)”的專門技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，只有熔煉成分與成品成分允許偏差的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通常認(rèn)為應(yīng)滿足在鋼材的同一橫截面上，緊靠黑皮處(邊緣)與中心碳讀數(shù)差≤標(biāo)準(zhǔn)成分值的20％，鉆樣用鉆頭直徑∮12，化學(xué)分析采用紅外分析儀。但是，隨著社會(huì)發(fā)展的需要，相關(guān)產(chǎn)品(與鋼鐵材料有關(guān))的高質(zhì)量要求，用戶對(duì)成品鋼材的“碳偏析”技術(shù)要求也日益苛刻，如用于制造轎車(汽車)曲軸的49MnVS3、NQT90中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，上海大眾VW標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗(yàn)規(guī)范是在鋼材的同一橫截面上，緊靠黑皮處(邊緣)與中心偏析差≤標(biāo)準(zhǔn)成分值的10％(49MnVS3鋼的標(biāo)準(zhǔn)碳含量是0.49％，碳讀數(shù)差≤0.05％)，鉆樣用鉆頭直徑∮6，化學(xué)分析采用紅外分析儀。
故模鑄鋼錠的頭部碳偏析問題，一直是全國各特殊鋼廠關(guān)注的問題。從上世紀(jì)80年代，各特殊鋼廠通過采用低碳保護(hù)渣、提高帽容比、增加鋼錠模高寬比等措施，使頭部碳偏析問題有所改善，但是，這些技術(shù)手段并不能達(dá)到“鋼材橫截面中心與邊緣碳偏析絕對(duì)差≤標(biāo)準(zhǔn)成分值的10％”的高標(biāo)準(zhǔn)，也未見國內(nèi)外關(guān)于“大規(guī)格成品材、應(yīng)用小規(guī)格鉆頭(鉆頭直徑∮6)取樣、紅外分析手段檢驗(yàn)、尤其是鋼材橫截面中心與邊緣碳偏析差≤標(biāo)準(zhǔn)成分值的10％”的技術(shù)文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明開發(fā)一種改善模鑄中碳結(jié)構(gòu)鋼碳偏析的方法，在鋼錠模鑄時(shí)，采用“向鋼錠帽口內(nèi)加入發(fā)熱劑的方式”代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“向鋼錠帽口內(nèi)加入保溫劑(保溫材料，如碳化稻殼)的方式”，改善鋼錠模帽口部位的保溫條件，使鋼錠頭部的凝固條件和結(jié)晶前沿推進(jìn)形式發(fā)生變化，改善頭部的碳偏析程度，解決了模鑄中碳結(jié)構(gòu)鋼的頭部碳偏析問題，滿足用戶要求和市場需要。
本發(fā)明提供的改善模鑄中碳結(jié)構(gòu)鋼碳偏析的方法，采用下注法鋼液模鑄，將煉鋼爐→真空精煉爐熔煉出的合格鋼液澆鑄成鋼錠，其特征是鋼液澆鑄時(shí)，在鋼液上升至鋼錠模帽口部位，鋼液面升高到(0.6～0.9)H時(shí)(發(fā)熱劑加入過早，帽口部位鋼液溫度還比較高，發(fā)熱劑熱利用率不好，且對(duì)鋼液成分有較大影響；加入過晚，液面溫度過低，鋼液流動(dòng)性較差，甚至出現(xiàn)凝殼，這時(shí)發(fā)熱劑的熱利用率也會(huì)下降。)，H是鋼錠模帽口高度，向鋼錠模內(nèi)的鋼液面加入熱值量≥6000KJ/Kg(熱值量太小，帽口部位的鋼液面保溫效果影響不大，鋼錠的碳偏析程度改善不佳)的鋁硅碳復(fù)合發(fā)熱劑，發(fā)熱劑加入時(shí)均勻鋪蓋在整個(gè)帽口面(提高熱利用率)，以改善帽口部位的保溫條件，影響鋼液凝固條件和結(jié)晶前沿推進(jìn)形式，改變頭部V型偏析區(qū)(保溫帽中鋼液溫度保持愈大，V型偏析的發(fā)展就愈小)，并使之上移，改善模鑄鋼錠的碳偏析程度。
熔煉澆鑄前，真空精煉爐對(duì)鋼液進(jìn)行脫氣處理時(shí)，應(yīng)避免加鐵合金和升溫操作(可能造成澆鑄時(shí)鋼液成分不均勻現(xiàn)象)，若需增碳，鎮(zhèn)靜時(shí)間大于10分鐘方可澆鑄；澆鑄過熱度35～45℃；以減輕鋼液的碳成分偏析(碳偏析)程度。
鋁硅碳復(fù)合發(fā)熱劑的加入量是3～4千克/噸鋼。加入量太少，帽口部位的鋼液面熱損失量較大，達(dá)不到改變V型偏析區(qū)和改善碳偏析程度的目的；加入量太多，發(fā)熱劑過剩浪費(fèi)，生產(chǎn)成本上升。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)1.冶煉澆鑄工藝可操作性強(qiáng)；2.裝備和工藝通用性強(qiáng)；3.模鑄鋼錠的碳偏析程度大大降低，冶金質(zhì)量大大提高。
具體實(shí)施方案某鋼鐵公司實(shí)施本發(fā)明專利，生產(chǎn)275爐中碳結(jié)構(gòu)鋼(148爐49MnVS3和127爐NQT90)，其工藝流程是20噸交流電弧爐熔煉-→18噸LF爐精煉-→2.3t鋼錠模的下注法鋼液模鑄。其特征是(1)熔煉澆鑄前，真空精煉爐對(duì)鋼液進(jìn)行脫氣處理時(shí)，應(yīng)避免加鐵合金和升溫操作，若需增碳，鎮(zhèn)靜時(shí)間10～15分鐘方可澆鑄；澆鑄過熱度35～45℃；(2)鋼液澆鑄時(shí)，在鋼液上升至鋼錠模帽口部位，鋼液面升高到(0.6～0.9)H(H是鋼錠模帽口高度)時(shí)，向鋼錠模內(nèi)的鋼液面加入熱值量6912KJ/Kg(該熱值量數(shù)據(jù)是根據(jù)發(fā)熱劑的化學(xué)成分含量估算得出的)的鋁硅碳復(fù)合發(fā)熱劑(鋁適量、硅適量、碳含量9～13％)，發(fā)熱劑加入時(shí)均勻鋪蓋在整個(gè)帽口面(提高熱利用率)，改善帽口部位的保溫條件，影響鋼液凝固條件和結(jié)晶前沿推進(jìn)形式，改變頭部V型偏析區(qū)，并使之上移。發(fā)熱劑加入量8千克/支錠(3.5千克/噸鋼)，大大改善模鑄鋼錠的碳偏析程度。經(jīng)本發(fā)明方法生產(chǎn)的49MnVS3和NQT90中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，應(yīng)用小規(guī)格鉆頭(鉆頭直徑∮6)取樣，經(jīng)紅外分析手段檢驗(yàn)，在大規(guī)格成品材鋼材(180方鋼坯)的同一橫截面上，緊靠黑皮處(邊緣)與中心碳偏析差≤標(biāo)準(zhǔn)成分值的10％，完全滿足上海大眾規(guī)定的VW標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)規(guī)范(見表一)，合格率100％。提高了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了報(bào)廢率，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
“碳偏析”技術(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)情況表表一

權(quán)利要求
1.改善模鑄中碳結(jié)構(gòu)鋼碳偏析的方法，采用下注法鋼液模鑄，將煉鋼爐→真空精煉爐熔煉出的合格鋼液澆鑄成鋼錠，其特征是鋼液澆鑄時(shí)，在鋼液上升至鋼錠模帽口部位，鋼液面升高到(0.6～0.9)H時(shí)，H是鋼錠模帽口高度，向鋼錠模內(nèi)的鋼液面加入熱值量≥6000KJ/Kg的鋁硅碳復(fù)合發(fā)熱劑，發(fā)熱劑加入時(shí)均勻鋪蓋在整個(gè)帽口面，改變鋼錠頭部V型偏析區(qū)，并使之上移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善模鑄中碳結(jié)構(gòu)鋼碳偏析的方法，其特征是熔煉澆鑄前，真空精煉爐對(duì)鋼液進(jìn)行脫氣處理后，應(yīng)避免加鐵合金和升溫操作，若需增碳，鎮(zhèn)靜時(shí)間大于10分鐘方可澆鑄；澆鑄過熱度35～45℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改善模鑄中碳結(jié)構(gòu)鋼碳偏析的方法，其特征是鋁硅碳復(fù)合發(fā)熱劑的加入量是3～4千克/噸鋼。
全文摘要
改善模鑄中碳結(jié)構(gòu)鋼碳偏析的方法，用于冶金行業(yè)的模鑄澆鑄，其特征是(1)澆鑄前，真空精煉鋼液時(shí)，應(yīng)避免加鐵合金和升溫操作，若需增碳，鎮(zhèn)靜時(shí)間≥10分鐘；過熱度35～45℃；(2)澆鑄時(shí)，在鋼液上升至鋼錠模帽口部位時(shí)，向鋼錠模帽口內(nèi)均勻鋪蓋熱值量≥6000KJ/Kg的鋁硅碳復(fù)合發(fā)熱劑，改善帽口部位的保溫條件，改變頭部V型偏析區(qū)，并使之上移；(3)發(fā)熱劑的加入量是3.5Kg/噸鋼。實(shí)施本發(fā)明專利，具有澆鑄工藝簡單、裝備和工藝通用性強(qiáng)、冶金質(zhì)量高的特點(diǎn)，經(jīng)本發(fā)明方法生產(chǎn)的49MnVS3和NQT90中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，模鑄鋼錠的碳偏析程度明顯改善，在成品鋼材的同一橫截面上，邊緣與中心碳偏析差≤標(biāo)準(zhǔn)成分值的10％，合格率100％，效果顯著。
文檔編號(hào)B22D27/06GK1490101SQ0315054
公開日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2003年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月26日
發(fā)明者楊偉寧, 包民偉, 徐明華, 陳中新, 張瑞福, 王治政, 陳新建 申請(qǐng)人:寶鋼集團(tuán)上海五鋼有限公司