阅读说明：本技术 一种表层高碳含量铸坯的制造方法 (Manufacturing method of casting blank with high carbon content on surface layer ) 是由 黄玉平 赵成林 李冰 李德军 廖相巍 康伟 尚德礼 张晓光 赵亮 许孟春 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种表层高碳含量铸坯的制造方法,钢坯的连铸过程中,在结晶器内靠近结晶器壁0～100mm范围内的保护渣表面上加入自发热增碳剂,自发热增碳剂放出大量的热熔化保护渣,并与其混合形成碳含量很高的增碳保护渣流入器坯缝隙,增碳保护渣接触弯月面处的钢液及高温的初生坯壳,碳元素扩散进入。随着坯壳厚度增加及温度下降,碳元素向铸坯内扩散速度急剧下降,甚至停止扩散。于是获得表层相对高碳含量,内部低碳含量的表层高碳连铸坯。本发明在连铸过程中实现铸坯表层增碳,无需附加的增碳处理工序；渗碳层厚度大；成本低；效率高。(The invention relates to a method for manufacturing a casting blank with a high carbon content on the surface layer, which is characterized in that during the continuous casting of a steel billet, a self-heating recarburizing agent is added on the surface of protective slag in a crystallizer, which is close to the wall of the crystallizer within the range of 0-100 mm, a large amount of hot melting protective slag is discharged by the self-heating recarburizing agent and is mixed with the protective slag to form a recarburizing protective slag flowing device blank gap with high carbon content, the recarburizing protective slag contacts with molten steel at the meniscus and a high-temperature primary blank shell, and carbon elements are diffused. Along with the increase of the thickness of the shell and the reduction of the temperature, the diffusion speed of the carbon element into the casting blank is sharply reduced, and even the diffusion is stopped. Thus, the surface high-carbon continuous casting billet with relatively high carbon content on the surface and low carbon content inside is obtained. According to the invention, the surface layer of the casting blank is carburized in the continuous casting process, and an additional carburization treatment process is not required; the carburized layer is thick; the cost is low; the efficiency is high.)

一种表层高碳含量铸坯的制造方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，特别涉及一种表层高碳含量铸坯的制造方法。

背景技术

表层高碳含量的钢材，是兼具基体钢材的韧性和表层钢材高硬度、高强度的不同性能的复合性能钢材，在使用过程中，能够极大地提高钢材的综合性能及使用寿命，是钢材应用的发展方向。但是，目前能够实现钢材表层增碳的方法很少，并且成本很高，比如渗碳等，其表层增碳层的厚度小，很难完全满足性能要求，另外处理成本高，导致其价格高昂。目前，连续铸造是钢材的主要生产方法，因此，急需一种既能实现表层增碳，又能以较低的成本和较高效率生产钢铸坯的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种表层高碳含量铸坯的制造方法，在连铸过程中实现铸坯表层增碳，无需附加的增碳处理工序。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种表层高碳含量铸坯的制造方法，具体包括以下步骤：

1)连铸开始后，用增碳剂布料器在距离结晶器内壁0～100mm范围内的保护渣上方布撒自发热增碳剂，保持自发热增碳剂始终覆盖钢液面，自发热增碳剂的厚度在0.1～10mm范围内；

2)自发热增碳剂被保护渣加热，自发热增碳剂及表层固态保护渣熔化，与熔融保护渣混合到一起形成增碳保护渣，流入结晶器与铸坯之间的缝隙；

3)增碳保护渣与弯月面钢液接触，自发热增碳剂中的碳元素向弯月面附近的钢液扩散，增碳后的钢液随即凝固形成初生高温坯壳；

4)增碳保护渣流入结晶器与初生高温坯壳之间的缝隙，并始终与钢液及凝固坯壳接触，在此过程中，自发热增碳剂中的碳元素继续向铸坯表层扩散，连铸后得到表层相对高碳含量内部低碳含量的表层高碳连铸坯。

所述自发热增碳剂，其组成按重量百分比为：Al：5％～30％，C：20～65％，SiO₂：5％～30％，Na₂O：0.1％～20％，K₂O：0.1％～20％，CaO：0.1％～20％。

所述表层高碳铸坯，增碳层厚度为0.1～12mm，最外表层碳的质量百分含量为0.05～3.5％，向铸坯内部碳含量逐渐递减，直至碳含量与基体相同。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1)在连铸过程中实现铸坯表层增碳，无需附加的增碳处理工序。

2)渗碳层厚度大。

3)成本低。

4)效率高。

附图说明

图1为连铸过程铸坯表层增碳处理示意图。

图中：增碳剂布料器1、自发热增碳剂2、结晶器3、熔融保护渣4、固态保护渣5、钢液6、渣圈7、凝固坯壳8、凝固保护渣9、增碳保护渣10。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

一种表层高碳含量铸坯的制造方法，包括以下具体步骤：

1.制备自发热增碳剂，自发热增碳剂组分重量百分比：Al：5％～30％，C：20～65％，SiO₂：5％～30％，Na₂O：0.1％～20％，K₂O：0.1％～20％，CaO：0.1％～20％。

2.将自发热增碳剂放入结晶器上方增加的增碳剂布料器内；

3.连铸开始后增碳剂布料器随结晶器一起振动；

4.如图1，自发热增碳剂受到振动流出落入结晶器内，距离结晶器壁0～100mm范围内的保护渣上。保持自发热增碳剂始终覆盖钢液面，自发热增碳剂的厚度在2～10mm范围内；自发热增碳剂落入结晶器内，自发热增碳剂被保护渣加热，其中的铝粉与空气中的氧气反应，发热将自发热增碳剂及表层固态保护渣熔化，与熔融保护渣混合到一起形成增碳保护渣，流入结晶器与铸坯之间的缝隙；

5.增碳保护渣与弯月面钢液接触，自发热增碳剂中的碳元素向弯月面附近的钢液扩散，增碳后的钢液随即凝固形成初生高温坯壳；

6.然后增碳保护渣流入结晶器与初生高温铸坯壳之间的缝隙，并始终与钢液及凝固坯壳接触，在此过程中，自发热增碳剂中的碳元素继续向铸坯表层扩散。随着坯壳厚度增加及温度下降，碳元素向铸坯内扩散速度急剧下降，甚至停止扩散。于是得到表层高碳铸坯。

实施例1

连铸钢种为：Q235，自发热增碳剂2组成为：碳粉40％、铝粉15％、SiO₂粉25％、Na₂O+K₂O粉5％、CaO粉10％。

1.制备自发热增碳剂2和布料器1；

2.将布料器1安装在结晶器3上，将自发热增碳剂2填入布料器1；

3.连铸开始后布料器随结晶器一起振动；

4.自发热增碳剂2受到振动流出落入结晶器3内，距离结晶器壁0～30mm范围内的保护渣上。自发热增碳剂2被保护渣加热，其中的铝粉与空气中的氧气反应，发热将自发热增碳剂2及表层固态保护渣5熔化，与熔融保护渣4混合到一起形成增碳保护渣10，流入结晶器与铸坯之间的缝隙；

5.增碳保护渣10与弯月面钢液6接触，自发热增碳剂2中的碳元素向弯月面附近的钢液6扩散，增碳后的钢液随即凝固形成初生高温坯壳；

6.然后增碳保护渣10流入结晶器3与初生高温铸坯壳之间的缝隙，并始终与钢液6及凝固坯壳8接触，在此过程中，自发热增碳剂2中的碳元素继续向铸坯表层扩散。随着坯壳厚度增加及温度下降，碳元素向铸坯内扩散速度急剧下降，甚至停止扩散。

7.得到表层高碳铸坯，增碳层厚度为8mm，最外表层碳含量为0.60％，向铸坯内部碳含量逐渐递减，直至8mm深度处的碳含量与基体相同。

实施例2

连铸钢种为：Q345，自发热增碳剂2组成为：碳粉30％、铝粉15％、SiO₂粉25％、Na₂O+K₂O粉5％、CaO粉15％。

1.制备自发热增碳剂2和布料器1。

2.将布料器1安装在结晶器3上，将自发热增碳剂2填入布料器1。

3.连铸开始后布料器随结晶器一起振动。

4.自发热增碳剂2受到振动流出落入结晶器3内，距离结晶器壁0～35mm范围内的保护渣上。自发热增碳剂2被保护渣加热，其中的铝粉与空气中的氧气反应，发热将自发热增碳剂2及表层固态保护渣5熔化，与熔融保护渣4混合到一起形成增碳保护渣10，流入结晶器与铸坯之间的缝隙。

5.增碳保护渣10与弯月面钢液6接触，自发热增碳剂2中的碳元素向弯月面附近的钢液6扩散，增碳后的钢液随即凝固形成初生高温坯壳。

6.然后增碳保护渣10流入结晶器3与初生高温铸坯壳之间的缝隙，并始终与钢液6及凝固坯壳8接触，在此过程中，自发热增碳剂2中的碳元素继续向铸坯表层扩散。随着坯壳厚度增加及温度下降，碳元素向铸坯内扩散速度急剧下降，甚至停止扩散。

7.得到表层高碳铸坯，增碳层厚度为9.5mm，最外表层碳含量为0.65％，向铸坯内部碳含量逐渐递减，直至9.5mm深度处的碳含量与基体相同。

上面所述仅是本发明的基本原理，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。