本发明涉及岩石力学用钢材技术领域，具体而言，涉及一种npr锚杆或锚索新材料转炉及连铸大方坯的生产方法。
背景技术：
随着采矿及隧道深度的大幅延伸，由于受高地应力、高地温、高岩溶水压和开挖扰动等复杂地质条件的影响，工程岩体大都表现为软岩大变形力学状态，因此，巷道\隧道围岩都表现出大变形破坏的特点，具体表现为软岩大变形、岩爆大变形、瓦斯突出大变形等。针对以上大变形问题，目前，国内外广泛采用传统锚杆、锚索、u型钢可缩支架等传统材料为基础的支护方式。但是，这些支护材料均属于传统泊松比材料(pr材料)，即拉伸破断时会产生变形局部化的颈缩现象，因此pr材料变形量小，强度、延伸率及拉伸位移等性能均较低，已经不能适应深部巷道\隧道围岩非线性大变形破坏特征，在受到冲击载荷作用下瞬间达到其屈服强度出现材料破断失效，而失去承载防护能力，从而造成巷道\隧道多次返修、钢架扭曲变形、浇注混凝土开裂等破坏现象，导致地下突发性工程灾害和重大恶性事故日益增多，如岩爆、冲击地压、瓦斯爆炸、巷道围岩大变形等给国家和人民生命财产安全造成了重大损失。因此，随着巷道\隧道深度的不断增加也给深部围岩支护材料的研究提出了严峻的挑战，亟需开发新的支护材料。
现有技术中公开的npr锚杆或锚索钢材料的生产方法，一般是通过采用中频冶炼、模具浇铸工艺路线进行npr锚杆或锚索新材料的生产，然而现有技术中的生产方法存在成材率低，生产成本高，生产效率低等问题。因此，开发新型npr锚杆或锚索新材料大规模、低成本且可以连续生产的工艺流程已成为钢铁材料行业亟待解决的难题。
技术实现要素：
本发明实施例中提供一种npr锚杆或锚索新材料转炉及连铸大方坯的生产方法，以解决现有技术中npr锚杆或锚索钢材料的生产方法生产成本高、生产效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种npr锚杆或锚索新材料转炉及连铸大方坯的生产方法，所述npr锚杆或锚索的元素及其质量百分含量分别为c：0.4～0.9％，mn：14～22％，al：0～4％，cr：0.1～10％，si：0.1～3％，npr晶体0～2％，ca：0.01～0.25％，cu：≤0.09％，ni：≤0.09％，s：≤0.001％，p：≤0.001％，其余为fe和不可避免的杂质元素，生产方法包括以下工序：
转炉炼钢工序：按照配料要求将符合npr锚杆或锚索新材料成分要求的铁水和废钢一起加入至转炉，冶炼过程加入造渣剂，采用顶底复吹模式进行正常冶炼，当转炉终点命中钢液成分及温度时停止吹炼，出钢过程中进行钢液脱氧；
lf精炼工序：将转炉出钢后的钢包运至精炼车间，通过实时监测钢液成分，以npr锚杆或锚索新材料成分为目标成分进行合金添加，调整并稳定控制钢液成分至目标范围内，精炼末期向钢液中加入0～2％的npr晶体，精炼过程中通过钢包底吹氩气去除钢液中溶解的气体和夹杂物；
大方坯连铸工序：将经lf精炼工序的钢液注入中间包，然后将钢液分配至连铸机的各结晶器使之凝固结晶，将结晶器中的钢坯拉出并控制拉坯速度，连铸过程中对钢液采用全程保护浇注技术防止钢液氧化和吸气；
轧钢的加热工序：将大方坯连铸工序生产的钢坯转入加热炉进行加热，当钢坯加热后出炉；
轧钢的轧制工序：将加热完毕经高压水除鳞后的钢坯传送至轧制生产线进行快速轧制，控制开轧温度、终轧温度和轧制速度，钢坯热轧处理后自然冷却至室温。
进一步地，按照配料要求将符合npr锚杆或锚索新材料成分要求的铁水在加入至转炉前，需经过扒渣、脱硫、脱磷的步骤工序，按照配料要求将符合npr锚杆或锚索新材料成分要求的铁水成分中的p<0.1％，s<0.03％，si为0.30％～0.50％。
进一步地，在所述lf精炼工序中，全程底吹氩气，底吹流量控制为5-50nl/(min·t)。
进一步地，所述全程保护浇注技术包括以下步骤：钢包上设置钢包盖；钢包向连铸机中间包注入钢水时先在钢包与连铸机中间包之间加套管；连铸机中间包的钢水注入处加密封垫保护，中间包的钢水的上面采用保温稀渣剂与碳化稻壳双层保护；中间包的水口整体浸入至结晶器的钢水液面以下。
进一步地，所述大方坯连铸工序的连铸过程中，在拉坯的扇形段处设置电磁搅拌。
进一步地，所述大方坯连铸工序的连铸过程中，大方坯的断面为：280mm*380mm。
采用本发明的npr锚杆或锚索新材料转炉及连铸大方坯的生产方法，大方坯连铸工序的生产效率高，成材率高；而且大方坯连铸工序也与npr材料的特性相匹配，能够通过连铸工序进行生产。克服了现有技术中采用中频冶炼、模具浇铸工艺路线进行npr锚杆或锚索新材料的生产技术中，模具浇铸存在成材率低，生产成本高，生产效率低等问题。通过检测生产出的npr锚杆或锚索新材料大方坯工艺制备的npr线棒材，其屈服强度为900mpa，延伸率为30％；如图2，直径为16mm有效原长843mm的npr锚杆，屈服力190kn，破断力216kn，位移224mm。相比于其它生产工艺，本发明涉及的生产方法实现了npr锚杆或锚索新材料的大规模连续生产，生产效率得到了有效地提高。初步核算其生产成本相对与中频模具浇铸降低约1500元/吨钢，可大幅降低生产成本，提高经济效益。
附图说明
图1是本发明实施例的npr锚杆或锚索新材料转炉及连铸大方坯的生产方法的流程示意图。
图2是本发明实施例的npr锚杆或锚索新材料转炉及连铸大方坯的生产方法生产的npr锚杆或锚索新材料的应力应变曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
参见图1所示，根据本发明的实施例，提供了一种npr锚杆或锚索新材料转炉及连铸大方坯的生产方法，所述npr锚杆或锚索的元素及其质量百分含量分别为c：0.4～0.9％，mn：14～22％，al：0～4％，cr：0.1～10％，si：0.1～3％，npr晶体0～2％，ca：0.01～0.25％，cu：≤0.09％，ni：≤0.09％，s：≤0.001％，p：≤0.001％，其余为fe和不可避免的杂质元素，生产方法包括以下工序：
转炉炼钢工序s1：按照配料要求将符合npr锚杆或锚索新材料成分要求的铁水和废钢一起加入至转炉，冶炼过程加入造渣剂，采用顶底复吹模式进行正常冶炼，当转炉终点命中钢液成分(c、p、o等)及温度时停止吹炼，出钢过程中进行钢液脱氧，并控制出钢后钢液温度；
lf精炼工序s2：将转炉出钢后的钢包运至精炼车间，通过实时监测钢液成分，以npr锚杆或锚索新材料成分为目标成分进行合金添加，调整并稳定控制钢液成分(c、mn、al、si、cr等)至目标范围内，精炼末期向钢液中加入0～2％的npr晶体，精炼过程中通过钢包底吹氩气去除钢液中溶解的气体和夹杂物；
大方坯连铸工序s3：将经lf精炼工序的钢液注入中间包，然后将钢液分配至连铸机的各结晶器使之凝固结晶，将结晶器中的钢坯拉出并控制拉坯速度，连铸过程中对钢液采用全程保护浇注技术防止钢液氧化和吸气；
轧钢的加热工序s4：将大方坯连铸工序生产的钢坯转入加热炉进行加热，当钢坯加热后出炉；
轧钢的轧制工序s5：将加热完毕经高压水除鳞后的钢坯传送至轧制生产线进行快速轧制，控制开轧温度、终轧温度和轧制速度，钢坯热轧处理后自然冷却至室温。
采用本发明的npr锚杆或锚索新材料转炉及连铸大方坯的生产方法，大方坯连铸工序的生产效率高，成材率高；而且大方坯连铸工序也与npr材料的特性相匹配，能够通过连铸工序进行生产。克服了现有技术中采用中频冶炼、模具浇铸工艺路线进行npr锚杆或锚索新材料的生产技术中，模具浇铸存在成材率低，生产成本高，生产效率低等问题。通过检测生产出的npr锚杆或锚索新材料大方坯工艺制备的npr线棒材，其屈服强度为900mpa，延伸率为30％；如图2，直径为16mm有效原长843mm的npr锚杆，屈服力190kn，破断力216kn，位移224mm。相比于其它生产工艺，本发明涉及的生产方法实现了npr锚杆或锚索新材料的大规模连续生产，生产效率得到了有效地提高。初步核算其生产成本相对与中频模具浇铸降低约1500元/吨钢，可大幅降低生产成本，提高经济效益。
对本发明种要生产的npr锚杆或锚索新材料组分进行说明：
c：保障npr锚杆或锚索新材料在塑形变形过程有足够高的强度，选择0.4～0.9％使其塑性和韧性保持原有水平，保证冲击性能恶化。
mn：主要是奥氏体化形成元素，可降低层错能，其又是良好的脱氧剂和脱硫剂，含有一定量的锰可以消除或减弱因硫引起的脆性。
al：含有一定量的al可以改善材料在服役过程种的延迟开裂性能，同时改善钢的加工性能。
cr：铬能提高npr锚杆或锚索新材料的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率，含一定量的铬，可以提高材料的强度，同时改善抗腐蚀性能。
si：在钢中不形成碳化物，是以固溶体的形态存在于铁素体或者奥氏体中，显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比，故含量偏低，所以选择si的范围在≤0.1％。
npr晶体：一定量的npr晶体可改善材料在塑形变形过程中的塑形传递方式并改善材料拉速断裂破坏时的应变集中现象，从而提高其吸收变形能量的能力。
ca：一定量的钙可以脱硫脱氧细化晶粒，改变非金属夹杂物的成分、数量和形态，改善钢水的流动性，以及钢的硬度和持久强度。
cu：微量铜的加入可以提高钢的强度和屈强比。
ni：镍能提高钢的强度、韧性、淬透性，含一定量的镍，可以改善强度和韧性。
p、s：作为有害元素，其含量越低越好。s含量过高，会形成大量的mns夹杂，降低钢材的延展性和韧性，因此含量越低越好，所以选择s的范围在≦0.001％；p易在晶界偏析，增加钢的脆性，使冲击性能大幅降低，因此含量越低越好，所以选择p的范围在≦0.001％。
优选地，按照配料要求将符合npr锚杆或锚索新材料成分要求的铁水在加入至转炉前，需经过扒渣、脱硫、脱磷的步骤工序，按照配料要求将符合npr锚杆或锚索新材料成分要求的铁水成分中的p<0.1％，s<0.03％，si为0.30％～0.50％。
优选地，在所述lf精炼工序中，全程底吹氩气，底吹流量控制为5-50nl/(min·t)。
需要特别说明的是，所述全程保护浇注技术包括以下步骤(步骤不分先后，可选择性地调整顺序或者同时进行)：
钢包上设置钢包盖；
钢包向连铸机中间包注入钢水时先在钢包与连铸机中间包之间加套管；
连铸机中间包的钢水注入处加密封垫保护，中间包的钢水的上面采用保温稀渣剂与碳化稻壳双层保护；
中间包的水口整体浸入至结晶器的钢水液面以下。
优选地，所述大方坯连铸工序的连铸过程中，在拉坯的扇形段处设置电磁搅拌，此步骤是为了改善中心合金元素等偏析。
优选地，所述大方坯连铸工序的连铸过程中，大方坯的断面为：280mm*380mm。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
1.一种npr锚杆或锚索新材料转炉及连铸大方坯的生产方法，所述npr锚杆或锚索的元素及其质量百分含量分别为c：0.4～0.9％，mn：14～22％，al：0～4％，cr：0.1～10％，si：0.1～3％，npr晶体0～2％，ca：0.01～0.25％，cu：≤0.09％，ni：≤0.09％，s：≤0.001％，p：≤0.001％，其余为fe和不可避免的杂质元素，其特征在于，生产方法包括以下工序：
转炉炼钢工序：按照配料要求将符合npr锚杆或锚索新材料成分要求的铁水和废钢一起加入至转炉，冶炼过程加入造渣剂，采用顶底复吹模式进行正常冶炼，当转炉终点命中钢液成分及温度时停止吹炼，出钢过程中进行钢液脱氧；
lf精炼工序：将转炉出钢后的钢包运至精炼车间，通过实时监测钢液成分，以npr锚杆或锚索新材料成分为目标成分进行合金添加，调整并稳定控制钢液成分至目标范围内，精炼末期向钢液中加入0～2％的npr晶体，精炼过程中通过钢包底吹氩气去除钢液中溶解的气体和夹杂物；
大方坯连铸工序：将经lf精炼工序的钢液注入中间包，然后将钢液分配至连铸机的各结晶器使之凝固结晶，将结晶器中的钢坯拉出并控制拉坯速度，连铸过程中对钢液采用全程保护浇注技术防止钢液氧化和吸气；
轧钢的加热工序：将大方坯连铸工序生产的钢坯转入加热炉进行加热，当钢坯加热后出炉；
轧钢的轧制工序：将加热完毕经高压水除鳞后的钢坯传送至轧制生产线进行快速轧制，控制开轧温度、终轧温度和轧制速度，钢坯热轧处理后自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，按照配料要求将符合npr锚杆或锚索新材料成分要求的铁水在加入至转炉前，需经过扒渣、脱硫、脱磷的步骤工序，按照配料要求将符合npr锚杆或锚索新材料成分要求的铁水成分中的p<0.1％，s<0.03％，si为0.30％～0.50％。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在所述lf精炼工序中，全程底吹氩气，底吹流量控制为5-50nl/(min·t)。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述全程保护浇注技术包括以下步骤：
钢包上设置钢包盖；
钢包向连铸机中间包注入钢水时先在钢包与连铸机中间包之间加套管；
连铸机中间包的钢水注入处加密封垫保护，中间包的钢水的上面采用保温稀渣剂与碳化稻壳双层保护；
中间包的水口整体浸入至结晶器的钢水液面以下。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述大方坯连铸工序的连铸过程中，在拉坯的扇形段处设置电磁搅拌。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述大方坯连铸工序的连铸过程中，大方坯的断面为：280mm*380mm。
技术总结