專利名稱：一種提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及厚大斷面連鑄圓坯、方坯與板坯等鑄坯制造領(lǐng)域，具體地說是ー種提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，消除中心縮孔，減輕疏松和宏觀偏析的方法。
背景技術(shù)：
我國擁有數(shù)十條寬厚板軋鋼生產(chǎn)線，包括鞍鋼5000mm、5500mm軋機，寶鋼5000mm軋機等，新增產(chǎn)能2000多萬噸。大量需要厚度大于300mm的連鑄板坯。同時，我國擁有直徑O500mm以上的連鑄圓坯生產(chǎn)線數(shù)十條，用于生產(chǎn)軸承 鋼、管線鋼、齒條鋼等高品質(zhì)鋼種。300mm厚度以上板坯和0500mm以上圓坯均屬于厚大斷面連鑄坯。厚大斷面連鑄坯用于取代一般模鑄鋼錠，其生產(chǎn)效率高，材料利用率高，表現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭。大斷面連鑄板坯和方坯主要用于生產(chǎn)中厚板和特厚板；大斷面連鑄圓坯可用于生產(chǎn)核電筒類件，風(fēng)電環(huán)類件以及汽車、輪船、機械用關(guān)鍵軸類零件，厚大斷面圓坯的目標產(chǎn)品年產(chǎn)量超過3000萬噸。近年來，采用連鑄技術(shù)生產(chǎn)厚大斷面坯料越來越受到重視。該技術(shù)是將金屬液連續(xù)澆注到水冷結(jié)晶器中，鋼水在水冷結(jié)晶器中凝固，并通過引錠裝置不斷將凝固部分由下端拉出，實現(xiàn)鑄坯的連續(xù)鑄造。采用該エ藝生產(chǎn)鑄坯，其高徑比大，難以實現(xiàn)鑄坯的軸線補縮，容易造成連鑄坯中心縮孔與疏松，導(dǎo)致后續(xù)鍛造或軋制過程中缺陷無法愈合，探傷不合格，產(chǎn)品報廢；同時由于凝固時間長，鑄坯內(nèi)部經(jīng)常產(chǎn)生嚴重宏觀偏析缺陷，導(dǎo)致成分和組織均勻性差，難以滿足產(chǎn)品性能要求。一般而言，解決鑄坯內(nèi)部縮孔疏松缺陷，多采用增加冒ロ尺寸、或采用保溫(發(fā)熱)冒ロ，實現(xiàn)鑄坯沿重力方向的順序凝固。然而，厚大斷面連鑄坯的冒ロ比例非常小，且高徑比大于4，無法實現(xiàn)鑄坯的軸向重力補縮。采用傳統(tǒng)補縮技木，難以徹底消除厚大斷面連鑄坯內(nèi)部的縮孔疏松缺陷。抑制連鑄坯內(nèi)部宏觀偏析缺陷多采用電磁攪拌、輕壓下和強制冷卻提高凝固速度等外場控制手段；而對于厚大斷面連鑄坯，電磁場衰減嚴重難以作用到整個鑄坯斷面，鑄坯坯殼厚度大輕壓下技術(shù)無能為力，且受坯殼傳熱影響無法有效提高凝固速度。因此常規(guī)外場手段無法有效消除厚大斷面連鑄坯內(nèi)部的宏觀偏析缺陷。綜上所述，厚大斷面連鑄坯內(nèi)部縮孔疏松、宏觀偏析是限制鑄坯向更大斷面尺寸發(fā)展的技術(shù)瓶頸。因此，消除厚大斷面連鑄坯中心縮孔疏松、宏觀偏析，提高其內(nèi)部質(zhì)量，對生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)厚大斷面連鑄坯至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中厚大斷面連鑄坯中心縮孔疏松和偏析問題，通過冶煉過程純凈化控制、澆注過熱度控制，并結(jié)合微區(qū)振蕩技術(shù)和凝固自補縮技木，消除大斷面連鑄坯中心的縮孔缺陷，降低疏松級別，減輕宏觀偏析程度，提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。基于此目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是—種提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，冶煉過程控制金屬液純凈度，澆注過程控制過熱度，連鑄過程中在中間包和/或結(jié)晶器內(nèi)采用微區(qū)振蕩裝置與技術(shù)，二次冷卻區(qū)采用自補縮技術(shù)。所述的控制金屬液純凈度，金屬液中的殘鋁量控制在O. 010-0. 030wt%范圍內(nèi)，氣體和雜質(zhì)元素控制目標為T
<15ppm, [S]<0. 010wt%, [P]<0. 012wt% ;對于合金鋼，采用感應(yīng)電爐、電弧爐或轉(zhuǎn)爐設(shè)備進行鋼水冶煉，冶煉過程中采用Al進行預(yù)脫氧，采用真空碳脫氧、Si脫氧或Si-Ca合金脫氧進行終脫氧，避免采用Al進行終脫氧。所述的澆注過程控制過熱度，中間包開始澆注時，金屬液過熱度為5_80°C ;穩(wěn)定拉坯過程中，中間包金屬液過熱度控制在5-60°C范圍內(nèi)。所述的澆注過程控制過熱度，中間包開始澆注時，金屬液過熱度優(yōu)選為10-35°c ；穩(wěn)定拉坯過程中，中間包金屬液過熱度控制在優(yōu)選10-25°C范圍內(nèi)。
所述的中間包和/或結(jié)晶器內(nèi)采用微區(qū)振蕩技術(shù)，步驟如下I)中間包和結(jié)晶器內(nèi)同時或單獨使用微區(qū)振蕩裝置，耐火材料振蕩探頭截面積占中間包或結(jié)晶器液面面積的10-50%,探頭個數(shù)為1-5個；2)耐火材料探頭插入液面以下深度為2_200mm ；3)振蕩頻率為2-60HZ，振幅為I-IOOmm ；4)通過耐火材料的振蕩使耐火材料表面形成晶核，晶核大量脫落在連鑄鑄坯內(nèi)成為金屬液結(jié)晶的形核質(zhì)點，促進形核，提高鑄坯芯部凝固速度，縮短金屬液的補縮距離，消除內(nèi)部縮孔，減輕疏松和偏析缺陷，改善凝固組織。所述的中間包和/或結(jié)晶器內(nèi)采用微區(qū)振蕩技術(shù)，具體步驟如下I)中間包和結(jié)晶器內(nèi)同時或單獨使用微區(qū)振蕩裝置，耐火材料振蕩探頭截面積占中間包或結(jié)晶器液面面積優(yōu)選為20-40%，探頭個數(shù)優(yōu)選為2-3個；2)耐火材料探頭插入液面以下深度優(yōu)選為50-150mm ；3)振蕩頻率優(yōu)選為30-50HZ，振幅優(yōu)選為2_10mm ；4)通過耐火材料的振蕩使耐火材料表面形成晶核，晶核大量脫落在連鑄鑄坯內(nèi)成為金屬液結(jié)晶的形核質(zhì)點，促進形核，提高鑄坯芯部凝固速度，縮短金屬液的補縮距離，消除內(nèi)部縮孔，減輕疏松和偏析缺陷，改善凝固組織。所述的二次冷卻區(qū)采用自補縮技術(shù)，具體步驟如下I)連鑄坯出結(jié)晶器后進入二次冷卻區(qū)，降低噴水冷卻強度，提高鑄坯表面溫度；2)控制連鑄坯表面冷卻條件，使鑄坯外表面的溫度維持在固相線以下10(T40(TC之間，連鑄坯外表面凝固層處于低變形抗力的塑性變形區(qū)；3)在二次冷卻區(qū)對鑄坯進行保溫，降低鑄坯外表面與外界的換熱強度，利用芯部返熱使鑄坯外表面溫度升高，減小鑄坯徑向溫度梯度，使鑄坯芯部同時進入糊狀區(qū)，促進鑄坯芯部同時凝固；4)芯部金屬液同時凝固時,凝固收縮產(chǎn)生垂直于重力方向的徑向拉應(yīng)力，拉應(yīng)力作用于外表面高溫凝固層，使已凝固金屬發(fā)生塑性變形，由外表面向鑄坯中心發(fā)生塑性移動，實現(xiàn)鑄坯徑向自補縮，消除縮孔，減輕疏松。所述的提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，該方法適用于厚大斷面碳鋼、合金鋼或有色金屬連鑄坯。所述的提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，該方法尤其適用于厚度大于300mm的連鑄板還或方還，或者直徑大于Φ500_的連鑄圓還。所述的提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，該方法適用于弧形、立彎式或立式連鑄機機型，生產(chǎn)厚大斷面連鑄坯。本發(fā)明的設(shè)計思想如下I.冶煉過程中控制金屬液純凈度。S、P、H、O、N等雜質(zhì)和氣體元素以及As、Sn、Sb、Pb、Bi等有害元素是凝固過程中形成夾雜物，誘發(fā)宏觀偏析和縮孔疏松的主要因素。其中Al脫氧產(chǎn)物Al2O3尤其易造成偏析缺陷。因此本發(fā)明為控制厚大斷面連鑄坯中心的縮孔疏松和宏觀偏析，要求合金鋼冶煉過程中不采用Al進行終脫氧，鋼水中的殘鋁量控制在O. 010-0. 030wt%范圍內(nèi)。氣體和雜質(zhì)元素控制目標為T
〈15ppm，[S]〈0. 010wt%,[P]〈O. 012wt%o2.澆注過程控制過熱度。凝固過程中金屬密度變化引起的液態(tài)收縮、凝固收縮和 固態(tài)收縮是造成厚大斷面連鑄坯中心縮孔疏松缺陷的根本原因。過熱度高造成液態(tài)收縮量大，受厚大斷面連鑄坯液相穴高徑比限制，重力方向液態(tài)補縮困難，因此易導(dǎo)致中心縮孔缺陷。同時，澆注過熱度高導(dǎo)致凝固時間長，溶質(zhì)及雜質(zhì)元素有足夠的時間從金屬液中析出、擴散和聚集，從而造成嚴重的宏觀偏析。因此本發(fā)明為控制厚大斷面連鑄坯中心縮孔疏松和宏觀偏析，要求盡量降低澆注過熱度，連鑄過程中中間包過熱度控制在10-25°C范圍內(nèi)。3.中間包和/或結(jié)晶器內(nèi)采用微區(qū)振蕩技術(shù)。有效提供金屬液形核質(zhì)點、降低過冷度、提高凝固速度、增加等軸晶率，從而抑制厚大斷面連鑄坯宏觀偏析和縮孔疏松缺陷產(chǎn)生。耐火材料振蕩探頭截面積占中間包或結(jié)晶器液面面積的20-40%，探頭個數(shù)為2-3個，探頭插入液面以下深度為50-150mm，振蕩頻率為2-60HZ，振幅為5_100mm。4.連鑄坯二冷區(qū)(二次冷卻區(qū))采用自補縮技術(shù)。厚大斷面連鑄坯出結(jié)晶器后，停止對鑄坯外表面進行強制冷卻，采用保溫材料或保溫罩對鑄坯外表面進行保溫，控制連鑄坯外部冷卻條件，降低鑄坯外表面與外界的換熱強度，利用芯部返熱使連鑄坯外表面溫度升高并維持在固相線以下100-400°C之間，減小徑向溫度梯度，使芯部同時進入糊狀區(qū)，促進芯部同時凝固。凝固收縮產(chǎn)生徑向拉應(yīng)力作用于外表面高溫凝固層，使已凝固金屬發(fā)生塑性變形，由外表面向鑄坯中心發(fā)生塑性移動，實現(xiàn)連鑄坯徑向自補縮，從而消除大斷面連鑄還中心縮孔疏松缺陷。本發(fā)明的有益效果是I.本發(fā)明冶煉過程中通過控制金屬液的純凈度，降低氣體雜質(zhì)元素和有害元素含量，減少夾雜物含量，抑制偏析產(chǎn)生，有利于降低縮孔疏松缺陷。2.本發(fā)明降低澆注過熱度有利于減小連鑄過程中的液態(tài)收縮，從而縮小中心縮孔疏松，提高連鑄坯中心致密度。3.本發(fā)明降低澆注過熱度有利于提高凝固速度，縮短雜質(zhì)元素析出和聚集時間，有效抑制連鑄坯宏觀偏析。4.本發(fā)明采用微區(qū)振蕩技術(shù)，通過耐火材料的振蕩，大量增加金屬液內(nèi)部的形核質(zhì)點，提高形核密度，縮短金屬液的補縮距離，從而消除連鑄坯內(nèi)部的縮孔疏松。同時，增加連鑄坯內(nèi)部形核質(zhì)點改善凝固組織，抑制厚大斷面連鑄坯內(nèi)部的宏觀偏析。提高材料的利用率、合格率，降低能耗，從而提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量與產(chǎn)品合格率。5.本發(fā)明在連鑄坯二次冷卻區(qū)對鑄坯表面進行保溫，可以減小厚大斷面鑄坯由內(nèi)向外的溫度梯度，使鑄坯中心大面積區(qū)域同時進入糊狀區(qū)，實現(xiàn)鑄坯中心同時凝固，避免集中縮孔缺陷的產(chǎn)生。6.采用本發(fā)明涉及的方法，鑄坯中心大面積同時凝固時，由于凝固收縮產(chǎn)生徑向拉應(yīng)力，驅(qū)使鑄坯外部已凝固的高溫固相金屬發(fā)生由鑄坯表面向中心的塑性移動，實現(xiàn)鑄坯凝固過程的徑向自補縮，改善甚至消除鑄坯內(nèi)部縮孔疏松缺陷。7.本發(fā)明使用范圍較廣，適用于弧形、立彎式和立式連鑄機，可用于生產(chǎn)厚大斷面連鑄圓坯、板坯和方坯，降低廢品率，提高材料利用率。總之，本發(fā)明通過控制鋼水純凈度、澆注過熱度，協(xié)同采用微區(qū)振蕩和凝固自補縮技術(shù)，提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。微區(qū)振蕩技術(shù)增加連鑄坯凝固過程中內(nèi)部結(jié)晶核心，提高形核率，促進等軸晶生長，抑制樹枝晶生長，有效消除鑄坯內(nèi)部偏析缺陷，并可以有效細化凝固組織，減輕縮孔疏松。凝固自補縮技術(shù)控制連鑄坯表面溫度和垂直于重力方向的溫度梯度，使無法實現(xiàn)重力方向補縮的大高徑比鑄坯芯部大面積處于糊狀區(qū)，在后續(xù)凝固收縮過程中 實現(xiàn)同時凝固和固態(tài)金屬的塑性移動，達到高溫可變形金屬徑向自補縮的目的，從而消除鑄坯內(nèi)部縮孔，并顯著改善直至消除鑄坯內(nèi)部疏松。本發(fā)明適用于厚大斷面碳鋼、合金鋼以及有色金屬鑄坯，尤其適用于300mm以上厚度的連鑄板坯、方坯和Φ 500mm以上斷面連鑄圓坯。


圖I (a)采用本發(fā)明所生產(chǎn)的320X 350mm連鑄方坯橫斷面酸洗圖。圖I (b)未采用本發(fā)明所生產(chǎn)的320X350mm連鑄方坯橫斷面酸洗圖。圖2 Ca)采用本發(fā)明所生產(chǎn)的Φ900πιπι連鑄圓坯橫斷面。圖2 (b)未采用本發(fā)明所生產(chǎn)的Φ900πιπι連鑄圓坯橫斷面。圖3 (a)采用本發(fā)明所生產(chǎn)的Φ900_連鑄圓坯斷面酸洗圖。圖3 (b)未采用本發(fā)明所生產(chǎn)的Φ900πιπι連鑄圓坯斷面酸洗圖。
具體實施例方式本發(fā)明通過控制冶煉過程中的金屬液純凈度和澆注過程的金屬液過熱度，并采用微區(qū)振蕩技術(shù)和凝固過程自補縮技術(shù)，消除厚大斷面連鑄坯中心縮孔，改善疏松和宏觀偏析。其實施步驟與方式如下I.采用感應(yīng)電爐、電弧爐或轉(zhuǎn)爐等熔煉設(shè)備進行鋼水冶煉，冶煉過程中采用Al進行預(yù)脫氧，采用真空碳脫氧、Si脫氧或Si-Ca合金脫氧等方式進行終脫氧，避免采用Al進行終脫氧。2.預(yù)先在連鑄中間包及結(jié)晶器中布置振蕩設(shè)備，以實施微區(qū)振蕩技術(shù)。振蕩探頭預(yù)置到金屬液面以下的深度為50-150mm。3.將熔煉處理好的鋼水澆注到連鑄中間包內(nèi)，中間包金屬液過熱度為10_35°C時，開始將中間包內(nèi)的金屬液澆注到結(jié)晶器中。4.結(jié)晶器內(nèi)金屬液面達到一定高度(100_800mm)后，引錠頭開始拉還。穩(wěn)定拉還過程中，控制中間包鋼水過熱度在10-25°C范圍內(nèi)。5.連鑄過程中，啟動振蕩設(shè)備，實施微區(qū)振蕩技術(shù)。振動頻率為30-50HZ，振幅為2-10mmo6.連鑄坯出結(jié)晶器后，對鑄坯表面進行保溫。鑄坯表面溫度不斷上升，監(jiān)測鑄坯外表面溫度，并通過保溫或冷卻等工藝措施調(diào)節(jié)鑄坯與外部的界面換熱強度，使鑄坯表面溫度維持在材料固相線以下10(T40(TC的塑性變形區(qū)。7.連鑄坯中心與外表面的溫度梯度逐漸減小，鑄坯中心區(qū)域大面積進入糊狀區(qū)。在后續(xù)冷卻過程中，鑄坯中心實現(xiàn)同時凝固；凝固收縮產(chǎn)生拉應(yīng)力，促使鑄坯外表面已經(jīng)凝固的固態(tài)金屬發(fā)生塑性變形，由鑄坯表面向中心塑性移動，實現(xiàn)連鑄坯凝固過程的徑向自補縮。8.通過上述純凈化、過熱度控制，并實施微區(qū)振蕩和自補縮技術(shù)，直至連鑄坯完全凝固，消除中心縮孔、降低疏松和偏析缺陷，提高內(nèi)部質(zhì)量。本發(fā)明中，微區(qū)振蕩裝置與技術(shù)，請參見 ①中國專利申請，申請?zhí)?01120334239. 4 ；②中國專利申請，申請?zhí)?01120262332. 9。本發(fā)明中，自補縮技術(shù)，請參見中國專利申請，申請?zhí)?01010604260. I。實施例I該實施例采用本發(fā)明涉及的方法生產(chǎn)斷面尺寸為320X350mm的連鑄坯，連鑄坯材質(zhì)為Q345。采用轉(zhuǎn)爐進行鋼水熔煉，再經(jīng)LF精煉爐進行精煉，然后將鋼水轉(zhuǎn)入VD真空脫氣爐進行脫氧除氣，采用Si-Ca合金進行終脫氧。本實施例中，金屬液中的殘鋁量為O. 018wt%，氣體和雜質(zhì)元素為T [O] =IOppm, [S] =0. 008wt%, [P] =0. 009wt%。結(jié)晶器內(nèi)使用微區(qū)振蕩技術(shù)，探頭數(shù)量2個，探頭直徑Φ80_，探頭插入結(jié)晶器金屬液面下120mm，震動頻率50ΗΖ，振幅4mm。鋼水在1570°C時，澆注到中間包內(nèi)(過熱度為600O0連鑄拉坯時，中間包內(nèi)鋼水溫度1530°C (過熱度為20°C)。連鑄坯出結(jié)晶器后，進入二次冷卻區(qū)，在二次冷卻區(qū)對鑄坯進行保溫，結(jié)晶器下端3m范圍內(nèi)連鑄坯表面溫度維持在1200-1250°C，以實現(xiàn)凝固過程自補縮。圖I (a)為本實施例生產(chǎn)的連鑄坯斷面低倍組織，圖I (b)為常規(guī)工藝生產(chǎn)的連鑄坯低倍組織，未實施本發(fā)明所涉及的方法。對比圖1(a)和(b)可見，采用本發(fā)明所述的方法鑄坯中心縮孔疏松級別降低，偏析減輕。實施例2該實施例采用本發(fā)明涉及的方法生產(chǎn)厚大斷面立式連鑄圓坯，圓坯材質(zhì)為20CrNi2Mo，直徑為Φ 900mm。采用電弧爐進行鋼水熔煉，再經(jīng)LF精煉爐進行精煉，然后將鋼水轉(zhuǎn)入VD真空脫氣爐進行脫氧除氣，采用Ca進行終脫氧。本實施例中，金屬液中的殘鋁量為 O. 020wt%，氣體和雜質(zhì)元素為T
=12ppm, [S] =0. 009wt%, [P] =0. 008wt%。中間包和結(jié)晶器內(nèi)使用微區(qū)振蕩技術(shù)，中間包內(nèi)探頭數(shù)量3個，結(jié)晶器內(nèi)探頭數(shù)量2個,探頭直徑Φ 120mm,探頭插入金屬液面下150mm,震動頻率30HZ,振幅6mm。鋼水在1580°C時，澆注到中間包內(nèi)(過熱度為70°C)。連鑄拉坯時，中間包內(nèi)鋼水溫度1525°C (過熱度為15°C)。連鑄坯出結(jié)晶器后，進入二次冷卻區(qū)，在二次冷卻區(qū)對鑄坯進行保溫，結(jié)晶器下端3m范圍內(nèi)連鑄坯表面溫度維持在1100-1200°C，以實現(xiàn)凝固過程自補縮。圖2(a)所示為本實施例采用本發(fā)明涉及的方法生產(chǎn)的厚大斷面連鑄圓坯，鑄坯內(nèi)部無縮孔缺陷，疏松級別小于I. O級。圖2(b)所示為未實施本發(fā)明所生產(chǎn)的同等尺寸連鑄圓坯，中心存在嚴重縮孔缺陷。圖3(a)所示為采用本發(fā)明涉及的方法所生產(chǎn)的Φ900πιπι連鑄圓坯斷面酸洗圖，偏析級別小于I. O級。圖3(b)所示為未實施本發(fā)明所生產(chǎn)的同等尺寸連鑄圓坯，偏析大于2. O 級。將上述生產(chǎn)的連鑄坯，按照ΥΒ/Τ4149-2006進行檢測，評定實施本發(fā)明處理前后的連鑄坯內(nèi)部缺陷等級，結(jié)果見表I。表I
權(quán)利要求
1.一種提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，其特征在于冶煉過程控制金屬液純凈度，澆注過程控制過熱度，連鑄過程中在中間包和/或結(jié)晶器內(nèi)采用微區(qū)振蕩裝置與技術(shù)，二次冷卻區(qū)采用自補縮技術(shù)。
2.按照權(quán)利要求I所述的提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，其特征在于所述的控制金屬液純凈度，金屬液中的殘鋁量控制在0. 010-0. 030wt%范圍內(nèi)，氣體和雜質(zhì)元素控制目標為T
<15ppm, [S]<0. 010wt%, [P]<0. 012wt% ;對于合金鋼，采用感應(yīng)電爐、電弧爐或轉(zhuǎn)爐設(shè)備進行鋼水冶煉，冶煉過程中采用Al進行預(yù)脫氧，采用真空碳脫氧、Si脫氧或Si-Ca合金脫氧進行終脫氧，避免采用Al進行終脫氧。
3.按照權(quán)利要求I所述的提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，其特征在于所述的澆注過程控制過熱度，中間包開始澆注時，金屬液過熱度為5-80°C ;穩(wěn)定拉坯過程中，中間包金屬液過熱度控制在5-60°C范圍內(nèi)。
4.按照權(quán)利要求I所述的提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，其特征在于所述的澆注過程控制過熱度，中間包開始澆注時，金屬液過熱度優(yōu)選為10-35°C ;穩(wěn)定拉坯過程中，中間包金屬液過熱度控制在優(yōu)選10-25°C范圍內(nèi)。
5.按照權(quán)利要求I所述的提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，其特征在于所述的中間包和/或結(jié)晶器內(nèi)采用微區(qū)振蕩技術(shù)，步驟如下 1)中間包和結(jié)晶器內(nèi)同時或單獨使用微區(qū)振蕩裝置，耐火材料振蕩探頭截面積占中間包或結(jié)晶器液面面積的10-50%，探頭個數(shù)為1-5個； 2)耐火材料探頭插入液面以下深度為2-200mm； 3)振蕩頻率為2-60HZ，振幅為I-IOOmm； 4)通過耐火材料的振蕩使耐火材料表面形成晶核，晶核大量脫落在連鑄鑄坯內(nèi)成為金屬液結(jié)晶的形核質(zhì)點，促進形核，提高鑄坯芯部凝固速度，縮短金屬液的補縮距離，消除內(nèi)部縮孔，減輕疏松和偏析缺陷，改善凝固組織。
6.按照權(quán)利要求I所述的提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，其特征在于所述的中間包和/或結(jié)晶器內(nèi)采用微區(qū)振蕩技術(shù)，具體步驟如下 1)中間包和結(jié)晶器內(nèi)同時或單獨使用微區(qū)振蕩裝置，耐火材料振蕩探頭截面積占中間包或結(jié)晶器液面面積優(yōu)選為20-40%，探頭個數(shù)優(yōu)選為2-3個； 2)耐火材料探頭插入液面以下深度優(yōu)選為50-150mm； 3)振蕩頻率優(yōu)選為30-50HZ，振幅優(yōu)選為2-10mm； 4)通過耐火材料的振蕩使耐火材料表面形成晶核，晶核大量脫落在連鑄鑄坯內(nèi)成為金屬液結(jié)晶的形核質(zhì)點，促進形核，提高鑄坯芯部凝固速度，縮短金屬液的補縮距離，消除內(nèi)部縮孔，減輕疏松和偏析缺陷，改善凝固組織。
7.按照權(quán)利要求I所述的提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，其特征在于所述的二次冷卻區(qū)采用自補縮技術(shù)，具體步驟如下 1)連鑄坯出結(jié)晶器后進入二次冷卻區(qū)，降低噴水冷卻強度，提高鑄坯表面溫度； 2)控制連鑄坯表面冷卻條件，使鑄坯外表面的溫度維持在固相線以下10(T40(TC之間，連鑄坯外表面凝固層處于低變形抗力的塑性變形區(qū)； 3)在二次冷卻區(qū)對鑄坯進行保溫，降低鑄坯外表面與外界的換熱強度，利用芯部返熱使鑄坯外表面溫度升高，減小鑄坯徑向溫度梯度，使鑄坯芯部同時進入糊狀區(qū)，促進鑄坯芯部同時凝固； 4)芯部金屬液同時凝固時，凝固收縮產(chǎn)生垂直于重力方向的徑向拉應(yīng)力，拉應(yīng)力作用于外表面高溫凝固層，使已凝固金屬發(fā)生塑性變形，由外表面向鑄坯中心發(fā)生塑性移動，實現(xiàn)鑄坯徑向自補縮，消除縮孔，減輕疏松。
8.按照權(quán)利要求I所述的提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，其特征在于該方法適用于厚大斷面碳鋼、合金鋼或有色金屬連鑄坯。
9.按照權(quán)利要求I所述的提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，其特征在于該方法尤其適用于厚度大于300mm的連鑄板坯或方坯，或者直徑大于0500mm的連鑄圓坯。
10.按照權(quán)利要求I所述的提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，其特征在于該方法適用于弧形、立彎式或立式連鑄機機型，生產(chǎn)厚大斷面連鑄坯。
全文摘要
本發(fā)明涉及連鑄坯制造領(lǐng)域，具體地說是一種提高厚大斷面連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的方法，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中厚大斷面連鑄坯中心縮孔疏松和偏析問題。本發(fā)明通過控制鋼水純凈度、澆注過熱度，協(xié)同采用微區(qū)振蕩和凝固自補縮技術(shù)，提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。微區(qū)振蕩技術(shù)有效消除鑄坯內(nèi)部偏析缺陷，并可以有效細化凝固組織，減輕縮孔疏松。凝固自補縮技術(shù)在后續(xù)凝固收縮過程中實現(xiàn)同時凝固和固態(tài)金屬的塑性移動，達到高溫可變形金屬徑向自補縮的目的，從而消除鑄坯內(nèi)部縮孔，并顯著改善直至消除鑄坯內(nèi)部疏松。本發(fā)明適用于厚大斷面碳鋼、合金鋼以及有色金屬鑄坯，尤其適用于300mm以上厚度的連鑄板坯、方坯和Φ500mm以上斷面連鑄圓坯。
文檔編號B22D11/22GK102806330SQ201210282509
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者欒義坤, 郭文營, 劉宏偉, 傅排先, 夏立軍, 李殿中 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所