CN108526423A - 一种改善连铸过程凝固中后期固液两相区流动性的方法、铸坯质量的控制方法及装置 - Google Patents

一种改善连铸过程凝固中后期固液两相区流动性的方法、铸坯质量的控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善连铸过程凝固中后期固液两相区流动性的方法、铸坯质量的控制方法及装置，属于冶金连铸技术领域。本发明的在连铸坯凝固末端的坯壳表面施加间歇性的激振力，利用固液两相金属的正触变性，提高半凝固钢水在凝固中后期的补缩能力，改善铸坯内部组织疏松；此外在连铸坯凝固末端和连铸坯凝固中段的坯壳表面分别施加间歇性的激振力；打击在连铸坯凝固中段的坯壳表面的激振力，可以规律性地打断冷却过程中凝固前沿生长的枝晶头，促进等轴晶的生长；且打击在连铸坯凝固末端的坯壳表面的激振力，可提高半凝固钢水在凝固中后期的补缩能力，改善铸坯内部组织疏松，提高铸坯质量。

Description

一种改善连铸过程凝固中后期固液两相区流动性的方法、铸 坯质量的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及冶金连铸技术领域，更具体地说，涉及一种改善连铸过程凝固中后期固液两相区流动性的方法及连铸凝固过程中铸坯质量的控制方法。
背景技术
连铸的具体工艺是钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。在钢铁连铸生产时，由于凝固过程中后期，随着两相区固相比例的增加，钢水的粘度增加、流动性变差，难以补充钢水凝固时由于体积收缩在凝固末端形成的空腔，继而形成凝固组织的疏松。由于钢的凝固收缩率明显大于铜、铝等有色金属，并且导热系数远低于铜和铝，因此更容易在铸坯的凝固末端形成中心疏松。为了解决上述问题，长期以来在该方面形成了许多专利和技术，这些专利和技术主要分为三类：一是以凝固末端电磁搅拌技术，二是凝固末端压下或铸轧技术，最后一种是以机械振动模铸浇铸技术。这三类技术已被运用于现代钢铁铸造生产中，但是现有的工艺很难有效地改善铸坯组织疏松的问题，使得钢的各项性能恶化。
此外，在连铸生产过程中，为改善铸坯的凝固结构，提高等轴晶率，减少铸坯中心区域的疏松和成分偏析，广泛采用以电磁搅拌为典型的施加外场力搅拌技术。但是电磁搅拌由于持续对液态金属施加恒定或交变电磁力，在刷断柱状晶的枝晶头成为中心等轴晶晶核的同时，还使得液态金属与凝固前沿的枝晶持续发生相对运动，致使溶质元素不断向液态金属内转移，引起持续外场力作用区域铸坯内部严重的宏观负偏析，例如连续铸钢中的铸坯白亮带。急需克服该技术问题。
经检索，已有相关类似技术公开。例如：一种基于末端电磁搅拌的连铸大方坯轻压下工艺(公开号：CN103121092A；公开日：2013.05.29)，该技术在末端电磁搅拌装置安装在二冷区之后，矫直之前的空冷区，确保轻压下和矫直同时进行时，柱状晶之间的液相已经完全凝固，该技术可以提高钢的内部质量。此外，一种优质帘线钢大方坯连铸动态轻压下工艺(公开号：CN101648263A；公开日：2010.02.17)，在连铸轻压下区域，通过铸坯中心固相率fs的变化来控制压下量，并给出了轻压下机架压下量和铸坯中心固相率的关系；可减轻帘线钢铸坯中心偏析，并改善帘线钢铸坯的中心疏松和中心缩孔。此外，一种提高连铸坯质量的方法及震动支撑辊装置(公开号CN1586767A；公开日2005.03.02)，通过紧贴在连铸坯壳外壁的震动支撑辊在保持与连铸坯表面同步转动的同时，在震动源的驱动下做垂直于铸坯厚度方向或平行于拉坯方向的震动，并通过接触将这种震动传输给带液芯的凝固壳；该技术通过震动支撑辊装置来提高连铸坯中心等轴晶率以达到明显改善连铸坯中心缩孔和疏松、减少偏析且有效避免了采用凝固末端轻压下所造成的轧制裂纹产生。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于改善铸坯组织疏松的问题，进而提高铸坯质量；
提供的一种改善连铸过程凝固中后期固液两相区流动性的方法，在连铸坯凝固末端的坯壳表面施加间歇性的激振力，利用固液两相金属的正触变性，提高半凝固钢水在凝固中后期的补缩能力，改善铸坯内部组织疏松，提高铸坯质量；
提供的一种连铸凝固过程中铸坯质量的控制方法及装置，在连铸坯凝固末端和凝固中段的坯壳表面分别施加间歇性的激振力，打击在连铸坯凝固中段的坯壳表面的激振力，可以规律性地打断冷却过程中凝固前沿生长的枝晶头，使得柱状晶转化为等轴晶的过程，促进等轴晶的生长；且打击在连铸坯凝固末端的坯壳表面的激振力，利用固液两相金属的正触变性，提高半凝固钢水在凝固中后期的补缩能力，进而提高铸坯质量。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种改善连铸过程凝固中后期固液两相区流动性的方法，在连铸坯凝固末端的坯壳表面施加间歇性的激振力，其中连铸坯凝固末端的铸坯横截面金属液相率为b1，且 25％≥b1>0。
优选地，凝固末端坯壳表面的激振力施加的时间间隔为t1，t1＝0.0167～2s。
优选地，凝固末端坯壳表面的激振力施加的冲击能范围为W1，W1＝15～1500J。
优选地，在连铸坯凝固末端的坯壳表面施加激振力的冲击能为W1，
a1取值范围为0.2～1.0J/mm3，
b1为凝固末端激振力施力点位置的铸坯横向截面的金属液相率/％；
C1取值范围为2.7～3.3；
S为铸坯断面面积/mm2。
本发明的一种连铸凝固过程中铸坯质量的控制方法，在连铸坯凝固末端和连铸坯凝固中段的坯壳表面分别施加间歇性的激振力；且连铸坯凝固末端的坯壳表面施加激振力的时间间隔小于连铸坯凝固中段的坯壳表面施加激振力的时间间隔；其中连铸坯凝固末端的铸坯横截面金属液相率为b1，且25％≥b1>0；连铸坯凝固中段的铸坯横截面金属液相率为b2，且 75％≥b2>25％。
优选地，凝固末端的坯壳表面施加激振力的时间间隔为t1，t1＝0.0167～2s，或/和凝固中段的坯壳表面施加激振力的时间间隔为t2，t2＝1-30s。
优选地，凝固末端的坯壳表面施加激振力的冲击能范围为W1，W1＝15～1500J；或/和凝固中段的坯壳表面施加激振力的冲击能范围为W2，W2＝10～800J。
优选地，在连铸坯凝固末端的坯壳表面施加激振力的冲击能为W1，
a1取值范围为0.2～1.0J/mm3，
b1为凝固末端激振力施力点位置的铸坯横向截面的金属液相率/％；
C1取值范围为2.7～3.3；
S为铸坯断面面积/mm2。
优选地，在连铸坯凝固中段的坯壳表面施加激振力的冲击能为W2，
a2取值范围为0.2～2.6J/mm3，
b2为凝固中段激振力施力点位置的铸坯横向截面的金属液相率/％；
C2取值范围为1.8～2.4；
S为铸坯断面面积/mm2。
优选地，凝固中段的坯壳表面施加激振力的时间间隔为t2，
t2＝ε×b2 τ×S
ε取值范围为0.4～0.8s/mm2；
b2为作用位置处连铸坯横向截面中的金属固相率/％；
τ取值范围为1.4～2.0；
S为铸坯断面面积/mm2。
本发明的一种连铸凝固过程中铸坯质量的控制装置，在连铸坯金属液相率为25％≥b1>0 的位置处设置有末端激振力施加装置，且在连铸坯金属液相率为75％≥b2>25％的位置处设置有中段激振力施加装置，末端激振力施加装置和中段激振力施加装置分别用于用于向坯壳表面施加间歇性的激振力。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种改善连铸过程凝固中后期固液两相区流动性的方法，在连铸坯凝固末端的坯壳表面施加间歇性的激振力，连铸坯凝固末端的铸坯横截面金属液相率为0～25％，激振力通过坯壳传递到铸坯芯部，使半凝固钢水在剪切应力的作用下，因正触变性使得粘度下降和流动性提高，在钢水高压头和凝固收缩真空抽吸条件下，半凝固钢水补缩能力增强，从而利用固液两相金属的正触变性，改善半凝固钢水的流动性，提高半凝固钢水在凝固中后期的补缩能力，改善铸坯内部组织疏松，提高铸坯质量；
(2)本发明的一种改善连铸过程凝固中后期固液两相区流动性的方法，凝固末端坯壳表面的激振力施加的时间间隔为t1＝0.0167～2s，连铸生产时，对凝固末端铸坯外表面施加连续、快速的激振，使得激振力的作用传递到铸坯芯部，使半凝固钢水在剪切应力的作用下，因正触变性使得粘度下降和流动性提高，半凝固钢水补缩能力增强，进而有效地改善铸坯内部组织疏松，提高铸坯质量；
(3)本发明的一种连铸凝固过程中铸坯质量的控制方法，在连铸坯凝固末端和凝固中段的坯壳表面分别施加间歇性的激振力，打击在连铸坯凝固中段的坯壳表面的激振力，可以规律性地打断冷却过程中凝固前沿生长的枝晶头，促进等轴晶的生长同时不产生负偏析；且打击在连铸坯凝固末端坯壳表面的激振力，利用固液两相金属的正触变性，提高半凝固钢水在凝固中后期的补缩能力，提高等轴晶的生产的同时提高半凝固钢水在凝固中后期的补缩能力，改善铸坯内部组织疏松，提高铸坯质量；
(4)本发明的一种连铸凝固过程中铸坯质量的控制方法，凝固中段的坯壳表面施加间歇性的激振力的施力点处的铸坯横截面的金属液相率为25％～85％，使得凝固坯壳在能承受打击激振力的同时，可以将凝固前沿生长的枝晶头被打断，并促进等轴晶的生长。
附图说明
图1为本发明的一种改善连铸过程凝固中后期固液两相区流动性的控制装置示意图；
图2为实施例1的圆坯微观组织的形貌示意图；
图3为对比例1的圆坯微观组织的形貌示意图；
图4为实施例2的一种连铸凝固过程中铸坯质量的控制装置的结构示意图；
图5为实施例3的一种连铸凝固过程中铸坯质量的控制装置的结构示意图；
图6为实施例2的圆坯微观组织的形貌示意图。
示意图中的标号说明：
100、连铸坯；110、未凝固钢水；120、凝固坯壳；101、铸坯凹弧侧；102、铸坯凸弧侧；
210、末端激振力施加装置；220、中段激振力施加装置；
310、柱状晶区；320、等轴晶区、330、中心疏松孔。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明的一种改善连铸过程凝固中后期固液两相区流动性的方法，连铸坯100的外部为凝固坯壳120，凝固坯壳120内部为未凝固钢水110，在连铸坯100凝固末端的坯壳表面施加间歇性的激振力，其中连铸坯100凝固末端的铸坯横截面金属液相率为b1，且25％≥b1>0，即凝固末端的激振力施加于凝固终点之前至金属液相率为25％的区间；即在连铸坯100金属液相率为25％≥b1>0的位置处设置有末端激振力施加装置210，末端激振力施加装置210用于向凝固末端的坯壳表面施加间歇性的激振力，末端激振力施加装置210的激振力施力方向垂直于坯壳表面。即要求激振力作用于铸坯横截面中金属液相率不大于25％的铸坯表面，这样激振能量可以有效作用于凝固末端的糊状区，起到提高半凝固钢水流动性的作用；在铸坯横截面中金属液相率大于25％的铸坯表面施加作用时，影响区会沿铸坯凝固体部分向前传递，将导致影响区因持续振动出现负偏析，同时由于振动施加位置过于靠前，导致振动效果难以影响到后面凝固末端，起不到改善铸坯中心组织的效果。此处值得说明的是，此处施加的激振力与振动完全不同，具体说明如下：
(1)激振力与振动的作用方式完全不同，其中间歇性激振力是单程单次对凝固末端的坯壳表面的击打或者敲击，铸坯自身并不会有相对位移；而振动是对铸坯的往复晃动，铸坯本身可能会产生相对位移，而且振动对铸坯坯壳表面施加的是往复的作用力，因此间歇性激振力与振动有本质的区别；
(2)作用机理完全不同，正式由于激振力与振动的作用方式完全不同，同时使得两者对铸坯的作用机理完全同；其中凝固中段的坯壳表面施加间歇性的激振力是在瞬间通过凝固坯壳120传递到铸坯芯部，使半凝固钢水在剪切应力的作用下，因正触变性使得粘度下降和流动性提高，改善半凝固钢水的流动性，提高半凝固钢水在凝固中后期的补缩能力；而振动是利用惯性力起到补缩和改善金属凝固组织疏松的问题，振动会额外增加外场力并引起的钢液与凝固前沿枝晶间的持续相对位移，促进钢中溶质元素向钢的液相中转移，造成铸坯负偏析的产生。
值得注意的是：激振力打击的速度过快或者过慢都将使得激振力的打击效果传递不佳。本发明的凝固末端坯壳表面的激振力施加的时间间隔为t1，t1＝0.0167～2s，从而可以在凝固末端坯壳表面施加快速打击的激振力。其中凝固末端坯壳表面的激振力施加的时间间隔为t1， t1＝0.0167～2s，在凝固末端由于铸坯尺寸导致的坯壳厚度各异，为使振动作用有效的传递到铸坯芯部，激振力施加的时间间隔为0.0167～2s，能起到良好的激振力打击效果，且激振力通过坯壳传递到铸坯芯部，使半凝固钢水在剪切应力的作用下，因正触变性使得粘度下降和流动性提高，进而提高半凝固钢水的补缩能力。
此外，本发明在凝固末端坯壳表面的激振力施加的冲击能范围为W1，W1＝15～1500J。详细说明为：详细描述外力的冲击能范围跟作用位置(金属液相率)和铸坯断面有关，在连铸坯100凝固末端的坯壳表面施加激振力的冲击能为W1，a1取值范围为0.2～1.0J/mm3，b1为凝固末端激振力施力点位置的铸坯横向截面的金属液相率/％；C1取值范围为2.7～3.3；S为铸坯断面面积/mm2；随着铸坯中金属液相率越低、断面越大外力的冲击功越大；在凝固末端坯壳表面的施加恰当冲击能的激振力，可以使半凝固钢水在剪切应力的作用下粘度下降和流动性提高，进而提高半凝固钢水补缩能力。
本发明激振力的冲击能小于15焦耳时，则无法有效改善铸坯流动性，难以有效提高半凝固钢水在凝固中后期的补缩能力；如果激振力的冲击能大于1500焦耳时，则容易引起铸坯表面质量问题。此外本专利还包括激振力发生***，该***包括：能源供给装置、激振力施加装置和激振参数调控装置，其中激振力产生方式包括电磁驱动、电机驱动、流体驱动等。
此外，技术研发团队经过长期的研发发现，凝固末端电磁搅拌技术、凝固末端压下或铸轧技术和以机械振动模铸浇铸技术存在以下问题：
(1)以电磁搅拌为典型的施加外场力技术的原理为：通过施加磁场作用使得凝固前沿的枝晶被折断和破碎，并利用磁场力搅拌糊状区两相半凝固钢水。但由于在铸坯凝固末端，钢液温度接近固相线，固相比渐高，钢液的流动性恶化，补缩能力弱，对铸坯组织疏松难以起到改善效果，实际运用中几乎找不到稳定有效的案例。
(2)凝固末端压下或铸轧技术的主要作用原理是通过对铸坯已凝固坯壳120施加一定强度的压力，将半凝固态钢液挤出凝固穴并挤压凝固收缩的空隙区，减少铸坯组织疏松。但是该技术存在以下缺点：需要增加庞大的轻压下装置、压下量小难以消除凝固末端形成的中心疏松、较大的压下量对一些裂纹敏感性钢种容易在铸坯凝固前沿产生裂纹、凝固终点位置难以定位以及仅适用于矩形铸坯等诸多问题。
(3)机械振动模铸浇注技术只在小型模铸铸锭中有应用报道，其原理是通过整个模铸平台的上下振动，带动铸模内部液态金属的振动，利用惯性力起到补缩和改善金属凝固组织疏松的问题。但是该技术无法运用在连铸过程中，主要原因在于：1、连铸设备不可能整体振动； 2、连铸是一个动态连续生产过程，与模铸的静态过程，二者有很大的区别；3、相对于小型模铸铸锭，连铸铸坯的长度尺寸很大。
但是，但是现有的工艺很难有效地改善铸坯组织疏松的问题，使得钢的各项性能恶化。而本发明在连铸坯100凝固末端的铸坯横截面金属液相率为0～25％的位置处施加激振力，激振力通过坯壳传递到铸坯芯部，使半凝固钢水在剪切应力的作用下，因正触变性使得粘度下降和流动性提高，在钢水高压头和凝固收缩真空抽吸条件下，半凝固钢水补缩能力增强，从而利用固液两相金属的正触变性，改善半凝固钢水的流动性，提高半凝固钢水在凝固中后期的补缩能力，改善铸坯内部组织疏松，提高铸坯质量。
实施例1
本实施例采用某厂5流圆坯连铸机，在不同断面圆坯的连铸过程中，在铸坯表面某一位置使用不同时间间隔、激振力的施加装置，按照一定时间间隔使用压缩空气驱动提供一定冲击功的激振力，每种情况连续进行一个浇次的试验，浇铸结束后取铸坯低倍样一块，进行疏松评级，确定其疏松程度并取平均值，实施例具体参数及结果如表1所示。
本实施例在施力点施加激振力，其中施力点处的铸坯横截面的金属液相率分别为23％、15％、15％和11％，每个实验条件进行一个浇次的试验，浇铸结束后取铸坯低倍样一块，分析铸坯等轴晶率和负偏析情况，实施例具体参数及结果如表1所示。其中施力点金属液相率为23％的低倍组织的形貌示意图如图2所示。
对比例1
本对比例的基本内容同实施例1，其不同之处在于，在连铸的过程中不向连铸坯100表面施加激振力。浇铸结束后取铸坯低倍样一块，分析铸坯等轴晶率和负偏析情况，实施例具体参数及结果如表1所示。对比例1的低倍组织的形貌示意图如图3所示。
表1
通过对对比例1和实施例1的分析可以发现，图2为实施例1的铸坯微观组织的形貌示意图；图3为对比例1的铸坯微观组织的形貌示意图；图中包括柱状晶区310、等轴晶区320和中心疏松孔330。对比发现，使用本专利后铸坯等轴晶区320与未使用本专利且未才用外场力作用的的铸坯等轴晶区320相比，在金属液相率23％、15％、15％、11％；时间间隔分别为：0.022、0.037、0.0625、0.1s；分别提供冲击功大小：35、40、60、200/J；中心疏松评级检测得到上述的中心疏松的情况，中心疏松评级均小于0.5；而对比例1的中心疏松评级为 1.0。实施例1由于激振力击打在铸坯表面坯壳时，在连铸坯100凝固末端的坯壳表面施加间歇性的激振力，连铸坯100凝固末端的铸坯横截面金属液相率为0～25％，激振力通过坯壳传递到铸坯芯部，使半凝固钢水在剪切应力的作用下，因正触变性使得粘度下降和流动性提高，在钢水高压头和凝固收缩真空抽吸条件下，半凝固钢水补缩能力增强，从而利用固液两相金属的正触变性，改善半凝固钢水的流动性，提高半凝固钢水在凝固中后期的补缩能力，改善铸坯内部组织疏松，提高铸坯质量。
实施例2
本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：在连铸坯100凝固末端和连铸坯100 凝固中段的坯壳表面分别施加间歇性的激振力；且连铸坯100凝固末端的坯壳表面施加激振力的时间间隔小于连铸坯100凝固中段的坯壳表面施加激振力的时间间隔；其中连铸坯100 凝固末端的铸坯横截面金属液相率为b1，且25％≥b1>0；连铸坯100凝固中段的铸坯横截面金属液相率为b2，且75％≥b2>25％。即在连铸坯100金属液相率为25％≥b1>0的位置处设置有末端激振力施加装置210，末端激振力施加装置210用于向凝固末端的坯壳表面施加间歇性的激振力，末端激振力施加装置210的激振力施加的时间间隔为0.0167～2s，振力施加的冲击能范围为15～1500J。在连铸坯100金属液相率为75％≥b2>25％的位置处设置有中段激振力施加装置220，中段激振力施加装置220用于向凝固中段的坯壳表面施加间歇性的激振力(如图4所示)，中段激振力施加装置220的激振力施加的时间间隔为1-30秒；激振力施加的冲击能范围为10～800J。
此处值得说明的是，实施例1中已经说明了凝固末端施加的激振力与振动完全不同，此处再次说明凝固中段施加的激振力与振动完全不同，具体说明如下：
(1)激振力与振动的作用方式完全不同，其中间歇性激振力是单程单次对凝固末端的坯壳表面的击打或者敲击，铸坯自身并不会有相对位移；而振动是对铸坯的往复晃动，铸坯本身可能会产生相对位移，而且振动对铸坯坯壳表面施加的是往复的作用力，因此间歇性激振力与振动有本质的区别；
(2)作用机理完全不同，正式由于激振力与振动的作用方式完全不同，激振力击打在铸坯表面坯壳时，可以打断冷却过程中凝固前沿生长的枝晶头，促使着柱状晶转化为等轴晶，同时不会额外增加外场力造成的钢液与凝固前沿枝晶间的持续相对位移，抑制了钢中溶质元素向钢的液相中转移；而振动是利用惯性力起到补缩和改善金属凝固组织疏松的问题，振动会额外增加外场力并引起的钢液与凝固前沿枝晶间的持续相对位移，促进钢中溶质元素向钢的液相中转移，造成铸坯负偏析的产生。
而且，由于凝固末端和凝固中段的坯壳表面分别施加激振力的位置、冲击功大小和时间间隔的不同，使得凝固末端和凝固中段施加激振力的作用机理也完全不同。
本发明的连铸坯100包括铸坯凹弧侧101和铸坯凸弧侧102，在连铸坯100的凝固坯壳 120的表面施加间歇性的激振力，且激振力施力点处的铸坯横截面的金属液相率为25％～85％。这是由于金属液相率高于85％时已凝固的坯壳强度不够，不具备承受有效破断枝晶头的外力击打的条件；金属液相率低于25％时已经处于凝固末端，继续激振已经无法提高铸坯等轴晶比例。在连铸坯100的铸坯凹弧侧101或者铸坯凸弧侧102施加激振力；或者在连铸坯100 铸坯凹弧侧101和铸坯凸弧侧102的两侧面的对应位置施加激振力。
凝固中段激振力施加的时间间隔为1-30秒，这是由于时间低于1秒时，外力的效果接近连续作用，造成钢液与凝固前沿枝晶间的持续相对位移，造成溶质元素不断向液态金属内转移，容易产生负偏析，破断效果也因枝晶来不及生长而降低；时间大于30秒时，枝晶生长的长度过长，破断枝晶头少，对柱状晶抑制效果不够。该时间间隔与作用点坯壳厚度有关，坯壳薄时枝晶生长快，激振间隔要短，具体可用以下关系式表示：凝固中段的坯壳表面施加激振力的时间间隔为t2，t2＝ε×b2 τ×S，ε取值范围为0.4～0.8s/mm2；b2为作用位置处连铸坯 100横向截面中的金属固相率/％；τ取值范围为1.4～2.0；S为铸坯断面面积/mm2。
凝固中段激振力施加的冲击能范围为10～800J。具体取值与坯壳厚度(金属液相率)等因素有关，具体可用以下关系式表示：在连铸坯100凝固中段的坯壳表面施加激振力的冲击能为 W2，a2取值范围为0.2～2.6J/mm3，b2为凝固中段激振力施力点位置的铸坯横向截面的金属液相率/％；C2取值范围为1.8～2.4；S为铸坯断面面积/mm2。
沿着连铸坯100液相线长度方向，在连铸坯100凝固中段的凝固坯壳120的表面至少设置1组中段激振力施加装置220，中段激振力施加装置220用于向凝固中段施加激振力，本实施例铸坯凹弧侧101设置有1个中段激振力施加装置220，且末端激振力施加装置210和中段激振力施加装置220设置于连铸坯100的同一侧，本实施例末端激振力施加装置210和中段激振力施加装置220设置于铸坯凹弧侧101。即在连铸坯100的一个金属液相率位置施加的单侧激振力或者两侧面的对应位置同时施加激振力为1组激振力；在连铸坯100的不同金属液相率位置施加的多个激振力，则为多组激振力。同时可以沿着连铸坯100液相线长度方向，在连铸坯100的凝固坯壳120的表面设置多个激振力的施力点。
本实施例采用某厂5流圆坯连铸机，铸坯直径为380mm在铸坯表面使用不同时间间隔、激振力的施加装置，并在连铸坯100凝固末端液相率为：23％的位置施加激振力，该位置的激振力的时间间隔为0.022s，凝固末端冲击功为35J；连铸坯100凝固中段的液相率为：75％，时间间隔为3s，凝固末端冲击功为20J。浇铸结束后取铸坯低倍样一块，检测等轴晶率、进行疏松评级，确定其疏松程度并取平均值，实施例2具体参数及结果如表2所示，低倍组织的形貌示意图如图6所示。
对比例2
本对比例2的基本内容同实施例2，不同之处在于：连铸过程不施加其它措施。浇铸结束后取铸坯低倍样一块，检测等轴晶率、进行疏松评级，确定其疏松程度并取平均值，对比例2具体参数及结果如表2所示。
实施例3
本实施例的基本内容同实施例2，不同之处在于：铸坯直径为380mm，连铸坯100凝固中段的两侧对应设置有中段激振力施加装置220，且两侧的中段激振力施加装置220的激振力施力方向共线，且中段激振力施加装置220的施力方向通过连铸坯100横截面的几何中心，本实施例为圆坯，则激振力大打击方向通过铸坯横截面的圆心；即在铸坯两侧面表面的一个施力点位置同时、使用相同冲击功对称冲击施加激振力，本实施例在连铸坯100凝固中段铸坯凹弧侧101和铸坯凸弧侧102的两侧面的对应位置同时施加相同的激振力(如图5所示)。
且连铸坯100凝固末端和凝固中段的激振力的施加位置、时间间隔和冲击功的大小有所不同。浇铸结束后取铸坯低倍样一块，检测等轴晶率、进行疏松评级，确定其疏松程度并取平均值，实施例具体参数及结果如表2所示。
表2
由表2可以发现，在连铸坯100凝固末端和连铸坯100凝固中段的坯壳表面分别施加间歇性的激振力后，实施例2和实施例3的等轴晶率分别提高到55％以上，且中心疏松评级均为0，并且在改善铸坯质量时，未产生任何负偏析的现象。相比对比例1，实施例2和实施例3的质量大大得到改善。
此外，对比图3和图6，连铸坯凝固末端和凝固中段的坯壳表面分别施加间歇性的激振力后，不仅等轴晶区320的比例扩大了，而且减小了铸坯内部组织疏松。这是由于在连铸坯凝固末端和凝固中段的坯壳表面分别施加间歇性的激振力，打击在连铸坯100凝固中段的坯壳表面的激振力，可以规律性地打断冷却过程中凝固前沿生长的枝晶头，使得柱状晶转化为等轴晶的过程，促进了等轴晶的生长；且打击在打击在连铸坯100凝固末端的坯壳表面的激振力，利用固液两相金属的正触变性，提高半凝固钢水在凝固中后期的补缩能力，提高等轴晶的生产的同时提高半凝固钢水在凝固中后期的补缩能力，改善铸坯内部组织疏松，提高铸坯质量；在铸坯100凝固中段采用激振力发生***对铸坯一定位置、每隔一定时间、用一定强度的外力瞬时击打铸坯表面坯壳的方法，使激振力通过坯壳传递到铸坯凝固前沿，周期性地破断凝固前沿生长的枝晶头，在抑制柱状晶生长的同时，为中心等轴晶的后续形成提供晶核核心。
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

Claims (10)

1.一种改善连铸过程凝固中后期固液两相区流动性的方法，其特征在于：在连铸坯(100)凝固末端的坯壳表面施加间歇性的激振力，其中连铸坯(100)凝固末端的铸坯横截面金属液相率为b1，且25％≥b1>0。
2.根据权利要求1所述的一种改善连铸过程凝固中后期固液两相区流动性的方法，其特征在于：凝固末端坯壳表面的激振力施加的时间间隔为t1，t1＝0.0167～2s。
3.根据权利要求1所述的一种改善连铸过程凝固中后期固液两相区流动性的方法，其特征在于：凝固末端坯壳表面的激振力施加的冲击能范围为W1，W1＝15～1500J。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种改善连铸过程凝固中后期固液两相区流动性的方法，其特征在于：在连铸坯(100)凝固末端的坯壳表面施加激振力的冲击能为W1，W1＝a1×(1-b)C×S1.5，
a1取值范围为0.2～1.0J/mm3，
b1为凝固末端激振力施力点位置的铸坯横向截面的金属液相率/％；
C1取值范围为2.7～3.3；
S为铸坯断面面积/mm2。
5.一种连铸凝固过程中铸坯质量的控制方法，其特征在于：在连铸坯(100)凝固末端和连铸坯(100)凝固中段的坯壳表面分别施加间歇性的激振力；且连铸坯(100)凝固末端的坯壳表面施加激振力的时间间隔小于连铸坯(100)凝固中段的坯壳表面施加激振力的时间间隔；其中连铸坯(100)凝固末端的铸坯横截面金属液相率为b1，且25％≥b1>0；连铸坯(100)凝固中段的铸坯横截面金属液相率为b2，且75％≥b2>25％。
6.根据权利要求5所述的一种连铸凝固过程中铸坯质量的控制方法，其特征在于：凝固末端的坯壳表面施加激振力的时间间隔为t1，t1＝0.0167～2s，或/和凝固中段的坯壳表面施加激振力的时间间隔为t2，t2＝1-30s。
7.根据权利要求5所述的一种连铸凝固过程中铸坯质量的控制方法，其特征在于：凝固末端的坯壳表面施加激振力的冲击能范围为W1，W1＝15～1500J；或/和凝固中段的坯壳表面施加激振力的冲击能范围为W2，W2＝10～800J。
8.根据权利要求5所述的一种连铸凝固过程中铸坯质量的控制方法，其特征在于：在连铸坯(100)凝固末端的坯壳表面施加激振力的冲击能为W1
a1取值范围为0.2～1.0J/mm3，
b1为凝固末端激振力施力点位置的铸坯横向截面的金属液相率/％；
C1取值范围为2.7～3.3；
S为铸坯断面面积/mm2。
9.根据权利要求5所述的一种连铸凝固过程中铸坯质量的控制方法，其特征在于：在连铸坯(100)凝固中段的坯壳表面施加激振力的冲击能为W2，
a2取值范围为0.2～2.6J/mm3，
b2为凝固中段激振力施力点位置的铸坯横向截面的金属液相率/％；
C2取值范围为1.8～2.4；
S为铸坯断面面积/mm2。
10.一种连铸凝固过程中铸坯质量的控制装置，其特征在于：在连铸坯(100)金属液相率为25％≥b1>0的位置处设置有末端激振力施加装置(210)，且在连铸坯(100)金属液相率为75％≥b2>25％的位置处设置有中段激振力施加装置(220)，末端激振力施加装置(210)和中段激振力施加装置(220)分别用于用于向坯壳表面施加间歇性的激振力。
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