CN108655357A - 一种金属熔融连续铸造方法 - Google Patents

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Abstract

一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，金属液熔炼后,在低过热度下连续不断地浇入过度中间包内,在过度中间包内钢液受到加热和搅拌作用逐步形成半固态金属液,在氩气保护气氛中将半固态金属液注入到铸机结晶器内，在结晶器内受到冷却，形成完全凝固的铸坯,当铸坯达到一定长度时进行切割，然后由引锭装置将铸坯引出进行传输。根据本发明，直接将半固态钢注入到结晶器内，冷却形成为固态铸坯，整个过程几乎无溶质的扩散，从而降低铸坯的元素偏析，增加等轴晶，细化组织；整个半固态连铸过程无湍流、温度低，凝固时间短，生产效率高。而铸坯表面平整光滑、内部组织致密、晶粒细小、力学性能好、铸坯尺寸精度高。

Description

一种金属熔融连续铸造方法
技术领域
本发明涉及一种提高铸坯内部和外部质量的连续铸造新方法，该方法将极大的改善铸坯内部质量，降低铸坯中心疏松、缩孔和偏析等内部缺陷，同时也能提高铸坯外部表面质量。
现有技术
在冶金连铸的生产过程中，铸坯的内部与外部质量是冶金工作者十分关注的焦点。铸坯的内部质量主要表现在成分均匀，无疏松、无缩孔、无裂纹等，希望生产出铸坯内部组织致密无缺陷的产品。而这些缺陷的产生的原因，一方面是钢液在凝固过程发生的自然收缩，另一方面是连铸工艺参数的设置相关，例如断面大、浇铸温度、冷却制度和辊缝设置不适合等。而铸坯的外部质量则是因为结晶器传热和振动以及保护渣造成的表面振痕，夹渣以及裂纹。在连铸机扇形段则因为外部机械力的作用而发生外部横裂纹和角部裂纹。这些缺陷都是因为现有连铸机的设计和生产方法决定，也是很那避免的。
当前使用的现代连铸机是在19世纪40年代发明和使用的，该技术包括振动水冷结晶器、浸入式水口、保护渣等关键技术。该技术一直使用到现在，大的框架基本没有发生改变。而产生一系列的铸坯质量缺陷都是与钢液到固态铸坯过程密切相关，也就是绝大多数铸坯质量问题是在钢液凝固过程发生的，包括铸坯疏松、缩孔、偏析和裂纹。而铸坯的外表面振痕则是于结晶器振动，坯壳薄弱相关。铸坯表面裂纹则与铸机的弯曲和矫直变形相关。若有一种连铸过程，可以将钢水液态到固态过程取消，直接从两相区到固态转变，则会简化掉钢液溶质的扩散，也就没有了元素偏析。再去掉连铸过程的弯曲和矫直过程，则会大大降低住表面因机械变形而产生的裂纹。
CN103648687A提出一种用于由金属熔融物制造厚板坯的方法和立式连铸机，用于由金属熔融物制造厚板坯的方法。在立式结晶器中浇注带有仍为液态的液芯的连铸钢坯，在随后的具有多个连铸坯引导区段的连铸坯引导机构上继续引导连铸钢坯，连铸钢坯在完全凝固之后被切割装置切分成一定长度的板坯，然后板坯输出。
CN104128588B提出一种复合轴瓦的半固态连铸与电磁成形连接。一种复合轴瓦的半固态连铸与电磁成形连接装置，将准备好的半固态坯料及轴瓦钢背分别放入已预热的型腔，然后合模，进行挤压充型并保压，最后开模取件。
从文献和资料中可以看到，半固态铸造在有色金属铸造中有不少报道，且都是不连续铸造，多以铸锭和模具成型为主。而在钢铁领域则属于新兴技术，研究较少。所开发出一种钢铁的半固态连铸方法，则可以很好的解决铸坯的内部质量问题，降低偏析、减少缩孔和疏松。得到组织均匀，外部无振痕和裂纹的高质量铸坯，
因此本发明提出一种半固态压制半连续铸造方法。
发明内容
本方法提供一种取消液固转变的连铸方法，该一种金属熔融连续铸造方法，直接将半固态钢注入到结晶器内，通过冷却使其转变为固态铸坯，整个过程几乎无溶质的扩散，从而降低铸坯的元素偏析，增加等轴晶，细化组织。整个半固态连铸过程无湍流、温度低，凝固时间短，生产效率高。而铸坯表面平整光滑、内部组织致密、晶粒细小、力学性能好、铸坯尺寸精度高。
本发明技术方案如下：
一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
金属液熔炼后,在低过热度下连续不断地浇入过度中间包内,在过度中间包内钢液受到加热和搅拌作用逐步形成半固态金属液,
在氩气保护气氛中将半固态金属液注入到铸机结晶器内，在结晶器内受到冷却，形成完全凝固的铸坯,当铸坯达到一定长度时进行切割，然后由引锭装置将铸坯引出进行传输。
首先金属液熔炼后,在较低的过热度下连续不断地浇入过度中间包内,在过度中间包内钢液受到加热和搅拌作用逐步形成半固态金属液,
在氩气保护气氛中将半固态金属液注入到铸机结晶器内，在结晶器内受到冷却，形成完全凝固的铸坯,当铸坯达到一定长度时进行切割，然后由引锭装置将铸坯引出进行传输。
根据本发明所述一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
将半固态金属液倒入结晶器后形成一定形状的坯料。
根据本发明所述一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
将半固态金属液倒入结晶器后形成的坯料形状为长方形、正方形或圆形。
根据本发明所述一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
控制钢液温度，使得钢液在钢包中以低过热度5-20℃运输，当钢液温度接近液相线温度，即温度下降到接近液相线温度3-5℃时，在氩气保护气氛中进入到预热的过度中间包。
根据本发明所述一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
所述预热的过度中间包的预热温度在1200-1300℃。
根据本发明所述一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
流动的钢液浇铸到氩气氛的过度中间包后，在该过度中间包进行缓慢冷却，钢液温度缓慢下降至液相线温度。
根据本发明所述一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
在钢液温度缓慢下降过程中，为了避免钢液局部过冷凝固，外部进行加热和搅拌保护，将处于两相区的钢液通过大通道布流器注入到结晶器中的过程一直处于氩气保护状态，避免钢液被氧化。
根据本发明所述一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
所述处于两相区的钢液指保持金属液温度处于固相线和液相线温度之间。
根据本发明所述一种金属熔融连续铸造方法，在钢液温度缓慢下降过程中，为了避免钢液局部过冷凝固，外部进行加热和搅拌保护，将处于两相区的钢液(保持金属液温度处于固相线和液相线温度之间)通过大通道布流器注入到结晶器中的过程一直处于氩气保护状态，避免钢液被氧化。
根据本发明所述一种金属熔融连续铸造方法，在传统的连铸工艺中,金属液以液态进入结晶器，而在半固态连铸过程中,金属熔体以固液两相共存的状态进入结晶器,其技术关键包括温度稳定的半固态钢液，半固态钢液的注入，铸坯的凝制。
在传统的连铸工艺中,金属液以液态进入结晶器，而在半固态连铸过程中,金属熔体以固液两相共存的状态进入结晶器。其技术关键包括温度稳定的半固态金属液控制，半固态金属液的注入，以及金属液的凝固过程。本发明原理是：严格控制金属液温度，在整个生产过程中对金属液进行连续测温。金属液在大包1中以低过热度5-20℃运输。实时监控大包中金属液温度，当温度下降到接近液相线温度3-5℃时，在氩气保护中通过导流管2进入到预热的I型中间包3内。金属液在中间包3中温度缓慢下降，为了避免金属液发生过冷凝固，当金属液进过中间包3的通道时，利用加热搅拌器4进行搅拌和加热，保持金属液温度处于固相线和液相线温度之间。将处于两相区的金属液通过宽体布流器5注入到结晶器6中，该过程一直处于氩气保护状态，避免金属液被氧化。为避免金属液进入结晶器中过快凝固，结晶器6的冷却水箱7需采用预热水。金属液在结晶器6内进行从两相区到固相的凝固，使铸坯组织达到致密。然后将铸坯从设备下口通过倾翻传动装置11将铸坯引出。采用该工艺浇铸的铸坯内部组织致密，无疏松缩孔，无偏析。铸坯外部质量优良，因为无弯曲和矫直等机械变形，铸坯表面无裂纹。
有益效果
与常规的连铸相比，该方法在采用处于两相区的钢液进行浇铸，该浇铸结晶器长度达到铸坯最终产品长度，在浇铸过程中钢液流动较弱，不会导致湍流运动，该浇铸过程无保护渣消耗。再者，采用该方法生产的铸坯内部和外部质量优良，可以避免传统连铸导致的外部裂纹，表面夹杂，内部夹杂，中心疏松、组织偏析等问题。铸坯从结晶器出来后到最终完全凝固所需时间也大大缩短，铸机长度也缩短。
附图说明
图1为本发明半固态立式连铸装置示意图。
图中，1为大包，2为导流管，3为I型中间包，4为加热器搅拌器，5为宽体布流器，6为结晶器，7为冷却水箱，8为导向辊，9为铸坯，10为切割枪，11为倾翻传动装置。
具体实施方式
实施例
一种金属半固态连铸方法，采用半固态金属进行半连续铸造，该方法生产的铸坯内部质量和外部质量均非常优良，可以避免传统连铸引发的多种铸坯缺陷。
本实施例的方法采用的设备如图1所示，该设备有大包1、导流管2、I型中间包3、加热器搅拌器4、宽体布流器5、结晶器6、冷却水箱7、铸坯9、导向辊8、切割枪10和倾翻传动装置11组成。
大包1盛放待进行浇铸的金属液体，该大包1具有连续测温装置，在运输过程保温度高于液相线温度5-20℃，不间断检测金属液温度，当金属液降温到接近该金属液相线3-5℃时，将金属液体通过导流管2注入到I型中间包3中。
I型中间包3需提前预热，避免金属液发生快速降温。I型中间包3具有良好的保温效果，并带有测温、加热和搅拌装置。当金属液通过I型中间包3的通道时，加热搅拌器4对金属液进行搅拌和加热，使得金属液态温度一直保持在金属固相线和液相线之间，搅拌使其保持一定的流动性。
中间包内3采用惰性气体保护避免金属液体被氧化。金属液从中间包3通过宽体布流器5在保护气氛的情况下注入到结晶器6中。宽体布流管5较一般连铸水口的通过量要大的多，为一宽体结构，使得金属液体快速流入到结晶器内。结晶器6需要提前预热避免金属液体快速降温。
金属液体在结晶器6中受到周围冷却水箱7的冷却，冷却水箱7内的冷却水需要预热，温度要高于30℃，两相区的金属液在结晶器6中形成一定厚度的完全凝固坯壳。因原料为半固态，因此在短时间内铸坯即可完全凝固。凝固的铸坯9进入到导向辊8。当铸坯9到达一定长度后，利用切割枪10将铸坯9进行切割，然后利用倾翻装置11将切好的铸坯送出。因为整个生产过程，铸坯都是在液相线以下凝固，流动比较弱，从而避免了铸坯内部的疏松和偏析。而该过程铸坯没有弯曲和矫直的变形过程，铸坯不会产生外部裂纹等缺陷。
根据本发明，与常规的连铸相比，在采用处于两相区的钢液进行浇铸，该浇铸结晶器长度达到铸坯最终产品长度，在浇铸过程中钢液流动较弱，不会导致湍流运动，该浇铸过程无保护渣消耗。再者，采用该方法生产的铸坯内部和外部质量优良，可以避免传统连铸导致的外部裂纹，表面夹杂，内部夹杂，中心疏松、组织偏析等问题。铸坯从结晶器出来后到最终完全凝固所需时间也大大缩短，铸机长度也缩短。

Claims (8)

1.一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
金属液熔炼后,在低过热度下连续不断地浇入过度中间包内,在过度中间包内钢液受到加热和搅拌作用逐步形成半固态金属液,
在氩气保护气氛中将半固态金属液注入到铸机结晶器内，在结晶器内受到冷却，形成完全凝固的铸坯,当铸坯达到一定长度时进行切割，然后由引锭装置将铸坯引出进行传输。
2.如权利要求1所述一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
将半固态金属液倒入结晶器后形成一定形状的坯料。
3.如权利要求2所述一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
将半固态金属液倒入结晶器后形成的坯料形状为长方形、正方形或圆形。
4.如权利要求1所述一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
控制钢液温度，使得钢液在钢包中以低过热度5-20℃运输，当钢液温度接近液相线温度，即温度下降到接近液相线温度3-5℃时，在氩气保护气氛中进入到预热的过度中间包。
5.如权利要求4所述一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
所述预热的过度中间包的预热温度在1200-1300℃。
6.如权利要求1所述一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
流动的钢液浇铸到氩气氛的过度中间包后，在该过度中间包进行缓慢冷却，钢液温度缓慢下降至液相线温度。
7.如权利要求1所述一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
在钢液温度缓慢下降过程中，为了避免钢液局部过冷凝固，外部进行加热和搅拌保护，将处于两相区的钢液通过大通道布流器注入到结晶器中的过程一直处于氩气保护状态，避免钢液被氧化。
8.如权利要求7所述一种金属熔融连续铸造方法，其特征在于，
所述处于两相区的钢液指保持金属液温度处于固相线和液相线温度之间。
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