CN102211154A - 提高连铸坯内部质量的方法及实施该方法的浸入式水口 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高连铸坯内部质量的方法及实施该方法的浸入式水口，主要包括底部封闭的长筒型扁环体状浸入式水口本体，水口底部上端的两圆弧面上开有对称的侧孔；两个相对侧面与各自外围设置的中空面封闭连接构成一体的喂料导管；各侧中空面距离水口本体的各侧面一定距离地往下倾斜延伸，使得各侧喂料导管在底部相连通，并在水口本体的底部形成一个出口段。在连铸过程中将粒状或珠、块、带状散件钢或铁制品连续不断的从浸入式水口的喂料导管中加入，使其滑落至结晶器的熔池中心，可降低钢液过热度、增大中心冷却速度、促进中心等轴晶的形成、阻碍铸坯中心溶质元素的富集和偏析、有效优化铸坯中心的凝固组织、强化铸坯中心致密度。
Description
技术领域
本发明属于钢的连铸技术领域，主要涉及连铸坯内部质量缺陷的改善措施和附属装置。
背景技术
钢的连铸是在一种连续状态下，钢液不断传递和释放热量，并逐渐凝固成一定形状铸坯的工艺过程。钢在这种由液态向固态的转变过程中，由于外部的热应力耦合作用和自身的凝固收缩特性，总是难以避免的产生各种各样的表层和内部质量缺陷。伴随着连铸技术和控制水平的不断提高，铸坯的表层质量已经得到较大的改进，而那些残余的表层质量缺陷也可以通过表面修磨的方法而去除，因此，目前连铸技术发展的重中之重是如何减轻甚至完全消除连铸坯的内部质量缺陷。
铸坯的内部质量缺陷包括铸坯中心裂纹、中心疏松、中心缩孔和内部裂纹，主要是钢液在凝固过程中的选分结晶和体积收缩造成的。铸坯的这些内部质量缺陷极大的恶化了后续轧材的质量和性能。
要解决铸坯的内部质量问题，最重要的是改善铸坯的凝固组织结构和中心致密度。目前，能够有效提高铸坯内部质量的方法和技术主要由三种，其一是电磁搅拌技术，电磁搅拌就是在铸坯凝固前沿固液交界面的树枝晶生长过程中施加电磁力，一方面可以打碎树枝晶，使其作为结晶核心，扩大等轴晶区；另一方面还可以抵消凝固过程中液体的流动，这些均可减轻偏析的发展。但是，电磁搅拌也有其不利的方面：第一，电磁搅拌容易使铸坯的低倍结构中出现白亮的负偏析带，给后续的热处理等加工带来问题；第二，随着凝固后期坯壳的不断变厚，电磁场穿透坯壳后形成的搅拌力度非常有限，效果并不理想；第三，电磁搅拌设备较为复杂，维护费用高，能耗较大。另一种提高铸坯内部质量的方法就是连铸轻压下技术，其原理就是通过在连铸液芯末端附近施加压力，产生一定的压下量来补偿铸坯的凝固收缩量，这样可以消除铸坯中心收缩空隙，防止溶质元素在中心富集，减轻中心偏析，使铸坯的凝固组织更加均匀致密。然而，该技术对设备和控制技术的要求非常高，在实施中不可避免的存在以下弊端：其一是在铸坯的凝固末端需要安装非常庞大的轻压下装置；其二是浇注条件不稳定时，铸坯凝固末端的位置难以找准；其三是压下量较小时对消除中心疏松和偏析的作用不大，而压下量较大时对一些裂纹敏感性钢种而言又容易使凝固前沿产生裂纹，准确控制很难。第三种提高铸坯内部质量的方法就是采用低过热度浇注，这样可以明显增加液相穴的等轴晶数量，减少中心宏观偏析。但是，低过热度容易造成水口堵塞，同时也不利于夹杂物上浮，对连铸工艺顺行和铸坯纯净度都存在负面作用，一般并不宜采用。
此外，值得一提的是，有研究表明，向结晶器内喂入稀土丝的工艺也可以改善铸坯的凝固组织，增加中心等轴晶率。但是，结晶器喂丝技术主要是为了在金属收得率比较高的条件对钢液进行成分微调和控制夹杂物形态。由于喂入结晶器的稀土丝通常需要在流场冲击下均匀分布在结晶器内、并且加入量非常有限，因此对铸坯中心的凝固组织和致密度影响非常小，提高铸坯内部质量的效果很不明显。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足而提供一种成本低廉、简单易行且操作性强的提高连铸坯内部质量的方法及实施该方法的浸入式水口。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
提高连铸坯内部质量的方法，其特征在于将纯铁或与浇注钢种成分接近的钢材制备成干燥的且易于滑落的粒状或珠、块、带状散件制品，并在连铸过程中将其连续不断的从浸入式水口的喂料导管中加入，使其滑落至结晶器的熔池中心。
按上述技术方案，该方法主要包括以下步骤：
步骤1，将纯铁或与浇注钢种成分接近的钢加工成体积较小并易于沿溜槽下滑的粒状或珠、块、带状散件制品，然后进行烘干；
步骤2，在连铸过程中，将浸入式水口插入结晶器中，使水口侧孔正对结晶器的窄面，喂料导管位于结晶器的宽面；
步骤3，将上述烘干后的铁或刚制品从浸入式水口两侧的倾斜喂料导管加入，使其滑至浸入式水口底部下面，并进入结晶器熔池的中心部位；
步骤4，连续重复步骤2，使冷的铁或钢制品连铸不断地顺着喂料导管进入结晶器熔池的中心位置。
实施上述方法的浸入式水口，主要包括底部封闭的长筒型扁环体状浸入式水口本体，其特征在于：浸入式水口本体的两个相对侧面互相平行，两相对侧面之间由内向对应的两圆弧面连接；底部上端的两圆弧面上开有对称的侧孔；两个相对侧面与各自外围设置的中空面封闭连接构成一体的喂料导管；各侧中空面距离水口本体的各侧面一定距离地往下倾斜延伸，使得各侧喂料导管在底部相连通，并在水口本体的底部形成一个出口段。
按上述技术方案，所述的水口本体两侧的喂料导管在水口底部下面平滑过渡成一个与水口本体对应的扁环体状出口段，喂料导管的出口段竖直向下。
按上述技术方案，喂料导管的各侧中空面为圆弧形、椭弧形、矩形框；相对应的各侧喂料导管的形状为扁形、椭圆形、圆形或者方形。
按上述技术方案，为方便物料添加，喂料导管的各侧中空面与垂直方向呈5°～60°的倾角，入口离结晶器顶面距离为200mm～600mm，喂料导管的出口段长度为0～300mm。
采用上述方法和装置，通过向结晶器内均匀加入钢或铁散件制品，在重力作用下，制备好的钢或铁散件制品沿喂料导管滑落至钢液中，并由于密度较大而从水口底部下沉至熔池的中心，降低铸坯中心的过热度、加快铸坯中心的冷却速度，提高铸坯中心的等轴晶率，极大的改善铸坯的中心疏松和缩孔，并减少非金属元素的富集和偏析的方法和相应的浸入式水口装置来，从而提高铸坯的内部质量，保证后续轧材和最终钢产品的优良性能。
本发明相对于现有技术，具有以下的有益效果：
1、通过浸入式水口两侧的喂料导管向结晶器熔池中心加入干燥的铁或钢散件制品后，可以降低熔池中心过热度，增大中心的冷却速度，促进铸坯心部晶体的形核并生成等轴晶，优化了铸坯中心的凝固组织，强化了铸坯中心致密度。
2、铁或钢的散件制品加入结晶器熔池中心吸热熔化后，可以稀释坯壳凝固时由于选分结晶导致的非金属元素富集，并阻碍了溶质元素的进一步偏析，从而极大的减轻了铸坯的中心偏析。
3、所述方法和装置简单合理，成本低廉，具有较强的可操作性，可以进行广泛应用。
附图说明
图1是本发明中浸入式水口伸入结晶器的窄面剖视图；
图2是本发明中浸入式水口伸入结晶器的宽面剖视图；
图3是图1的A-A剖面图；
图4是图1的B-B剖面图；
图中，1-结晶器，2-浸入式水口本体，3-水口侧孔，4-喂料导管。
具体实施方式
下面结合附图1-4进一步说明本发明的方法和装置。
如图1-4所示，本发明中所采用的浸入式水口装置，主要包括水口本体2，水口本体2的底部上面开有两个沿水口中心线对称的侧孔3。在水口本体2上未开侧孔3的相对平行的两侧边设置了喂料导管4，喂料导管4与水口本体2连成一体，其宽度与相连的水口壁面宽度基本相等，形状可以为方形、半圆或者扁平形。
为方便物料添加，喂料导管4的各侧中空面与垂直方向呈5°～60°的倾角，喂料导管4的开口位置距结晶器1的顶面距离为200mm～600mm。水口本体2两侧的喂料导管4不断沿水口壁面向下延伸，在水口底部下面通过平滑的过渡连接成竖直向下的一体，并继续延伸至水口底部以下0～300mm处。喂料导管4的下端形状可以为方形、圆形或者扁平形。
在连铸过程中，将浸入式水口本体2插入结晶器1中，使水口侧孔3正对结晶器1的窄面，喂料导管4则位于结晶器1的宽面。将纯铁或与浇注钢种成分接近的钢材制备成干燥且易于滑落的铁(钢)粒，并使其连续不断的从喂料导管4中加入。在重力作用下，制备好的铁(钢)粒沿喂料导管4滑落至钢液中，并由于密度较大而从水口底部下沉至熔池的中心，从而实现上述的有益效果。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，依本发明所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种提高连铸坯内部质量的方法，其特征在于将纯铁或与浇注钢种成分接近的钢材制备成干燥的且易于滑落的粒状或珠、块、带状散件制品，并在连铸过程中将其连续不断的从浸入式水口的喂料导管中加入，使其滑落至结晶器的熔池中心。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于主要包括以下步骤：
步骤1，将纯铁或与浇注钢种成分接近的钢加工成体积较小并易于沿溜槽下滑的粒状或珠、块、带状散件制品，然后进行烘干；
步骤2，在连铸过程中，将浸入式水口插入结晶器中，使水口侧孔正对结晶器的窄面，喂料导管位于结晶器的宽面；
步骤3，将上述烘干后的铁或刚制品从浸入式水口两侧的倾斜喂料导管加入，使其滑至浸入式水口底部下面，并进入结晶器熔池的中心部位；
步骤4，连续重复步骤2，使冷的铁或钢制品连铸不断地顺着喂料导管进入结晶器熔池的中心位置。
3.一种实施上述方法的浸入式水口，主要包括底部封闭的长筒型扁环体状浸入式水口本体，其特征在于：浸入式水口本体的两个相对侧面互相平行，两相对侧面之间由内向对应的两圆弧面连接；底部上端的两圆弧面上开有对称的侧孔；两个相对侧面与各自外围设置的中空面封闭连接构成一体的喂料导管；各侧中空面距离水口本体的各侧面一定距离地往下倾斜延伸，使得各侧喂料导管在底部相连通，并在水口本体的底部形成一个出口段。
4.根据权利要求3所述的浸入式水口，其特征在于所述的水口本体两侧的喂料导管在水口底部下面平滑过渡成一个与水口本体对应的扁环体状出口段，出口段竖直向下。
5.根据权利要求3或4所述的浸入式水口，其特征在于喂料导管的各侧中空面为圆弧形、椭弧形、矩形框；相对应的各侧喂料导管的形状为扁形、椭圆形、圆形或者方形。
6.根据权利要求5所述的浸入式水口，其特征在于喂料导管的各侧中空面与垂直方向呈5°～60°的倾角，入口离结晶器顶面距离为200mm～600mm，喂料导管的出口段长度为0～300mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131030 |