CN103317108B - 连铸坯振痕控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属金属连铸技术领域，涉及一种连铸结晶器铸坯振痕控制方法。一种连铸坯振痕控制方法，是在连铸结晶器金属液浇注弯月面区域及以上位置，在结晶器的内壁或外壁附加隔热材质，以降低结晶器弯月面及以上位置的换热热流，从而弱化弯月面处金属液的初始凝固；所述结晶器金属液浇注弯月面区域及以上位置，是指结晶器的金属液顶面以下30～50mm与金属液顶面至结晶器上口的两段长度之和。本发明能减轻或消除铸坯表面振痕，从而提高铸坯表面质量，实现铸坯免修磨后道加工。

Description

连铸坯振痕控制方法

技术领域

本发明属金属连铸技术领域，涉及一种连铸结晶器铸坯振痕控制方法。

背景技术

现代连铸技术发展的一个标志性技术就是采用了结晶器振动技术，而结晶器的周期性振动对铸坯的初始凝固也产生了周期性影响，从而在铸坯表面形成彼此等间距分布，并有一定深度的振痕。因振痕在连铸生产中普遍存在，早期往往不把振痕当作质量缺陷，但随着现代连铸技术的发展以及对铸坯表面质量的要求不断提高，对连铸振痕的控制越来越重要。最新研究表明，振痕实际上是一种铸坯质量缺陷，它是连铸坯表面横裂纹、气泡、夹渣等缺陷产生的根源。振痕的存在限制了热连轧技术的发展，也对铸坯后道生产产生不良影响。现代工艺流程中，为消除振痕的不良影响，铸坯表面往往需要修磨清理，不但降低了金属的收得率，也大大增加了生产成本。

因连铸坯凝固过程非常复杂，又受生产条件限制不便于观察研究，因而振痕的形成机理至今没有形成统一的结论，以J.K.BRIMACOMBE的理论研究最为影响广泛，其理论的核心能有效揭示结晶器振动等对振痕形成的影响。比如，现有技术中高频小振幅、非正弦振动技术等都可以用J.K.BRIMACOMBE的理论做出很好的解释。但针对保护渣对振痕控制的影响，J.K.BRIMACOMBE的理论就不能完全解释，而最新的一个研究成果，比如AlanW.Cramb通过实测结晶器弯月面内坯壳的凝固热流变化发现，铸坯振痕形成的地方均是热流突变的地方，即结晶器在负滑脱振动时，弯月面以上位置结晶器加剧了金属初始凝固的换热。该研究成果能有效解释现有技术中关于保护渣对振痕控制的有益作用，也能够很好的解释弯月面弱冷和热顶技术对振痕控制的良好效果。

随着技术进步的发展，目前对连铸也提出新的发展要求，连铸技术领域的关注重点开始向节能、高效和无缺陷铸坯方向发展，其中振痕的控制技术是一个非常关键的环节。现有技术中的结晶器振动技术以及保护渣改性技术等对振痕的控制确实起到了有益的改善作用，但对振痕的控制效果有限，比如采用非正弦振动和各种连铸工艺匹配能把铸坯振痕深度控制在0.3～0.5mm以下，对一些钢种达到了免修磨加工要求，而对一些特钢或合金元素钢，铸坯仍需要修磨处理，主要原因是振痕末端易于产生横裂纹，因而振痕控制技术还需要拓展新的方向。最新的振痕控制技术集中于电磁场的引入或对结晶器的弯月面进行弱冷或增加热顶。

电磁软接触连铸技术是一项振痕控制新技术，该技术在连铸结晶器外部引入高频电磁场对弯月面初始凝固进行干预，从而减轻、甚至消除铸坯表面振痕，但该技术目前还处于工业化前期阶段，大规模投入应用还需时日。

现有技术中，中国专利200810201993.3公开了一种在连铸结晶器弯月面上方增加感应加热器提供热顶对振痕进行控制的技术，该技术根据最新的振痕形成理论，利用热顶技术减弱金属的初始凝固，达到减轻振痕产出甚至消除振痕的目的。但该技术需要对现有连铸结晶器进行改造，增加辅助加热器，在现有连铸条件下实施比较困难。中国专利200710137257.1公开了一种两段式连铸结晶器，该结晶器弯月面处采用耐高温低导热率材质以弱化金属的弯月面的冷却（实际上相当于结晶器弯月面增加了热顶），因金属的初始凝固点下移，甚至弯月面金属完全不凝固，从而减弱了振痕的形成，该技术的结晶器制作还存在重大问题，弯月面金属的弱冷造成了整个连铸冷却强度的下降，对生产效率产生不良影响，坯壳在结晶器凝固减弱也增加漏钢风险。国外专利JP2006247722A、JP58141832A和JP2006061946A等公开了一种在结晶器表面镀层从而改善结晶器耐磨或防止结晶器内壁结垢等方法，其采用的镀层一般为Ni基或其它合金镀层，镀层的导热率一般比结晶器铜材质的导热率低，客观上讲镀层的增加可以部分弱化弯月面的传热对振痕有减轻效果，但实际上这些镀层的主要目的是增加结晶器耐磨或改善结晶器内壁水槽的附着物，并不是针对振痕的控制技术，而且这些均是在整个结晶器长度上镀层，根本达不到控制振痕的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连铸坯振痕控制方法，该方法能减轻或消除铸坯表面振痕，从而提高铸坯表面质量。

本发明是这样实现的：

一种连铸坯振痕控制方法，是在连铸结晶器金属液浇注弯月面区域及以上位置，在结晶器的内壁或外壁附加隔热材质，以降低结晶器弯月面及以上位置的换热热流，从而弱化弯月面处金属液的初始凝固；所述结晶器金属液浇注弯月面区域及以上位置，是指结晶器的金属液顶面以下30～50mm与金属液顶面至结晶器上口的两段长度之和。

所述隔热材质通过套装、粘贴或喷涂工艺贴附或涂镀于结晶器内壁或外壁表面。

所述隔热材质设置于结晶器外壁，隔热材质的长度为结晶器内金属液顶面以下30～50mm与金属液顶面以上20～50mm的两段长度之和，其中，结晶器上口至金属液顶面的距离大于50mm。

所述隔热材质为陶瓷或塑料。

本发明通过在连铸结晶器金属液浇注弯月面区域及以上位置，在结晶器的内壁或外壁贴附或涂镀隔热材质层，以降低结晶器弯月面及以上位置的换热热流，从而弱化弯月面处金属液的初始凝固，达到减轻甚至消除振痕的目的。本发明能减轻或消除铸坯表面振痕，从而提高铸坯表面质量，实现铸坯免修磨后道加工。

附图说明

图1为本发明连铸坯振痕控制方法采用内壁隔热层的结构示意图；

图2为本发明采用外壁隔热层的结构示意图。

图中：1结晶器，2结晶器外壁，3结晶器内壁，4金属液，5金属液顶面，6结晶器上口，7结晶器内壁隔热层，7'结晶器外壁隔热层，8（结晶器）振动平衡位置，9结晶器外部冷却水换热热流方向。

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说明。

大家公知的是，金属液4在结晶器1内凝固，凝固放热由结晶器1外部冷却水带走，冷却水换热热流方向9如图1和图2中所示。结晶器1在结晶器振动装置（未示出）驱动下在振动平衡位置8按设定频率、振幅做上下振动。

当结晶器1在平衡位置8从上往下振动时，处于结晶器振动的负滑脱行程中，所示结晶器内壁3上段L1最先与所示的金属液4的顶面5接触，现有技术中的连铸在此处发生金属液4与结晶器1剧烈的热交换，即金属液顶面5处产生初始凝固进而形成振痕，美国AlanW.Cramb教授通过实际测定证明了该处的热流发生突变并与铸坯振痕相互对应。

本发明的连铸坯振痕控制方法，其实施例1是采用内壁隔热层结构，参见图1。结晶器1在平衡位置8在振动的负滑脱行程中，在结晶器1内壁3上部的L1和L2段贴附了隔热层7，可大大降低金属液4与结晶器1的热交换，弱化或阻止了金属液顶面5处初生凝固的形成，所示的内壁隔热层7的厚度不同可控制不同的热流变化，从而达到控制铸坯振痕的目的。

所述内壁隔热层7贴附在结晶器内壁3上，具体实施方法可采用热套镶块的方法，把隔热层7套入被事先加工的内凹槽内，如图1所示。所述内壁隔热层7的上段L1为金属液顶面5至结晶器上口6的全部长度，所述内壁隔热层7的下段L2为金属液顶面5至弯月面以下30～50mm的范围内，一般情况下连铸液面波动1～5mm以内，所述内壁隔热层7不能脱出金属液才能起到隔热作用，相反若内壁隔热层7没入金属液顶面5深度过大，则整个结晶器冷却强度不足，因而所述的隔热层7的下段L2的优选长度为金属液顶面5以下的0～20mm范围内。

本发明的连铸坯振痕控制方法，其实施例2是采用外壁隔热层结构，参见图2。外壁隔热层7’为喷涂镀层设置于结晶器外壁2上，所述外壁隔热层7’的下段L2与图1所示相同，即所述外壁隔热层7’的下段L2为金属液顶面5至弯月面以下30～50mm的范围内，而其上段L1为金属液顶面5以上20～50mm，其中，结晶器上口6（指结晶器上口顶部）至金属液顶面5的距离大于50mm，因此，外壁隔热层7’上段L1长度不超过金属液顶面5至结晶器上口6的长度。

实施例1和实施例2中所述隔热层7、7’所用的隔热材质为陶瓷或塑料、或导热率低的金属或合金。

如表1所示列出了依据本发明的连铸坯振痕控制方法设计的连铸结晶器，其弯月面处的总热阻与传统连铸结晶器弯月面的总热阻的对比数据，其中A所示为传统连铸结晶器的热阻参数，其总热阻定义为百分比100,B、C、D为本发明的不同隔热层7造成的结晶器总热阻的变化情况，所有的隔热层7均镀在结晶器内壁，不同隔热层7材质不同，导热率不同，换热热阻也不同。从表1看出，三种不同热阻相比传统结晶器，其弯月面热阻抗可控制分别增加10%、30%、85％，从而弱化或阻止图1所示金属液顶面5的初生凝固，进而控制铸坯表面振痕。

表1本发明实施方法与传统结晶器热阻参数对比表

	结晶器壁厚	铜热导率	传统镀层厚度	传统镀层热导率	传统结晶器总热阻	本发明内镀层厚度	本发明镀层热导率	本发明结晶器总热阻	百分比
											mm	w/m×k	mm	w/m×k	1/w	mm	w/m×k	1/w
A	15	395	0.1	95	3.9027315123E-05				100
										B	15	395	0.1	95	3.9027315123E-05	0.1	92	4.9896880341E-05	127
C	15	395	0.1	95	3.9027315123E-05	0.1	25	4.3027315123E-05	110
										D	15	395	0.1	95	3.9027315123E-05	0.1	3	7.2360648457E-05	185

本发明连铸坯振痕控制方法，是利用在结晶器弯月面及以上位置设置隔热层，能有效抑制金属液初生凝固的发生，达到控制铸坯表面振痕的目的。本发明简单易行，成本低廉，对现有连铸结晶器基本不用改造即可实施，具有较高的应用推广价值。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种连铸坯振痕控制方法，其特征是：在连铸结晶器金属液浇注弯月面区域及以上位置，在结晶器的内壁或外壁附加隔热材质，结晶器在平衡位置从上往下振动的负滑脱行程中，以降低结晶器弯月面及以上位置的换热热流，从而弱化弯月面处金属液的初始凝固；

所述结晶器金属液浇注弯月面区域及以上位置，是指结晶器的金属液顶面以下30～50mm与金属液顶面至结晶器上口的两段长度之和；

所述隔热材质为陶瓷或塑料。

2.根据权利要求1所述的连铸坯振痕控制方法，其特征是：所述隔热材质通过套装、粘贴或喷涂工艺贴附或涂镀于结晶器内壁或外壁表面。

3.一种连铸坯振痕控制方法，其特征是：在连铸结晶器金属液浇注弯月面区域及以上位置，在结晶器的外壁设置隔热材质，结晶器在平衡位置从上往下振动的负滑脱行程中，以降低结晶器弯月面及以上位置的换热热流，从而弱化弯月面处金属液的初始凝固；

所述隔热材质的长度为结晶器内金属液顶面以下30～50mm与金属液顶面以上20～50mm的两段长度之和，其中，结晶器上口至金属液顶面的距离大于50mm；

所述隔热材质为陶瓷或塑料。