CN1156979A - 薄铸片的连续铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明旨在提供减少内部缺陷、提高成品率的薄铸片的连续铸造方法。通过控制短边侧的冷却,铸造出铸片短边侧的中央部分比端部突出5~10mm的铸片后,在铸片内部的未凝固相短边侧厚度为铸片厚度的50~80%期间,将铸片厚度的10~45%压下。
Description
本发明涉及无中心偏析及内部裂纹的优质薄铸片的连续铸造方法。
具有代表性的薄板制造方法,是把从连续铸造法得到的铸片暂时冷却后,再用轧制工序轧制的方法。该方法中,铸造后被空冷了的铸片在热轧制时,必须再加热,因此消耗能量多。
近年来,着眼于大幅度地减少能耗,开发出热轧直连工序,即,把从连续铸造机中出来的铸片不经冷却地供给轧制机。如果采用薄铸片,在热轧制直连工序中可省略掉粗轧工序,所以,当前的课题是进一步开发薄铸片的连续铸造技术。
采用该薄铸片的热轧直连工序,由于可省略掉粗轧等工序,所以,能更有效地实现整个制铁工序的节能化、作业的合理化。
在日本专利公报特开平2-52159号中揭示了一种薄铸片的制造方法,该方法是对采用矩形铸模铸造出的铸片、在其中心部尚残存着未凝固相期间,用若干对辊,一边检测辊压力、控制压下量,一边压下的方法。
在中心部有未凝固相的期间压下铸片的方法称为未凝固压下法。如果采用该方法,由于存在于铸片中心部的溶质浓度高的浓化钢水被挤出到上部,所以,不会因浓化钢水最终地存在于中心部并凝固而造成中心偏析,可制造出无中心偏析的铸片。另外,通过调节未凝固压下量,从铸入铸模内的一定厚度的铸片可制成各种厚度的薄铸片。
但是,上述特开平2-52159号公报所揭示的方法中,在采用矩形铸模铸造的铸片内部,沿长度方向断面内,因未凝固压下在凝固界面产生拉伸变形,该拉伸变形有时使得铸片内部的凝固界面上产生裂纹。
目前的趋向是进行高速铸造,而且压下量比较大,如果铸片内部裂纹多,则不能经后面的加工轧制而形成产品。为此,进行高速铸造时,不能加大未凝固压下量,从而不能最大限度地发挥未凝固压下法的优点。
另一方面,随着铸造速度的增加,从浸没喷咀供给铸模内的钢水的排出流量及排出速度也增加,因此,钢水在铸模内的停留时间内,杂物不能充分地浮上,导致铸片内杂物量增多。即使用未凝固压下法将中心部的偏析挤出,但如果铸造速度加大,还是不能防止杂物的增多,得不到内部质量优良的清洁钢。不能发挥未凝固压下法原有的效果。
因此,为了适应近年来日益发展的高速铸造化,必须要防止铸片内部裂纹和中心偏析以及提高铸片的清洁性。
本发明的目的是提供一种能减少内部裂纹、提高成品率的薄铸片连续铸造方法。
本发明的另一目的是提供一种在近年来实施的2~8m/min高速铸造法中,通过实现5~50%的未凝固压下,制造内部无裂纹的30~150mm厚度薄铸片的、成品率高的方法。
本发明的再一目的是提供一种能防止铸片内部裂纹及中心偏析、且减少铸片内部杂物而提高铸片清洁性的铸片连续铸造方法。
铸片的内部裂纹大致可分为短边附近的纵断面内部裂纹(以下称为纵裂纹)和横断面角落部的裂纹(以下称为角部裂纹)。
图1(a)~(c)是说明这些内部裂纹的发生部位及形状的图。图1(a)是铸片14的概略立体图。图1(b)是沿图1(a)中I-I线剖切的短边侧纵断面图,纵裂纹9连续地产生在长度方向。图1(c)是沿图1(a)中II-II线剖切的横断面,角部裂纹8产生在四角。从这些图中可见,纵裂纹9和角部裂纹8的开裂方向不同,产生部位也不同。
图2是表示在图1(c)的横断面中,从铸片中心到两边缘部裂纹产生频度的曲线图,两端的峰部表示角部裂纹8的产生,到中央平坦部之间的区域表示纵裂纹9的产生。该曲线图表示相对值,用于说明一般的倾向。
本发明者探究了产生这些内部裂纹的原因,查明铸片的纵裂纹9是由于在未凝固压下时,在短边凝固部的长度方向断面上作用了拉伸应力所致。并验证了如果在未凝固压下时,把铸片的短边做成为凸型,则对于防止内部裂纹是有利的。还进一步研究了防止横断面上角部裂纹8的办法,验证了在未凝固压下时,使角部的凝固壳足够厚,就可以解决上述问题。由此,做出了本发明。
本发明的连续铸造方法是,使用备有铸模、导引辊、压下辊的连续铸造机制造薄铸片,连续地进行未凝固压下,其特征在于,通过控制铸片的凸型形状的短边侧的冷却,待形成了在铸片上不产生角部裂纹的凝固壳厚度后,进行未凝固压下。
这里所述的“不产生角部裂纹的凝固壳厚度”是指这样的凝固壳厚度,即,在未凝固压下时,短边侧的弯曲变形量为角部附近的变形产生内部裂纹的界限变形量以下的凝固壳厚度。当然,在未凝固压下时,凝固壳厚度必须具有不断裂的程度。
具体地说,这时最适当的凝固壳厚度因未凝固压下时的压下量及铸片短边面形状而异,所以,分别预先求出铸片的短边面形状与压下变形之间的关系,以及凝固壳厚度与压下变形之间的关系,将它们作为数据库存起来,边随时更新边采用其中最适合的数值。
更具体地说,当铸片厚度为50~200mm时,使短边侧的凝固壳厚度为铸片厚度的20~50%,可有效地防止角部裂纹。
这样地决定了目标值凝固壳厚度后,再决定为实现该凝固壳厚度的铸模冷却条件和水冷装置的冷却条件。为此,先要分别求出短边面凝固壳厚度与铸模内热传递率之间的关系以及短边面凝固壳厚度增加量与水冷装置中冷却时热传递率之间的关系,在未凝固压下开始时,分别决定为实现上述目标值凝固壳厚度的铸模冷却条件和水冷条件。
本发明较好的实施例中,采用的连续铸造机具有两短边面为凸型的铸模和接在该铸模下面的导引辊、压下辊,控制铸模的两短边面的冷却以及控制从铸模的正下到设有压下辊的压下区域正上方区间中的薄铸片的两短边面的冷却,形成不产生内部裂纹的凝固壳厚度。
这时,未凝固相的厚度在铸片厚度的10~90%范围内,可将该铸片厚度的5~50%压下。
根据本发明,通过采用短边凸型铸模,可防止短边侧的长度方向纵断面中的纵裂纹;但是,先采用矩形铸模铸造矩形铸片,然后在未凝固压下之前,把铸片的短边形成为凸型,也可以得到同样的效果。因此,本发明的另一实施例中,是用矩形铸模铸造后,控制铸片的短边侧的冷却,使铸片的短边侧中央部分比端部突出,做成为短边凸型铸片。
因此,在这种情况下,利用从出了铸模到压下辊之前阶段的短边面的胀起作用,预先求出从铸模出来时的短边面凝固壳厚度与短边面胀起量之间的关系,根据该关系再决定短边面冷却条件。
例如,通过控制从矩形铸模出来后的短边面的冷却,做成为由短边面的隆起作用而突出5~10mm的铸片后,在铸片内部的未凝固相的短边侧厚度为铸片厚度的50~80%期间,压下铸片厚度的10~45%。
在这种未凝固压下法中,在向铸模内注入钢水时,采用电磁制动器(EMBr)也是有效的,这时,根据铸片的未凝固压下量(通过量的变化)控制EMBr的磁埸强度,恰当地控制铸模内的钢水排出流速,能更加改善未凝固压下铸片的清洁性。
因此,本发明中,还可采用EMBr,从浸没喷咀排到铸模内的钢水流中,在与其流向相反方向上形成磁埸,一边制动流速一边铸造并进行未凝固压下,根据铸片厚度由未凝固压下而减少后的钢水的通过量与压下前的钢水的通过量之比,控制由EMBr产生的对于钢水排出流的制动用磁埸强度。
上述方法中,最好根据压下量ΔL(=L0-L1)用下式(1)控制制动用磁埸强度F。
F1=〔(L0-ΔL)·W1/(L0·W0)〕·F0…(1)
式中,F:磁埸强度(高斯)
L:铸片厚度(m)
W:铸片宽(m)
下标0:未凝固压下前
1:未凝固压下后
上述(1)式是设铸造速度为Vc(m/min)、钢水密度为ρ(7ton/m3)时,未凝固压下后的通过量〔(L1·W1·Vc)×ρ〕(ton/min)与不实施未凝固压下时、即未凝固压下前的通过量〔(L0·W0·Vc)×ρ〕(ton/min)之比的形式。另外,包含各个铸模条件(宽、铸模的磁埸衰减等)和短片侧(铸片厚度)因压下而压曲变形成为凸型形状的长边侧(铸片宽)的修正余量。
这样,变动量ΔW相对于W0比较小,实际上,用上述式(1)时,使W1≈W0,求未凝固压下后的钢水通过量也基本上没有问题。
图1(a)~(c)是说明内部裂纹产生部位及形状的图,图1(a)是铸片的概略立体图,图1(b)是沿图1(a)中I-I线剖切的短边侧纵断面图,纵裂纹9连续地产生在长度方向。图1(c)是沿图1(a)中II-II线剖切的横断面。
图2是表示在图1(c)的横断面中,从铸片中心到两边缘部裂纹产生频度的曲线图。
图3是本发明中所采用的连续铸造机的概略图。
图4(a)~(c)是两短边面为凸型的铸模及矩形铸模的一部分断面形状的说明图。
图5是铸片的横断面图,表示在本发明中采用矩形铸模时的铸片短边侧的胀起情形。
图6是曲线图,表示铸模内短边面的热传递率与铸模出口侧的短边面凝固壳厚度的关系。
图7是曲线图,表示出了铸模后的喷水冷却时的短边面热传递率与压下区域进入侧之前的短边面凝固壳厚度增量之间的关系。
图8是曲线图,表示用矩形铸模、不进行喷水冷却时的压下区域进入侧之前的短边面凝固壳厚度与短边面胀起量之间的关系。
图9是说明铸模及其周边部分以及EMBr的配置及排出流的概略纵断面图。
图10是表示钢水的通过量与EMBr磁通密度之间关系的曲线图。
下面,结合附图具体说明本发明的动作。
本发明中所用的连续铸造机如图3所示。图中,在铸模上设置了电磁制动器机构,在导引辊的位置处还设置了冷却机构,但本发明并不局限于此。
图3中,注入铸模10内的钢水从弯液面12处开始凝固,内部含有未凝固部。在该铸模内,在其侧壁的表层部设有缝隙,或者在侧壁内设有冷却管,可分别冷却铸模的长边面和短边面。即,铸模的长边面和短边面具有各自独立的冷却机构。
从该铸模出来的铸片14边由导引辊16导引,边按照需要由设置在导引辊辊间的冷却装置18冷却。冷却装置18设置在长边面和短边面上,通过独立地控制使长边面和短边面分别冷却成同样程度。电磁制动器22是公知的,所以图中只概略地表示。该电磁制动器的作用是,制动随着铸造速度的增大而增大的从浸没喷咀(图中未示)排出钢水的流速。
图4(a)和(b)表示本发明方法中所用的、两短边面为凸型的铸模10的断面形状(一部分),图4(a)中是两短边面的断面形状为台形的铸模(以下称为台形铸模),图4(b)中是两短边面断面形状为圆弧形的铸模(以下称为圆弧形铸模)。也将它们总称为凸形铸模。图4(c)表示两短边面为平坦的铸模10(以下称为矩形铸模)的断面形状。其范围无特别限制,图中的范围是,a:2.510.0mm,b:10~25mm,h:5~30mm。
在这些两短边面为凸型的铸模内,铸模空间的铸片厚度方向尺寸(即铸模内的短边侧尺寸)最好为60~150mm。因为当厚度不足60mm时,必须将供给钢水的喷咀做成为扁平状,必须在各铸模内设计、制造固有的扁平喷咀,而且即使用这样扁平的喷咀也难以把熔融的金属稳定地供给到铸模内,另一方面,当铸片厚度方向尺寸超过150mm时,为了制造薄铸片,必须加大连续铸造机的压下辊的压下量及轧制工序中的压下量,这对于节能和降低成本来说是不利的。
压下辊20设置在至少由3个段S1~S3构成的压下区域内,在各段内设置3个以上的辊。在压下区域内,压下坡降是一定的,控制每段压下区域。
本发明方法是制造薄铸片、连续地进行未凝固压下的连续铸造方法,其特征在于,通过控制铸片的凸型形状的短边侧的冷却,形成了在铸片上不产生角部裂纹的凝固壳厚度后,进行未凝固压下。
进行未凝固压下时,如果能得到短边侧为凸型形状的铸片,则可以用短边侧为凸型形状的铸模,也可以用矩形铸模,哪种铸模都行。另外,为了形成在铸片上不产生角部裂纹的凝固壳厚度,在采用短边侧为凸型形状的铸模的情况下,在铸模内及导引辊的区域控制其冷却,使形成所需厚度的凝固壳;在采用矩形铸模的情况下,在出了铸模后的导引辊区域使短边侧胀起,控制其冷却,使形成所需厚度的凝固壳。
当把铸片的短边侧形状做成为凸型时,在未凝固压下时,因压下而引起的铸造方向的拉伸变形减小,可防止纵裂纹的产生。但是,因压下而引起的角部附近凝固界面上的铸片宽度方向的拉伸变形未减轻,仍存在着产生角部裂纹的可能性。
为了防止该角部裂纹,本发明中,在采用短边侧为凸型的铸模的情况下,对铸模的两短边侧及从铸模正下方到压下区域正下方区间内的铸片的两短边进行强冷却,通过加厚两短边侧的凝固壳厚度来减轻短边侧的弯曲变形。另一方面,在采用矩形铸模的情况下,使短边侧产生胀起,同样地控制铸模正下方到压下区域正下方区间内的铸片的两短侧边的冷却,使得形成所需厚度的凝固壳。
但是,无论哪种情况,如果短边侧的凝固壳厚度变得过分厚,则在压下时短边侧的凝固壳不弯曲变形,这时与采用已往的矩形铸模时同样地,轧制时在铸造方向延展,有产生纵裂纹的可能性,所以,必须控制冷却,以形成这样凝固厚度,即,铸造方向的变形量在裂纹产生界限变形量以下,短边侧的弯曲变形量在裂纹产生界限变形量以下的凝固壳厚度。
这时,未凝固相厚度在铸片厚度的10~90%范围内,压下该铸片厚度的5~50%即可。
另外,总压下量根据铸入时的铸片厚度及目标值铸片厚度决定,设最初的压下区域进入侧的残存未凝固相厚度为Lt,压下区域内的凝固进展引起的凝固壳厚度增量为St,则总压下量的可能最大值即界面压接时的压下量可用下式(2)表示。
Pmax=Lt-St (2)
压下开始时的铸片中心部的未凝固相不足铸片厚度的10%时,总压下量的最大值小,不能形成可供给热轧直连工序的薄铸片,当超过90%时,凝固壳被压下量破断,有产生断裂的可能性。
另外,当压下量不足铸片厚度的5%时,失去了未凝固压下的意义,当超过50%时,角部附近凝固界面及长边侧中央部凝固界面的拉伸变形增大,有产生内部裂纹的可能性。因此该压下量最好在10~45%。
本发明的另一实施例中,对采用矩形铸模铸造的铸片的短边侧进行冷却控制,在未凝固压下开始时,形成为短边侧的中央部分比端部突出5~10mm的铸片,在铸片内部的未凝固相厚度为铸片厚度的50~80%期间,将铸片厚度的10~45%压下。
上述实施例中,在压下开始时,之所以要使铸片中心部的未凝固相厚度为铸片厚度的50~80%,是因为当不足50%时,改善内部裂纹的效果降低,当超过80%时,凝固壳被破断,有产生断裂的可能性。所以压下量最好为60~75%。
进行压下时的压下量如果不足10%,则得不到改善中心偏析的效果,如果超过了45%,则因压下而在长边中央部产生裂纹,所以,压下量最好为20~40%。
下面,说明控制短边的冷却以形成不产生铸片角部裂纹的凝固壳的具体操作。
在以下的说明中,是以采用矩形铸模为例说明的,但是,除了进行胀起这一点而外,采用凸型铸模时也进行同样的操作,控制铸片短边的冷却即可。
先把60mm至150mm厚的铸模设置在连续铸造机上,通过设在连续铸造机上部的中间包从给钢水喷咀向铸模内供给熔融金属,进行连续铸造。铸模具有由缝隙或设在铸模内部的冷却管形成的冷却机构,其冷却控制是在铸模长边面、铸模短边面独立动作的。当弱冷却短边面时,短边侧的温度上升,凝固壳厚度变薄。反之,强冷却短边面时,短边面的温度下降,凝固壳的厚度变厚。
本发明中,为了从铸模出来后使其胀起,对短边面进行弱冷却,先制造短边面的凝固壳厚度薄的铸片。
图5是采用矩形铸模由本发明得到的铸片30的未凝固压下开始时的横断面图。图中,铸片30上在凝固壳26的内部存在着未凝固钢水24。距离hb表示胀起量。
在本发明的上述实施例中,例如通过弱冷却短边侧而引起胀起,由于该胀起的影响,短边面的形状成为短边中央部鼓出的凸形形状。具体地说,短边侧的中央部比端部突出hb=5~10mm。当突出量小时,靠近矩形短边,改善纵裂纹的效果小,当突出量大时,凝固壳厚度薄,有破损的可能性。
图6表示铸模冷却时的铸模内铸片的短边热传递率与短边面凝固壳厚度的关系。本发明中,为了按照图8所示的关系得到确保上述预定的胀起量所需的短边面凝固壳厚度,可根据图6的关系控制短边面的冷却。
图7表示从铸模到压下区域之间的喷水冷却时的短边热传递率与短边凝固壳厚度增量的关系。可通过控制从铸模出来后的冷却,调节凝固壳的厚度,本发明中,为了确保压下区域之前的短边面的预定胀起量,同时为了确保防止角部裂纹的凝固壳厚度,特别控制短边面的冷却。
图8表示短边面凝固壳厚度与短边面胀起量的关系。
设短边侧的所需胀起量为5~10mm,从图8可知,产生该胀起量所需的短边凝固壳厚度应为7~9mm。必须在出了矩形铸模的阶段,把凝固壳厚度调节成上述的厚度,或者在喷水冷却阶段,把凝固壳厚度调节成上述厚度。然后从图6中可求出实现该凝固壳厚度的铸模冷却条件。另一方面,设未凝固压下时不产生裂纹的短边侧凝固壳厚度为9~25mm,则从图7可求出实现该凝固壳厚度所需的凝固壳增量及实现该凝固壳增量所需的短边面冷却条件。
本发明中,虽然采用矩形铸模,但通过对短边进行弱冷却强制地使短边侧胀起,该胀起使得铸片的短边形状不是矩形而成为凸形。在未凝固压下时,当铸片的短边为凸形形状时,因压下而产生的长度方向纵断面上的凝固界面的拉伸变形减轻,可防止纵裂纹的产生。
形成凸形形状的短边胀起量,即图5中的距离hb为5~10mm,最好为6~8mm。因为如果胀起量不足5mm,则拉伸变形的减轻效果小;如果超过10mm,则短边凝固壳过于薄,从铸模到压下区域或者在未凝固压下中,凝固壳的破断而引起断裂的可能性增加。
另外本发明中,通过控制铸模短边面的冷却,可改变短边侧的凝固壳厚度,所以,可将压下区域进入侧的短边侧凝固壳厚度保持为一定,可以不依赖于铸造条件地铸造没有纵裂纹、角部裂纹及中心偏析的优质薄铸片。
下面,说明为了改善铸片内部质量而在铸模内采用EMBr形成清洁钢的例子。
图9是说明铸模及其周边部分以及EMBr22的配置及排出流的概略纵断面图。浸没喷咀13是通常采用的2孔型,其排出方向与铸模10的长边(宽)同一,即朝着短边的方向,也就是说,朝着图面的右手、左手方向。EMBr22由电磁线圈构成,磁场这样外加的,即,EMBr的磁通贯穿从浸没喷咀13出来的排出流19的出口喷流,磁埸的方向与排出流19的流动方向相反。
不采用EMBr22的情况下,从浸没喷咀13出来的排出流19朝着铸模10的短边侧,如图9中空心箭头所示,分流为向上流和向下流。向上流朝着铸模10内的自由表面23。向上流承担着向铸模10内的钢水弯液面部的热供给,当其流量不足时,会产生液面起皮等弊病。另一方面,当其流量过多时,则液面隆起量增大,同时液面产生变动,会出现熔融粉末21卷入等的问题。另外,当向短边侧的碰撞速度大时,会引起凝固壳24的再溶解,该部分成为凝固延迟部,最坏的情况,会在铸模10下部产生断裂。
如果采用EMBr22施加适当的制动,则如图9中带剖面线的箭头所示,排出流19被减速,向短边侧的碰撞缓和,可减少上述的问题。
下面,说明施加电磁制动器的制动时所希望的条件。为了说明的简便,在以下的说明中,以矩形形状铸片的未凝固压下为例说明。
不实施未凝固压下的通常连续铸造中,得到的铸片厚度与铸模厚度(短边侧的内尺寸)相同。
而在铸模下部以下的压下区域,对与铸模厚度同一厚度的、从铸模出来的铸片进行压下的未凝固压下法中,由于铸片的厚度减少,钢水的通过量减少,从铸模内浸没喷咀出来的排出流速减低。设铸片厚度为L(m),铸片宽度为W(m),铸造速度为Vc(m/min),钢水比重为ρ(ton/m3),则该通过量的值为〔(L·W·Vc)×ρ〕(ton/min)。
因此,不施加未凝固压下时的磁埸强度下,制动力过强,向上流的增大使液面变动或铸模短边附近的钢水停留,产生接触铸模内壁的钢水面的起皮等问题。
为了防止这一问题,在本发明的方法中,根据压下量ΔL(=L0-L1)如前述式(1)那样地控制EMBr的电磁制动用磁埸强度。
图10是表示钢水的通过量与ENBr的磁通密度之间关系的曲线图。这是铸模尺寸为宽1000mm,厚90mm,用通过量预先将通常的不实施未凝固压下时的铸造条件一般化状态的结果。图中剖面线部分表示ENBr的磁埸强度合适的区域。
本发明中,按照前述式(1)进行控制,与已往的图10所示关系同样地,在适合的区域进行操作。
图1 0所示例中,不实施未凝固压下时,必须将通过量设定为1.27ton/min(Vc=2.0m/min)以下,如果通过量在此以上(Vc为2.0m/min以上),不施加EMBr的磁埸时,短边侧的凝固壳会进入再溶解的危险区域。
另一方面,如果EMBr的磁埸强度过强,制动过度,则从浸没喷咀出来的排出流的向上流流速增大,如图10所示,因液面变动而进入熔融粉末的卷入危险区域。
在不实施未凝固压下、铸片厚度为90mm的情况下,铸造速度Vc为3.5m/min时的ENBr磁埸强度(磁通密度)通常为3000高斯,在图10中的A点处。而用同样3.5m/min的铸造速度Vc,实施未凝固压下,将厚度90mm的铸片分别压下20mm和30mm时,则如前所述,通过量分别为1.72ton/mint和1.47ton/min。因此,施加同样3000高斯的磁埸强度,成为图10所示的B点和C点,进入熔融粉末的卷入危险区。
但是,本发明中,按照前述式(1)变更磁埸强度,例如压下20mm后,压下前后的通过量比(0.78倍)中,磁埸强度为2340高斯;压下30mm后,压下前后的通过量比(0.67倍)中为2010高斯,分别为图10中的B′点和C′点,都进入磁埸强度的合适区域。
其结果,可防止熔融粉末的卷入,提高铸片的表面性状,防止铸片内粉末啮入(渣滓)等缺陷,提高清洁度。
实施例
下面,用实施例具体说明本发明的作用效果。
实施例1
在具有图3所示构造的、机长为12.6m的弯曲型连续铸造机中,采用台形铸模(铸模内的宽度:1000mm,厚度=短边侧尺寸:100mm),该台形铸模的垂直方向长度为900mm,在长边面和短边面上分别有独立的冷却控制机构,用本发明的方法进行薄铸片的铸造。
上述铸模的短边面具有表1所示形状。表1中的符号(a,b和h)与图4中的符号(a,b和h)对应。
连续铸造机上,在距离弯液面3.2m至5.8m位置处,具有用于未凝固压下的共18个压下辊、12个导引辊和在这些导引辊之间独立地冷却铸片长边面及短边面的喷水冷却装置。上述18个压下辊构成分成3段的压下区域。
在各压下区域内,以一定的压下坡降实施压下。对于铸模的冷却控制,是使铸模内的热传递率成为1720W/(m2·K),对于喷水冷却控制,是使热传递率成为1000W/(m2·K)。即,在压下区域的进入侧,使短边面侧的凝固壳厚度约为20~25mm地控制冷却。该凝固壳厚度是根据铸片短边面形状、压下变形等已往操作中数据判断,认为最合适的厚度。
采用上述的连续铸造机,用4.5m/min的铸造速度,30mm的未凝固压下量,得到厚度为70mm的薄铸片。另外,铸片是用含有C:0.11wt%、P:0.02wt%、S:0.008wt%的钢做成的。
对该薄铸片进行了内部质量(纵裂纹、角部裂纹、中心偏析)检查。为了进行比较,对铸模内的热传递率为800W/(m2·K)、不进行喷水冷却、其它条件与本发明方法同样的已往方法铸造的铸片也进行了同样的检查。
其结果如表2所示。表2中,纵裂纹是用铸片边缘附近长度方向1m的纵断面内存在1mm以上长度的裂纹个数的最大值(相当于图2的最大频度处位置的纵裂纹个数的最大值)来评价的。角部裂纹也同样地,用存在于薄铸片横断面中的具有1mm以上长度的角部裂纹的个数表示。评价栏内的◎符号表示完全没有裂纹,×符号表示长度为1mm以上的内部裂纹有10个以上。中心偏析是指铸片中心部的碳素偏析,设钢水的初期碳素浓度为Co,铸片中心部的碳素浓度为Cm,则中心偏析度S为S=Cm/Co。评价栏内的◎符号表示中心偏析度S为1.07以下,偏析小。
从表2结果可知,对用已方法冷却的铸片进行未凝固压下,得到的铸片内部的质量,其中心偏析较小,与用本发明方法得到的铸片相同,但是,产生了纵裂纹。而用本发明方法铸造的薄铸片,中心偏析小,而且无纵裂纹和角部裂纹,质量良好。
实施例2
采用实施例1中的连续铸造机,用与实施例1同样的铸模,对用4.0、4.5和5.0m/min的铸造速度铸造的铸片,用压下辊进行40mm的压下,得到厚度60mm的薄铸片。铸片的化学成分与实施例1的相同。另外,在各压下区域内以一定的压下坡降实施压下。使在压下区域进入侧的短边面侧的凝固壳厚度成为25~30mm地进行冷却控制。该凝固壳厚度是根据铸片的短边面形状、压下变形等已往操作数据判断认为最适合的厚度。表3中表示铸模内冷却和喷水冷却的热传递效率。
对得到的薄铸片进行与实施例1中同样的内部质量检查,其结果如表4所示。表4中的符号◎表示纵裂纹、角部裂纹全无,中心偏析小,中心偏析度S在1.07以下。从这些结果可知,无论用哪种铸造速度铸造的薄铸片,中心偏析小,无内部裂纹,也不产生断裂。
实施例3
本实施例中,铸模内的厚度为80mm,短边面形状为矩形、台形或圆弧形,铸造速度为5.0m/min,其余条件同实施例1,重复实施例1。
表5中表示铸模的短边面形状、冷却控制条件及压下区域进入侧的短边面侧凝固壳厚度。表5中,No.1、2及6是强冷却的情况。No.1和2的铸模形状是本发明方法规定外的形状,No.3和5是弱冷却情况,其短边面凝固壳厚度比根据已往操作判断认为最适合范围的薄,No.4和6是本发明的例。
对得到的薄铸片进行与实施例1同样的内部质量检查,其结果如表6所示。表6中,对于纵裂纹和角部裂纹,符号◎表示无,符号Δ表示长度1mm以上的裂纹在5个以上不足10个,符号×表示长度1mm以上的裂纹有10个以上,中心偏析的符号◎表示偏析小,中心偏析度S在1.07以下。
从该结果可知,采用短边形状为矩形的铸模时,无论何种冷却,在铸片内产生角部裂纹和纵裂纹。
而采用短边形状为台形或圆弧形的铸模的情况下,对短边面不进行强冷却时(No.3和5),压下时短边面产生弯曲变形,由此引起角部附近产生内部裂纹,即产生角部裂纹。在对短边面进行强冷却的本发明例(No.4和6)中,短边面不产生弯曲变形,不产生角部裂纹。在No.3~No6中无论何种冷却,皆无纵裂纹。【表1】
【表2】
【表3】
【表4】
【表5】
【表6】
符号 | 台形(mm) |
a | 5.0 |
b | 20.0 |
h | 20.0 |
内部裂纹 (个数) | 中心偏析 | ||||
评价 | 纵裂纹 | 角部裂纹 | 评价 | 中心偏析度 | |
本发明例 | ◎ | 0 | 0 | ◎ | 1.05 |
已往例 | × | 40 | 15 | ◎ | 1.05 |
铸造速度(m/min) | 热传递率〔W/(m2·K)〕 | |
铸模内 | 喷水 | |
4.0 | 1800 | 1000 |
4.5 | 2000 | 1200 |
5.0 | 2200 | 1400 |
铸造速度(m/min) | 内部质量 | ||
纵裂纹 | 角部裂纹 | 中心偏析 | |
4.0 | ◎ | ◎ | ◎ |
4.5 | ◎ | ◎ | ◎ |
5.0 | ◎ | ◎ | ◎ |
例No | 短边形状 | 热传递率〔W/(m2·K)〕 | 短边面凝固壳厚(mm) | |
铸模内 | 喷水 | |||
1 | 矩形 | 700 | 200 | 9.3 |
2 | 矩形 | 2000 | 1200 | 24.6 |
3 | 台形 | 700 | 200 | 9.3 |
4 | 台形 | 2000 | 1200 | 26.6 |
5 | 圆弧 | 700 | 200 | 9.3 |
6 | 圆弧 | 2000 | 1200 | 24.6 |
例 | 内部裂纹 | 中心偏析 | |
No | 角部裂纹 | 纵裂纹 | |
1 | Δ | × | ◎ |
2 | Δ | Δ | ◎ |
3 | Δ | ◎ | ◎ |
4 | ◎ | ◎ | ◎ |
5 | Δ | ◎ | ◎ |
6 | ◎ | ◎ | ◎ |
实施例4
在图3所示构造的、机长为16m的弯曲型连续铸造机上,采用垂直方向长度为900mm的、具有长边和短边独立冷却机构的矩形铸模,在距弯液面3.2m到5.8m位置处,设置用于未凝固压下的18个压下辊,用4.5m/min的铸造速度进行薄铸片的铸造。
短边侧的冷却这样控制,即,使得铸模内的热传递率为665W/(m2·K),使得喷水冷却时的热传递率为185W/(m2·K)。其结果,短边面的中心胀起量为8mm。短边侧的未凝固相厚度是48mm。
铸造的铸片在铸模内成形为宽1000mm,厚为100mm,经过30mm的未凝固压下,厚度减为70mm。钢的成分是,C:0.11%,P:0.02%,S:0.008%。
在压下区域内以一定的坡降实施压下。压下条件是,在未凝固相的短边侧厚度为整个铸片厚度的60%时,用30%的压下量进行压下。
同时,也实施了采用矩形铸模、不控制短边侧冷却的已往方法冷却的铸造法。
其结果如表7所示。
从这些结果可知,对用已往冷却方法铸造的铸片进行未凝固压下所得到的薄铸片的内部质量,其中心偏析度虽然小,但产生角部裂纹和纵裂纹。
而对用本发明方法铸造的铸片进行未凝固压下所得到的薄铸片,其中心偏心析、纵裂纹、角部裂纹皆无。【表7】
内部裂纹 (个数) | 中心偏析 | ||||
评价 | 纵裂纹 | 角部裂纹 | 评价 | 中心偏析度 | |
本发明方法 | ◎ | 0 | 0 | ◎ | 1.05 |
已往方法 | × | 20 | 20 | ◎ | 1.05 |
实施例5
在实施例4的连续铸造机上,采用宽度为1000mm、厚度为80mm、具有长边、短边独立冷却机构的矩形铸模,与实施例4同样地,用压下辊压下20mm,用4.0、4.2、4.4、4.6、4.8、5.0m/min的铸造速度铸造与实施例4相同成分的厚度60mm、胀起量5.8mm的铸片。在短边侧的未凝固相厚度为48mm时,在压下区域内以20%的压下率实施坡降一定的压下。
进行冷却控制,使得压下区域进入侧的短边凝固壳厚度成为9mm,该情况下的铸模内冷却、喷水冷却时的热传递率如表8所示。表中,裂纹评价中的符号◎表示无裂纹,中心偏析评价中的符号◎表示偏析小,中心偏析度S在1.07以下。
铸造结果如表9所示。
从这些结果可知,无论用哪种铸造速度铸造的铸片,其中心偏析、纵裂纹和角部裂纹全无,也不产生断裂。
【表8】
【表9】
铸造速度 | 热传递率〔W/(m2·K)〕 | |
(m/min) | 铸模内 | 喷水 |
4.0 | 591.1 | 164.4 |
4.2 | 620.7 | 172.7 |
4.4 | 650.2 | 180.9 |
4.6 | 679.8 | 189.1 |
4.8 | 709.3 | 197.3 |
5.0 | 738.9 | 205.6 |
铸造速度 | 内部质量 | ||
(m/min) | 纵裂纹 | 角部裂纹 | 中心偏析 |
4.0 | ◎ | ◎ | ◎ |
4.2 | ◎ | ◎ | ◎ |
4.4 | ◎ | ◎ | ◎ |
4.6 | ◎ | ◎ | ◎ |
4.8 | ◎ | ◎ | ◎ |
5.0 | ◎ | ◎ | ◎ |
实施例6
在实施例4的连续铸造机上,采用宽1000mm、厚100mm的具有长边、短边独立冷却机构的矩形铸模,与实施例同样地,用压下辊实施30mm的未凝固压下,用4.5m/min的铸造速度、改变冷却条件连续铸造厚度70mm的与实施例4同成分的薄铸片。表10中表示冷却控制条件、压下区域进入侧的短边侧凝固壳厚度和凸形高度即胀起量。在未凝固相的短边侧厚度为铸片全厚的65%时进行压下,压下区域内以一定的坡降压下。
表11表示铸造出的铸片的内部质量。铸造不行者用×表示,裂纹为10个以上者用×表示。其它的评价基准与表9中的相同。当凝固壳不足7mm时,凝固壳厚度薄,短边凝固壳因压下而破断,未能进行铸造。另外,当凝固壳超过12mm时,短边的胀起量小,虽然不产生中心偏析,但内部裂纹未改善。而当凝固壳在8mm至12mm之间时,纵裂纹和角部裂纹皆无。
【表10】
热传递率〔W/(m2·K)〕 | 短边面凝固 | 凸形高度 | ||
铸模内 | 喷水 | 壳厚度(mm) | (mm) | |
① | 600.0 | 120.0 | <7.0 | 12.0 |
② | 600.0 | 150.0 | 7.9 | 8.2 |
③ | 700.0 | 150.0 | 8.6 | 6.3 |
④ | 700.0 | 200.0 | 9.3 | 5.0 |
⑤ | 800.0 | 300.0 | 12.3 | 2.1 |
⑥ | 800.0 | 400.0 | 13.5 | 1.8 |
⑦ | 900.0 | 500.0 | 15.8 | 1.5 |
【表11】
铸造可否 | 内部质量 | |||
纵裂纹 | 角部裂纹 | 中心偏析 | ||
① | × | - | - | - |
② | ○ | ◎ | ◎ | ◎ |
③ | ○ | ◎ | ◎ | ◎ |
④ | ○ | ◎ | ◎ | ◎ |
⑤ | ○ | × | × | ◎ |
⑥ | ○ | × | × | ◎ |
⑦ | ○ | × | × | ◎ |
实施例7
用图3所示构造的连续铸造机(垂直部1.5m,垂直部以下的曲率R为3m,压下区域分成第1~4段),用下述及表12所示条件进行钢的连续铸造,检查铸片的表面性状(有无粉末的卷入)。
铸模:厚度90mm,宽度1000mm,长度900mm
距铸模内钢水弯液面的距离:
至第1段进入侧 3000mm
至第2段进入侧 4000mm
至第3段进入侧 5000mm
至第4段(静定区域)进入侧 6000mm
至第4段(静定区域)出口侧 7500mm
钢种:中碳素钢(C:0.11wt%)
钢水温度:1558℃(液相线温度:1528℃)
铸造速度:3.5m/min
未凝固压下:有和无
【表12】
区 | 例 | 未凝固压下 | 铸片厚度 | 钢水的 | 铸模内 | 铸片的表面 | ||
分 | 有无 | 压下量 | 铸模内 | 压下后 | 通过量 | 磁埸强 | 状况(有无 | |
(mm) | (mm) | (mm) | (ton/min) | 度(高斯) | 粉末卷入) | |||
比 | A | 无 | 0 | 90 | 90 | 2.21 | 3000 | 无 |
已 | B | 有 | 20 | 90 | 70 | 1.72 | 3000* | 有 |
往 | C | 有 | 30 | 90 | 60 | 1.47 | 3000* | 有 |
本 | B′ | 有 | 20 | 90 | 70 | 1.72 | 2340** | 无 |
例 | C′ | 有 | 30 | 90 | 60 | 1.47 | 2010** | 无 |
(注)*:与例A同程度,**:用通过量比的强度
实施未凝固压下的情况下,压下条件是,只在第1段沿厚度方向把从铸模出来的厚度为90mm的铸片分别压下20mm、30mm,最后使其厚度分别成为70mm、60mm(表12中的例B、C、B′和C′)。不实施未凝固压下的情况(表12中的例A)时,最后的铸片厚度与铸模厚度90mm相等。
实施20mm和30mm未凝固压下(例B′和C′)时的通过量,分别为不实施未凝固压下(例A)时通过量的0.78倍和0.67倍。磁埸强度分别是例A的0.78倍和0.67倍。通过量与磁埸强度的倍率一致。
表12中总括表示了检查结果。如表12中的例B′和C′所示,进行未凝固压下,并且,根据(未凝固压下后的通过量)/(未凝固压下前的通过量)之比,用EMBr施加适当的制动用磁埸时,其铸造效果比虽然也实施了未凝固压下但不改变磁埸强度的例B和C好。
本发明的连续铸造方法,能不依赖于铸造条件地铸造出无内部裂纹及中心偏析的优质薄铸片。
Claims (8)
1.薄铸片的连续铸造方法,是制造薄铸片、连续地进行未凝固压下的连续铸造方法,其特征在于,通过控制铸片的凸型形状的短边侧的冷却,等形成了在铸片上不产生纵裂纹及角部裂纹的凝固壳厚度以后,进行未凝固压下。
2.如权利要求1所述的薄铸片连续铸造方法,其特征在于,铸片厚度为50~200mm时,使短边侧的凝固壳厚度为铸片厚度的20~50%范围内。
3.如权利要求1所述的薄铸片连续铸造方法,其特征在于,采用具有两短边为凸型的铸模和跟在该铸模后的导引辊及压下辊的连续铸造机,控制铸模两短边面的冷却以及控制从铸模正下方到设有压下辊的压下区域正上方之间的薄铸片两短边面的冷却,形成在铸片内部不产生裂纹的凝固壳厚度。
4.如权利要求3所述的薄铸片连续铸造方法,其特征在于,未凝固相厚度为铸片厚度的10~90%范围内,将该铸片厚度的5~50%压下。
5.如权利要求1所述的薄铸片连续铸造方法,其特征在于,采用矩形铸模,控制铸片的短边侧的冷却,铸造出短边侧中央部分比端部突出5~10mm的铸片后,在铸片内部的未凝固相的短边侧厚度为铸片厚度的50~80%时,将铸片厚度的10~45%压下。
6.如权利要求5所述的薄铸片连续铸造方法,其特征在于,短边面凝固壳厚度是7~9mm。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的薄铸片连续铸造方法,其特征在于,还采用EMBr,对从浸没喷咀向铸模内排出的钢水流、在与其流向相反方向外加磁埸、由此一边制动其流速一边进行铸造,并且在加上未凝固压下的连续铸造方法中,根据铸片因未凝固压下而厚度减少后的钢水通过量与压下前的钢水通过量之比,控制EMBr产生的对于钢水排出流的制动用磁埸强度。
8.如权利要求7所述的薄铸片连续铸造方法,其特征在于,按照压下量ΔL=(L0-L1),用下式(1)控制制动用磁埸强度F。
F1=〔(L0-ΔL)·W1/(L0·W0)〕·F0…(1)
式中,F:磁埸强度(高斯)
L:铸片厚度(m)
W:铸片宽(m)
下标0:未凝固压下前
1:未凝固压下后
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