专利名称:微晶浇铸法及其装置的制作方法
本发明涉及一种把冶炼合格的液态钢(或其它金属、合金)进行快速凝固浇铸的方法和装置。
在现今的冶炼厂内，对炉前冶炼所提供的大量合格液态钢(或其它金属、合金)必须浇注成锭(坯)，其工艺方法和装置有锭模浇注和连续浇注二种形式。然而存在如下几个问题1.模铸设备周围时间过长，厂房设备占用量大，消耗高，而连铸钢坯厚度及断面小，多流浇注操作困难。因此不能很好地与大型转炉配合进行高效率，多品种的生产。
2.连铸坯与模铸锭的质量比较，没有多大的差别，但增大钢坯的断面后，钢的内部不均匀性缺陷趋向严重。同时凝固速度慢，质量差，产量低消耗高。
多年来，人们研究凝固理论，寻求优质快速浇注的途径，都不能突破传统成形的筒管式铸模和结晶器，不能把装置设备的研究和实现工艺要求的目的巧妙地结合起来。如旋转连续铸造的方法装置(日本专利58-168458)，能获得表面非常光滑的铸坯，但是不能提供和维持坯壳凝固相同的稳定的热学条件。再如电磁搅拌的方法和装置，(日本专利58-215252)虽然是一种有效的动态晶粒细化技术，但它同样也没有提供动态形核的充分的热力学条件。
本发明的目的在于对液态钢(或其它金属，合金)实现快速凝固的同时对此过程进行有效的控制，形成和维持某值的凝固界面温度<tF>，使钢的铸态组织均为等轴结构，从而获得成分均匀，组织结构致密，无宏观偏析，各向同性的钢锭(坯)。
本发明的实现途径参照附图1叙述如下图中装置是由过渡段1，定形段2和夹持段3所组成。
1.形成一定值的过冷凝固界面。
当将合格的钢水注入用水冷却的有浇注渣的扩散形多段结晶器中，在扩散形过渡段1内的浇注渣已被熔化，钢水的过热也很快消失。此时，浇注渣的外侧受用水冷却的器壁急剧冷却，内侧又受钢水凝固的放热而被加热，在钢水凝固的固相形成后，再继续凝固，给予浇注渣的热量小于器壁急剧冷却导出的热量时，浇注渣将从外侧开始由液态变为固态，这样，钢水凝固放热就无法导出，过冷凝固过程即行消失，其工艺特征就是控制凝固界面的温度过冷极限，保证已凝固的固相在继续凝固时能很好地凝接。
工艺参数是(1)过冷凝固界面的温度(tF)为tβ≥tS- (qH)/(CSP)式中tS-固相线温度(℃)qH-结晶潜热(J/Kg)CSP-比热(J/Kg·K)(2)浇注渣的熔点(tW)为tP≤tW＜tS注此为浇注渣的主要特征。
2.过冷凝固界面的动态化。
如上所述，在一定值的过冷凝固界面上，若形成固相后，过冷凝固过程即将消失，因此，只有使过冷凝固界面上已经形核结晶的固相及时地脱离(即动态化目的)，钢水相继填充和凝结，过冷凝固界面才能维持和有效。
如何实现过冷凝固界面的动态化，在本发明中提出扩散形多段结晶器的过渡段1，就是力行它的顺锥度内衬与出坯方向作往复周期性的运动。当饱和的液态钢在器壁内衬急剧冷却凝固时，析出大量气体，瞬时形核结晶的固相体积收缩和液相对流，造成界面的一种沸腾现象，即谓动态凝固界面，其效果是低熔液相和气相上浮，固相游离下降，在液相中成为游离(自由)晶粒。
3.铸坯断面成型过程。
扩散形多段结晶器的中段为定形段2，它是依据铸坯坯型断面尺寸的要求设计的，并有很小的倒锥度。在浇注过程中，继过渡段1后在该段内钢液含有游离晶固相的重量百分比(即游离晶率η)大于1.5%时，在较小的温差梯度下，就会出现体积结晶，从而获得质量好的钢锭(坯)。
4.夹持段3的作用在于防止高温坯壳两侧受力变形而导致内部的裂纹缺陷，亦有连铸出坯导向的作用。
5.浇注渣的选择。
如上所述，浇注渣是凝固过程传热、控制凝固界面的温度过冷极限和实现动态化的极其重要的物质条件。同时在工艺过程中，对结晶器的内衬又起着润滑作用。浇注渣的主要成分是硅酸二钠(Na2Sio3)。
本发明的优点在于把工艺方法与装置设计结合起来，解决了液态钢(或其它金属、合金)高速优质浇注成锭(坯)的生产途径，而且装置维护简单，投资省，漏钢事故少，生产安全，消耗低，效益高。
本发明的实施方法结合附图2加以说明。
按照所叙的工艺方法，只需将扩散形多段结晶器与原有的总体设备相接，即依据原结晶器安装尺寸设计来进行小方坯连铸机的改造。如附图Ⅱ所示，扩散形多段结晶器的过渡段1，通过通气法兰4与原设备相接。
在送引锭杆操作时，当引锭头进入结晶器内150毫米时，堵塞好缝隙，加入“U”形钢筋和少量铝锭，再加入3～5公斤浇注渣(浇注渣在整个浇注过程中要随时补充加入)。因本发明对结晶器润滑的油路不再使用，改为吹氩管路，在浇注采用真空处理的钢种时，进行吹氩搅拌，使过渡段1内的凝固界面形成沸腾。
权利要求
1.一种把液态钢(或其它金属、合金)快速凝固成锭(坯)的方法。其特征是将液态钢注入用水冷却的有浇注渣的结晶器内，在内外力作用下形成大量的微晶时进行快速凝固，由此提高浇注速度和质量。是一种微晶浇注方法。
2.根据权利要求
1所述的方法，其特征是凝固界面温度<tF>大于或等于凝固固相线温度<tS>与结晶潜热<qH>和凝固固相比热<CSP>比值之差值，即tβ≥tS- (qH)/(CSP) 。
3.根据权利要求
1所述的方法，其特征是浇注渣的熔点<tW>大于或等于凝固界面温度<tF>小于凝固的固相线温度<tS>，即tS≤tW＜tS。
4.根据权利要求
1所述的方法，其特征是在动态界面上形成大量的微晶游离于尚未凝固的液相中。当液态钢(或其它金属、合金)内形成的游离(自由)晶率<η>大于1.5%时，获得成分均匀，结构致密，无宏观偏析，各向同性的钢锭(坯)。
5.一种把液态钢(或其它金属、合金)快速凝固成锭(坯)的装置。其特征是由扩散形的过渡段和依据铸坯坯型尺要求的定形段以及为防止铸坯变形漏钢的挟持段所组成的结晶器。称为扩散形多段结晶器。
6.根据权利要求
5所述的装置，其特征是有扩散形过渡段。
7.根据权利要求
5所述的装置，其特征是扩散形过渡段的内衬形状为顺锥度。
8.根据权利要求
5所述的装置，其特征是结晶器的中段为定形段。
9.根据权利要求
5所述的装置，其特征是结晶器的末端为一挟持段。
专利摘要
本发明提供了一种把液态钢(或其它金属合金)快速凝固成锭(坯)的方法和装置。其特征是将液态钢(或其它金属、合金)注入用水冷却的有浇注渣的扩散形多段结晶器内，在内、外力作用下形成大量的微晶时进行快速凝固，由此提高钢的浇注速度和质量，是一种微晶浇注的方法。其多段结晶器是由过渡段，定型段和夹持段所组成，它具有凝固速度快，漏钢事故少，操作灵活，安全可靠的优点，能够生产各种断面尺寸，成分均匀，结构致密，各向同性的钢锭(坯)。
文档编号B22D11/04GK86107702SQ86107702
公开日1988年5月18日 申请日期1986年11月8日
发明者吴华立 申请人:马鞍山钢铁公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan