本发明涉及钢铁冶炼连铸技术领域，尤其涉及一种能够减轻连铸坯中心偏析、中心疏松等缺陷的方法及装置。
背景技术：
金属连铸坯存在中心偏析、中心疏松等缺陷，严重降低了钢材的使用性能，甚至使钢材报废。尤其是对于一些对内部质量要求十分严格的金属品种，比如：桥梁钢、船板钢、轴承钢、压力容器钢、帘线钢等等。近百年来，尽管人们采用了各种方法，但仍然没有很好地解决上述质量问题，缺陷仍一定程度地存在，并常常造成产品报废。
目前，减轻连铸坯中心缺陷的方法有末端电磁搅拌法和轻压下法，这两种方法的不足是：1)末端电磁搅拌法，此方法存在的不足是：凝固坯壳厚度大，芯部液相金属感应产生的电磁力不足，搅拌效果甚微；各品种金属的凝固末端位置不同，而末端电磁搅拌设备位置不能灵活调整，往往不能使用；2)轻压下法，此方法存在的不足是：很难找到合适的压下量，如果压下量小，则不能有效减轻缺陷，若压下量大，则会可能使铸坯产生裂纹；与末端电磁搅拌法存在相同的不足：各品种金属的凝固末端位置不同，而设备位置不能灵活调整，往往不能发挥作用。铸坯芯部液相穴的金属液是偏析元素浓度明显高于其他部位，其凝固后必然存在偏析，上述两种方法处理后并没有改变这一状况。
申请号为201010260144.2(申请日为2010年8月23日)的中国专利公开了“一种有效控制连铸板坯中心偏析的工艺”，通过连铸坯凝固末端较强的二冷水量结合轻压下段液压缸压力控制共同实现对中心偏析的有效控制。控制轻压下段液压缸的压力值，同时控制轻压下段连铸坯内弧侧和轻压下段连铸坯外弧侧水量。通过增加轻压下段连铸坯表面的冷却强度，达到连铸坯表面和芯部保持收缩量一致，在一定程度上控制了中心偏析的程度，减少了控制连铸坯中心偏析单纯对轻压下段液压缸压力的依赖，增加了轻压下设备的使用寿命，简便易行。此专利方案存在的不足是：增强对铸坯的冷却达到技术目标是不可行的，因为，铸坯有一定厚度(一般均大于70mm)，增加冷却强度到一定程度后，会造成内外温差大，导致铸坯出现裂纹报废。另外，铸坯凝固后的收缩量是很有限的，且铸坯芯部的液相本身的收缩量更大，即使极大地增加冷却强度，也难以实现对中心偏析的有效控制。
申请号为200610044355.6(申请日为2006年12月13日)的中国专利公开了“一种直接干预铸坯内部质量的方法”通过喂入设备向结晶器钢水中插入金属薄带，薄带可以按适用的频率及振幅振动。本方法通过控制薄带插入方式和速度，可以直接干预内部凝固与结晶机制，可以降低结晶器钢水的过热度，缩短液相穴深度，减少柱状晶，增加等轴晶比例，改善铸坯的凝固组织，减轻中心偏析。此专利方案的不足是：由连铸坯工艺本身的特点决定了连铸坯液相穴金属液必需有一定的过热度，所以其形成的晶核会被重新熔化，喂入的金属薄带的作用只能是降低过热度，并不能够有效解决中心偏析、中心疏松的问题。
技术实现要素：
本发明提供了一种减轻连铸坯中心缺陷的方法，通过在连铸坯凝固过程中排出偏析元素富集的铸坯芯部液相，显著地减轻甚至消除连铸坯的中心偏析、中心疏松等中心缺陷；其方法简单，可操作强，效果明显；本发明同时提供了用于实现此方法的装置。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种减轻连铸坯中心缺陷的方法，包括如下步骤：
1)在连铸坯的凝固末段区域沿连铸坯移动方向分别安装可移动钻孔机和可移动封口机，可移动钻孔机和可移动封口机的可移动距离为3～6m；
2)连铸坯沿拉坯方向运动，当连铸坯的定尺切缝部位到达可移动钻孔机所在的铸坯凝固末端区域时，可移动钻孔机随连铸坯同步移动，并在连铸坯外弧表面的切缝部位钻孔，钻孔深度为铸坯厚度的1/3～2/3；钻孔后可移动钻孔机的钻头移开；此时铸坯芯部偏析元素含量较高的金属液在压力作用下从钻孔处流出，上部较纯净的金属液向下填充并替代原来的易偏析元素含量较高的金属液；同时，流动金属液持续加热，熔化掉突出的固相，使得补缩通道更加畅通；
3)按每块成品板坯重量的2～15％排出金属液后，可移动封口机随连铸坯同步移动，通过液压缸的液压顶杆将楔子对正顶紧在钻孔部位，并使钻孔被完全封堵，孔口附近的金属液迅速凝固，待钻孔被凝固金属液封闭后，可移动封口机的液压顶杆收回；
4)可移动钻孔机和可移动封口机回到原位，火焰切割机在定尺切缝部位切割铸坯，被凝固在铸坯切缝处的楔子也一同切割去除。
用于实现一种减轻连铸坯中心缺陷的方法的装置，包括安装在连铸坯凝固末段区域辊道旁，并可随辊道同步移动的可移动钻孔机和可移动封口机，所述可移动封口机上设有液压缸，其液压顶杆头部活动地安装有楔子，钻孔机的钻头和液压缸的液压顶杆均朝向连铸坯的外弧表面。
所述可移动钻孔机和可移动封口机底部设有移动装置，钻孔机和液压缸可随移动装置移动，移动装置为传送平台、移动小车或机械臂，并可与连铸坯输送辊道实现联动。
所述液压顶杆头部设有T形连接结构，与U形楔子配合安装。
所述可移动钻孔机和可移动封口机沿辊道输送方向并列设置，其可移动距离为3～6m。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)通过在连铸坯凝固过程中排出偏析元素富集的铸坯芯部液相，显著地减轻甚至消除连铸坯的中心偏析、中心疏松等中心缺陷；
2)方法简单，可操作强，效果明显，可改善中心偏析1级以上；
3)装置结构简单，使用方便，投入少，见效快；
4)排出的废钢液可回收利用，不会造成浪费。
附图说明
图1是本发明所述装置的结构示意图。
图2是本发明所述工艺过程示意图一。(钻孔)
图3是本发明所述工艺过程示意图二。(排液)
图4是本发明所述工艺过程示意图三。(封堵)
图5是本发明所述工艺过程示意图四。(切割)
图6是本发明所述液压缸顶杆与楔子连接结构示意图。
图中：1.辊道 2.铸坯 3.可移动钻孔机 4.可移动封口机 5.火焰切割机 6.金属液 7.液压缸顶杆 8.楔子
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
见图2-图5，是本发明的工艺过程示意图，本发明一种减轻连铸坯中心缺陷的方法，包括如下步骤：
1)在连铸坯2的凝固末段区域沿连铸坯2移动方向分别安装可移动钻孔机3和可移动封口机4，可移动钻孔机3和可移动封口机4的可移动距离为3～6m；
2)连铸坯2沿拉坯方向运动，当连铸坯2的定尺切缝部位到达可移动钻孔机3所在的铸坯凝固末端区域时，可移动钻孔机3随连铸坯2同步移动，并在连铸坯2外弧表面的切缝部位钻孔，钻孔深度为铸坯2厚度的1/3～2/3；钻孔后可移动钻孔机3的钻头移开；此时铸坯2芯部偏析元素含量较高的金属液6在压力作用下从钻孔处流出，上部较纯净的金属液向下填充并替代原来的易偏析元素含量较高的金属液；同时，流动金属液持续加热，熔化掉突出的固相，使得补缩通道更加畅通；
3)按每块成品板坯重量的2～15％排出金属液6后，可移动封口机4随连铸坯2同步移动，通过液压缸的液压顶杆7将楔子8对正顶紧在钻孔部位，并使钻孔被完全封堵，孔口附近的金属液6迅速凝固，待钻孔被凝固金属液6封闭后，可移动封口机4的液压顶杆7收回；
4)可移动钻孔机3和可移动封口机4回到原位，火焰切割机5在定尺切缝部位切割铸坯2，被凝固在铸坯2切缝处的楔子8也一同切割去除。
见图1，是本发明所述装置的结构示意图。本发明所述用于实现一种减轻连铸坯中心缺陷的方法的装置，包括安装在连铸坯凝固末段区域辊道旁，并可随辊道1同步移动的可移动钻孔机3和可移动封口机4，所述可移动封口机4上设有液压缸，其液压顶杆7头部活动地安装有楔子8，钻孔机3的钻头和液压缸的液压顶杆7均朝向连铸坯2的外弧表面。
所述可移动钻孔机3和可移动封口4机底部设有移动装置，钻孔机和液压缸可随移动装置移动，移动装置为传送平台、移动小车或机械臂，并可与连铸坯输送辊道1实现联动。
所述液压顶7杆头部设有T形连接结构，与U形楔子8配合安装。(如图6所示)
所述可移动钻孔机3和可移动封口4机沿辊道1输送方向并列设置，其可移动距离为3～6m。
本发明中，可移动钻孔机3的主要工作设备为钻孔机，可移动封口机4的主要工作设备为液压缸，为了实现其移动功能，在其底部设置移动装置，移动装置可以为传送平台、移动小车或机械臂，移动装置可单独控制，也可以通过连接机构与连铸机辊道1实现联动，从而保证钻孔机、液压缸与铸坯2移动同步。钻孔机和液压缸底部可单独设置移动装置，也可设置在同一移动装置上，并通过转动平台实现钻孔机和液压缸的位置互换。
封口机4通过液压缸的液压顶杆7将楔子8封堵在钻孔处后，由于金属液6凝固时会将楔子8凝固在一起，因此楔子8与液压顶杆7之间采用活动式连接结构，如图6所示，液压顶杆7上设有凸台结构，使液压顶杆7头部呈T形，楔子8上设有凹槽，呈U形结构，液压顶杆7上的凸台和楔子8上的凹槽配合实现楔子8的活动连接，当钻孔处的金属液6凝固后，液压顶杆7缩回，楔子8留在铸坯2表面。
在连铸钢生产中，钢水首先在结晶器内形成初始固态坯壳，继而进入二次冷却区进一步冷却，此时的“连铸坯”表面虽已形成固态坯壳，而实际上中心部位仍为炽热的液相钢水，即带有一个细长圆锥形液态钢水区域，这个区域就称为液相穴。本发明就是通过钻孔将液相穴中的金属液6排出。钻孔排出的金属液6按切割后每块成品板坯重量的2～15％控制，可根据钻孔直径和金属液6流速换算为排出时间，通过控制金属液6排出时间精确掌握排出量。排出的金属液6通过设置在辊道1下部废液收集槽收集后作为废钢回用。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】
连铸帘线用钢，铸坯2断面尺寸：300mm×400mm，拉坯速度：0.85m/min。
操作过程如下：
1.在连铸坯的凝固末段区域位置安装可移动钻孔机3，钻头直径18mm；
2.在连铸坯2的定尺切缝部位到达钻孔机3所在的铸坯凝固末端区域时，可移动钻孔机3动作，钻头定位在连铸坯2外弧表面切缝部位的铸坯宽度中心位置，钻孔至铸坯2厚度的1/2，即钻孔深度达到150mm后退出钻头；此过程中，可移动钻孔机3随连铸坯2同步运动；
3.排出50kg左右的金属液6后，可移动封口机4动作，将楔子8封堵在钻孔处；
4.金属液6凝固后，将可移动封口机4移开；
5.火焰切割机5在定尺切缝部位切割铸坯2，被凝固在铸坯切缝处的楔子8也一同切割去除。
成品铸坯经检验，中心偏析改善1级以上，成品率提高所带来的效益约200～810元/吨钢。放出钢液约50kg，计铸坯吨钢约损失6kg钢液，放出钢液回收用作废钢。经济损失约6元/吨钢。二者合计效益：约194～804元/吨钢。
【实施例2】
连铸轴承用钢，铸坯2断面尺寸：拉坯速度：1.10m/min。
操作过程如下：
1.在连铸坯2的凝固末段区域位置安装可移动钻孔机3，钻头直径16mm；
2.在连铸坯2的定尺切缝部位到达钻孔机3所在的铸坯凝固末端区域时，可移动钻孔机3动作，钻头定位在连铸坯2外弧表面切缝部位的铸坯宽度中心位置，钻孔至铸坯2厚度的1/2，即钻孔深度达到140mm后退出钻头；此过程中，可移动钻孔机3随连铸坯2同步运动；
3.排出35kg左右的金属液6后，可移动封口机4动作，将楔子8封堵在钻孔处；
4.金属液6凝固后，将可移动封口机4移开。
5.火焰切割机5在定尺切缝部位切割铸坯2，被凝固在铸坯切缝处的楔子8也一同切割去除。
成品铸坯经检验，中心偏析改善1级以上，成品率提高所带来的效益约150～800元/吨钢。放出钢液约30kg，计铸坯吨钢约损失5kg钢液，放出钢液回收用作废钢。经济损失约7元/吨钢。二者合计效益：约143～793元/吨钢。