本发明涉及黑色金属以及有色金属连铸坯的制备领域，具体为一种控制大尺寸连铸坯中v偏析的方法，适用于黑色金属以及有色金属连铸坯的制备。
背景技术：
随着我国工业的迅猛发展，对大型坯料的需求量越来越大，同时对大型坯料的品质要求越来越高。传统上，这类坯料一般通过模铸生产，但是随着连铸技术的发展，越来越多的大型坯料通过连铸进行生产。由于大尺寸连铸坯的凝固过程较长，凝固组织复杂，且存在显著的凝固补缩，在大尺寸连铸坯的铸态组织中，通常会产生严重的铸造缺陷。尤其是在大尺寸连铸坯的内部，由于等轴晶在凝固收缩过程中的复杂演化会产生严重的v偏析，表现为中心轴线附近周期性分布的v形偏析带。v偏析不但带来成分和组织的不均匀性，而且会导致疏松，严重恶化连铸坯的力学性能。因此抑制大尺寸连铸坯的v偏析，提高大尺寸连铸坯的质量迫在眉睫。
为了提高大尺寸连铸坯的质量，人们已经开发许多技术。通过降低连铸熔体的过热度和施加电磁搅拌，人们可以提高连铸坯中的等轴晶率，从而改善严重的中心偏析，将中心偏析分散到一个扩大的等轴晶区内。但是随着等轴晶率的提高，大尺寸连铸坯的v偏析却变得更加严重。近年来，我们通过控制金属熔体的纯净度，尤其是钢铁熔体中的氧、硫含量，可以极大程度的抑制中心偏析的产生。在此基础上需要进一步开发抑制v偏析的技术途径。
技术实现要素：
针对现有技术的能力限制，本发明目的在于提供一种控制大尺寸连铸坯中v偏析的方法，解决大尺寸连铸坯中的v偏析问题，可以抑制v偏析的形成，改善铸态缺陷。
本发明的技术方案是：
一种控制大尺寸连铸坯中v偏析的方法，包括如下步骤：
1)控制连铸金属熔体的纯净度；
2)抑制金属大尺寸连铸坯中金属熔体的流动，减轻熔体流动对柱状晶的冲刷碎化，抑制碎化晶核的运动；
3)保持连铸坯中心熔体的高过热度，抑制碎化晶核的存活；
4)通过控制连铸坯中心熔体中的晶核数目，调整中心等轴晶区的比例和分布，改变连铸坯中心的补缩方式，减轻v偏析。
所述的控制大尺寸连铸坯中v偏析的方法，控制连铸金属熔体的纯净度，钢铁熔体的全氧含量低于30ppm，硫含量低于0.01wt％。
所述的控制大尺寸连铸坯中v偏析的方法，采用水口结构设计、减小水口浸入深度、弱结晶器搅拌、高拉速、施加静磁场、取消末端电磁搅拌等复合工艺措施，抑制连铸坯金属熔体的流动，减轻熔体流动对边部柱状晶的冲刷碎化，并抑制碎化晶核的运动。
所述的控制大尺寸连铸坯中v偏析的方法，根据连铸坯尺寸及形状，设计水口直径及水口结构，采用大直径水口降低金属熔体进入结晶器的流动速度，水口结构设计以减轻对边部柱状晶的冲刷为准则，对于大直径的连铸圆坯采用单孔向下结构的水口，水口的直径范围为20～150mm。
所述的控制大尺寸连铸坯中v偏析的方法，控制结晶器中水口浸入结晶器液面的深度为80～100mm，降低金属熔体进入结晶器后对边部柱状晶的冲刷；关闭或者减小结晶器电磁搅拌的强度，使搅拌电流为0～100a，关闭连铸坯末端电磁搅拌，抑制连铸坯金属熔体的流动。
所述的控制大尺寸连铸坯中v偏析的方法，针对不同连铸材料及连铸坯的尺寸，将连铸坯的拉坯速度在常规拉速的基础上提高10～40％，减少电磁搅拌对连铸坯的作用时间。
所述的控制大尺寸连铸坯中v偏析的方法，对于钢铁材料的连铸圆坯，直径300mm连铸坯的拉速范围为0.85～1.20m/min，直径400mm连铸坯的拉速范围为0.50～0.70m/min，直径500mm连铸坯的拉速范围为0.35～0.50m/min，直径600mm连铸坯的拉速范围为0.24～0.33m/min。
所述的控制大尺寸连铸坯中v偏析的方法，在结晶器或者各扇形段施加静磁场，静磁场强度为0.1～1t。
所述的控制大尺寸连铸坯中v偏析的方法，通过提高水口温度，保持连铸坯中心熔体的高过热度，抑制碎化晶核的存活，水口温度高于连铸金属液相线30～70℃。
所述的控制大尺寸连铸坯中v偏析的方法，通过抑制连铸坯中心的晶核数量，并辅助连铸扇形段弧度的控制，减小等轴晶区比例使等轴晶区沉降于连铸坯中心的一侧，保证连铸坯始终通过液相补缩，而避免等轴晶区补缩，从而有效避免v偏析。
本发明方法的原理为：
本发明抑制连铸坯中金属熔体的流动，减轻熔体流动对柱状晶的冲刷碎化，并抑制碎化晶核的存活和运动，从而通过有效控制连铸坯中心熔体中的晶核数目，减小中心等轴晶区的比例，并使等轴晶区位于连铸坯中心一侧，改变连铸坯中心的补缩方式，避免等轴晶区补缩，从而控制大尺寸连铸坯凝固过程中所产生的v偏析。
本发明具有如下优点及有益效果：
1、本发明通过多个工艺参数的联合或者单独控制，改变中心等轴晶区的比例和分布，抑制v偏析，提高产品的内在质量与产品合格率；
2、本发明通过熔体纯净化控制，在抑制v偏析的同时，有效抑制中心偏析问题；
3、本发明工艺设计合理，安全性高，可操作性强，企业容易实现，适用于黑色金属以及有色金属大尺寸连铸坯的制备；
总之，本发明方法采用熔体纯净化、高过热度、低水口流速、小水口浸入深度、弱结晶器电磁搅拌、取消末端电磁搅拌、高拉速、施加静磁场以及改变扇形段弧度等复合工艺措施，抑制连铸坯中金属熔体的流动，减轻熔体流动对柱状晶的冲刷碎化，并抑制碎化晶核的存活和运动，从而通过有效控制连铸坯中心等轴晶区的比例和分布，改变连铸坯的补缩方式，减轻大尺寸连铸坯凝固过程中所产生的v偏析。
附图说明
图1为本发明的控制大尺寸连铸坯中v偏析的原理示意图；
图2为未采用本发明的φ600mmq345e连铸坯的纵剖面低倍组织；
图3为采用本发明的φ600mmq345e连铸坯的纵剖面低倍组织；
图4为采用本发明的φ600mmq345e连铸坯的横截面低倍组织；
图中标记为：
1为中间包熔体；2为中间包；3为浇铸水口；4为结晶器；5为电磁搅拌器；6为静磁场发生器；7为内弧侧柱状晶区；8为导辊；9为连铸坯中心液穴；10为液穴中的等轴晶核；11为外弧侧柱状晶区；12为沉降等轴晶区。
具体实施方式
本发明在现有连铸设备的基础上，通过多工艺参数的组合控制，控制连铸坯中心等轴晶比例和分布，从而抑制v偏析，其具体步骤如下：
1)在金属熔体熔炼阶段，控制连铸金属熔体的纯净度，对于钢铁熔体要求氧含量低于30ppm，硫含量低于0.01wt％。
2)控制中间包中金属熔体的过热度，提高水口温度，保持水口温度高于连铸金属液相线30～70℃。
3)根据连铸坯具体尺寸及形状，选用大直径水口并优化水口结构，并减小水口浸入的深度为80～100mm，降低金属熔体进入结晶器的流动速度，并减轻对边部柱状晶的冲刷。
4)控制结晶器中水口浸入的深度为80～100mm，降低金属熔体进入结晶器后对边部柱状晶的冲刷。
5)将连铸坯的拉坯速度在常规拉坯速度的基础上提高10～40％，并关闭或者减小结晶器电磁搅拌的强度(搅拌电流0～100a)，且关闭连铸坯末端电磁搅拌。
6)在结晶器及各扇形段可施加静磁场，静磁场强度为0.1～1t。
7)根据连铸坯的具体尺寸及形状，增大扇形段弧度。
如图1所示，本发明控制大尺寸连铸坯中v偏析的装置和原理如下：
该装置包括中间包熔体1、中间包2、浇铸水口3、结晶器4、电磁搅拌器5、静磁场发生器6、内弧侧柱状晶区7、导辊8、连铸坯中心液穴9、液穴中的等轴晶核10、外弧侧柱状晶区11、沉降等轴晶区12等，中间包2内装有中间包熔体1，中间包2底部设置浇铸水口3，浇铸水口3的外侧设置结晶器4，结晶器4的外侧设置电磁搅拌器5，结晶器4下方、连铸圆坯的各扇形段外侧交错排列静磁场发生器6和导辊8。在所述连铸圆坯中形成液穴中的等轴晶核10，在所述连铸圆坯的内弧侧部分形成内弧侧柱状晶区7，在所述连铸圆坯的外弧侧形成外弧侧柱状晶区11，在靠近外弧侧柱状晶区11的内层形成沉降等轴晶区12。
下面，结合附图及实施例详述本发明。
实施例1
φ600mm连铸圆坯，钢锭材质为q345e。工艺参数为，钢水氧含量20ppm，钢水硫含量0.009wt％，中间包钢水过热度35℃，采用向下单孔水口，水口直径40mm，拉坯速度0.26m/min，结晶器搅拌参数为100a/2.0hz，关闭末端电磁搅拌，制备出的连铸坯纵剖面低倍组织如图3所示，从图3中可以看出连铸坯无v偏析以及中心偏析。
实施例2
φ600mm连铸圆坯，钢锭材质为q345e。工艺参数为，钢水氧含量30ppm，钢水硫含量0.005wt％，中间包钢水过热度45℃，采用向下单孔水口，水口直径70mm，拉坯速度0.26m/min，结晶器搅拌参数为100a/2.0hz，关闭末端电磁搅拌，制备出的连铸坯横截面低倍组织如图4所示，从图4中可以看出，内弧侧至连铸坯中心为完全的柱状晶区，图中外弧侧至连铸坯中心由边部柱状晶区和等轴晶区组成，通过控制等轴晶区位于连铸坯中心一侧，连铸坯中无v偏析出现，且未出现严重的中心偏析。
而如图2所示，从未采用本发明的φ600mmq345e连铸坯的纵剖面低倍组织可以看出，在连铸坯中心的等轴晶区内产生了严重的v偏析。
实施例的结果表明，本发明利用多工艺参数的组合控制，通过抑制连铸坯中心的晶核数量，改变中心等轴晶区的比例和分布，消除v偏析，同时并未产生显著的中心偏析，提高连铸坯的质量。