一种复合干预改善铸坯内部质量的方法
【专利摘要】一种复合干预改善铸坯内部质量的方法，包括：1)将纯铁或与浇注钢种成分接近的钢加工成易熔化且易随钢水运动的冷体，然后烘干；2)喂料导管采用耐火材料，烘烤后浸入结晶器钢液面下；对于圆坯方坯，喂料导管开口正对注流中心；对于板坯，采用两个导管，分布于结晶器宽面两侧；3)将上述烘干的冷体通过连续射入结晶器熔池高温区域，冷体加入量为铸坯重量的0.8-1.3％；连续浇注过程中采用结晶器电磁搅拌。本发明通过向结晶器中喂入冷体，实现在大生产连铸中降低钢水过热度和温度梯度，改善铸坯的凝固组织，降低铸坯内部质量缺陷改善结晶器内温度场最终达到提高等轴晶率、改善铸坯内部质量的目的。
【专利说明】
_种复合干预改善铸述内部质量的方法
技术领域
[0001]本发明涉及连续铸钢技术领域，特别涉及一种复合干预改善铸坯内部质量的方法。【背景技术】
[0002]钢水的凝固过程对钢材的质量起着重要的影响。在连铸生产中，钢水在结晶器中从外向内进行凝固，在凝固坯断面上形成一个由内向外的大的温度梯度场。由于非平衡的结晶及体积收缩等原因，在铸坯中心区形成元素偏析、中心疏松等内部缺陷。随着铸坯规格越大，其中心疏松、缩孔和偏析越严重。[〇〇〇3] 要改善铸坯的内部质量，就是要改善铸坯的凝固组织，降低偏析，提高中心的致密度。目前控制连铸钢水凝固过程的手段有:
[0004]( —)采用末端压下是改善铸坯内部质量的常用手段，其原理是通过在凝固末端施加压力，产生一定量的压下对铸坯凝固收缩进行补偿，以消除铸坯中心收缩空隙，防止溶质元素在中心富集，减少中心偏析，是铸坯的凝固组织更加均匀致密。该技术的缺点是设备庞大以及浇注条件不稳定时末端位置难以找准。
[0005](二)采用低过热度浇注，这种方法虽然可以减少中心宏观偏析，但是容易造成水口堵塞及夹杂物不易上浮等问题。
[0006](三)电磁搅拌技术，其作用是打碎树枝晶，使其作为形核中心，扩大等轴晶区，并减轻偏析。根据电磁搅拌的安装位置不同，其功能也有所侧重:结晶器电磁搅拌通常被用来改善表面质量，末端电磁搅拌被用来改善中心缩孔及疏松等缺陷，但改善效果仍然有限。
[0007](四)添加形核剂技术。中国专利CN1962120A和专利CN103056321A通过向钢包或结晶器内加入微粉作为形核剂，经过形核和凝固、得到微小晶粒的铸坯，改善铸坯组织。 弊端是加入粉剂比较困难，采用喷吹的方法对结晶器内的钢液产生搅动，对形成稳定的铸坯初生凝固坯壳不利，影响铸坯的表面质量。
[0008](五)结晶器内部加冷钢。中国专利CN1876274A和专利CN102211154A通过结晶器向钢水插入金属薄带或加入金属散件降低钢水过热度和温度梯度，增加等轴晶，改善内部质量。实验表明，冷钢加入量小，对组织改善效果不大。当冷钢加入量超过钢水重量1% 时，铸坯内部质量才会显著改善。但是当如此大量冷钢加入时，在连铸机的垂直段无法完全融化，由于重力作用，没有全融的冷钢在弯曲段偏离铸坯的厚度中心，因此凝固终点偏离铸坯的厚度中心，造成成分偏析，严重时甚至产生钢质异常缺陷。而且，由于冷钢加入使钢水温度降低，钢水的流动性变差，钢水中的夹杂物难于上浮，造成内部夹杂缺陷。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种复合干预改善铸坯内部质量的方法，通过改善结晶器内温度场最终达到提高等轴晶率，改善铸坯内部质量的目的。
[0010] 为达到上述目的，本发明的技术方案是:
[0011]—种复合干预改善铸坯内部质量的方法，包括如下步骤:
[0012]1)将纯铁或与浇注钢种成分接近的钢加工成易熔化且易随钢水运动的冷体，然后烘干；
[0013]2)喂料导管采用耐火材料制备，烘烤后浸入结晶器钢液面下；对于圆坯方坯，喂料导管开口正对注流中心；对于板坯，采用两个导管，分布于结晶器宽面两侧，与浸入式水口距离为结晶器宽度的1/3-1/5 ;
[0014]3)将上述烘干的冷体通过喂料导管连续射入结晶器熔池高温区域位置，射入速度 20-80发/分钟，冷体加入量为铸坯重量的0.8-1.3%;连续浇注过程中，采用结晶器电磁搅拌，搅拌电流300-800A，频率2-6Hz。
[0015]优选的，所述的纯铁或冷体截面直径小于30mm，孔径不小于8mm，长度不大于 150mm〇
[0016]优选的，所述的冷体采用中空的圆柱体或球体；其中，圆柱体直径5-30mm，壁厚 3_25mm，长度50_150mm ;球体内设贯通球体的中心通孔，球体直径5_35mm，中心通孔内径 3_25mm〇
[0017]优选的，对于板坯，所述导管与结晶器水平面成一角度，入射角度为30?90°。
[0018]所述的射入装置采用气动或电动射入装置。
[0019]优选的，结晶器施加合适电磁场，对于板坯，采用行波电磁搅拌，电流400-800A，频率2-5Hz ;对于方圆坯，采用旋转电磁场，电流300-800A，频率2-6Hz。
[0020]本发明设计制造一种易熔化且容易随钢水流场运动的弹子，弹子成分采用浇注钢种成分相近的碳钢。在连铸浇注过程中利用弹子发射器采用合适的速度及角度向结晶器钢水中高温区连续射入。结晶器施加合适的磁场，通过控制流场，缩小水口下部回流区，减小冷体向下的冲击深度。通过上述复合措施提高冷体的熔化效率，从而提高等轴晶率，改善铸坯内部质量。
[0021]在连铸过程中降低钢水温度梯度和过热度，可以提高等轴晶比例，消除中心偏析疏松和缩孔等内部缺陷。研究表明，为了保证凝固组织改善效果，冷体加入量应保证不小于 1%。如此大量的冷体采用在结晶器喂入，在连铸机的垂直段冷钢无法完全融化，由于重力作用，没有全融的冷钢在弯曲段偏离铸坯的厚度中心，因此凝固终点偏离铸坯的厚度中心， 造成成分偏析，严重时甚至产生钢质异常缺陷。其次，由于冷钢加入使钢水温度降低，钢水的流动性变差，钢水中的夹杂物难于上浮，造成内部夹杂缺陷。为保证冷体加入量，对冷体进行切割加工，制作成易熔化并且容易随钢水运动的形状，采用弹射装置射入熔池的高温区域，同时对钢液施加合适的电磁场，减小钢水冲击速度和深度，相应提高冷体在钢水中的熔化效率。对于板坯，依据拉速和铸坯规格不同，可相应采用行波电磁搅拌或电磁制动方式；而对于方圆还，采用旋转电磁场。
[0022]本发明的有益效果:
[0023]1、本发明方法通过向结晶器中喂入冷体，实现在大生产连铸中降低钢水过热度和温度梯度，改善铸坯的凝固组织，降低铸坯内部质量缺陷。其次，在保证铸坯质量的同时，可以提高拉速，提高生产效率。最后，铸坯全凝固时间大大缩短，降低了能源消耗，而铸机长度缩短，设备投入、运行和维护成本相应降低。
[0024]2、本发明冷体采用弹子设计，弹子易熔化且易随钢水流动。
[0025]3、加入方式采用离散射入，可到达钢水高温区易熔化，并且避免钢水表面温度过低。
[0026]4、增加电磁场搅拌，提高冷体熔化效率，增加了冷体加入量，改善钢水温度场，提高等轴晶率同时减少钢水夹杂。【附图说明】
[0027]图1是本发明的连铸板坯冷体加入示意图。【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和实施例对本发明的方法做进一步说明。
[0029]参见图1，本发明在中间包1与结晶器6中间安装两台(或一台)冷体投入装置， 投入装置可采用气动或电动等方式驱动冷体。冷体5投射的导管3分别位于结晶器6中浸入式水口 2的两侧，并浸入弯月面4,投射的导管3为耐材质，截面为圆形。结晶器6外部安装电磁装置7。
[0030]本发明的一种复合干预改善铸坯内部质量的方法，其包括如下步骤:
[0031]1)将纯铁或与浇注钢种成分接近的钢加工成易熔化且易随钢水运动的冷体5,然后烘干；
[0032]2)喂料导管3采用耐火材料制备，烘烤后浸入结晶器6钢液面下；对于圆坯方坯， 喂料导管开口正对注流中心；对于板坯，采用两个导管，分布于结晶器6宽面两侧，与浸入式水口距离为结晶器宽度的1/3-1/5 ;
[0033]3)将上述烘干的冷体5通过喂料导管3连续射入结晶器6熔池高温区域位置，射入速度20-80发/分钟，冷体5加入量为铸坯重量的0.8-1.3 % ;连续浇注过程中，采用结晶器电磁搅拌，搅拌电流300-800A，频率2-6Hz。
[0034]实施例
[0035]以铸机浇铸断面为250*2100mm为例，过热度20-40°C，浇铸速度为0.8-1.2m/min。 首先将纯铁或与浇注钢种成分接近的钢加工成体积较小的冷体，然后烘干。冷体采用中空圆管，截面直径小于30mm，孔径不小于8mm，长度不大于150mm。然后，喂料导管烘烤后浸入结晶器钢液面下。对于板坯，可采用两个导管，分布于结晶器宽面两侧，与浸入式水口距离可调整。接着，将上述烘干的冷体通过导管连续射入结晶器熔池预定位置，射入装置可采用气动或电动射入装置，射入速度30-60发/分钟。
[0036]连续浇注过程中，采用结晶器电磁搅拌，搅拌电流300-800A，频率2-6Hz。通过搅拌，提高冷体加入量，保证铸还内部质量的改善效果，同时减轻由于冷体加入导致的夹杂问题。
【主权项】
1.一种复合干预改善铸坯内部质量的方法，其特征是，包括如下步骤:1)将纯铁或与浇注钢种成分接近的钢加工成易熔化且易随钢水运动的中空的冷体，然 后烘干；2)喂料导管采用耐火材料制备，烘烤后浸入结晶器钢液面下；对于圆坯方坯，喂料导 管开口正对注流中心；对于板坯，采用两个导管，分布于结晶器宽面两侧，导管与浸入式水 口距离为结晶器宽度的1/3-1/5 ;3)将上述烘干的冷体通过喂料导管连续射入结晶器熔池高温区域位置，射入速度 20-80发/分钟，冷体加入量为铸坯重量的0.8-1.3%;连续浇注过程中，采用结晶器电磁搅 拌，搅拌电流300-800A，频率2-6Hz。2.如权利要求1所述的复合干预改善铸坯内部质量的方法，其特征是，所述的纯铁或 冷体截面直径小于30mm，冷体中空的孔径不小于8mm，长度不大于150mm。3.如权利要求1或2所述的复合干预改善铸坯内部质量的方法，其特征是，所述的冷体 采用中空的圆柱体或球体；其中，圆柱体直径5-30mm，壁厚3-25mm，长度50-150mm ;球体内 设贯通球体的中心通孔，球体直径5_35mm，中心通孔内径3_25mm。4.如权利要求1所述的复合干预改善铸坯内部质量的方法，其特征是，对于板坯，所述 导管与结晶器水平面成一角度，入射角度为30?90°。5.如权利要求1所述的复合干预改善铸坯内部质量的方法，其特征是，所述的射入装 置采用气动或电动射入装置。6.如权利要求1所述的复合干预改善铸坯内部质量的方法，其特征是，所述的结晶器 电磁搅拌，对于板坯，采用行波电磁搅拌，电流400-800A，频率2-5Hz ;对于方圆坯，采用旋 转电磁场，电流300-800A，频率2-6Hz。
【文档编号】B22D11/16GK105983670SQ201510044043
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月28日
【发明人】李成斌, 张立, 石洪志
【申请人】宝山钢铁股份有限公司