一种控制大尺寸连铸坯中V偏析的方法技术

本发明专利技术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。该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，从而可以抑制V偏析的形成，改善铸态缺陷。

A method for controlling V segregation in large size continuous casting billets

The invention relates to the field of preparation of ferrous and non-ferrous metal continuous casting billets, in particular to a method for controlling V segregation in large-sized continuous casting billets, which is suitable for the preparation of ferrous and non-ferrous metal continuous casting billets. In this method, melt purification, high superheat, low nozzle velocity, small nozzle immersion depth, weak mold electromagnetic stirring, eliminating terminal electromagnetic stirring, high drawing speed, applying static magnetic field and changing sector radian are combined to restrain the flow of metal melt in continuous casting billet and reduce the flow of melt to columnar crystal. By controlling the proportion and distribution of equiaxed grain area in the center of continuous casting slab and changing the feeding mode of continuous casting slab, the V segregation produced in the solidification process of large-sized continuous casting slab can be reduced, thus the formation of V segregation can be restrained and as-cast defects can be improved.

【技术实现步骤摘要】
一种控制大尺寸连铸坯中V偏析的方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术的能力限制，本专利技术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。本专利技术的技术方案是：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。本专利技术方法的原理为：本专利技术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。本专利技术具有如下优点及有益效果：1、本专利技术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、本专利技术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、本专利技术工艺设计合理，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，本专利技术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为本专利技术的控制大尺寸连铸坯中V偏析的原理示意图；图2为未采用本专利技术的φ600mmQ345E连铸坯的纵剖面低倍组织；图3为采用本专利技术的φ600mmQ345E连铸坯的纵剖面低倍组织；图4为采用本专利技术的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。具体实施方式本专利技术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，本专利技术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内装有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制大尺寸连铸坯中V偏析的方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种控制大尺寸连铸坯中V偏析的方法，其特征在于，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。2.按照权利要求1所述的控制大尺寸连铸坯中V偏析的方法，其特征在于，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％。3.按照权利要求1所述的控制大尺寸连铸坯中V偏析的方法，其特征在于，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。4.按照权利要求3所述的控制大尺寸连铸坯中V偏析的方法，其特征在于，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。5.按照权利要求3所述的控制大尺寸连铸坯中V偏析的方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓平，李殿中，曹艳飞，刘宏伟，栾义坤，傅排先，胡小强，康秀红，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21