连续铸造金属产品的冷却方法技术

本发明专利技术方法的特征是连续铸造过程中当产品芯部处于粥状固化阶段时对产品强制冷却，使得粥状芯和已完全固化的外壳间的热学收缩差引起外壳对芯的挤压作用。为此，在铸造机冶金长度的端部设有冷却产品的装置。本发明专利技术可减少甚至消除在冷却铸造产品过程中会导致轴向区域出现偏析区的内部裂缝的产生。本发明专利技术适用于连续铸造被认为难于连续铸造的钢（如含碳量０．２５—１．５％的固化期较长的Ｏ＆钢）。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，这种方法可以减少甚至消除产品芯部大的偏折区的存在。这种方法适用于被认为难于使用连续铸造技术的钢产品的连续铸造，例如具有较长凝固范围的钢，也就是说，含碳量大约在0.25-1.5%之间的钢。为了更好地理解下文，将把处于凝固过程中的产品表示成由三个同心体所组成，即，一个已凝固外壳组成的环，它包围着另一个处于粥状的环，该环又包着熔融金属的液相芯。粥状的意思是金属在液相和固相之间的温度时的状态，在这种状态下，液相金属和固相结晶以变化的比例共存。在取出产品的过程中，产品沿着铸造机前进，同时被冷却，凝固过程从外周向着中心进行。因此，液相芯和粥状环具有圆锥形轮廓，其顶点指向铸造机的底部。这些不同同心体的交界面分别构成凝固结束和开始的轮廓。凝固开始一段时间后，液相芯消失，只存在凝固的外壳和粥状芯。在以后的阶段中，粥状区域又会消失，产品便完全凝固。在铸造时产品的凝固和冷却一般是在连续铸造机的三个连续的区域进行的，也就是说在取出产品的过程中在产品前进的方向上进行的铸锭型，在铸锭型中液相金属开始接触型壁，型壁为热的良导体并由循环水强制冷却。在这个所谓的最初冷却区中，包围着产品的液相芯的固化外壳开始形成，而且产品占据了其最终的形状;所谓的第二冷却区，它起始于铸锭型之下并且其延伸的长度视具体情况而不同。在这个区域中，前进中的产品的固化外壳上喷以冷却液(一般是喷水或气/水混合物)，其作用是加速凝固的开始和结束轮廓向着产品的内部发展。但是，在停止喷水的地方，产品并未完全凝固，产品的芯部仍处于液相;在第二冷却区之后的铸造机部分，在此时已不再向前进中的产品喷水，而是自然冷却。在这个区域中，产品的芯部完全凝固。在铸锭型中以及从铸锭型中成型后对产品的强制冷却使产品的固化外壳迅速增厚。以便减少破裂的危险以及大大加速产品的取出速度，这直接关系到连续铸造机的生产率。而且，合金元素，如碳在铁中的溶解度当铁是固态时低于液态时。因而在粥状环中，在液体中碳的浓度有局部上的不同。如果在粥状环中存在富碳液体的运动，这就会反映在完全固化的产品中心存在所谓的偏析区，在偏析区中，碳(和/或其它合金元素)的浓度大大高于其它区域。其它合金元素也会发生与碳相似的现象，偏析区的地点可以通过一般称为“鲍曼硫印法”的试验来测出，这项试验可以确定硫在产品抛光截面上的分布。偏析区也可以用金相蚀刻法确定位置，偏析区对产品机械性能的同一性有不良影响。因此在产品中心较高的碳浓度会使轧制后产品这些区域的硬度高于其它区域。对于合金元素含量较高的钢来说，这种现象尤其显著，例如，含有0.5-1.5%碳的钢，这些钢一般被认为是固化范围较长的，例如轴承钢100C6。对沿产品纵轴取下的试样进行的“鲍曼硫印法”试验表明，偏析呈V型绕产品纵轴分布，而产生这种形式的机制尚未完全弄清。为了迫使偏析液体分布在较大区域上，曾采用在粥状凝固区对金属进行电磁搅动的方法试图解决上述问题。但是在采取这种方法时，并没有真正针对发生上述现象的起因，而且采用这种方法要使用至少一台搅动感应器，另外工作成本也很高。本专利技术的目的是提供减少甚至消除连续铸造产品芯部高偏析区的一种简单而经济的技术方案，这种技术方案是针对偏析区形成的真正起因的。这种方法可以与在粥状凝固结束的区域进行电磁搅动同时采用，或者将其取代。因此，本专利技术的主题是在连续铸造中冷却金属产品，具体来说是冷却铸钢产品的方法，其特征在于在产品处于粥状凝固阶段时对产品进行强制冷却，这种冷却进行时，粥状芯和包着粥状芯的已完全凝固的外壳之间的热学收缩差不断引起外壳对芯的挤压作用。进行这种冷却的区域至少在两个点之间延伸，第一点是如不进行这种冷却产品的粥状芯的冷却速度就要超过产品表面的冷却速度的点，第二点是粥状芯的热机械性质与固化的外壳的热机械性质是相同的点。下面将会讲到，事实上本专利技术在于在冷却过程中把固化外壳做伴随芯部收缩的“虎钳”。换言之，形成固化外壳的环的直径减小的速度一定要大于假如外壳根本不对芯施加作用的话，粥状芯直径减小的速度。通过的铸造机下部中产品表面的加速冷却，很简单地就可以用热学手段实施上述“虎钳”式作用，而通常在那个部位产品表面则是自然冷却的。如上所述，在铸造产品中心部分V形偏析形成的原因至今尚未弄清。但是，本专利技术提供的下述假说却是十分可能的。当通过第二冷却区时，产品的外壳快速冷却，而液相芯则仍有事实上不变的温度。随着产品进入自然冷却区，对外壳不再喷水，外壳的冷却变慢许多。另一方面，请注意第二冷却区的通常长度只有当产品的大部分已进入自然冷却区时，芯(此时芯处于粥状)的温度才倾向于实质性的下降。产品内部的粥状部分此时要比包着它的固化层冷却得更快，因而发生较大的收缩。因此产生的机械应力通过在以前是粥状的中心块内形成裂缝而释放，由于吸力的作用，高偏析的液体会透入这些裂缝。因此，在完全凝固的产品中，这些裂缝的位置发生在合金元素浓度高的地方从而导致了上述缺陷。对于合金元素如碳含量较高的钢(如100C6)来说，固化起始和结束的温度相差较大，因此，比起低合金钢来说，粥状凝固发生在更广的区域上。再加之在液相和固相之间合金元素的偏析有较大的敏感性，这就说明了为什么此时这种合金钢在连续铸造产品的轴向区域中会产生偏析区。在某些极端的情况下，由于这些缺陷，使产品质量不合要求，不得不放弃连续铸造的生产方法。以上阐述了本专利技术是如何使用固化外壳的热学收缩来克服产品因中心高偏析区而产生内部裂缝的，现参照以下附图详述本专利技术，从而清楚了解本专利技术的其它特点和优点附图说明图1是生产成品铸钢件的普通的弯曲连续铸造装置的示意图;图2是按照本专利技术改进的图1所示装置，在产品固化端区域中增设了一冷却滑台;图3表明在进入铸造机下部时，产品表面冷却速度及产品芯部冷却速度变化的情况，图中给出了在产品固化端区域中设置或不设置冷却装置的两种情况。图1是普通连续铸造装置的纵截面图，图中具体表示出产品处于凝固的过程中。铁水包(未画出)把液态钢送入桶2。液态钢1然后流入一个或多个铸锭型3中，型壁是铜或铜合金制成的且由水强制冷却。在每个铸锭型即最初冷却区 中，产品4开始在其外周凝固，该产品将以这种方式占据其最终的形状。图1所示的铸锭型与其产品形状一样是弯曲的。在工业实践中也有用直的铸锭型生产直的产品的情况。在第二冷却区 中，在一定的长度上向产品4喷水，这个长度按照喷水器5的滑台的情况而各个铸造机各不相同，第二冷却区紧靠铸锭型之下开始。喷水器向产品整个外周喷以冷却液，冷却液可普通地喷水或喷雾化的水。接着的是自然冷却区 ，在图示的普通连续铸造装置中自然冷却区 不设有冷却产品的装置。在连续铸造装置的下部是使产品整直的装置(未画出)，以及把产品切割成一定长度的装置(未画出)。在图1中，相应于材料的物理状态，正在铸造的产品中可看出若干同心的区域。在连续铸造装置上部(例如在区域 )的产品截面中可以看到三个连续的区域。在芯部(区域6)金属完全处于液态;这个区域的截面积随着产品的凝固而减小，在液穴7的闭合点之后就没有单一的液态金属了。环绕液相芯部区域6，处于凝固过程中的粥状区域8含有液相和固相金属，随着温度下降，固相金属的比例增加。环绕绕粥状区域，外壳9只包含固相金属。在完成固化的熔池的闭合点10之外，外壳9在本文档来自技高网...

【技术保护点】
在连续铸造中冷却金属产品，特别是钢产品的方法，颇特征在于：当产品的芯部处于粥状固化阶段时对产品进行强制冷却，这种冷却使得粥状芯和包围它的已完全固化的外壳之间热学收缩差不断引起外壳对芯的挤压作用。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：鲍勃提拉曼纽尔，马提诺米歇尔，朱莉威特吉恩马斯，
申请(专利权)人：法国冶金研究所，
类型：发明
国别省市：FR[法国]