連續鑄造方法與設備技術

本發明專利技術是一種對連續鑄造，特別是對鋼的連續鑄造，容易得到沒有中心偏析和中心空洞的優質鋼的可行的連續鑄造方法及其裝置。也就是說，根據連鑄機的種類（機種大小）、鋼種、鑄片的斷面形狀和尺寸以及鑄造速度、鑄造溫度、冷卻條件等作業條件，對從彎曲液面（熔融金屬上部表面位置）到最終凝固位置的整個領域的凝固狀況，特別是著眼于由固液共存相鑄造方向的凝固收縮發生的樹枝狀結晶間的液相流動所引起的液相壓力下降，計算出發生內部缺陷條件和發生位置，通過在其內部缺陷發生位置附近沿鑄造方向施加電磁體積力（洛倫茨力）來消除上述中心缺陷的方法。（*該技術在2016年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術關系到連續鑄造，特別適應于為得到沒有偏析和缺陷的優質鋼的連續鑄造方法和設備。
技術介紹
關于碳鋼、低合金鋼、特殊鋼等所謂鋼連續鑄造方法，采用彎曲型連鑄機已有20年，現在該技術已基本定型。同時對質量的要求每年越來越嚴，對成本降低的要求也不斷增加。運行初期常發生的拉漏等問題不說，作為質量重要問題來講，第一是中心偏析，第二是中心缺陷的殘留。中心偏析是壁厚中心最終凝固部的有周期性的V字狀偏析，常叫V偏析。中心缺陷也是在壁厚中心最終凝固部的樹枝狀結晶間所產生的微小氣孔。在本詳細說明書里，以后統稱為中心缺陷。以下對關系到產品質量的中心缺陷的影響因素作簡單說明。(1)厚板中心缺陷部出現氧氣凝集析出，在使用中由氧氣誘發起所謂龜裂的裂紋。此外，在進行焊接時，以中心缺陷為起點，產生焊接裂紋。(2)線型材拉線加工時，以缺陷為起點產生斷線。(3)薄板在鍛壓成型或者冷軋制時會產生帶狀缺陷。這是因為偏析硬的部分和軟的部分同時存在，由硬度斑痕所產生。這些在連鑄凝固過程中產生的缺陷會造成廢品。凝固過程中生成的偏析最終會殘留在產品中，不能在中途工序消除。一般來說，利用熱處理方法會把微少的偏析擴散或消除掉，但是要通過長時間的高溫處理，從經濟和技術上都存在問題。另外微小孔洞在熱軋制時即使得壓小，是否能完全消除要看空洞量。還要注意的是微小孔洞多數會伴隨著偏析。由此可見，中心部缺陷是關系到凝固現象的本質問題。通過積蓄經驗或者反復試驗來解決是困難的。中心部缺陷問題對扁坯、大型方坯、小型方坯等所有鋼種來說即使有程度上的差異，從連鑄初期就一直存在著問題。以下，對到現在為止的內部缺陷改善方法當中的重要技術進行說明。(1)防止拱起對于寬幅度的扁坯來講，支持輥間距的凝固層，也就是鑄片的固體部分由于溶鋼壓力拱起產生中心偏析。該偏析是由凝固層的變形引起固液共存體相的高溶質濃度液體的流動所產出，但詳細機理還沒有完全解明。為了盡量減少拱起，縮短支承輥的間隔或者采用把一根支持輥沿長度方向分段的方式。輥的不整齊引起樹枝狀結晶間液體流動也會產生偏析。但實際上，對拱起不成問題的大型方坯和小型方坯來講，也會產生中心偏析，所以即使解除機械的外紊亂也不能消除內部缺陷。(2)加強2次冷卻(請參照本說明書后面的文獻(1),(2))對最終凝固部附近(注入口附近)進行強冷，由熱應力的收縮作用進行壓縮，得到適當的固液共存體相凝固收縮來減少中心部空洞量。根據文獻(1),(2)，該方法能得到一定程度的改善效果。次外，在最終凝固部附近壓下凝固層，使中心部固液共存體相發生壓縮變形來控制樹枝狀結晶里的液體相流動，減少內部缺陷，是現在主流的方法。由壓下量不同分輕壓下法和強壓下法。(3)凝固末期的輕壓下法(文獻(3),(4))凝固收縮在凝固進行過程中連續發生，使固液共存體相發生壓縮變形，進行收縮量的適當補償來改善中心偏析，是本專利技術的方法。為了對連續發生的凝固收縮量盡可能嚴密相對應，有必要對壓下量作非線性設定。如參考文獻(3)里，用帶有圓形弧突起形狀壓下輥，作碳鋼大型方坯實機試驗來改善中心偏析。還有在文獻(4)里，對高碳鋼(C含量0.7～1mass％)，斷面300×500mm的大型方坯，提示所要壓下量設定曲線的理論的計算例。根據此理論計算，預定要0.2-0.5mm/m的壓下傾斜度。但是，用此方法進行機上操作的話，需要解決以下諸問題。①通常，壓下是在最終凝固部附近的數m范圍內進行，對上述文獻(4)的大型方坯來說，此范圍大約是0.3mm/m左右。也就是說以每次1m內0.3mm的傾斜度作凝固層的壓下。要用多段式輥壓下裝置等來作非常高精度的壓下量控制。②壓下量不足的話，不能達到所期待的效果，壓下量過大的話，會產生往上流方向的逆流，就成channel偏析(逆V偏析)的難題。③根據鋼種，斷面尺寸以及鑄造速度，冷卻條件等操作條件不同，所要壓下量和傾斜度不同。因此，對于適應少量品種產品的話，找到適應條件，需要大量勞力和費用作反復試驗。④輕壓下法有時會發生內部裂紋的新問題(文獻(5))。一定要考慮到防止發生裂紋的條件。由上所述，要發揮本方法的效果是不容易的。(4)連續鍛壓方法(參考文獻(7),(8))下面對強壓下法進行說明。此方法是在凝固末期，給以機械性的大壓下變形，讓固液共存體相里溶質濃度高的液體向上流方向擠出，來防止中心偏析(V偏析)。有大輥徑的壓下方法(文獻(6)和鑄模(Anvil)連續壓下的連續鍛壓法(文獻(7),(8))。兩者是屬同樣范疇的設想，在此只對后者作說明。如第42圖所示，鑄模向鑄造方向移動同時進行壓下，最終對凝固部附近壓扁。由此作周期性的反復，使固液共存體相里的溶質濃度高的液體向上流處的低固體相率領或擠出，來抑制中心偏析。此外由設定適當的鍛壓條件來消除內部裂紋。本方法通過改變鍛壓時的固體相率能把偏析Ke(=C/C0,C平均溶質濃度，C0含有溶質濃度)控制在Ke＜1。用本法來控制偏析，最重要的是解明鍛壓時的固溶相體的流動現象，著者只考慮關于溶質元素的保存法則，來求解由壓下擠出液體相時的偏析率Ke和固體相率的關系(文獻(7))，在他們的計算模型里對固液共存體相的液體流動沒有作陽處理，所以設法解明樹枝狀大小結晶里的濃化液體流動對偏析所產生的影響。即使能控制固溶里宏觀檢查領域里的平衡宏觀偏析，但對中等偏析以下的檢查領域(樹枝狀大小結晶)里偏析沒法獲得情報。中等偏析一定程度上會殘留下來。因此，對中等偏析殘留現象的解明是今后的課題，有必要弄清排出來的液體流動現象。由此可見，有可能在鍛壓時已形成V狀偏析，有必要提起，排出來液體流動會產生什么影響？是否會殘留中等偏析的問題。在這些文獻里，大型方坯作近似正方形的斷面形狀處理，或者固液共存體相的形狀作圓柱形處理，大概壓縮成同心圓柱形時，排出流動方式會比較單純。但對寬幅型材來講，能否是向上流方向單純流動方式還有疑問。不管怎樣說，采用機械方式讓固液共存體相發生大形變，預測濃化液體相的流動，評價其影響不是件容易的事。(5)電磁場攪拌(文獻(9),(10))有的方法是利用電磁場力來攪拌最終凝固位置附近的固液共存體相，分散中心偏析，具體來說使凝固層橫斷面內產生旋回流動等(文獻(9))。還有在2次冷卻帶(鑄型部以外的冷卻帶)內，或者在鑄型內進行電磁場攪拌，柱狀晶體變成等軸晶體(文獻(10))。后一種方法是比起柱狀晶來，等軸晶的中心偏析少作為前提，但其理論根據還不清楚。這些方法不是根本性的解決方法，不成為現在主流。(6)由上述(1)-(5)的組合方法對防止拱起方法，作為基本技術一直受到重視，以上述方法為基礎，有以下組合方法。比如在文獻(10)里，對0.08-0.18wt％碳鋼的扁坯，利用短輥間隔以及分割方式輥(防止拱起)，采取有斜度的校直法(鑄片的收縮(凝固收縮+由溫度下降的收縮))，把相對應反方向輥間隙沿下流方向逐漸變狹的技術，對2次冷卻帶進行強冷，實現2次冷卻帶內電磁場攪拌，比起什么也沒有進行話，中心偏析會得到改善。還有文獻(11)里，對等軸晶不發達的碳鋼的大型方坯以及圓形鑄坯，兼用低溫鑄造和電磁場攪拌，促進等軸晶的發展來減少中心空洞。還有在鑄型內進行電磁場攪拌來實現等軸晶化，適當調整凝固末期壓下量，能減少中心偏析及中心空洞。(7)在薄鑄坯連續鑄造的Ca本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種連續鑄造裝置，其特征是該裝置具備有沿鑄造方向施加電磁體積力（洛倫茨力）的電磁體積力施加手段。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：戎嘉男，關根和喜，
申請(專利權)人：株式會社英比壽，
類型：發明
國別省市：JP[日本]