專利名稱:微晶澆鑄法及其裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種把冶煉合格的液態(tài)鋼(或其它金屬、合金)進(jìn)行快速凝固澆鑄的方法和裝置。
在現(xiàn)今的冶煉廠內(nèi)，對(duì)爐前冶煉所提供的大量合格液態(tài)鋼(或其它金屬、合金)必須澆注成錠(坯)，其工藝方法和裝置有錠模澆注和連續(xù)澆注二種形式。然而存在如下幾個(gè)問題1.模鑄設(shè)備周圍時(shí)間過長(zhǎng)，廠房設(shè)備占用量大，消耗高，而連鑄鋼坯厚度及斷面小，多流澆注操作困難。因此不能很好地與大型轉(zhuǎn)爐配合進(jìn)行高效率，多品種的生產(chǎn)。
2.連鑄坯與模鑄錠的質(zhì)量比較，沒有多大的差別，但增大鋼坯的斷面后，鋼的內(nèi)部不均勻性缺陷趨向嚴(yán)重。同時(shí)凝固速度慢，質(zhì)量差，產(chǎn)量低消耗高。
多年來，人們研究凝固理論，尋求優(yōu)質(zhì)快速澆注的途徑，都不能突破傳統(tǒng)成形的筒管式鑄模和結(jié)晶器，不能把裝置設(shè)備的研究和實(shí)現(xiàn)工藝要求的目的巧妙地結(jié)合起來。如旋轉(zhuǎn)連續(xù)鑄造的方法裝置(日本專利58-168458)，能獲得表面非常光滑的鑄坯，但是不能提供和維持坯殼凝固相同的穩(wěn)定的熱學(xué)條件。再如電磁攪拌的方法和裝置，(日本專利58-215252)雖然是一種有效的動(dòng)態(tài)晶粒細(xì)化技術(shù)，但它同樣也沒有提供動(dòng)態(tài)形核的充分的熱力學(xué)條件。
本發(fā)明的目的在于對(duì)液態(tài)鋼(或其它金屬，合金)實(shí)現(xiàn)快速凝固的同時(shí)對(duì)此過程進(jìn)行有效的控制，形成和維持某值的凝固界面溫度<tF>，使鋼的鑄態(tài)組織均為等軸結(jié)構(gòu)，從而獲得成分均勻，組織結(jié)構(gòu)致密，無宏觀偏析，各向同性的鋼錠(坯)。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)途徑參照附圖1敘述如下圖中裝置是由過渡段1，定形段2和夾持段3所組成。
1.形成一定值的過冷凝固界面。
當(dāng)將合格的鋼水注入用水冷卻的有澆注渣的擴(kuò)散形多段結(jié)晶器中，在擴(kuò)散形過渡段1內(nèi)的澆注渣已被熔化，鋼水的過熱也很快消失。此時(shí)，澆注渣的外側(cè)受用水冷卻的器壁急劇冷卻，內(nèi)側(cè)又受鋼水凝固的放熱而被加熱，在鋼水凝固的固相形成后，再繼續(xù)凝固，給予澆注渣的熱量小于器壁急劇冷卻導(dǎo)出的熱量時(shí)，澆注渣將從外側(cè)開始由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，這樣，鋼水凝固放熱就無法導(dǎo)出，過冷凝固過程即行消失，其工藝特征就是控制凝固界面的溫度過冷極限，保證已凝固的固相在繼續(xù)凝固時(shí)能很好地凝接。
工藝參數(shù)是(1)過冷凝固界面的溫度(tF)為tβ≥tS- (qH)/(CSP)式中tS-固相線溫度(℃)qH-結(jié)晶潛熱(J/Kg)CSP-比熱(J/Kg·K)(2)澆注渣的熔點(diǎn)(tW)為tP≤tW＜tS注此為澆注渣的主要特征。
2.過冷凝固界面的動(dòng)態(tài)化。
如上所述，在一定值的過冷凝固界面上，若形成固相后，過冷凝固過程即將消失，因此，只有使過冷凝固界面上已經(jīng)形核結(jié)晶的固相及時(shí)地脫離(即動(dòng)態(tài)化目的)，鋼水相繼填充和凝結(jié)，過冷凝固界面才能維持和有效。
如何實(shí)現(xiàn)過冷凝固界面的動(dòng)態(tài)化，在本發(fā)明中提出擴(kuò)散形多段結(jié)晶器的過渡段1，就是力行它的順錐度內(nèi)襯與出坯方向作往復(fù)周期性的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)飽和的液態(tài)鋼在器壁內(nèi)襯急劇冷卻凝固時(shí)，析出大量氣體，瞬時(shí)形核結(jié)晶的固相體積收縮和液相對(duì)流，造成界面的一種沸騰現(xiàn)象，即謂動(dòng)態(tài)凝固界面，其效果是低熔液相和氣相上浮，固相游離下降，在液相中成為游離(自由)晶粒。
3.鑄坯斷面成型過程。
擴(kuò)散形多段結(jié)晶器的中段為定形段2，它是依據(jù)鑄坯坯型斷面尺寸的要求設(shè)計(jì)的，并有很小的倒錐度。在澆注過程中，繼過渡段1后在該段內(nèi)鋼液含有游離晶固相的重量百分比(即游離晶率η)大于1.5%時(shí)，在較小的溫差梯度下，就會(huì)出現(xiàn)體積結(jié)晶，從而獲得質(zhì)量好的鋼錠(坯)。
4.夾持段3的作用在于防止高溫坯殼兩側(cè)受力變形而導(dǎo)致內(nèi)部的裂紋缺陷，亦有連鑄出坯導(dǎo)向的作用。
5.澆注渣的選擇。
如上所述，澆注渣是凝固過程傳熱、控制凝固界面的溫度過冷極限和實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化的極其重要的物質(zhì)條件。同時(shí)在工藝過程中，對(duì)結(jié)晶器的內(nèi)襯又起著潤(rùn)滑作用。澆注渣的主要成分是硅酸二鈉(Na2Sio3)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于把工藝方法與裝置設(shè)計(jì)結(jié)合起來，解決了液態(tài)鋼(或其它金屬、合金)高速優(yōu)質(zhì)澆注成錠(坯)的生產(chǎn)途徑，而且裝置維護(hù)簡(jiǎn)單，投資省，漏鋼事故少，生產(chǎn)安全，消耗低，效益高。
本發(fā)明的實(shí)施方法結(jié)合附圖2加以說明。
按照所敘的工藝方法，只需將擴(kuò)散形多段結(jié)晶器與原有的總體設(shè)備相接，即依據(jù)原結(jié)晶器安裝尺寸設(shè)計(jì)來進(jìn)行小方坯連鑄機(jī)的改造。如附圖Ⅱ所示，擴(kuò)散形多段結(jié)晶器的過渡段1，通過通氣法蘭4與原設(shè)備相接。
在送引錠桿操作時(shí)，當(dāng)引錠頭進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)150毫米時(shí)，堵塞好縫隙，加入“U”形鋼筋和少量鋁錠，再加入3～5公斤澆注渣(澆注渣在整個(gè)澆注過程中要隨時(shí)補(bǔ)充加入)。因本發(fā)明對(duì)結(jié)晶器潤(rùn)滑的油路不再使用，改為吹氬管路，在澆注采用真空處理的鋼種時(shí)，進(jìn)行吹氬攪拌，使過渡段1內(nèi)的凝固界面形成沸騰。
權(quán)利要求
1.一種把液態(tài)鋼(或其它金屬、合金)快速凝固成錠(坯)的方法。其特征是將液態(tài)鋼注入用水冷卻的有澆注渣的結(jié)晶器內(nèi)，在內(nèi)外力作用下形成大量的微晶時(shí)進(jìn)行快速凝固，由此提高澆注速度和質(zhì)量。是一種微晶澆注方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征是凝固界面溫度<tF>大于或等于凝固固相線溫度<tS>與結(jié)晶潛熱<qH>和凝固固相比熱<CSP>比值之差值，即tβ≥tS- (qH)/(CSP) 。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征是澆注渣的熔點(diǎn)<tW>大于或等于凝固界面溫度<tF>小于凝固的固相線溫度<tS>，即tS≤tW＜tS。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征是在動(dòng)態(tài)界面上形成大量的微晶游離于尚未凝固的液相中。當(dāng)液態(tài)鋼(或其它金屬、合金)內(nèi)形成的游離(自由)晶率<η>大于1.5%時(shí)，獲得成分均勻，結(jié)構(gòu)致密，無宏觀偏析，各向同性的鋼錠(坯)。
5.一種把液態(tài)鋼(或其它金屬、合金)快速凝固成錠(坯)的裝置。其特征是由擴(kuò)散形的過渡段和依據(jù)鑄坯坯型尺要求的定形段以及為防止鑄坯變形漏鋼的挾持段所組成的結(jié)晶器。稱為擴(kuò)散形多段結(jié)晶器。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的裝置，其特征是有擴(kuò)散形過渡段。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的裝置，其特征是擴(kuò)散形過渡段的內(nèi)襯形狀為順錐度。
8.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的裝置，其特征是結(jié)晶器的中段為定形段。
9.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的裝置，其特征是結(jié)晶器的末端為一挾持段。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種把液態(tài)鋼(或其它金屬合金)快速凝固成錠(坯)的方法和裝置。其特征是將液態(tài)鋼(或其它金屬、合金)注入用水冷卻的有澆注渣的擴(kuò)散形多段結(jié)晶器內(nèi)，在內(nèi)、外力作用下形成大量的微晶時(shí)進(jìn)行快速凝固，由此提高鋼的澆注速度和質(zhì)量，是一種微晶澆注的方法。其多段結(jié)晶器是由過渡段，定型段和夾持段所組成，它具有凝固速度快，漏鋼事故少，操作靈活，安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，能夠生產(chǎn)各種斷面尺寸，成分均勻，結(jié)構(gòu)致密，各向同性的鋼錠(坯)。
文檔編號(hào)B22D11/04GK86107702SQ86107702
公開日1988年5月18日 申請(qǐng)日期1986年11月8日
發(fā)明者吳華立 申請(qǐng)人:馬鞍山鋼鐵公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan