[发明专利]一种提高厚大断面铸坯自补缩能力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属模铸宽厚板坯、厚大断面连铸圆坯、方坯与矩形坯等铸坯制造领域，具体地说是一种提高厚大断面铸坯自补缩能力，改善并消除铸坯内部缩孔疏松与表面裂纹的方法。

背景技术

宽厚板被广泛应用于我国经济建设中。在大型舰船、远洋平台、水电机组、火电机组、压力容器、模具制造以及长途管线上，都大量使用宽厚板。我国近期新建数十条宽厚板轧钢生产线，包括鞍钢5000mm、5500mm轧机，宝钢5000mm轧机等，新增产能2000多万吨。因此，用于轧制宽厚板的厚大断面宽厚板坯需求量巨大。目前，连铸板坯最大厚度均小于400mm，采用连铸板坯轧制厚度为200mm的宽厚板，由于压下比小，很难保证芯部性能。而采用模铸方法或电渣重溶方法生产宽厚板坯，其生产效率低，成材率低，成本高。因此，迫切需要开发厚度大于600mm的低成本、高效率宽厚板坯制造技术。水冷模宽厚板坯制造是一项快捷技术，但采用水冷模方法生产宽厚板坯时，由于水冷强度较大，容易造成宽厚板坯中心与表面温差大，凝固过程中热应力大，板坯表面和芯部产生裂纹。

大断面连铸圆坯用于取代一般模铸钢锭，其生产效率高，材料利用率高，表现出良好的发展势头。大断面连铸圆坯可用于生产核电筒类件，风电环类件以及汽车、轮船、机械用关键轴类零件，厚大断面圆坯的目标产品年产量超过3000万吨。近年来，采用连铸技术生产厚大断面圆坯越来越受到重视。该技术是将金属液连续浇注到水冷结晶器中，钢水在水冷结晶器中凝固，并通过引锭装置不断将凝固部分由下端拉出，实现铸坯的连续铸造。采用该工艺生产铸坯，其高径比大，难以实现铸坯的轴线补缩，容易造成钢锭中心缩孔与疏松；且由于钢锭外表面多采用强制冷却工艺，造成外表面温度过低，产生裂纹。这些缺陷限制了连铸圆坯向更大断面尺寸(≥Φ800mm)的发展。

厚度为400mm以上的厚大断面连铸方坯和矩形坯同样存在内部缩孔疏松与表面裂纹等宏观缺陷。

一般而言，解决铸坯内部缩孔疏松缺陷，多采用增加冒口尺寸、或采用保温(发热)冒口，实现铸坯沿重力方向的顺序凝固。然而，厚大断面连铸坯的冒口比例非常小，且高径比大于4，无法实现铸坯的轴向重力补缩。

综上所述，厚大断面铸坯内部缩孔疏松、表面裂纹是限制铸坯向更大断面尺寸发展的技术瓶颈。因此，提高厚大断面铸坯凝固过程中的补缩能力，解决厚大断面铸坯内部缩孔疏松与表面裂纹缺陷至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过提高厚大断面铸坯自补缩能力，改善厚大断面模铸宽厚板坯、连铸圆坯和矩形坯中心缩孔疏松和表面裂纹的方法，解决现有技术中铸坯中心质量差，表面产生裂纹，废品率高的问题。从而，有利于开发直径大于500mm的圆坯，厚度大于400mm的方坯或矩形坯制造技术。

基于此目的，本发明的技术方案是：

一种提高厚大断面铸坯自补缩能力的方法，在金属液浇注后，立即通过模具水冷、直接喷水、喷雾或吹风等方式对铸坯外表面进行强制冷却，使铸坯外表面快速凝固结壳；待铸坯外表面温度降低到800～1000℃，凝固层厚度达到铸坯断面厚度或直径的5-30％时，停止对外表面强制冷却。

所述的提高厚大断面铸坯自补缩能力的方法，凝固层厚度达到50-300mm时，停止对外铸坯外表面强制冷却。

所述的提高厚大断面铸坯自补缩能力的方法，控制铸坯外表面冷却条件，使铸坯外表面的温度维持在固相线以下200～400℃之间，铸坯外表面凝固层处于低变形抗力的塑性变形区。

所述的提高厚大断面铸坯自补缩能力的方法，铸坯外表面停止强制冷却后，继而采用保温材料或保温罩对铸坯外表面进行保温，降低铸坯外表面与外界的换热强度，利用铸坯芯部返热使铸坯外表面温度升高，减小铸坯径向温度梯度，使铸坯芯部同时进入糊状区，使铸坯芯部同时凝固。

所述的提高厚大断面铸坯自补缩能力的方法，芯部金属液同时凝固时，凝固收缩产生径向拉应力，拉应力作用于外表面高温凝固层，使已凝固金属发生塑性变形，由外表面向铸坯中心发生塑性移动，实现铸坯径向自补缩。

所述的提高厚大断面铸坯自补缩能力的方法，铸坯芯部同时凝固，并实现径向自补缩后，铸坯表面与芯部仍处于高温状态；此时进行高温脱坯，铸坯脱模温度大于800℃。

所述的提高厚大断面铸坯自补缩能力的方法，铸坯脱模温度优选为850-1200℃。

所述的提高厚大断面铸坯自补缩能力的方法，该方法适用于厚度大于400mm的连铸方坯或矩形坯，直径大于500mm的连铸圆坯以及厚度大于600mm的模铸宽厚板坯。

本发明的有益效果是：