一种提高连铸坯质量的方法及震动支撑辊装置.pdf

本发明属于金属连续铸造领域，特别涉及提高连铸坯质量的方法及震动支撑辊装置。该方法通过紧贴在连铸坯壳外壁的震动支撑辊在保持与连铸坯表面同步转动的同时，在震动源的驱动下做垂直于铸坯厚度方向或平行于拉坯方向的震动，并通过接触将这种震动传输给带液芯的凝固壳。上述方法所用的震动支撑辊装置由紧贴在连铸坯外壁的震动支撑辊、与其相连接的震动传输管线以及震动发生源组成。本发明与现有技术相比具有通过结构简单、易控制的震动支撑辊装置来提高连铸坯中心等轴晶率以达到明显改善连铸坯中心缩孔和疏松、减少偏析且有效避免了采用凝固末端轻压下所造成的轧制裂纹产生，从而改善连铸坯质量的优点。

1、  一种提高连铸坯质量的方法，其特征在于通过紧贴在连铸坯外壁的震动支撑辊(1)在保持与连铸坯凝固壳(4)表面同步转动的同时，在震动发生源(3)的驱动下做垂直于铸坯厚度方向或平行于拉坯方向的震动，并通过接触将这种震动传输给带液芯(5)的凝固壳(4)，其中震动支撑辊(1)的振幅为0.01-1.0mm，振频为10-1000赫兹。

2、  根据权利要求1所述的提高连铸坯质量的方法所用的震动支撑辊装置，其特征在于它由紧贴在连铸坯外壁的震动支撑辊(1)、与其相连接的震动传输管线(2)以及震动发生源(3)组成。

3、  根据权利要求2所述的震动支撑辊装置，其特征在于将震动支撑辊(1)直接放置在结晶器(7)的末端、连铸机二冷区的中部或接近连铸坯凝固的末端中的任意一个部位。

4、  根据权利要求3所述的震动支撑辊装置，其特征在于将震动支撑辊(1)放置在上述三个部位中任意两个部位或同时放置。

5、  根据权利要求2、3或4所述的震动支撑辊装置，其特征在于在铸坯外壁放置1组或2组震动支撑辊(1)。

6、  根据权利要求2、3或4所述的震动支撑辊装置，其特征在于震动支撑辊(1)为足辊(8)或扇形段支撑辊(9)。

7、  根据权利要求2、3或4述的震动支撑辊装置，其特征在于震动支撑格栅板(10)代替震动支撑辊(1)。

8、  根据权利要求2、3或4所述的震动支撑辊装置，其特征在于震动支撑辊(1)与电磁搅拌器(11)联合使用。

9、  根据权利要求2所述的震动支撑辊装置，其特征在于适用于有色金属的连续铸造。

一种提高连铸坯质量的方法及震动支撑辊装置
技术领域
本发明属于金属连续铸造领域，特别涉及提高连铸坯质量的方法及震动支撑辊装置。
背景技术
在现有钢的连铸生产技术中，由于选分结晶所造成的连铸坯中心质量降低，尤其是高合金钢、高碳钢连铸坯所产生的中心偏析、中心缩孔、中心疏松等问题是影响后部轧材质量的核心问题。为了解决上述问题，长期以来在该技术方面开发了许多专利和技术，这些专利和技术主要分为两类：一是电磁搅拌技术；二是凝固末端轻压下或铸轧技术。中国专利专利号ZL99250649.2和ZL 01106053.0都是连铸结晶器电磁搅拌器的典型使用方法，它们的特征都是在连铸结晶器的外侧放置电磁感应线圈或搅拌器，当电磁感应线圈或搅拌器通入一定频率的交变电流时，就会产生电磁场，该磁场穿透结晶器铜板和金属凝固壳并在液态金属中产生感生电流，液态金属相当于一载流体，该载流体又受磁场作用，便在载流体中产生电磁力，从而使液态金属产生强迫对流，流动的液态金属将冲刷凝固壳的前沿，并折断和破碎树枝晶，这些折断和破碎树枝晶将成为以后等轴晶生长的核心，从而达到了电磁搅拌器提高铸坯等轴晶率的目的。
电磁搅拌器的应用是提高铸坯内部质量的有效方法。但其在使用中也存在一定的缺点，一是电磁搅拌容易使铸坯产生“白亮带”或负偏析带，影响了铸坯性能的均匀性；二是电磁搅拌器穿透金属壳后的能量损失大，而且随着连铸坯坯壳的变厚，电磁场穿透金属壳所损失的能量也越大，效果降低。
为了有效改善铸坯中心的偏析、疏松和缩孔等缺陷，中国专利专利号CN1393308A提供了一种连铸轻压下的方法及装置，其特点是用2个以上的实施轻压下的压辊在铸坯凝固末端实施一个小的压下量，以消除凝固过程末期形成的中心疏松和偏析。达到提高连铸坯质量的目的。该技术在实施过程中存在两个问题：一是在连铸坯凝固末端需要增加庞大的轻压下装置；二是小的轻压下量对消除凝固末期形成的中心疏松和偏析作用不大，而较大的轻压下量对一些裂纹敏感性较强的钢种又会造成铸坯凝固前沿裂纹的产生，不易控制。
发明内容
本发明的目的在于提供通过结构简单、易控制的震动支撑辊装置来提高连铸坯中心等轴晶率以达到明显改善连铸坯中心缩孔和疏松、减少偏析且有效避免了凝固末端轻压下所造成的轧制裂纹产生，从而提高连铸坯质量的方法。
根据上述目的，本发明的具体解决方案为：该方法通过紧贴在连铸坯外壁的震动支撑辊在保持与连铸坯凝固壳表面同步转动的同时，在震动发生源的驱动下做垂直于铸坯厚度方向或平行于拉坯方向的震动，并通过接触将这种震动传输给带液芯的凝固壳，其中震动支撑辊的振幅为0.01-1.0mm，振频为10-1000赫兹。
上述方法所用的震动支撑辊装置由紧贴在连铸坯外壁的震动支撑辊、与其相连接的震动传输管线以及震动发生源组成。
根据所连铸的钢种特性不同，将震动支撑辊直接放置在结晶器末端、连铸机二冷区的中部或放置在接近连铸坯凝固的末端中的任意一个部位。还可放置在上述三个部位中任意两个部位或同时放置。
本发明另外解决方案为：在方坯连铸过程中在铸坯外壁放置2组震动支撑辊。或在板坯连铸过程中可以在铸坯外壁放置1组或2组震动支撑辊。
直接利用铸机支撑辊列中原有的足辊或扇形段支撑辊代替震动支撑辊。即将震动直接传输给铸机原有的一组或多组支撑辊。
采用震动支撑格栅板代替震动支撑辊。
采用震动支撑辊与电磁搅拌器联合使用，以增强枝晶破碎能力。
根据所连铸的钢种特性不同和使用位置的不同，震动支撑辊的振幅为0.01-1.0mm，振频为10-1000赫兹。因为本装置在使用过程中，可根据钢种特性的不同以及凝固壳厚度的不同(即连铸机的不同位置)，使用的不同参数。如在结晶器末端，由于铸坯初生凝固壳较薄且温度很高，凝固壳不能承受较高的外力，因此在振动参数的选择上可选用小振幅、小振频参数，振幅可选用0.01-0.5mm、振频可选用10-200赫兹。当本装置放置在连铸机的二冷区或凝固末端时，由于凝固壳厚度增加，凝固壳抵抗外力的能力增强，加上震动需要穿透凝固壳的能量增加，因此，在振动参数的选择上可选用大振幅、大振频参数，振幅可选用0.1-1.0mm、振频可选用30-1000赫兹。另外，由于高碳钢、高合金钢凝固过程中树枝晶生长比较发达，因此可选用小振频、大振幅；而低碳钢、低合金钢由于凝固过程中树枝晶生长比较不发达，因此可选用大振频、小振幅。
另外，震动支撑辊装置适用于有色金属的连续铸造。
本发明与现有技术相比具有通过结构简单、易控制的震动支撑辊装置来提高连铸坯中心等轴晶率以达到明显改善连铸坯中心缩孔和疏松、减少偏析且有效避免了凝固末端轻压下所造成的轧制裂纹产生，从而提高连铸坯质量的优点。具体为凝固壳凝固前沿生长的树枝晶在震动地作用下将被折断和破碎，这不仅有效的抑制了凝固壳以树枝晶方式的生长，而且被折断和破碎的树枝晶也将成为连铸坯中心等轴晶生长的核心。以此达到提高连铸坯中心等轴晶率、减少铸坯偏析的目的。当震动支撑辊装置放置在结晶器末端和二冷区时，其依靠折断和破碎枝晶来提高等轴晶形核的核心来提高等轴晶率。而当震动支撑辊装置放置在凝固末端时，其不仅能够起到折断和破碎枝晶的作用，同时由于震动使没有完全凝固的液相被强制流动起来，因此对末端凝固所形成的缩孔和疏松将起到有效的填充作用。相比较而言，震动支撑辊装置的采用可以克服电磁搅拌使用不当所造成的凝固过程负偏析的产生，以达到提高等轴晶率的目的；同时可改善铸坯中心缩孔和疏松，且有效避免了凝固末端轻压下所造成的轧制裂纹的产生。
附图说明。
附图1是本发明震动支撑辊装置的结构示意图。
附图2是本发明震动破碎和折断树枝晶的剖面示意图。
附图3是本发明支撑辊放置在结晶器末端的剖面示意图。
附图4是震动支撑辊放置在二冷区中部的剖面示意图。
附图5是本发明震动支撑辊放置在凝固末端的剖面示意图。
附图6是本发明2组震动支撑辊放置在结晶器末端和凝固末端组合使用时的剖面示意图。
附图7是本发明用足辊或扇形段支撑辊代替震动支撑辊时的剖面示意图。
附图8是本发明用震动格栅板代替震动支撑辊时的剖面示意图。
附图9是本发明震动支撑辊与电磁搅拌器组合使用时的剖面示意图。
上述附图中，1是震动支撑辊，2是震动传输管线，3是震动发生源，4是铸坯凝固壳，5是铸坯液芯，6是凝固前沿生长的树枝晶，7是水冷结晶器，8是足辊，9是二冷扇形支撑段，10是震动格栅板，11是电磁搅拌器。
具体实施方式
图1中，震动支撑辊装置由紧贴在连铸坯四壁的震动支撑辊1，并与其相连接的震动传输管线2以及震动发生源3组成。
图2中，通过紧贴在连铸坯四壁的震动支撑辊1在保持与连铸坯凝固壳4表面同步转动的同时，在震动发生源3的驱动下做垂直于铸坯厚度方向或平行于拉坯方向的高频小振幅震动，并通过接触将这种震动传输给带液芯5的凝固壳4。凝固壳凝固前沿生长的树枝晶6在这种震动的作用下将被折断和破碎。震动支撑辊1的振幅为0.2mm，振频为50赫兹。震动电源3的驱动系统是气动驱动。
图3是本发明1组支撑辊1放置在结晶器末端，钢种为80号钢，震动支撑辊1的振幅为0.2mm，振频为50赫兹。震动电源3的驱动系统是气动驱动。
图4是震动1组支撑辊1放置在二冷区内，钢种为60Si₂Mn，震动支撑辊1的振幅为0.3mm，振频为200赫兹。震动电源3的驱动系统是液压驱动。
图5是本发明1组震动支撑辊放置1在凝固末端，钢种为GCr15，震动支撑辊1的振幅为0.4mm，振频为100赫兹。震动电源3的驱动系统是电机驱动。
图6是本发明2组震动支撑辊1放置在结晶器末端和凝固末端组合使用，钢种为GCr15，震动支撑辊1的振幅为0.2mm，振频为100赫兹。震动电源3的动驱动系统是气动驱动。
图7中，直接利用铸机支撑辊列中原有的足辊8或扇形段支撑辊9代替震动支撑辊1。即将震动直接传输给铸机原有的一组或多组支撑辊。钢种为45号钢，震动支撑辊1的振幅为0.2mm，振频为100赫兹。震动电源3的驱动系统是液压驱动。
图8中，采用1组震动支撑格栅板10代替1组震动支撑辊1。钢种为16Mn，震动支撑辊1的振幅为0.2mm，振频为50赫兹。震动电源3的驱动系统是气动驱动。
图9中，采用1组震动支撑辊1与1组电磁搅拌器11联合使用以增强枝晶破碎能力。钢种为60Si₂Mn，震动支撑辊1的振幅为0.2mm，振频为50赫兹。震动电源3的驱动系统是气动驱动。