[发明专利]连铸方法和设备

说明书

本发明涉及一种连铸方法和设备，尤其是指一种将熔融金属连续地供入冷却的圆柱形铸模、在铸模内熔融金属在其表面以下固化而形成铸坯、随后将形成的铸坯从铸模中抽出的连铸方法和设备。

本发明的方法和设备适用于连铸碳钢、不锈钢和其他金属的坯料和其他形状的型材。

水平连铸是一种已知的工艺，这种工艺使连续供入低于熔化金属表面的冷却圆柱形铸模内的熔融金属固化。在水平连铸中，一设置在铸模进口处的对金属固化的开始起稳定作用的断开环有一圆周台阶伸入内径大于台阶直径的铸模内。为保持断开环与铸模紧密接触，例如，可将它们的配合表面制成圆锥形的并相互压配在一起。

铸模内熔融金属的固化是从靠近断开环的前端圆周处开始(处于金属流的下游)，固化了的壳连续生长同时被通过铸模的出口间歇地抽出。

用上述方法，铸造的铸坯其表面下往往形成气泡，这有几个原因。例如，即使如上所述将断开环与铸模压配在一起，由于热膨胀或其他原因会产生间隙。由于在固化起始的断开环处的熔融金属的铁水静压力高于大气压，因此空气不会靠近使金属在熔融金属表面以下开始固化的断开环。但是当固化形成的壳被从断开环的前端抽出和分离掉时，虽然只是很短时间，一个几乎是抽空的间隙就在断开环的前端和固化壳的后端(面对断开环的前端)之间形成。于是空气从断开环外面通过，经过断开环和铸模的配合表面之间的通路进入上述间隙，进而进入熔融金属而形成气泡。有时，从铸模的出口端进入的空气经过断开环和铸模之间的通路进入上述间隙，再进入熔融金属而形成气泡。

气泡在铸坯表面下2至3毫米处形成。在随后轧制时，铸坯内的气泡会形成多种表面缺陷，诸如缝隙和纵向裂纹。这些缺陷对于不锈钢和其他必须严格符合表面质量要求的其他产品尤其严重。所以，必须通过烧剥或其他表面处理方法去除气泡，但是这就提高了生产成本且降低了产量。

1989年申请号为No.38136的日本实用新型专利中揭示了一种安装断开环以阻止空气渗入的技术。该技术是用一由耐热材料制成的密封圈密封断开环和熔融金属冷却段(一铸模)的连接处。但密封圈在受热时会很快损坏，例如从铸模来的热量超过它能承受的温度。损坏的密封圈失去其密封作用，结果空气还是渗入铸模，并在固化壳内形成气泡。

美国专利No.4,817,701揭示了一种用不与熔融金属起反应的惰性气体密封熔融金属供入喷嘴和铸模进口的连铸技术。该技术的目的是彻底阻止大气的渗入，从而防止其氧化熔融金属的表面。但这一技术也不能排除在铸坯中形成气泡的危险。

通过分析所形成的气泡中的气体以确定气泡形成的原因，本发明人发现气泡中的气体主要是由氩气组成，且气泡周围的金属的含氮量比别处高。从这一发现可以推定，空气中的氮气可溶解在熔化金属中，而不溶于熔融金属的氩气就形成了气泡。为证实这一推断，作了一个连铸试验，作法是将惰性氩气供入围绕着断开环外周的一屏蔽装置中，如同上述美国专利的技术一样。在该试验中，铸坯表面以下区域内形成的气泡要比普通的无氩连铸多。当用溶解于熔化金属的氮气代替不溶的氩气供入时，则没有气泡形成。本发明就是基于上述发现。

1986年，日本专利公开号71157揭示了一种水平连铸技术，它采用一圆柱形铸模，用氮气供入铸模中的一角落构件，该角落构件包括一从圆柱形铸模的内表面向内突出、且位于圆柱形铸模轴线以下的耐热板。该技术通过移动熔融金属和铸模下部内表面接触的下游点而均匀冷却固化壳的整个表面。氮气只引入到角落构件的下部。然而，这种技术也不能阻止空气通过断开环和铸模内表面接合处的整个圆周渗入铸模。

本发明的目的是提供一种连铸质量改进的铸坯的方法和设备，通过避免将熔融金属暴露于大气而阻止氩气或其他不溶于熔融金属的气体渗入和铸坯内气泡的形成。

本发明的方法和装置是通过向空气可能渗入铸模处供入溶于熔化金属的密封气体来避免熔融金属暴露于大气。密封气体溶于熔化金属中就不会在铸坯内形成气泡。这就消除了从铸坯内去除气泡的必要，从而可以确保以低成本进行表面无缺陷的高质量轧制产品的生产。