技术领域
[0001] 本
发明涉及金属
凝固和连续
铸造领域，特别涉及一种带中部纵向凸台的连
铸坯、生产该连铸坯的结晶器铜管和其铸轧方法。
背景技术
[0002] 随着世界
冶金技术的发展，现代连铸技术不断进步，可浇铸
钢种不断扩大，一些高
碳、高
合金、高品质钢种已经不断在大型钢
铁企业连铸生产流程中得以生产。尤其是大断面铸坯连铸技术的发展，对钢材的压缩比要求增加，对钢材产品的内部
质量要求提高。但由于凝固过程选份结晶规律的存在，在高合金、高
碳钢的大断面铸坯生产过程中带来的不利影响就是铸坯的中心偏析与疏松，它是造成高合金、高碳钢中心疲劳
缺陷发生以至于断裂的根本原因。
[0003] 为了克服高合金、高碳钢中心偏析给钢材服役性能带来的危害，多年来冶金工作者开展了大量的研究工作，开发了一系列的控制凝固技术，这其中主要的有两个：一是
电磁搅拌技术，包括结晶器电磁搅拌、凝固末端电磁搅拌等。它是在较低的
钢水过热度条件下，通过增加铸坯的中心等轴晶率以达到减少铸坯中心偏析的目的。但是，实际应用效果表明：提高铸坯的中心等轴晶率对铸坯的中心偏析和疏松的改善是十分明显的，但它并没有达到人们所期望的效果，有时甚至不可避免的还会造成Ｖ形偏析和白亮带的发生。 [0004] 针对上述问题，近年来冶金工作者又开发出了凝固末端轻压下技术，它已被广泛的应用于方坯、矩形坯、
板坯的连铸生产，并在改善铸坯中心偏析和疏松方面起到了积极的作用。人们通过压下量的调整可以使得铸坯中心达到零偏析，甚至负偏析。但在宽度和厚度相近的大矩形坯、甚至宽度和厚度相等的大方坯生产中，由于偏析仅发生在铸坯芯部很小的区域内，要将该区域轧合，并将偏析的溶液挤出，必须对整个大断面坯进行
轧制。这样，不仅需要较大的压下
力，而且较小的压下量并不能被完全传递到铸坯芯部，而是需要较大压下量。较大的压下量造成凝固前沿延展
变形量增大，这是造成凝固末端枝晶间压下裂纹产生的根本原因。中国文献《改善小方坯内部质量的措施》（文献来源：刘欣.连铸，2009，（4），p36～39）通过优化连铸工艺，使铸坯内部质量得到改善。中国文献《大方坯连铸动态轻压下技术应用研究》（文献来源：杨素波，陈永，李桂军.钢铁，2005，40（6），p24-26）通过调整轻压下工艺制度改善了铸坯中心偏析、疏松和
缩孔。
[0005] 现有的技术中，生产矩形坯、方坯连铸结晶器只有两种：一是管式矩形坯、方坯结晶器，二是四
块板组合式矩形坯、方坯结晶器。但总体上看，它们生产出来的铸坯都是矩形或方形。
[0006] 中国实用新型
专利CN102554155A，名称“管式结晶器”，提供了一种方坯管式结晶器，采用上述技术生产出来的铸坯均为矩形坯或方坯。在对这些铸坯进行凝固末端轻压下时，不可避免的要产生压下力大、凝固末端易产生压下裂纹等问题。
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供了一种带中部纵向凸台的连铸坯、生产该连铸坯的结晶器铜管及其铸轧方法，可以降低铸轧过程所需的铸轧压下 力，减少凝固末端压下裂纹的产生；在同等压下力的情况下，得到增大铸轧压下量的效果。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
[0009] 一种带纵向凸台的连铸坯1，所述连铸坯中部在铸轧开始时有铸坯凝固末端液芯3，所述连铸坯的一侧或相对的两侧的中间区域带有中部向外突出的纵向凸台2。 [0010] 其中，B为铸坯凝固末端液芯3的宽度，L为中部纵向凸台2的宽度，B＜L；E为铸坯凝固末端液芯3的厚度，H为中部纵向凸台2的高度，在连铸坯的一侧带有纵向凸台时，E＜H；在连铸坯相对的两侧带有纵向凸台时，E＜2H。
[0011] 所述中部纵向凸台2的形状为平台状或弧状。
[0012] 所述中部纵向凸台2为
叠加的两层或两层以上的台阶组合或并列的两个或多个台阶组合。
[0013] 一种生产上述连铸坯的结晶器铜管4，该结晶器铜管包括四个工作曲面，分别是相对的外弧面5、内弧面6和两个相对的侧面7、8，其中，在结晶器铜管4的任意横截面上，在内弧面和/或外弧面的中间区域，
自上而下有一个向外突出的纵向凹槽12。 [0014] 所述纵向凹槽12的总宽度L1为结晶器铜管4内腔总宽度A1的10％～100％；当所述纵向凹槽12分布在内弧面6和外弧面5时，每个纵向凹槽的深度H1为2～15mm；当所述纵向凹槽分布在内弧面6或外弧面5时，纵向凹槽的深度为4～25mm。
[0015] 所述纵向凹槽12为平台状凹槽或弧状凹槽。
[0016] 所述平台状凹槽由中间平直区11和两边过渡区9、10组成；凹槽的每个过渡区宽度D1为凹槽总长度L1的10％～30％。
[0017] 所述纵向凹槽的宽度L1、L2和L4和深度H1、H2和H4从结晶 器上口到结晶器下口逐渐变小，上口与下口的比值为1.03～1.35。
[0018] 该铜管为等壁厚或非等壁厚；非等壁厚时，纵向凹槽分布在内弧面和外弧面，或仅分布在内弧面和外弧面的一侧。
[0019] 所述纵向凹槽的每一个尖
角的顶端采用半径为5～2000mm的圆弧R光滑过渡。 [0020] 该结晶器铜管的外轮廓为适用于弧形铸机的弧形；或适用于直型铸机的直形。 [0021] 该结晶器铜管适用的连铸坯断面尺寸为宽120～1000mm，厚120～600mm。 [0022] 该结晶器铜管内壁有
镀层，镀层材质为铬、镍或钴。
[0023] 一种带纵向凸台的连铸坯1的铸轧方法，在进行凝固末端铸轧时，最大铸轧量是将连铸坯中间区域的纵向凸起的台阶2轧平。
[0024] 对于内弧面5和外弧面6都带有中部纵向凸台2的连铸坯，最大铸轧量为小于或等于2倍的纵向凸台2的高度H或H3；对于仅内弧面5或外弧面6带有中部纵向凸台2的连铸坯，铸轧量为小于或等于H5。
[0025] 在进行凝固末端铸轧时，采用一对或一对以上的铸
轧辊将铸坯的中部纵向凸台轧平。
[0026] 与
现有技术相比，本发明具有以下的突出优点：
[0027] 一是可以大幅度减小铸轧力。对于常规铸轧过程来讲，铸轧辊对整个铸坯表面进行铸轧压下，并产生铸坯变形。实际生产的铸坯是外面
温度较低，内部向中心是温度逐渐增加的，从铸坯的横截面上看，对铸坯的内外弧进行施力时，要使较冷的两个侧面进行变形，需要较大的压下力。如果仅仅使得铸坯中部区域即带凸台的区域产生压下变形，由于被压缩区基本处于较高的温度区，因此只需要较小的铸轧压下力。这对大断面铸坯就显得十分重要。
[0028] 二是可以有效避免铸轧过程枝晶间裂纹的发生。常规的铸轧过程中，铸轧的压下量一般都在5mm、6mm左右，进一步增大压缩量必然会造成铸坯两个侧面向外鼓起量过大，它给凝固前沿的枝晶在水平方向上造成较大的
应力和变形，并由此导致压下方向上的枝晶间裂纹发生。而对于带中部纵向凸台的连铸坯，压下过程则完全不同。由于不对铸坯两侧的较低温度铸坯进行压下，也就避免了铸坯侧面鼓起的发生；加上铸坯中间的压下只是针对中心液芯两相区的垂直压下，纵向凸台的外沿线长度比压平后的直线长度略微有点增加，因此可以有效避免凝固前沿的枝晶承受较大的水平力和变形，也就有效避免了铸轧压下过程枝晶间裂纹的发生。
[0029] 三是可以增大铸轧压下量。对于6mm的压下量，采用内外弧两侧带纵向凸台的连铸坯，凸台的高度仅为3mm。若凸台长度为60mm，则凸台的外沿线长度比压平后的直线长度仅长0.3mm，这也只是铸坯表面的计算值，当这种很小的差异传递到铸坯的中心时，水平方向的变形量会变得非常微小。若凸台长度为100mm，则凸台的外沿线长度比压平后的直线长度仅长0.18mm，铸坯的水平变形量更小。由此我们可以合理加大铸轧压下量，以获得更加致密的铸坯中心组织，并消除铸坯的中心偏析。
附图说明
[0030] 图1带有平台状凸台的连铸坯铸轧开始时的断面示意图；
[0031] 图2一种带平台状纵向凹槽的结晶器铜管任意横截面示意图；
[0032] 图3一种带弧状纵向凹槽的结晶器铜管任意横截面示意图；
[0033] 图4带有弧形凸台的连铸坯铸轧开始时的断面示意图；
[0034] 图5纵向凹槽分布在内弧的结晶器铜管横截面示意图；
[0035] 图6纵向凹槽分布在外弧的结晶器铜管横截面示意图；
[0036] 图7仅内弧带有凸台的连铸坯铸轧开始时的断面示意图；
[0037] 图8仅外弧带有凸台的连铸坯铸轧开始时的断面示意图；
[0038] 图9非等壁厚铜管纵向凹槽分布在内弧和外弧面的横截面示意图； [0039] 图10非等壁厚铜管纵向凹槽分布在内弧或外弧面的横截面示意图； [0040] 图11尖角的顶端采用圆弧光滑过渡的示意图；
[0041] 图12凸起的台阶是两层或两层以上的台阶组合的横截面示意图； [0042] 图13凸起的台阶是并列的两个或多个台阶组合的横截面示意图。 [0043] 【主要组件符号说明】
[0044] 1 带中部纵向凸台连铸坯
[0045] 2 连铸坯中间区域纵向凸起的台阶
[0046] 3 铸轧开始时铸坯凝固末端的液芯
[0047] 4 带纵向凹槽的结晶器铜管
[0048] 5 带纵向凹槽的结晶器铜管的外弧面
[0049] 6 带纵向凹槽的结晶器铜管的内弧面
[0050] 7、8 带纵向凹槽的结晶器铜管的两个侧面
[0051] 9、10 结晶器平台状纵向凹槽两边的过渡区
[0052] 11 结晶器平台状纵向凹槽中间的平直区
[0053] 12 结晶器弧状纵向凹槽
[0054] 13 连铸坯中间区域弧状纵向凸起的台阶
[0055] L 连铸坯中部平台状凸台的宽度
[0056] A 带中部平台状凸台的铸坯总宽度
[0057] H 连铸坯中部平台状凸台的高度
[0058] D 连铸坯中部平台状凸台过渡区的长度
[0059] B 连铸坯在铸轧开始时凝固末端的液芯宽度
[0060] E 连铸坯在铸轧开始时凝固末端的液芯厚度
[0061] L1 结晶器铜管平台状纵向凹槽的宽度
[0062] A1 带平台状纵向凹槽的结晶器铜管内腔的总宽度
[0063] H1 结晶器铜管平台状纵向凹槽的高度
[0064] D1 结晶器铜管平台状纵向凹槽两边的过渡区的宽度
[0065] L2 结晶器铜管弧状纵向凹槽的宽度
[0066] A2 带弧状纵向凹槽的结晶器铜管内腔的总宽度
[0067] H2 结晶器铜管弧状纵向凹槽的高度
[0068] L3 连铸坯弧状纵向凸台的宽度
[0069] A3 带弧状纵向凸台的铸坯总宽度
[0070] H3 连铸坯弧状纵向凸台的高度
[0071] L4 结晶器铜管内弧或外弧面带纵向凹槽的宽度
[0072] A4 内弧或外弧面带纵向凹槽的结晶器铜管内腔的总宽度
[0073] H4 结晶器铜管内弧或外弧面带纵向凹槽的高度
[0074] L5 连铸坯内弧或外弧面纵向凸台的宽度
[0075] A5 内弧或外弧面带纵向凸台的连铸坯总宽度
[0076] H5 连铸坯内弧或外弧面带纵向凸台的高度
具体实施方式
[0077] 下面根据附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
[0078] 本发明的一种带中部纵向凸台连铸坯1，它包括多种形式。生产所述带中部纵向凸台连铸坯1的核心部件是一种中部带纵向凹槽的结晶器铜管4，该结晶器铜管包括四个工作曲面，分别是外弧面5、内弧面6和两个侧弧面7、8。
[0079] 一个
实施例如图1所示，为带有平台状凸台的连铸坯铸轧开始时的断面示意图；该带有平台状凸台的连铸坯的中间区域的两侧均有纵向凸起的台阶，所述铸坯中间区域纵向凸起的台阶2为平台状；所述 连铸坯中部为铸轧开始时铸坯凝固末端的液芯3；其中，A为带平台状凸台的连铸坯的总宽度，L为所述连铸坯中部平台状凸台的宽度，H为连铸坯中部平台状凸台的高度，D为连铸坯中部平台状凸台过渡区的长度，B为连铸坯在铸轧开始时凝固末端的液芯宽度，E为连铸坯在铸轧开始时凝固末端的液芯厚度。
[0080] 生产上述带有平台状凸台的连铸坯的结晶器铜管如图2所示，为一种带平台状纵向凹槽的结晶器铜管任意横截面示意图；其中，在任意的横截面上，在所述结晶器铜管的内弧面和外弧面的中间区域，自上而下都有一个平台状纵向凹槽，即结晶器平台状纵向凹槽中间的平直区11，它使得使用该结晶器铜管生产的连铸坯在所述内外弧面对应的中间区域都有一个凸起的台阶2。所述带平台状纵向凹槽的结晶器铜管内腔的总宽度为A1，该结晶器铜管平台状纵向凹槽的宽度为L1、高度为H1，所述结晶器铜管平台状纵向凹槽两边的过渡区9、10的宽度为D1。
[0081] 所述平台状纵向凹槽的宽度L1为结晶器铜管内腔总宽度A1的10％～100％；该凹槽的深度H1为2～15mm；凹槽的每个过渡区宽度D1为总长度L1的10％～30％。相应的，由该结晶器铜管所生产出的连铸坯中部平台状凸台的宽度L为铸坯总宽度A的10％～100％；凸起的台阶高度H由于凝固收缩略小于H1；凸起的台阶的每个过渡区宽度D为总长度L的10％～30％。
[0082] 另一实施例如图3所示，为一种带弧状纵向凹槽的结晶器铜管任意横截面的示意图；其中，在所述结晶器铜管的内弧面和外弧面的中间区域有中部纵向凹槽，为弧状，即结晶器弧状纵向凹槽12。所述带纵向弧状凹槽的结晶器铜管内腔的总宽度为A2，结晶器铜管弧状纵向凹槽的宽度为L2、高度为H2。
[0083] 所述结晶器所生产的带中部纵向凸台连铸坯的形状如图4所示，为两侧带有弧形凸台的连铸坯铸轧开始时的断面示意图；其中，连铸坯中间区域弧状纵向凸起的台阶13的宽度为L3、高度为H3，该带纵向弧状凸台连铸坯的总宽度为A3。
[0084] 其中，弧状纵向凹槽12的长度L2为结晶器铜管内腔总宽度A2的10％～100％；该纵向凹槽的深度H2为2～15mm。相应的，由该结晶器铜管所生产出的连铸坯中间区域弧状纵向凸起的台阶13的总长度L3为铸坯总宽度A3的10％～100％；凸起的台阶高度H3由于凝固收缩略小于H2。
[0085] 另一实施例如图5和图6所示，为纵向凹槽分布在内弧或外弧的结晶器铜管横截面示意图；其中，在所述结晶器铜管的内弧面或外弧面的中间区域有中部纵向凹槽，为平台状。所述结晶器铜管内弧或外弧带纵向凹槽的宽度为L4、高度为H4，所述内弧或外弧带纵向凹槽的结晶器铜管内腔的总宽度为A4。
[0086] 所述结晶器铜管所生产的带中部纵向凸台连铸坯的形状如图7和图8所示，为仅内弧或外弧带有纵向凸台的连铸坯铸轧开始时的断面示意图；其中，连铸坯中间区域对应内弧或外弧侧有平台状纵向凸起的台阶，所述连铸坯内弧或外弧纵向凸台的宽度为L5、高度为H5，该内弧或外弧带纵向凸台的连铸坯总宽度为A5。
[0087] 上述单独使用在内弧或外弧的纵向凹槽，其凹槽的长度L4为结晶器铜管内腔总宽度A4的10％～100％；该纵向凹槽的深度H4为4～25mm。相应的，由该结晶器铜管所生产出的连铸坯中部纵向凸起的台阶的长度L5为铸坯总宽度A5的10％～100％；凸起的台阶高度H5由于凝固收缩略小于H4。
[0088] 所述中部带纵向凹槽的结晶器铜管4，可以是由等壁厚的铜管制作 而成，见图2。也可以是由非等壁厚铜管制作而成，采用非等壁厚铜管时，如图9所示，为非等壁厚铜管纵向凹槽分布在内弧和外弧的横截面示意图；其中外弧面5和内弧面6与两个侧弧面7、8的壁厚不同。所述纵向凹槽也可仅分布在内弧或外弧一侧，如图10所示。
[0089] 上述实施例中，纵向凹槽的宽度（L1、L2和L4）、深度（H1、H2和H4）从结晶器上口到结晶器下口是逐渐变小的，上口与下口的比值为1.03～1.35。
[0090] 为了便于加工，任意横截面上，凹槽处的每一个尖角的顶端也可以采用一个半径为5～2000mm的圆弧R进行光滑过渡，如图11所示，为尖角的顶端采用圆弧光滑过渡的示意图。
[0091] 所述中部带纵向凹槽的结晶器铜管4，可以做成弧形，适用于弧形铸机；也可以做成直形，适用于直弧型铸机。
[0092] 所述中部带纵向凹槽的结晶器铜管4，适用的连铸坯断面尺寸为宽120～1000mm，厚120～600mm。
[0093] 所述中部带纵向凹槽的结晶器铜管4，该结晶器铜管内壁可以进行镀层，镀层材质可以是铬、镍、钴等合金。
[0094] 上述实施例中的带中部纵向凸台连铸坯1中，凸起的台阶也可以是两层或两层以上的台阶组合，如图12所示，为凸起的台阶是两层或两层以上的台阶组合的横截面示意图；还可以是并列的两个或多个台阶组合，如图13所示，为凸起的台阶是并列的两个或多个台阶组合的横截面示意图。
[0095] 所述带中部纵向凸台连铸坯1的中间区域的纵向凸起台阶2的尺寸与铸坯开始进行铸轧时凝固末端液芯的形状密切相关。通常冶金工作者将铸坯中心液芯的固相率达到一定程度时（如60％时）的两相区形状做为凝固末端形状，对于矩形坯和板坯它通常是扁平状，对于方 坯通常是圆管状，但无论对于矩形坯、板坯还是方坯，我们都可以在一定的范围内通过调整冷却制度来控制凝固末端形状，使其变成扁平状，并使其具备可用宽度和厚度来描述的特征。
[0096] 其中，通过二冷控制和相关连铸工艺参数的控制，使得在开始进行凝固末端铸轧时，铸坯凝固末端液芯3的宽度B小于连铸坯中部纵向凸台2的宽度L或L3或L5。在铸坯内外弧都带有纵向凸台的情况下，使得铸坯凝固末端液芯的厚度E小于连铸坯中部纵向凸台2的高度H或H3的2倍；在铸坯仅内弧或外弧带有纵向凸台的情况下，使得铸坯凝固末端液芯的厚度E小于连铸坯中部纵向凸台2的高度H5。
[0097] 凝固末端带液芯铸轧的过程就是对凝固末端固相率达到一定程度时（如60％时）的两相区进行压缩变形，使得该区域内富集溶质的偏析液被挤出，以及已形成的缩孔被
压实，从而得到无偏析、无缩孔的凝固组织。如前所述，常规的铸轧是对铸坯整个大断面坯进行轧制。这样，不仅需要较大的压下力，而且较小的压下量并不能被完全传递到铸坯芯部，而是需要较大压下量。较大的压下量会造成铸坯向外鼓肚变形，使得凝固前沿延展变形量增大，这是造成凝固末端枝晶间压下裂纹产生的根本原因。
[0098] 而在对所述带中部纵向凸台连铸坯1进行凝固末端铸轧时，最大的铸轧量是将连铸坯中部纵向凸台2轧平。即对于内外弧都带有中部纵向凸台连铸坯，铸轧量为小于或等于2倍的H或H3；对于仅内弧或外弧带有中部纵向凸台的连铸坯，铸轧量为小于或等于H5。 [0099] 在进行凝固末端铸轧时，可以采用一对或一对以上的铸轧辊将铸坯的中部纵向凸台轧平。
