[发明专利]一种连铸过程中固液界面形状获取方法及装置

说明书

本发明提供了一种连铸过程中固液界面形状获取方法及装置，通过快速移动设置于熔炉内的液面控制棒，使得与熔炉连通的结晶器内的熔体快速回流至熔炉，熔炉内的熔体液面低于结晶器腔体内液面，在杆坯的端部形成当前时刻的固液界面形状。通过此方法获得的固液界面形状可直接观测，同时该操作均发生在封闭的结晶器和熔炉内，从而避免了材料浪费和熔体泄露，降低了操作风险。

技术领域

本发明涉及一种连铸过程中固液界面形状获取方法及装置，属于有色金属加工领域。

背景技术

金属杆坯是线材拉拔的原始坯料，杆坯的质量决定了线材的质量。连铸技术是生产金属杆坯的常用工艺，区别于模铸法，在连铸过程中，金属熔体通过结晶器并在结晶器中迅速凝固结晶，通过牵引装置将结晶器内凝固的杆坯拉出，是一种高效连续的生产工艺。该技术将连续铸造和定向凝固结合，采用加热结晶器铸型代替传统冷却铸型，金属熔体通过结晶器时温度仍在熔点之上，固液界面位于结晶器末端，使得晶粒在结晶器出口处形核，并且能够建立沿连铸方向较大的温度梯度，获得单向凝固的单晶或柱状晶，其伸长率远高于普通冷型连续铸造多晶组织的合金铸杆，且铸坯缺陷问题减少，可获得表面质量光滑的铸坯，铸杆的塑性加工性能大幅提高。

连铸制备定向凝固组织杆坯是获得高性能线材的前提。单晶组织有利于提高微细变形能力和传导性能，连铸过程中固液界面形状决定了凝固组织特征。相关研究表明，冷型连铸的固液界面形状呈凹形，凝固组织以径向等轴晶为主；热型连铸的固液界面形状呈凸形或平面形，凝固组织以轴向柱状晶或单晶组织为主。因此，通过热型连铸获得凸形固液界面形状是实现单晶组织的有效手段。

热型连铸获得稳定单晶组织的关键是固液界面形状的精确控制，固液界面的曲率半径直接影响晶粒竞争生长效率和晶体取向。连铸初期的单晶组织形成阶段，组织演变规律是晶粒迅速淘汰→柱状晶竞争生长→单晶形成，固液界面的曲率半径决定了晶粒竞争生长行为，较小的曲率半径有利于提高单晶组织形成的效率；连铸后期的单晶组织稳定生长阶段，固液界面曲率半径决定了单晶组织晶体取向，较大的曲率半径或平滑固液界面有利于获得取向度更小的单晶组织。因此，固液界面形状是影响连铸工艺和杆坯质量的关键因素。

然而，水平连铸凝固过程中固液界面在结晶器内部，难以直接观察和测量其形状和曲率特征。传统研究固液界面形状的方法主要是数值模拟法，数值模拟法通过综合材料、工艺等参数，利用软件来模拟预测固液界面形状，但模拟准确性难以验证，无法确定模拟结果的可靠性。或者，采用拉漏水淬的方式，对连铸过程中的杆坯牵引一定长度后，进行超速牵引和人工液淬，固定固液界面形状，对快淬的杆坯端部进行宏观形貌观察，但该方法亦存在问题：(1)超速牵引过程中，熔体从结晶器漏出，不可避免地存在部分熔体被杆坯带出，进而在杆坯端部形成拖尾，影响固液界面观察；(2)超速牵引过程中高温熔体泄露，不仅浪费材料，同时存在一定危险性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连铸过程中固液界面形状获取方法，以解决当前固液界面形状难以直接观察和测量、获取结果可靠性差以及存在的材料浪费及操作风险的问题。本发明的目的还在于提供一种连铸过程中固液界面形状获取装置，以实现连铸过程中固液界面形状的获取。

为实现上述目的，本发明连铸过程中固液界面形状获取方法采用如下技术方案：

一种连铸过程中固液界面形状获取方法，快速移动位于熔体液面下的液面控制棒，使得与熔炉连通的结晶器内的熔体快速回流至熔炉，熔炉内的熔体液面低于结晶器腔体内液面，在杆坯的端部形成当前时刻的固液界面形状。

上述技术方案的有益效果在于：由于结晶器与熔炉连通，结晶器内熔体在液面控制棒快速移动的作用下回流至熔炉，结晶器内熔体与熔炉内熔体断开，杆坯在结晶器内的一端则完整保留了当前时刻的固液界面形状。在杆坯拉出结晶器后，获得的固液界面形状可直接观测，同时该操作均发生在封闭的结晶器和熔炉内，从而避免了材料浪费和熔体泄露，降低了操作风险。

进一步地，所述移动方向为向上移动。