一種改善連鑄機鑄坯內部組織的方法及電磁攪拌裝置的製作方法

2023-05-06 04:13:36

專利名稱：：一種改善連鑄機鑄坯內部組織的方法及電磁攪拌裝置的製作方法
技術領域：
：本發明有關於一種鋼鐵冶金技術，具體地講，是一種改善連鑄機鑄坯內部組織的方法及電磁攪拌裝置。
背景技術：
：八十年代至今，連鑄機生產線迅速發展，對連鑄坯的質量要求越來越高，特別是特種鋼材要求更高。連鑄坯在二冷段位置的強制冷卻下，柱狀晶特別發達，並且從外向心部生長，這樣，連鑄坯皮下深層處的柱狀晶增加而等軸晶少，柱狀晶形成搭橋，連鑄坯質量降低。另外，連鑄坯在冷凝過程中，要體積收縮，坯殼已形成，就需要鋼水沿著連鑄坯的運動方向不斷地補充鋼水，由於皮下柱狀晶形成搭橋，阻礙了鋼水沿著連鑄坯的運動方向不斷地補充，液芯下部凝固冷卻收縮形成縮孔或疏鬆，向下流動的鋼水靠重力無法實現良好的鋼水補充。目前，在連鑄機上普遍採用電磁攪拌技術，來提高連鑄坯的質量，例如採用結晶器電磁攪拌，末端電磁攪拌、二冷電磁攪拌等。結晶器電磁攪拌如圖1所示，電磁攪拌器101設置在結晶器處，距離液面150mm-300rani的下方，電磁攪拌器101產生一水平旋轉力，使得鋼液旋轉，其能夠使得連鑄坯10在結晶器部位鋼液中的氣體及雜質上浮；使得連鑄坯10急冷層下部的固一液狀的鋼液中迅速生長柱狀晶體，在水平旋轉力的電磁力的作用下，破碎成小顆粒為晶核，在二冷的強冷作用下形成等軸晶，提高連鑄坯皮下組織的質量；並且可以減少鋼液從中間包流入結晶器的衝擊深度。末端電磁攪拌如圖2所示，電磁攪拌器102設置在連鑄坯10液芯的凝3固末端11處，電磁攪拌器102產生水平旋轉力，使得鋼液旋轉，其作用連鑄坯10的凝固末端11的固一液狀的鋼液中迅速生長柱狀晶體，在水平旋轉力的電磁力的作用下，破碎成小顆粒，小顆粒形成等軸晶，細化組織，改善了連鑄坯芯部組織，提高的質量。但是，由於皮殼的形成，液芯末端的鋼液凝固時，體積縮小形成空穴，沒有足夠的鋼液來補充，在末端電磁攪拌產生的力的作用下，使得液芯末端凝固成較均勻的等軸晶體，雖然縮孔消除、減少了碳及其重金屬偏析，但是疏鬆增加。末端電磁攪拌使得連鑄坯凝固末端的即將生成的縮孔，在電磁力的作用下，形成疏鬆狀等軸晶的凝固體。二冷電磁攪拌如圖2所示，電磁攪拌器103設置在結晶器下方，固一液相區域上方，電磁攪拌器103產生一水平旋轉力，使得鋼液旋轉，其作用能夠使得鋼液中的雜質上浮；在連鑄坯10的二冷段的位置上，其斷面坯殼下等厚度的固一液相在電磁力的的作用下，成分均勻，防止重金屬及碳的聚集，提高連鑄坯皮下深層質量;使得連鑄坯坯10皮下深層等厚度的固一液相的鋼液中，在水平旋轉力的電磁力的作用下，將迅速生長的柱狀晶體破碎成小顆粒，形成等軸晶，提高連鑄坯皮下組織的質量。以上三種電磁攪拌器可以的單獨使用形成單獨電磁攪拌，也可以其中的兩種或者三種聯合使用，形成聯合電磁攪拌。雖然，該些電磁攪拌方式都可以利用電磁力，對鑄坯內部進行的鋼液施加力，提高連鑄坯坯皮下深層等厚度的質量。但是，結晶器電磁攪拌和二冷電磁攪拌都只是提高連鑄坯皮下深層等厚度的質量，而不能提高連鑄坯芯部的質量，因而僅適用於板坯，而不適用於改善方坯和圓坯芯部組織。末端電磁攪拌雖然可以改善連鑄坯芯部組織，但是會造成疏鬆增加，其改善連鑄坯內部組織的效果也不是很理想。要想消除疏鬆、縮孔和減少柱狀晶、增加等軸晶，就必須在液芯凝固時，外形體積收縮或有足夠的鋼液補充，同時在力的作用下，柱狀晶破碎成小顆粒，小顆粒形成等軸晶，凝固成緻密的連鑄坯。目前主要採用如下兩種使連鑄坯外形體積收縮方法來提高連鑄坯的質量。l)軟壓下技術軟壓下技術是針對矩型坯，在連鑄坯的表面施加一個力，使得其體積縮小，來補充由於液芯凝固時的體積收縮，同時這個力破碎部分柱狀晶變成小顆粒，小顆粒形成了等軸晶，增加了等軸晶含量。但是，對於圓坯，採用該種方法，會使圓坯產生形變，使圓坯的圓度受到影響，導致最終的圓坯不合格。2)二冷末端強冷法二冷末端強冷法就是針對圓坯，是在液芯凝固末端處，施加噴水強冷，是連鑄坯體積機體收縮，來補充由於液芯凝固時的體積收縮。這種方法必須控制好，連鑄坯收縮的體積大於等於液芯凝固時的體積，才能減少或消除疏鬆、縮孔。並且，不能大量減少柱狀晶形成等軸晶。另外，由於強冷會使得連鑄坯表面產生表面裂紋。因此，有必要提供一種新的改善連鑄坯內部組織的方法及電磁攪拌裝置，來克服上述現有方法存在的問題。
發明內容本發明的目的在於，提供一種改善連鑄機連鑄坯內部組織的方法及電磁攪拌裝置，採用該方法，能夠提供足夠的鋼液，來補充液芯凝固時的體積收縮，消除縮孔和疏鬆，從而提高連鑄坯的質量。本發明的目的還在於，提供一種改善連鑄機連鑄坯內部組織的電磁攪拌裝置，利用該電磁攪拌裝置，能夠提供足夠的鋼液，來補充液芯凝固時的體積收縮，消除縮孔和疏鬆，從而提高連鑄坯的質量。本發明的上述目的可採用如下技術方案來實現一種改善連鑄機連鑄坯內部組織的方法，其中在連鑄機二冷段上的連鑄坯液芯末端處，進行電磁攪拌，產生正反向交替的螺旋旋轉力，該力使得鋼液旋轉並沿著連鑄機澆鑄方向流動，對液芯末端固一液相區域附加靜壓力。本發明還提供了一種改善連鑄機連鑄坯內部組織的電磁攪拌裝置，其中，該電磁攪拌裝置設置在連鑄機二冷段的連鑄坯液芯末端處，並能夠產生正反向交替的螺旋旋轉力。在本發明的電磁攪拌裝置為設置在連鑄機二冷段的連鑄坯液芯末端處的通電電磁線圈。在本發明中，所述電磁線圈的通電頻率參數為120赫茲；所述電磁線圈的通電電流參數為1001000安培；所述電磁線圈的通電電壓參數為1501000伏。在本發明中，所述連鑄機可為全弧形連鑄機、立彎形連鑄機或立式連鑄機。在本發明中，所述連鑄機生產的連鑄坯斷面為圓坯的直徑①為150毫米1000毫米；矩形坯的長為150毫米1000毫米，寬為150毫米5000毫米。在本發明中，所述連鑄機生產拉坯速度為0.1米/分鐘4.0米/分鐘。採用本發明的上述改善連鑄機連鑄坯內部組織的方法及電磁攪拌攪拌裝置，其效果是顯著的，由於在連鑄機的連鑄坯液芯凝固末端處進行電磁攪拌，產生正反向交替的螺旋旋轉力，在這個力的作用下，使得鋼液旋轉，並且向下流動，對液芯末端固一液相區域附加靜壓力，當固一液相區域凝固收縮時，有足夠的鋼水來補充，這樣消除了縮孔和疏鬆，提高了連鑄坯芯部的質量。並且，在這個力的作用下，液芯與皮下深層之間的固一液體部分迅速生長的柱狀晶體破碎成小顆粒，即為晶核，向固一液相區域末端流動，為固一液相區域能夠形成等軸晶創造了條件，提高了連鑄坯的質量。另外，由於在強制冷卻下，連鑄坯內部迅速生長柱狀晶體形成網狀，阻礙液芯中的鋼水流動，而在這個力的作用下，將這個柱狀晶體形成網狀破碎成小顆粒，清理了連鑄坯液芯鋼液的流動通道，減少鋼水流動的阻力。同時，在這個力的作用下，固一液相區域凝固均勻化，防止了重金屬及碳的聚集，形成白亮帶，提高了連鑄坯內部質量。採用本發明的方法和電磁攪拌裝置，在增加連鑄坯中心部位密度以及增加中心部的等軸晶的同時，可增加連鑄坯皮下深層處的等軸晶，同時，減少柱狀晶，減輕、消除碳及其重金屬偏析和白亮帶，進而改善連鑄坯的組織，6提高連鑄坯的質量。為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現有的結晶器電磁攪拌示意圖2為現有的結晶器電磁攪拌+末端電磁攪拌+二冷電磁攪拌示意圖；圖3為本發明的全弧形連鑄機電磁攪拌位置示意圖；圖4為本發明的立式連鑄機電磁攪拌位置示意圖；圖5為本發明的立彎式連鑄機電磁攪拌位置示意圖。具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。如圖3—圖5所示，連鑄機的連鑄坯在生產過程中，一般分為三個區域，液芯L(即液相區域)，固一液相區域(或稱糊狀區)M以及固相區域S。本發明提供了一種改善連鑄機連鑄坯內部組織的方法，該方法是在連鑄機二冷段上的連鑄坯液芯L末端201處，進行電磁攪拌，產生正反向交替的螺旋旋轉力，在該力的作用下，使得鋼液旋轉並沿著連鑄機澆鑄方向流動，對液芯L末端201的固一液相區域M附加靜壓力。如圖3—圖5所示，本發明還提供了一種採用上述方法的電磁攪拌裝置21，該電磁攪拌裝置21設置在連鑄機二冷段的連鑄坯20的液芯末端201處，並能夠產生正反向交替的螺旋旋轉力。利用上述方法和電磁攪拌裝置，在連鑄機工作過程中，由於在連鑄機的連鑄坯20的液芯L末端201處進行電磁攪拌，通過該電磁攪拌產生正反向交替的螺旋旋轉力，從而在這個力的作用下，使得鋼液旋轉，並且向下流動，對液芯L末端固一液相區S附加靜壓力，使得固一液相區域S凝固收縮時，有足夠的鋼水來補充，這樣消除了縮孔和疏鬆，提高了連鑄坯20芯部的質量。並且，在電磁攪拌的螺旋旋轉力的作用下，連鑄坯20的液芯L與皮下深層之間的固—液體部分迅速生長的柱狀晶體破碎成小顆粒(即為晶核)，向固一液相區域M末端流動，為固一液相區域M能夠形成等軸晶創造了條件，提高了連鑄坯20的質量。另外，在該螺旋旋轉力的作用下，將二冷段強制冷卻過程中產生的柱狀晶體形成網狀破碎成小顆粒，清理了連鑄坯20液芯L的鋼液流動通道，減少鋼水流動的阻力。同時，在這個力的作用下，固一液相區域M凝固均勻化，防止了由於重金屬及碳的聚集而形成白亮帶，提高了連鑄坯20的內部質量。另外，由於本發明是通過在連鑄機的二冷段上的連鑄坯20的液芯L末端201處進行電磁攪袢來改善連鑄坯20內部組織的，不但不會像軟壓下技術對連鑄坯20的外形產生影響，因而可以適用於圓坯、方坯等連鑄坯，並且也不會像二冷末端強冷法那樣產生表面裂紋；同時與軟壓下技術與二冷末端強冷法相比，更易於控制，成本也比較低。在本發明中，所述電磁攪拌裝置21可為設置在連鑄機二冷段的連鑄坯液芯末端處的通電電磁線圈。連鑄機正常生產中，可對不同斷面在相應鋼種的拉速下，通過電磁線圈的控制櫃，通上低頻率、適當的電壓、適當的電流，使得電磁線圈產生沿著連鑄機鑄流方向產生雙向螺旋旋轉電磁力，連鑄坯20內部未凝固的鋼液在此力的作用下，做螺旋運動，從而使得鋼液旋轉並沿著連鑄機澆鑄方向流動。在本發明的一個可選例子中，進行電磁攪拌的電磁線圈的通電頻率參數為120赫茲；通電電流參數為1001000安培；通電電壓參數為1501000伏。在本發明中，所述連鑄機可如圖3所示，可為全弧形連鑄機，或者如圖4所示為立式連鑄機，也可如圖5所示為立彎形連鑄機；當然根據需要本發明的方法和裝置還可用於其它連鑄機中，在此不再一一描述。在本發明中，所述連鑄機生產的連鑄坯20的斷面可為圓坯的直徑①為150毫米1000毫米；矩形坯的長為150毫米1000毫米，寬為150毫米5000毫米。在本發明中，所述連鑄機生產拉坯速度可為0.1米/分鐘4.0米/分鐘。實驗證明，採用本發明的方法和電磁攪拌裝置，所獲得經電磁攪拌後的鑄坯經檢驗沒有裂紋、針孔、氣泡、結疤及夾雜；其中測得參數如下內部裂紋:名稱級別百分比(％)中間裂0~0.5級95紋《1級5鑄坯中心偏析含碳量a)中間包過熱度(。C)中心碳偏析《0.25《30《1.05《40《1.050.26、.50《30《1.05《40《1.050.《30《1.10511.10《40《1.10注中心碳偏析採用從橫截面切片方法，鑽孔直徑56ram，每孔深度應接近IO腿，中心碳偏析率按CO/C平X100%計算。9連鑄坯等軸晶率:等軸晶率的定義為等軸晶線寬度和連鑄坯斷面寬度之比。tableseeoriginaldocumentpage10低倍檢驗經電磁攪拌後的鑄坯內部質量，通過橫斷面硫印或酸浸後，按部標YB/T153-1999來評價，指標如下表所示tableseeoriginaldocumentpage10中心疏鬆，中心縮孔為0-1級。注1)檢驗標準按YB/T153-1999執行。2)檢驗方法參照GB/T226-1997鋼的低倍及缺陷酸浸檢驗法。冶金效果a.凝固中心獲得了很好的細等軸晶區(大於30%)。b.中心縮孔減小到00.5級。C.中心裂紋基本消除。d.中心疏鬆減小到00.5級。上述實施方式僅用以說明本發明所述技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。權利要求1、一種改善連鑄機連鑄坯內部組織的方法，其特徵在於，在連鑄機二冷段上的連鑄坯液芯末端處，進行電磁攪拌，產生正反向交替的螺旋旋轉力，該力使得鋼液旋轉並沿著連鑄機澆鑄方向流動，對液芯末端固-液相區域附加靜壓力。2、如權利要求1所述的改善連鑄機連鑄坯內部組織的方法，其特徵在於，採用設置在連鑄機二冷段的連鑄坯液芯末端處的通電電磁線圈來進行所述的電磁攪拌。3、如權利要求1或2所述的改善連鑄機連鑄坯內部組織的方法，其特徵在於，進行電磁攪拌的通電頻率參數為120赫茲，通電電流參數為1001000安培；通電電壓參數為1501000伏。4、如權利要求1所述的改善連鑄機連鑄坯內部組織的方法，其特徵在於，所述連鑄機生產的連鑄坯斷面為圓坯的直徑①為150毫米1000毫米；矩形坯的長為150毫米1000毫米，寬為150毫米5000毫米。5、如權利要求1所述的改善連鑄機連鑄坯內部組織的方法，其特徵在於，所述連鑄機生產拉坯速度為0.1米/分鐘4.0米/分鐘。6、一種採用如權利要求l所述的方法的電磁攪拌裝置，其特徵在於，該電磁攪拌裝置設置在連鑄機二冷段的連鑄坯液芯末端處，並能夠產生正反向交替的螺旋旋轉力。7、如權利要求6所述的電磁攪拌裝置，其特徵在於，所述電磁攪拌裝置為設置在設置在連鑄機二冷段的連鑄坯液芯末端處的通電電磁線圈。8、如權利要求7所述的電磁攪拌裝置，其特徵在於，所述電磁線圈的通電頻率參數為120赫茲；所述電磁線圈的通電電流參數為1001000安培；所述電磁線圈的通電電壓參數為1501000伏。9、如權利要求6所述的電磁攪拌裝置，其特徵在於，所述連鑄機為全弧形連鑄機、立彎形連鑄機或立式連鑄機。全文摘要本發明提供了一種改善連鑄機鑄坯內部組織的方法及電磁攪拌裝置。其中該方法是在連鑄機二冷段上的連鑄坯液芯末端處，進行電磁攪拌，產生正反向交替的螺旋旋轉力，該力使得鋼液旋轉並沿著連鑄機澆鑄方向流動，對液芯末端固-液相區域附加靜壓力。採用本發明的方法及電磁攪拌裝置，能夠提供足夠的鋼液，來補充液芯凝固時的體積收縮，消除縮孔和疏鬆，從而提高連鑄坯的質量。文檔編號B22D11/16GK101642802SQ200910092048公開日2010年2月10日申請日期2009年9月7日優先權日2009年9月7日發明者吳國慶,周德鋼,軍王申請人:中冶京誠工程技術有限公司