一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的裝置及其方法

2023-05-09 05:18:21

一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的裝置及其方法
【專利摘要】本發明公開了一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的裝置及其方法，屬於齒輪鋼冶煉的【技術領域】。本發明中的鋼水出口與水平連鑄結晶器相連接，結晶器底部銅板外側壁設置有底部超聲波導杆，結晶器頂部銅板外側壁設置有頂部超聲波導杆，結晶器第一側銅板外側壁設置有第一側超聲波導杆，結晶器第二側銅板外側壁設置有第二側超聲波導杆，底部超聲波導杆、頂部超聲波導杆、第一側超聲波導杆、第二側超聲波導杆分別與各自的換能器相連，換能器通過電纜與各自的超聲波電源相連。本發明在水平連鑄結晶器上產生超聲波振動，且水平連鑄結晶器四側壁的波導杆採用特定的功率和頻率，從而使得在水平連鑄結晶器的側壁上施加超聲波振動。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明屬於齒輪鋼冶煉的【技術領域】，更具體地說，涉及一種齒輪鋼水平連鑄用施 加超聲波振動的裝置及其方法。 一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的裝置及其方法

【背景技術】
[0002] 齒輪鋼是汽車材料中用量較大，要求較高的關鍵材料之一，它不僅影響車輛壽命， 能耗等技術經濟指標，而且對於滿足安全、環保及舒適要求也至關重要。我國汽車工業的蓬 勃發展，不僅使齒輪鋼產量有大幅度提高，而且對其質量的要求也越來越高，促進了汽車材 料的升級換代。節能、環保、安全、舒適、智能和網絡是汽車工業技術發展的總趨勢，汽車工 業發展對零件發展的要求是節約合金（Cr、Ni、Mo等元素）資源，這就需要從設計上開發最 經濟的齒輪鋼，能夠滿足輕、中、重型汽車齒輪的性能要求。
[0003] 齒輪鋼在生產過程中，一般都是採用連鑄設備得到鋼坯，以便於運輸和後續使用。 結晶器是連鑄設備中一個重要的部件，被譽為連鑄機的"心臟"。連鑄過程中，鋼水在結晶器 中初步凝固成型形成一定厚度的坯殼，同時保持鋼水（坯殼）與結晶器之間存在連續的相 對運動，使從結晶器拉出來的鑄坯不僅具有一定的厚度，而且保證鑄坯在機械應力和熱應 力的綜合作用下既不會被拉斷，也不會產生歪扭變形和裂紋等質量缺陷。因此結晶器的運 行及設計結構參數對提高齒輪鋼鑄坯質量至關重要。
[0004] 在齒輪鋼連鑄生產時，結晶器一直在振動，其目的是使結晶器內壁獲得良好的潤 滑條件，減少鑄坯與結晶器內壁之間的摩擦力又能防止鋼水與內壁黏結，但由於結晶器的 振動，在鑄坯表面會形成明顯的振痕。振痕平均深達0. 5_，且振痕彎曲，有些鋼種鑄坯表面 振痕深度達〇. 5?0. 7mm。鑄坯表面形成振痕的原因是鑄坯在負滑移期間，向下振動的速度 大於拉坯速度時，彎月面會被保護渣中產生的正壓力推向鋼液中形成振痕。在正滑脫期間， 當初始凝固坯殼強度不大，保護渣中形成的負壓力和波動鋼液的慣性力將坯殼推向結晶器 內壁，導致初始凝固坯殼彎曲或重疊，形成不帶鉤狀的振痕。當初始凝固坯殼的厚度較大， 強度高的時候，初始凝固坯殼不能推向結晶器內壁，因此鋼液會覆蓋在彎月面上，形成一種 帶鉤狀的振痕。有些鑄坯靠近角部區域出現縱向凹陷，最深處達到3. 5?4. 0mm，且凹陷部 位有粘渣現象。不修改鑄坯表面的振痕谷底處常伴有肉眼可見微裂紋，微裂紋形成後在外 部因素的作用下可導致裂紋的擴展。
[0005] 關於超聲波振動應用於連鑄結晶器的技術方案已經公開，如中國專利申請號： 201010251566. 3,申請日：2010-08-05,發明創造名稱為：一種採用超聲波振動的連鑄結晶 器裝置，該申請案公開了一種採用超聲波振動的連鑄結晶器裝置，該連鑄結晶器裝置包括 中間包、結晶器、結晶器銅板、超聲波導波杆、換能器、超聲波電源，所述結晶器與中間包直 接連接，在所述結晶器銅板的每個背面分別安裝超聲波導波杆，所述超聲波導波杆與換能 器相連，換能器通過電纜和超聲波電源相連，在所述結晶器銅板四周設有冷卻水水箱，所述 超聲波導波杆穿過冷卻水水箱與結晶器銅板垂直相連，所述超聲波導波杆的長度為採用的 超聲波波長的整數倍或半波長的整數倍。該申請案是本發明專利發明人所在課題組研究的 課題成果之一，其中公開了如下技術手段：每平方米結晶器銅板上，超聲波高頻脈衝電源的 輸出功率為：1000?10000W/m2,頻率為15?60KHZ，該申請案中的技術方案是基於實驗室 的實驗結論得出的，但是該申請案的技術方案在工業現場試驗發現其效果並不理想，尤其 針對齒輪鋼連鑄過程中，該技術方案無法達到預期的效果，該申請案引導連鑄技術人員在 工藝控制上應該注意把握每平方米結晶器銅板上的輸出功率和頻率，但是本發明專利申請 顛覆了這一設計思路。
[0006] 此外，關於採用超聲波技術改善鑄坯凝固組織的技術方案也有類似公開，如中國 專利申請號=200810023282. 1，申請日：2008-04-07,發明創造名稱為：一種超聲波直接引 入鋼液改善鋼質量的方法，該申請案的方法是：鋼樣在設定的溫度下熔化後，選用合適的超 聲波工具頭，採用上部導入法將超聲波直接引入鋼液進行超聲處理。關於改善鑄坯凝固組 織的技術方案還有中國專利申請號：200510039030. 4,申請日：2005-04-25,發明創造名稱 為：一種用於連鑄機控制鑄坯凝固結構的方法，該申請案公開了一種用於連鑄機控制鑄坯 凝固結構的方法，在連鑄機的結晶器或中間包的鋼水中，插入一根電極，該電極通過電纜連 接到高頻電源輸出的負極，高頻脈衝電源的正極用電纜連接到連鑄機的鋼結構基礎上，在 連鑄機正常澆鑄時，合上高頻脈衝電源，將高頻脈衝電源的輸出電壓、電流、頻率調至一定 值，高頻脈衝電場開始對連鑄坯的凝固組織進行處理。這兩個申請案都是近些年本發明專 利發明人所在課題組研究的課題成果，但是如何在工業現場的連鑄過程中同時控制齒輪鋼 鑄坯表面形成的振痕及鑄坯凝固組織，這是困擾發明人多年的技術難題，也是困擾超聲波 技術應用於連鑄工序的重大難題。
[0007] 又如，中國專利申請號：201210176314. 8,申請日：2012-05-31，發明創造名稱為： 一種銅合金板帶水平連鑄用施加超聲場的裝置及其方法，該申請案包括石墨結晶器、中間 包、超聲波發生器和矩形輻射板，所述的石墨結晶器設置在分隔為上水冷套和下水冷套的 水冷套中，水冷套內注滿水，形成冷卻系統，所述的矩形輻射板與超聲波發生器通過波導杆 螺紋連接、與石墨結晶器通過雙階式連接。該申請案在一定程度上使得鑄坯表面振動痕平 滑，但是其結晶器各側面的超聲波參數控制不合理，無法保證鑄坯的所有表面均無振動痕， 需進一步改進。


【發明內容】

[0008] 1.發明要解決的技術問題
[0009] 本發明的目的在於克服現有技術中齒輪鋼在連鑄時鑄坯表面易形成明顯振痕的 不足，提供了一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的裝置及其方法，採用本發明的技術 方案，不僅可以解決齒輪鋼在工業現場連鑄過程中出現的鑄坯表面振痕，而且能夠改善鑄 坯凝固組織。
[0010] 2.技術方案
[0011] 為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：
[0012] 其一，本發明的一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的裝置，中間包的一側壁 開設有鋼水出口，該鋼水出口與水平連鑄結晶器相連接，所述的水平連鑄結晶器的外周設 置有結晶器冷卻水箱，上述的水平連鑄結晶器包括結晶器底部銅板、結晶器頂部銅板、結晶 器第一側銅板和結晶器第二側銅板，上述的結晶器底部銅板、結晶器頂部銅板、結晶器第一 側銅板、結晶器第二側銅板圍成矩形的結晶器內腔，該結晶器內腔呈水平設置，結晶器內腔 的一端與中間包側壁的鋼水出口相連通，結晶器內腔的另一端與外部空間相連通；所述的 結晶器頂部銅板向結晶器底部銅板傾斜設置，該結晶器頂部銅板與水平面的夾角為0. 4° ; 所述的結晶器底部銅板外側壁設置有底部超聲波導杆，該底部超聲波導杆的導波端與結晶 器底部銅板外側壁相接觸，該底部超聲波導杆的另一端穿過結晶器冷卻水箱；所述的結晶 器頂部銅板外側壁設置有頂部超聲波導杆，該頂部超聲波導杆的導波端與結晶器頂部銅板 外側壁相接觸，該頂部超聲波導杆的另一端穿過結晶器冷卻水箱；所述的結晶器第一側銅 板外側壁設置有第一側超聲波導杆，該第一側超聲波導杆的導波端與結晶器第一側銅板外 側壁相接觸，該第一側超聲波導杆的另一端穿過結晶器冷卻水箱；所述的結晶器第二側銅 板外側壁設置有第二側超聲波導杆，該第二側超聲波導杆的導波端與結晶器第二側銅板外 側壁相接觸，該第二側超聲波導杆的另一端穿過結晶器冷卻水箱；上述的底部超聲波導杆、 頂部超聲波導杆、第一側超聲波導杆、第二側超聲波導杆分別與各自的換能器相連，換能器 通過電纜與各自的超聲波電源相連。
[0013] 更進一步地說，所述的底部超聲波導杆、頂部超聲波導杆、第一側超聲波導杆、第 二側超聲波導杆的冷卻採用結晶器冷卻水箱內的冷卻水進行冷卻。
[0014] 更進一步地說，所述的底部超聲波導杆、頂部超聲波導杆、第一側超聲波導杆、第 二側超聲波導杆分別與相接觸的結晶器底部銅板、結晶器頂部銅板、結晶器第一側銅板、結 晶器第二側銅板相垂直接觸。
[0015] 更進一步地說，所述的底部超聲波導杆、頂部超聲波導杆、第一側超聲波導杆、第 二側超聲波導杆的長度為各自採用的超聲波波長的整數倍或半波長的整數倍。
[0016] 更進一步地說，所述的底部超聲波導杆、頂部超聲波導杆、第一側超聲波導杆、第 二側超聲波導杆的材質為鋁鎂合金或鈦合金。
[0017] 其二，本發明的一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的方法，精煉之後的齒輪 鋼鋼水化學成分的質量百分比為：(： ：0.18%?0.22%，5丨：0.20%?0.30%，]\111:0.90%? 1. 15 %，P :彡 0· 030 %，S :彡 0· 030 %，Cr :1· 00 % ?1. 32 %，Ti :0· 04% ?0· 08 %，W : 0·025%?0·038%，[0]:12Χ1(Γ6?16Χ1(Γ6，[Η] :?^1·5Χ1(Γ6，[Ν]:30Χ1(Γ6?40Χ1(Γ 6， 其餘為鐵和不可避免的雜質；
[0018] 齒輪鋼鋼水從鋼包的底部，流經長水口注入到中間包中，中間包的一側壁開設有 鋼水出口，該鋼水出口與水平連鑄結晶器相連接，所述的水平連鑄結晶器的外周設置有結 晶器冷卻水箱，上述的水平連鑄結晶器包括結晶器底部銅板、結晶器頂部銅板、結晶器第一 側銅板和結晶器第二側銅板，上述的結晶器底部銅板、結晶器頂部銅板、結晶器第一側銅 板、結晶器第二側銅板圍成矩形的結晶器內腔，該結晶器內腔呈水平設置，結晶器內腔的一 端與中間包側壁的鋼水出口相連通，結晶器內腔的另一端與外部空間相連通；
[0019] 所述的結晶器頂部銅板向結晶器底部銅板傾斜設置，該結晶器頂部銅板與水平面 的夾角為〇. 4° ;所述的結晶器底部銅板外側壁設置有底部超聲波導杆，該底部超聲波導杆 的導波端與結晶器底部銅板外側壁相接觸，該底部超聲波導杆的另一端穿過結晶器冷卻水 箱；所述的結晶器頂部銅板外側壁設置有頂部超聲波導杆，該頂部超聲波導杆的導波端與 結晶器頂部銅板外側壁相接觸，該頂部超聲波導杆的另一端穿過結晶器冷卻水箱；所述的 結晶器第一側銅板外側壁設置有第一側超聲波導杆，該第一側超聲波導杆的導波端與結晶 器第一側銅板外側壁相接觸，該第一側超聲波導杆的另一端穿過結晶器冷卻水箱；所述的 結晶器第二側銅板外側壁設置有第二側超聲波導杆，該第二側超聲波導杆的導波端與結晶 器第二側銅板外側壁相接觸，該第二側超聲波導杆的另一端穿過結晶器冷卻水箱；上述的 底部超聲波導杆、頂部超聲波導杆、第一側超聲波導杆、第二側超聲波導杆分別與各自的換 能器相連，換能器通過電纜與各自的超聲波電源相連，其中：
[0020] 底部超聲波導杆使用的超聲波功率為Pl，PI = AX310W，
[0021] 底部超聲波導杆使用的超聲波頻率為Fl，FI = AX30KHZ ;
[0022] 式中：
[0023] A 為超聲波係數，A = (C+Si) /0· 5+Mn/3+ (Cr+Ti) /2+W/0. 1 ;
[0024] 頂部超聲波導杆使用的超聲波功率為P2, P2 = PI Χ0· 83，
[0025] 頂部超聲波導杆使用的超聲波頻率為F2, F2 = FIX0. 94 ;
[0026] 第一側超聲波導杆、第二側超聲波導杆使用的超聲波功率均為P34, P34 = P1X0. 95,
[0027] 第一側超聲波導杆、第二側超聲波導杆使用的超聲波頻率均為F34, F34 = F1X1. 02。
[0028] 3.有益效果
[0029] 採用本發明提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下顯著效果：
[0030] 本發明在齒輪鋼連鑄過程中採用水平連鑄結晶器，在水平連鑄結晶器上產生超 聲波振動，且水平連鑄結晶器四側壁的波導杆採用特定的功率和頻率，從而使得在水平連 鑄結晶器的側壁上施加超聲波振動，在水平連鑄結晶器的內壁和初生述殼之間產生一個張 力，無需依靠結晶器的機械振動，而僅僅依靠超聲波振動力使初生坯殼與結晶器內壁自動 "脫模"，從而消除或減少齒輪鋼鑄坯表面缺陷的產生；結晶器側壁上施加的超聲波還可以 直接穿透到齒輪鋼鑄坯內部，使鑄坯內部剛剛結晶形成的金屬枝晶斷裂，從而在鑄坯內部 形成大量的異質形核核心，促進鑄坯中等軸晶的發展，進而提高後續金屬製品的質量。本發 明使得在工業現場超聲波振動式結晶器成功使用，必將推動相關的連鑄新技術研究，推動 水平連鑄技術發展，降低連鑄機的高度，節約大量投資，對促進連鑄技術的發展具有重要意 義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1為本發明中水平連鑄系統的結構示意圖；
[0032] 圖2為本發明中水平連鑄結晶器的截面結構示意圖。
[0033] 示意圖中的標號說明：1、鋼包；2、中間包；3、水平連鑄結晶器；4、結晶器冷卻水 箱；51、底部超聲波導杆；52、頂部超聲波導杆；53、第一側超聲波導杆；54、第二側超聲波導 杆；61、結晶器底部銅板；62、結晶器頂部銅板；63、結晶器第一側銅板；64、結晶器第二側銅 板。

【具體實施方式】
[0034] 為進一步了解本發明的內容，結合附圖和實施例對本發明作詳細描述。
[0035] 實施例1
[0036] 結合圖1和圖2,本實施例的一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的裝置，中間 包2的一側壁開設有鋼水出口，該鋼水出口與水平連鑄結晶器3相連接，所述的水平連鑄結 晶器3的外周設置有結晶器冷卻水箱4,上述的水平連鑄結晶器3包括結晶器底部銅板61、 結晶器頂部銅板62、結晶器第一側銅板63和結晶器第二側銅板64,上述的結晶器底部銅板 61、結晶器頂部銅板62、結晶器第一側銅板63、結晶器第二側銅板64圍成矩形的結晶器內 腔，該結晶器內腔呈水平設置，結晶器內腔的一端與中間包2側壁的鋼水出口相連通，結晶 器內腔的另一端與外部空間相連通。
[0037] 本實施例中的結晶器頂部銅板62向結晶器底部銅板61傾斜設置，該結晶器頂部 銅板62與水平面的夾角為0. 4°，本發明中設計結晶器頂部銅板62與水平面呈一定夾角， 是因為齒輪鋼鋼水在凝固過程中會產生收縮，在自身重力的作用下會與結晶器頂部銅板62 自動分離，如果結晶器頂部銅板62不向結晶器底部銅板61傾斜一定角度，則難以將頂部超 聲波導杆52的超聲波導入到水平連鑄結晶器3內部，從而導致水平連鑄結晶器3上側壁的 超聲波工藝參數無法控制。如圖2所示，結晶器底部銅板61外側壁設置有底部超聲波導杆 51，該底部超聲波導杆51的導波端與結晶器底部銅板61外側壁相接觸，該底部超聲波導杆 51的另一端穿過結晶器冷卻水箱4 ;所述的結晶器頂部銅板62外側壁設置有頂部超聲波導 杆52,該頂部超聲波導杆52的導波端與結晶器頂部銅板62外側壁相接觸，該頂部超聲波導 杆52的另一端穿過結晶器冷卻水箱4 ;所述的結晶器第一側銅板63外側壁設置有第一側 超聲波導杆53,該第一側超聲波導杆53的導波端與結晶器第一側銅板63外側壁相接觸，該 第一側超聲波導杆53的另一端穿過結晶器冷卻水箱4 ;所述的結晶器第二側銅板64外側 壁設置有第二側超聲波導杆54,該第二側超聲波導杆54的導波端與結晶器第二側銅板64 外側壁相接觸，該第二側超聲波導杆54的另一端穿過結晶器冷卻水箱4 ;上述的底部超聲 波導杆51、頂部超聲波導杆52、第一側超聲波導杆53、第二側超聲波導杆54分別與各自的 換能器相連，換能器通過電纜與各自的超聲波電源相連。
[0038] 為了對導波杆進行適當的冷卻，本實施例中的底部超聲波導杆51、頂部超聲波導 杆52、第一側超聲波導杆53、第二側超聲波導杆54的冷卻採用結晶器冷卻水箱4內的冷卻 水進行冷卻。此外，本實施例中的底部超聲波導杆51、頂部超聲波導杆52、第一側超聲波導 杆53、第二側超聲波導杆54分別與相接觸的結晶器底部銅板61、結晶器頂部銅板62、結晶 器第一側銅板63、結晶器第二側銅板64相垂直接觸；底部超聲波導杆51、頂部超聲波導杆 52、第一側超聲波導杆53、第二側超聲波導杆54的長度為各自採用的超聲波波長的整數倍 或半波長的整數倍；底部超聲波導杆51、頂部超聲波導杆52、第一側超聲波導杆53、第二側 超聲波導杆54的材質為鈦合金。
[0039] 採用本實施例的上述裝置，本實施例的一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的 方法，其具體過程如下：
[0040] 精煉之後的齒輪鋼鋼水化學成分的質量百分比為如下均可：C :0. 18%?0. 22%， Si :0· 20 % ?0· 30 %，Μη :0· 90 % ?1. 15 %，P :彡 0· 030 %，S :彡 0· 030 %，Cr : 1. 00 % ? 1. 32 %，Ti :0· 04 % ?0· 08 %，W :0· 025 % ?0· 038 %，[0] : 12 X ΚΓ6 ?16 X 1(Γ6，[H]: 彡1.5X10_6, [N] :30X10_6?40ΧΚΓ6,其餘為鐵和不可避免的雜質。本發明中採用的這種 齒輪鋼鋼種成分，有利於在連鑄過程中通過超聲波處理達到消除或減少齒輪鋼鑄坯表面缺 陷的目的，尤其是其中的Ti、W及Μη的成分控制。具體在本實施例中精煉後鋼水的化學成分 的質量百分比為：c :0· 20%，Si :0· 24%，Μη :1. 10%，P :0· 028%，S :0· 027%，Cr :1. 12%， Ti:0.06%，W:0.031%，[0] :14X1(T6, [Η] :1·4Χ1(Γ6, [N] :34X1(T6,其餘為鐵和不可避免 的雜質。
[0041] 精煉之後的齒輪鋼鋼水從鋼包1的底部，流經長水口注入到中間包2中，然後通過 水平連鑄結晶器3進行水平連鑄，本實施例的齒輪鋼澆注溫度為1534°C，拉速為1. lm/min， 連鑄過程中的超聲波工藝參數控制如下：
[0042] 底部超聲波導杆51使用的超聲波功率為Pl，PI = AX310W，
[0043] 底部超聲波導杆51使用的超聲波頻率為Fl，FI = AX30KHZ ;
[0044] 式中：
[0045] A 為超聲波係數，A = (C+Si) /0· 5+Mn/3+ (Cr+Ti) /2+W/0. 1 ;
[0046] 頂部超聲波導杆52使用的超聲波功率為P2, P2 = PI Χ0· 83，
[0047] 頂部超聲波導杆52使用的超聲波頻率為F2, F2 = FIX0· 94 ;
[0048] 第一側超聲波導杆53、第二側超聲波導杆54使用的超聲波功率均為P34, P34 = P1X0. 95,
[0049] 第一側超聲波導杆53、第二側超聲波導杆54使用的超聲波頻率均為F34, F34 = F1X1. 02。
[0050] 具體在本實施例中精煉後鋼水的化學成分的質量百分比為：C :0. 20%，Si : 0.24%, Μη ：1. 10%, P ：0. 028%, S ：0. 027%, Cr ：1. 12%, Ti ：0. 06%, ff :0.031 %, [0]： 14X10_6, [Η] :1.4X10_6, [N] :34X10_6,其餘為鐵和不可避免的雜質。因此，超聲波係數A =(C+Si)/0. 5+Mn/3+(Cr+Ti)/2+ff/0. 1 = (0. 20+0. 24)/0. 5+1. 10/3+(1. 12+0. 06)/2+0. 03 1/0. 1 = 2. 15,由此可得：
[0051] 底部超聲波導杆51使用的超聲波功率為Pl，PI = AX310W = 667W，
[0052] 底部超聲波導杆51使用的超聲波頻率為Fl，FI = AX30KHZ = 64KHz ;
[0053] 頂部超聲波導杆52使用的超聲波功率為P2, P2 = P1X0. 83 = 554W，
[0054] 頂部超聲波導杆52使用的超聲波頻率為F2, F2 = F1X0. 94 = 60KHz ;
[0055] 第一側超聲波導杆53、第二側超聲波導杆54使用的超聲波功率均為P34, P34 = P1X0. 95 = 634W,
[0056] 第一側超聲波導杆53、第二側超聲波導杆54使用的超聲波頻率均為F34, F34 = F1X1. 02 = 65KHz〇
[0057] 在連鑄機正常澆注時，合上超聲波電源，將超聲波輸出功率和頻率調至本實施例 計算的值，底部超聲波導杆51、頂部超聲波導杆52、第一側超聲波導杆53、第二側超聲波導 杆54就可以在水平連鑄結晶器3側壁上產生強烈的衝擊作用，消除了水平連鑄結晶器3內 鋼水凝固坯殼與內壁的粘結，同時在鑄坯內部形成大量的異質形核核心，促進鑄坯中等軸 晶的發展。本實施例中的齒輪鋼鋼坯出水平連鑄結晶器3後，用冷卻水噴在齒輪鋼鋼坯上， 進行強制快速冷卻，將中間包2內的鋼液全部拉成一根鋼坯後，結束澆注。
[0058] 總所周知，為了減輕結晶器振動給齒輪鋼鑄坯帶來的缺陷，改善鑄坯表面質量，減 小振痕深度，人們一直都在對結晶器的振動進行深入細緻的研究。但是，結晶器振動方式的 改進解決不了鑄坯固有的振動缺陷，所以人們一直在不斷地開發新型結構的結晶器。本發 明提出的基於超聲波振動式的水平連鑄結晶器3突破了傳統的機械振動的限制，本發明通 過對大量實驗數據的分析總結確定了超聲波係數的具體計算方式，而且從水平連鑄結晶器 3的各個側壁綜合控制超聲波的工藝參數，是將超聲波振動應用於工業連鑄生產的一項新 的結晶器振動技術，它有利於促進沒有振痕等表面缺陷的無缺陷連鑄坯生產。此外，水平連 鑄結晶器3側壁上施加的超聲波還可以直接穿透到齒輪鋼鑄坯內部，使鑄坯內部剛剛結晶 形成的金屬枝晶斷裂，從而在鑄坯內部形成大量的異質形核核心，促進鑄坯中等軸晶的發 展，進而提高後續金屬製品的質量。本實施例的齒輪鋼鑄坯經表面缺陷檢測，幾乎沒有發現 振痕，且改善了凝固組織，提高了鑄坯質量。
[0059] 實施例2
[0060] 本實施例的一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的裝置，其基本結構同實施例 1。本實施例的一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的方法，其步驟同實施例1，不同之處 在於：
[0061] 精煉後鋼水的化學成分的質量百分比為：C :0. 18 %，Si :0. 30 %，Μη : 0. 90 %, Ρ ：0. 030 %, S ：0. 030 %, Cr ： 1. 00 %, Ti ：0. 08 %, W ：0. 025 %, [0] ： 16X ΙΟ-6, [Η] :1.5Χ10_6, [Ν] :40Χ10_6,其餘為鐵和不可避免的雜質。因此，超聲波係數A = (C+Si)/0. 5+Mn/3+(Cr+Ti)/2+W/0. 1 = 2. 05,由此可得：
[0062] 底部超聲波導杆51使用的超聲波功率為Pl，PI = AX310W = 636W，
[0063] 底部超聲波導杆51使用的超聲波頻率為Fl，FI = AX30KHZ = 62KHz ;
[0064] 頂部超聲波導杆52使用的超聲波功率為P2, P2 = P1X0. 83 = 528W，
[0065] 頂部超聲波導杆52使用的超聲波頻率為F2, F2 = F1X0. 94 = 58KHz ;
[0066] 第一側超聲波導杆53、第二側超聲波導杆54使用的超聲波功率均為P34, P34 = P1X0. 95 = 604W,
[0067] 第一側超聲波導杆53、第二側超聲波導杆54使用的超聲波頻率均為F34, F34 = F1X1. 02 = 63KHz〇
[0068] 本實施例的齒輪鋼鑄坯經表面缺陷檢測，幾乎沒有發現振痕，且改善了凝固組織， 提商了鑄述質量。
[0069] 實施例3
[0070] 本實施例的一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的裝置，其基本結構同實施例 1。 本實施例的一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的方法，其步驟同實施例1，不同之處 在於：
[0071] 精煉後鋼水的化學成分的質量百分比為：C :0. 22%，Si :0. 20%，Mn :1. 15%， P :0.030 %, S :0.029 %,Cr：1.32 %,Ti :0.04 %,ff :0.038 %, [0] ： 12X 10-6, [H]： 1.38X10_6, [N] :30X10_6,其餘為鐵和不可避免的雜質。因此，超聲波係數A = (C+Si)/0. 5+Mn/3+(Cr+Ti)/2+W/0. 1 = 2. 28,由此可得：
[0072] 底部超聲波導杆51使用的超聲波功率為Pl，PI = AX310W = 707W，
[0073] 底部超聲波導杆51使用的超聲波頻率為Fl，FI = AX30KHZ = 68KHz ;
[0074] 頂部超聲波導杆52使用的超聲波功率為P2, P2 = P1X0. 83 = 587W，
[0075] 頂部超聲波導杆52使用的超聲波頻率為F2, F2 = F1X0. 94 = 64KHz ;
[0076] 第一側超聲波導杆53、第二側超聲波導杆54使用的超聲波功率均為P34, P34 = P1X0. 95 = 672W,
[0077] 第一側超聲波導杆53、第二側超聲波導杆54使用的超聲波頻率均為F34, F34 = F1X1. 02 = 69KHz〇
[0078] 本實施例的齒輪鋼鑄坯經表面缺陷檢測，幾乎沒有發現振痕，且改善了凝固組織， 提商了鑄述質量。
[0079] 以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所 示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構並不局限於此。所以，如果本領域的普通技 術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案 相似的結構方式及實施例，均應屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的裝置，其特徵在於：中間包（2)的一側壁 開設有鋼水出口，該鋼水出口與水平連鑄結晶器（3)相連接，所述的水平連鑄結晶器（3)的 外周設置有結晶器冷卻水箱（4)，上述的水平連鑄結晶器（3)包括結晶器底部銅板（61)、結 晶器頂部銅板（62)、結晶器第一側銅板（63)和結晶器第二側銅板（64)，上述的結晶器底部 銅板（61)、結晶器頂部銅板（62)、結晶器第一側銅板（63)、結晶器第二側銅板（64)圍成矩 形的結晶器內腔，該結晶器內腔呈水平設置，結晶器內腔的一端與中間包（2)側壁的鋼水 出口相連通，結晶器內腔的另一端與外部空間相連通； 所述的結晶器頂部銅板（62)向結晶器底部銅板（61)傾斜設置，該結晶器頂部銅板 (62)與水平面的夾角為0. 4° ;所述的結晶器底部銅板￠1)外側壁設置有底部超聲波導 杆（51)，該底部超聲波導杆（51)的導波端與結晶器底部銅板（61)外側壁相接觸，該底部 超聲波導杆（51)的另一端穿過結晶器冷卻水箱（4);所述的結晶器頂部銅板（62)外側壁 設置有頂部超聲波導杆（52)，該頂部超聲波導杆（52)的導波端與結晶器頂部銅板￠2)外 側壁相接觸，該頂部超聲波導杆（52)的另一端穿過結晶器冷卻水箱（4);所述的結晶器第 一側銅板（63)外側壁設置有第一側超聲波導杆（53)，該第一側超聲波導杆（53)的導波端 與結晶器第一側銅板￠3)外側壁相接觸，該第一側超聲波導杆（53)的另一端穿過結晶器 冷卻水箱（4);所述的結晶器第二側銅板￠4)外側壁設置有第二側超聲波導杆（54)，該第 二側超聲波導杆（54)的導波端與結晶器第二側銅板￠4)外側壁相接觸，該第二側超聲波 導杆（54)的另一端穿過結晶器冷卻水箱（4);上述的底部超聲波導杆（51)、頂部超聲波導 杆（52)、第一側超聲波導杆（53)、第二側超聲波導杆（54)分別與各自的換能器相連，換能 器通過電纜與各自的超聲波電源相連。
2. 根據權利要求1所述的一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的裝置，其特徵在 於：所述的底部超聲波導杆（51)、頂部超聲波導杆（52)、第一側超聲波導杆（53)、第二側超 聲波導杆（54)的冷卻採用結晶器冷卻水箱（4)內的冷卻水進行冷卻。
3. 根據權利要求2所述的一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的裝置，其特徵在 於：所述的底部超聲波導杆（51)、頂部超聲波導杆（52)、第一側超聲波導杆（53)、第二側超 聲波導杆（54)分別與相接觸的結晶器底部銅板（61)、結晶器頂部銅板（62)、結晶器第一側 銅板（63)、結晶器第二側銅板（64)相垂直接觸。
4. 根據權利要求2或3所述的一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的裝置，其特徵 在於：所述的底部超聲波導杆（51)、頂部超聲波導杆（52)、第一側超聲波導杆（53)、第二側 超聲波導杆（54)的長度為各自採用的超聲波波長的整數倍或半波長的整數倍。
5. 根據權利要求4所述的一種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的裝置，其特徵在 於：所述的底部超聲波導杆（51)、頂部超聲波導杆（52)、第一側超聲波導杆（53)、第二側超 聲波導杆（54)的材質為鋁鎂合金或鈦合金。
6. -種齒輪鋼水平連鑄用施加超聲波振動的方法，其特徵在於： 精煉之後的齒輪鋼鋼水化學成分的質量百分比為：C :0. 18%?0. 22%，Si :0. 20%? 0· 30 %，Μη :0· 90 % ?1. 15 %，P :彡 0· 030 %，S :彡 0· 030 %，Cr : 1. 00 % ?1. 32 %，Ti : 0·04%?0·08%，Ι:0·025%?0·038%，[0]:12Χ1(Γ 6?16Χ1(Γ6，[Η]:?^1·5Χ1(Γ6，[Ν] : 30X 10_6?40X 10_6,其餘為鐵和不可避免的雜質； 齒輪鋼鋼水從鋼包（1)的底部，流經長水口注入到中間包（2)中，中間包（2)的一側壁 開設有鋼水出口，該鋼水出口與水平連鑄結晶器（3)相連接，所述的水平連鑄結晶器（3)的 外周設置有結晶器冷卻水箱（4)，上述的水平連鑄結晶器（3)包括結晶器底部銅板（61)、結 晶器頂部銅板（62)、結晶器第一側銅板（63)和結晶器第二側銅板（64)，上述的結晶器底部 銅板（61)、結晶器頂部銅板（62)、結晶器第一側銅板（63)、結晶器第二側銅板（64)圍成矩 形的結晶器內腔，該結晶器內腔呈水平設置，結晶器內腔的一端與中間包（2)側壁的鋼水 出口相連通，結晶器內腔的另一端與外部空間相連通； 所述的結晶器頂部銅板（62)向結晶器底部銅板（61)傾斜設置，該結晶器頂部銅板 (62)與水平面的夾角為0. 4° ;所述的結晶器底部銅板￠1)外側壁設置有底部超聲波導 杆（51)，該底部超聲波導杆（51)的導波端與結晶器底部銅板￠1)外側壁相接觸，該底部 超聲波導杆（51)的另一端穿過結晶器冷卻水箱（4);所述的結晶器頂部銅板（62)外側壁 設置有頂部超聲波導杆（52)，該頂部超聲波導杆（52)的導波端與結晶器頂部銅板￠2)外 側壁相接觸，該頂部超聲波導杆（52)的另一端穿過結晶器冷卻水箱（4);所述的結晶器第 一側銅板（63)外側壁設置有第一側超聲波導杆（53)，該第一側超聲波導杆（53)的導波端 與結晶器第一側銅板￠3)外側壁相接觸，該第一側超聲波導杆（53)的另一端穿過結晶器 冷卻水箱（4);所述的結晶器第二側銅板￠4)外側壁設置有第二側超聲波導杆（54)，該第 二側超聲波導杆（54)的導波端與結晶器第二側銅板￠4)外側壁相接觸，該第二側超聲波 導杆（54)的另一端穿過結晶器冷卻水箱（4);上述的底部超聲波導杆（51)、頂部超聲波導 杆（52)、第一側超聲波導杆（53)、第二側超聲波導杆（54)分別與各自的換能器相連，換能 器通過電纜與各自的超聲波電源相連，其中： 底部超聲波導杆（51)使用的超聲波功率為P1，P1 =AX310W， 底部超聲波導杆（51)使用的超聲波頻率為FI，FI = ΑΧ30KHz ; 式中： A 為超聲波係數，A = (C+Si)/0. 5+Mn/3+(Cr+Ti)/2+W/0. 1 ; 頂部超聲波導杆（52)使用的超聲波功率為P2, P2 = PI X0. 83， 頂部超聲波導杆（52)使用的超聲波頻率為F2, F2 = FIX0. 94 ; 第一側超聲波導杆（53)、第二側超聲波導杆（54)使用的超聲波功率均為P34, P34 = P1X0. 95, 第一側超聲波導杆（53)、第二側超聲波導杆（54)使用的超聲波頻率均為F34, F34 = F1X1. 02。
【文檔編號】C22C38/28GK104057040SQ201410286147
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月23日 優先權日:2014年6月23日
【發明者】王建軍, 周俐, 王海軍, 常立忠, 蒙李朋 申請人:安徽工業大學