CN101642802A - 一种改善连铸机铸坯内部组织的方法及电磁搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改善连铸机铸坯内部组织的方法及电磁搅拌装置。其中该方法是在连铸机二冷段上的连铸坯液芯末端处，进行电磁搅拌，产生正反向交替的螺旋旋转力，该力使得钢液旋转并沿着连铸机浇铸方向流动，对液芯末端固－液相区域附加静压力。采用本发明的方法及电磁搅拌装置，能够提供足够的钢液，来补充液芯凝固时的体积收缩，消除缩孔和疏松，从而提高连铸坯的质量。

Description

一种改善连铸机铸坯内部组织的方法及电磁搅拌装置

技术领域

本发明有关于一种钢铁冶金技术，具体地讲，是一种改善连铸机铸坯内部组织的方法及电磁搅拌装置。

背景技术

八十年代至今，连铸机生产线迅速发展，对连铸坯的质量要求越来越高，特别是特种钢材要求更高。连铸坯在二冷段位置的强制冷却下，柱状晶特别发达，并且从外向心部生长，这样，连铸坯皮下深层处的柱状晶增加而等轴晶少，柱状晶形成搭桥，连铸坯质量降低。另外，连铸坯在冷凝过程中，要体积收缩，坯壳已形成，就需要钢水沿着连铸坯的运动方向不断地补充钢水，由于皮下柱状晶形成搭桥，阻碍了钢水沿着连铸坯的运动方向不断地补充，液芯下部凝固冷却收缩形成缩孔或疏松，向下流动的钢水靠重力无法实现良好的钢水补充。目前，在连铸机上普遍采用电磁搅拌技术，来提高连铸坯的质量，例如采用结晶器电磁搅拌，末端电磁搅拌、二冷电磁搅拌等。

结晶器电磁搅拌：如图1所示，电磁搅拌器101设置在结晶器处，距离液面150mm-300mm的下方，电磁搅拌器101产生一水平旋转力，使得钢液旋转，其能够使得连铸坯10在结晶器部位钢液中的气体及杂质上浮；使得连铸坯10急冷层下部的固-液状的钢液中迅速生长柱状晶体，在水平旋转力的电磁力的作用下，破碎成小颗粒为晶核，在二冷的强冷作用下形成等轴晶，提高连铸坯皮下组织的质量；并且可以减少钢液从中间包流入结晶器的冲击深度。

末端电磁搅拌：如图2所示，电磁搅拌器102设置在连铸坯10液芯的凝固末端11处，电磁搅拌器102产生水平旋转力，使得钢液旋转，其作用连铸坯10的凝固末端11的固-液状的钢液中迅速生长柱状晶体，在水平旋转力的电磁力的作用下，破碎成小颗粒，小颗粒形成等轴晶，细化组织，改善了连铸坯芯部组织，提高的质量。但是，由于皮壳的形成，液芯末端的钢液凝固时，体积缩小形成空穴，没有足够的钢液来补充，在末端电磁搅拌产生的力的作用下，使得液芯末端凝固成较均匀的等轴晶体，虽然缩孔消除、减少了碳及其重金属偏析，但是疏松增加。末端电磁搅拌使得连铸坯凝固末端的即将生成的缩孔，在电磁力的作用下，形成疏松状等轴晶的凝固体。

二冷电磁搅拌：如图2所示，电磁搅拌器103设置在结晶器下方，固-液相区域上方，电磁搅拌器103产生一水平旋转力，使得钢液旋转，其作用能够使得钢液中的杂质上浮；在连铸坯10的二冷段的位置上，其断面坯壳下等厚度的固-液相在电磁力的的作用下，成分均匀，防止重金属及碳的聚集，提高连铸坯皮下深层质量；使得连铸坯坯10皮下深层等厚度的固-液相的钢液中，在水平旋转力的电磁力的作用下，将迅速生长的柱状晶体破碎成小颗粒，形成等轴晶，提高连铸坯皮下组织的质量。

以上三种电磁搅拌器可以的单独使用形成单独电磁搅拌，也可以其中的两种或者三种联合使用，形成联合电磁搅拌。虽然，该些电磁搅拌方式都可以利用电磁力，对铸坯内部进行的钢液施加力，提高连铸坯坯皮下深层等厚度的质量。但是，结晶器电磁搅拌和二冷电磁搅拌都只是提高连铸坯皮下深层等厚度的质量，而不能提高连铸坯芯部的质量，因而仅适用于板坯，而不适用于改善方坯和圆坯芯部组织。末端电磁搅拌虽然可以改善连铸坯芯部组织，但是会造成疏松增加，其改善连铸坯内部组织的效果也不是很理想。

要想消除疏松、缩孔和减少柱状晶、增加等轴晶，就必须在液芯凝固时，外形体积收缩或有足够的钢液补充，同时在力的作用下，柱状晶破碎成小颗粒，小颗粒形成等轴晶，凝固成致密的连铸坯。目前主要采用如下两种使连铸坯外形体积收缩方法来提高连铸坯的质量。

1)软压下技术：软压下技术是针对矩型坯，在连铸坯的表面施加一个力，使得其体积缩小，来补充由于液芯凝固时的体积收缩，同时这个力破碎部分柱状晶变成小颗粒，小颗粒形成了等轴晶，增加了等轴晶含量。但是，对于圆坯，采用该种方法，会使圆坯产生形变，使圆坯的圆度受到影响，导致最终的圆坯不合格。

2)二冷末端强冷法：二冷末端强冷法就是针对圆坯，是在液芯凝固末端处，施加喷水强冷，是连铸坯体积机体收缩，来补充由于液芯凝固时的体积收缩。这种方法必须控制好，连铸坯收缩的体积大于等于液芯凝固时的体积，才能减少或消除疏松、缩孔。并且，不能大量减少柱状晶形成等轴晶。另外，由于强冷会使得连铸坯表面产生表面裂纹。

因此，有必要提供一种新的改善连铸坯内部组织的方法及电磁搅拌装置，来克服上述现有方法存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种改善连铸机连铸坯内部组织的方法及电磁搅拌装置，采用该方法，能够提供足够的钢液，来补充液芯凝固时的体积收缩，消除缩孔和疏松，从而提高连铸坯的质量。

本发明的目的还在于，提供一种改善连铸机连铸坯内部组织的电磁搅拌装置，利用该电磁搅拌装置，能够提供足够的钢液，来补充液芯凝固时的体积收缩，消除缩孔和疏松，从而提高连铸坯的质量。

本发明的上述目的可采用如下技术方案来实现：一种改善连铸机连铸坯内部组织的方法，其中在连铸机二冷段上的连铸坯液芯末端处，进行电磁搅拌，产生正反向交替的螺旋旋转力，该力使得钢液旋转并沿着连铸机浇铸方向流动，对液芯末端固-液相区域附加静压力。

本发明还提供了一种改善连铸机连铸坯内部组织的电磁搅拌装置，其中，该电磁搅拌装置设置在连铸机二冷段的连铸坯液芯末端处，并能够产生正反向交替的螺旋旋转力。

在本发明的电磁搅拌装置为设置在连铸机二冷段的连铸坯液芯末端处的通电电磁线圈。

在本发明中，所述电磁线圈的通电频率参数为：1～20赫兹；所述电磁线圈的通电电流参数为：100～1000安培；所述电磁线圈的通电电压参数为：150～1000伏。

在本发明中，所述连铸机可为全弧形连铸机、立弯形连铸机或立式连铸机。

在本发明中，所述连铸机生产的连铸坯断面为：圆坯的直径Φ为150毫米～1000毫米；矩形坯的长为150毫米～1000毫米，宽为150毫米～5000毫米。

在本发明中，所述连铸机生产拉坯速度为0.1米/分钟～4.0米/分钟。

采用本发明的上述改善连铸机连铸坯内部组织的方法及电磁搅拌搅拌装置，其效果是显著的，由于在连铸机的连铸坯液芯凝固末端处进行电磁搅拌，产生正反向交替的螺旋旋转力，在这个力的作用下，使得钢液旋转，并且向下流动，对液芯末端固-液相区域附加静压力，当固-液相区域凝固收缩时，有足够的钢水来补充，这样消除了缩孔和疏松，提高了连铸坯芯部的质量。并且，在这个力的作用下，液芯与皮下深层之间的固-液体部分迅速生长的柱状晶体破碎成小颗粒，即为晶核，向固-液相区域末端流动，为固-液相区域能够形成等轴晶创造了条件，提高了连铸坯的质量。另外，由于在强制冷却下，连铸坯内部迅速生长柱状晶体形成网状，阻碍液芯中的钢水流动，而在这个力的作用下，将这个柱状晶体形成网状破碎成小颗粒，清理了连铸坯液芯钢液的流动通道，减少钢水流动的阻力。同时，在这个力的作用下，固-液相区域凝固均匀化，防止了重金属及碳的聚集，形成白亮带，提高了连铸坯内部质量。

采用本发明的方法和电磁搅拌装置，在增加连铸坯中心部位密度以及增加中心部的等轴晶的同时，可增加连铸坯皮下深层处的等轴晶，同时，减少柱状晶，减轻、消除碳及其重金属偏析和白亮带，进而改善连铸坯的组织，提高连铸坯的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的结晶器电磁搅拌示意图；

图2为现有的结晶器电磁搅拌+末端电磁搅拌+二冷电磁搅拌示意图；

图3为本发明的全弧形连铸机电磁搅拌位置示意图；

图4为本发明的立式连铸机电磁搅拌位置示意图；

图5为本发明的立弯式连铸机电磁搅拌位置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3-图5所示，连铸机的连铸坯在生产过程中，一般分为三个区域，液芯L(即液相区域)，固-液相区域(或称糊状区)M以及固相区域S。本发明提供了一种改善连铸机连铸坯内部组织的方法，该方法是在连铸机二冷段上的连铸坯液芯L末端201处，进行电磁搅拌，产生正反向交替的螺旋旋转力，在该力的作用下，使得钢液旋转并沿着连铸机浇铸方向流动，对液芯L末端201的固-液相区域M附加静压力。

如图3-图5所示，本发明还提供了一种采用上述方法的电磁搅拌装置21，该电磁搅拌装置21设置在连铸机二冷段的连铸坯20的液芯末端201处，并能够产生正反向交替的螺旋旋转力。

利用上述方法和电磁搅拌装置，在连铸机工作过程中，由于在连铸机的连铸坯20的液芯L末端201处进行电磁搅拌，通过该电磁搅拌产生正反向交替的螺旋旋转力，从而在这个力的作用下，使得钢液旋转，并且向下流动，对液芯L末端固-液相区S附加静压力，使得固-液相区域S凝固收缩时，有足够的钢水来补充，这样消除了缩孔和疏松，提高了连铸坯20芯部的质量。

并且，在电磁搅拌的螺旋旋转力的作用下，连铸坯20的液芯L与皮下深层之间的固-液体部分迅速生长的柱状晶体破碎成小颗粒(即为晶核)，向固-液相区域M末端流动，为固-液相区域M能够形成等轴晶创造了条件，提高了连铸坯20的质量。另外，在该螺旋旋转力的作用下，将二冷段强制冷却过程中产生的柱状晶体形成网状破碎成小颗粒，清理了连铸坯20液芯L的钢液流动通道，减少钢水流动的阻力。同时，在这个力的作用下，固-液相区域M凝固均匀化，防止了由于重金属及碳的聚集而形成白亮带，提高了连铸坯20的内部质量。

另外，由于本发明是通过在连铸机的二冷段上的连铸坯20的液芯L末端201处进行电磁搅拌来改善连铸坯20内部组织的，不但不会像软压下技术对连铸坯20的外形产生影响，因而可以适用于圆坯、方坯等连铸坯，并且也不会像二冷末端强冷法那样产生表面裂纹；同时与软压下技术与二冷末端强冷法相比，更易于控制，成本也比较低。

在本发明中，所述电磁搅拌装置21可为设置在连铸机二冷段的连铸坯液芯末端处的通电电磁线圈。连铸机正常生产中，可对不同断面在相应钢种的拉速下，通过电磁线圈的控制柜，通上低频率、适当的电压、适当的电流，使得电磁线圈产生沿着连铸机铸流方向产生双向螺旋旋转电磁力，连铸坯20内部未凝固的钢液在此力的作用下，做螺旋运动，从而使得钢液旋转并沿着连铸机浇铸方向流动。

在本发明的一个可选例子中，进行电磁搅拌的电磁线圈的通电频率参数为：1～20赫兹；通电电流参数为：100～1000安培；通电电压参数为：150～1000伏。

在本发明中，所述连铸机可如图3所示，可为全弧形连铸机，或者如图4所示为立式连铸机，也可如图5所示为立弯形连铸机；当然根据需要本发明的方法和装置还可用于其它连铸机中，在此不再一一描述。

在本发明中，所述连铸机生产的连铸坯20的断面可为：圆坯的直径Φ为150毫米～1000毫米；矩形坯的长为150毫米～1000毫米，宽为150毫米～5000毫米。

在本发明中，所述连铸机生产拉坯速度可为0.1米/分钟～4.0米/分钟。

实验证明，采用本发明的方法和电磁搅拌装置，所获得经电磁搅拌后的铸坯经检验没有裂纹、针孔、气泡、结疤及夹杂；其中测得参数如下：

内部裂纹：

铸坯中心偏析：

注：中心碳偏析采用从横截面切片方法，钻孔直径5～6mm，每孔深度应接近10mm，中心碳偏析率按C0/C_平×100％计算。

连铸坯等轴晶率：

等轴晶率的定义为等轴晶线宽度和连铸坯断面宽度之比。

含碳量(％)	等轴晶粒区(％)
		0.15~0.20	≥50
0.20~0.45	≥55
		0.45~0.65	≥60
＞0.65	≥50

低倍检验：经电磁搅拌后的铸坯内部质量，通过横断面硫印或酸浸后，按部标YB/T153-1999来评价，指标如下表所示：

非金属夹杂	皮下气泡	内部气泡	夹渣	翻皮	所占比例(％)
						≤0.5	0	无	无	无	95
＞0.5	≤0.5				5

中心疏松，中心缩孔为0-1级。

注：1)检验标准按YB/T153-1999执行。

2)检验方法参照GB/T226-1997钢的低倍及缺陷酸浸检验法。

冶金效果：

a.凝固中心获得了很好的细等轴晶区(大于30％)。

b.中心缩孔减小到0～0.5级。

C.中心裂纹基本消除。

d.中心疏松减小到0～0.5级。

上述实施方式仅用以说明本发明所述技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1、一种改善连铸机连铸坯内部组织的方法，其特征在于，在连铸机二冷段上的连铸坯液芯末端处，进行电磁搅拌，产生正反向交替的螺旋旋转力，该力使得钢液旋转并沿着连铸机浇铸方向流动，对液芯末端固-液相区域附加静压力。

2、如权利要求1所述的改善连铸机连铸坯内部组织的方法，其特征在于，采用设置在连铸机二冷段的连铸坯液芯末端处的通电电磁线圈来进行所述的电磁搅拌。

3、如权利要求1或2所述的改善连铸机连铸坯内部组织的方法，其特征在于，进行电磁搅拌的通电频率参数为：1～20赫兹，通电电流参数为：100～1000安培；通电电压参数为：150～1000伏。

4、如权利要求1所述的改善连铸机连铸坯内部组织的方法，其特征在于，所述连铸机生产的连铸坯断面为：圆坯的直径Φ为150毫米～1000毫米；矩形坯的长为150毫米～1000毫米，宽为150毫米～5000毫米。

5、如权利要求1所述的改善连铸机连铸坯内部组织的方法，其特征在于，所述连铸机生产拉坯速度为0.1米/分钟～4.0米/分钟。

6、一种采用如权利要求1所述的方法的电磁搅拌装置，其特征在于，该电磁搅拌装置设置在连铸机二冷段的连铸坯液芯末端处，并能够产生正反向交替的螺旋旋转力。

7、如权利要求6所述的电磁搅拌装置，其特征在于，所述电磁搅拌装置为设置在设置在连铸机二冷段的连铸坯液芯末端处的通电电磁线圈。

8、如权利要求7所述的电磁搅拌装置，其特征在于，所述电磁线圈的通电频率参数为：1～20赫兹；所述电磁线圈的通电电流参数为：100～1000安培；所述电磁线圈的通电电压参数为：150～1000伏。

9、如权利要求6所述的电磁搅拌装置，其特征在于，所述连铸机为全弧形连铸机、立弯形连铸机或立式连铸机。

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