CN102672118B - 一种梯度钢铁材料的连铸设备和连铸方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种梯度钢铁材料的连铸设备和连铸方法。所述连铸设备包括：结晶器；挡板，位于结晶器中，将结晶器分为挡板内侧区域和挡板外侧区域；丝/线，位于结晶器上方，并且与挡板外侧区域对应。根据本发明的连铸设备和连铸方法可以得到表面组分和内部组分不同的钢铁材料，并且可以避免环境污染，并降低了生产成本。<pb pnum="1" />
Description
技术领域
本发明涉及一种钢铁材料的连铸设备和连铸方法，更具体地讲，本发明涉及一种梯度钢铁材料的连铸设备和连铸方法。
背景技术
材料的表面处理是指通过机械、物理或者化学的方法使材料表面或者表层具有特殊性能的处理过程。例如通过热侵镀、热喷涂、化学热处理的方法来提高材料的耐蚀性、耐磨性等。在钢铁材料中通常使用的表面处理技术有渗碳、渗氮、碳氮共渗等技术，这些表面处理技术尤其应用于齿轮钢、轴承钢、耐磨钢等材料，使钢材表面具有高硬度和高耐磨性，而心部具有较高的韧性和强度。然而化学热处理存在着许多不可避免的缺点，以渗碳为例，除了环境污染、资源消耗、成本增加之外，还可能引起内部氧化、晶粒粗化、析出网状碳化物等缺陷。如果钢铁材料具有一定的成分梯度，可以减少或者省略某些表面处理工艺，因此梯度钢铁材料的生产具有一定的经济意义和社会意义。
喂丝工艺是20世纪80年代发展起来的炉外精炼技术，该工艺根据不同钢种和质量要求，加入一定量铝丝、稀土丝或某种合金丝进行脱氧、合金化和成分微调等，以改善金相组织、控制钢中夹杂物形态、提高力学性能。
连铸，即连续铸钢，是不断地将精炼后的钢水加入到结晶器中，并凝固成型后从结晶器下方拉出的钢水成型技术。如果能够在连铸过程中生产出梯度钢铁材料，则可以节约资源并降低成本。
综上，需要一种提供梯度钢铁材料的方法，以克服化学处理等方法带来的环境污染等问题。
发明内容
为了克服现有技术中的问题，提供了一种能够降低成本并且避免环境污染的梯度钢铁材料的连铸设备和连铸方法。
本发明的梯度钢铁材料的连铸设备包括：结晶器；挡板，位于结晶器中，将结晶器分为挡板内侧区域和挡板外侧区域；丝/线，位于结晶器上方，并且与挡板外侧区域对应。
根据本发明，所述梯度钢铁材料的连铸设备还包括支架和轨道，以固定挡板。所述梯度钢铁材料的连铸设备还包括用来约束丝/线的套筒。所述套筒固定到支架和轨道，并且套筒沿着支架和轨道运动。
优选地，所述套筒的直径为丝/线直径的2倍至3倍。所述挡板的上端比钢水的液面低5厘米至10厘米，所述挡板的下端比钢水的底面高5厘米至10厘米。
另外，本发明还提供了一种梯度钢铁材料的连铸方法，所述连铸方法使用如上所述的连铸设备进行连铸，当利用所述连铸设备进行连铸时，将所述丝/线喂入挡板外侧区域的钢水中，从而得到具有高溶质含量外层、溶质梯度层和芯层的梯度钢铁材料。
根据本发明的连铸设备和连铸方法可以得到表面组分和内部组分不同的钢铁材料，可以避免环境污染，并降低了生产成本。
附图说明
通过参照附图对本发明进行详细地描述，本发明的特征和优点将变得更加明显。
图1是示出根据本发明实施例的梯度钢铁材料的连铸设备的剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来详细描述本发明的实施例。
图1是示出根据本发明实施例的梯度钢铁材料的连铸设备的剖视图。在图1中，标号1为钢水，标号2为钢渣，标号3为结晶器，标号4为丝/线，标号5为套筒，标号6为挡板，标号7为支架和轨道，标号8为高溶质含量外层，标号9为溶质梯度层，标号10为芯层。
根据本发明实施例的梯度钢铁材料的连铸设备包括：结晶器3，结晶器3内装有钢水1和钢渣2；挡板6，位于结晶器3中，从而将结晶器3分为挡板内侧区域和挡板外侧区域两部分；支架和轨道7，挡板6的上部通过连接部件(未示出)固定在支架和轨道7上；丝/线4，位于结晶器3上方，并且与挡板外侧区域对应。这里，挡板外侧区域为挡板6与结晶器3之间的区域，挡板内侧区域为挡板6朝向钢水中心的区域。
另外，根据本发明实施例的梯度钢铁材料的连铸设备还可以包括套筒5，以约束丝/线4。根据本发明的实施例，套筒5可以固定在支架和轨道7上，不能移动。此外，优选地，套筒5可以沿着支架和轨道7移动，从而可以改变喂入点的位置，从而获得均匀的钢铁材料组织。
根据本发明实施例的梯度钢铁材料的连铸方法采用如上所述的连铸设备，并且在利用上述连铸设备进行连铸时，将丝/线喂入挡板外侧区域的钢水中。
根据本发明的实施例，优选地，丝/线4由喂丝装置喂入，并且丝/线4受到套筒5的约束，从而避免产生较大的扰动。丝/线4进入钢水1之后熔化，并且在挡板6和结晶器3之间均匀地扩散。
优选地，挡板6的上端与钢水/钢渣界面保持一定距离，从而利于钢水越过挡板6的上端流动。
当在挡板外侧区域实施喂丝/线4时，喂入的丝/线4为连铸工艺中需要的任何材料的丝/线。例如，喂入的丝/线4可以为具有较高碳含量的丝/线或者具有高含量的一种或多种元素的丝/线。
通过喂丝装置(未示出)向挡板外侧区域喂入丝/线4之后，喂入的丝/线4使挡板6和结晶器3之间的钢液中的某些元素成分含量高于挡板内侧区域的对应元素成分含量。例如，挡板6和结晶器3之间的钢液中的碳含量高于挡板内侧区域中的碳元素含量。
丝/线4进入钢水1之后熔化，并且在挡板6和结晶器3之间均匀地扩散。结晶器3上部的钢水1具有相同含量的化学成分，经过挡板6的分离和喂丝/线之后，挡板外侧区域中的钢水与挡板内侧区域中的钢水相比，针对某些元素具有较高的含量。
此外，挡板外侧区域由于喂入丝/线的原因，钢水的温度比挡板内侧区域的钢水的温度低，从而在结晶器3的冷却作用下首先凝固，形成富含某些元素的固体外壳，即，形成图1中示出的高溶质含量外层8。未凝固的钢液发生扩散，形成具有一定浓度梯度的连铸坯，即，形成图1中示出的溶质梯度层9。另外，挡板6内侧没有扩散的钢水形成芯层10。
另外，如图1中所示，为了在钢铁材料的两侧形成梯度，可以在结晶器3的两个相对侧分别设置挡板6、套筒5、丝/线4、支架和轨道7。位于两侧的套筒5沿着支架和轨道7移动的范围可以相同。
优选地，套筒5的直径为丝/线4的直径的2倍至3倍。此外，为了获得更好的阻挡效果，挡板6的横截面的形状和大小可以与结晶器3的横截面的形状和大小相同。
优选地，为了使钢水在挡板内侧区域和挡板外侧区域之间流动，挡板6的上端与钢水的上表面距离5厘米至10厘米，即，挡板6的上端比钢水的上表面低5厘米至10厘米。另外，挡板6的下端与钢水的下表面距离5到10厘米，即，挡板6的下端比钢水的下表面高5厘米至10厘米。
此外，优选地，丝/线4浸入钢水中的深度比挡板6的上边缘低5厘米至10厘米。
根据本发明的梯度钢铁材料的连铸设备和连铸方法，通过在结晶器的钢水中放置挡板，将钢水分为挡板内侧区域和挡板外侧区域，并且在钢板外侧区域中喂入丝/线，从而可以控制连铸后得到的钢铁材料的表面成分，即，使钢铁材料的表面组分和内部组分不同，从而可以得到具有成分梯度的钢铁材料。
与现有技术中通过化学热处理方法等对钢铁材料的表面进行处理的情况相比，本发明的连铸方法可以避免环境污染，并且降低了生产成本。本发明的梯度钢铁材料的连铸方法得到的钢铁材料可以用于齿轮钢、轴承钢等。
虽然已经以示例的方式示出和描述了本发明，但是本发明的范围不受上述实施例的限定。在不脱离本发明范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改和改变。
Claims (7)
1.一种梯度钢铁材料的连铸设备，其特征在于所述连铸设备包括：
结晶器；
挡板，位于结晶器中，将结晶器分为挡板内侧区域和挡板外侧区域，使得结晶器中的钢水被挡板分成位于挡板内侧区域的钢水和挡板外侧区域的钢水；
丝/线，位于结晶器上方，并且与挡板外侧区域对应，
其中，挡板的上端比钢水的液面低一定距离并且挡板的下端比钢水的底面高5厘米至10厘米，以使钢水越过挡板的上端和下端在结晶器内流动，
其中，丝/线喂入挡板外侧区域的钢水中，使得挡板外侧区域的钢水中的与丝/线对应的某些元素的含量高于挡板内侧区域的钢水中的与丝/线对应的元素的含量。
2.根据权利要求1所述的梯度钢铁材料的连铸设备，其特征在于所述梯度钢铁材料的连铸设备还包括支架和轨道，以固定挡板。
3.根据权利要求1所述的梯度钢铁材料的连铸设备，其特征在于所述梯度钢铁材料的连铸设备还包括用来约束丝/线的套筒。
4.根据权利要求3所述的梯度钢铁材料的连铸设备，其特征在于所述套筒固定到支架和轨道，并且套筒沿着支架和轨道运动。
5.根据权利要求3所述的梯度钢铁材料的连铸设备，其特征在于所述套筒的直径为丝/线直径的2倍至3倍。
6.根据权利要求1所述的梯度钢铁材料的连铸设备，其特征在于所述挡板的上端比钢水的液面低5厘米至10厘米。
7.一种梯度钢铁材料的连铸方法，其特征在于所述连铸方法使用根据权利要求1至权利要求6中的任意一项所述的连铸设备进行连铸，当利用所述连铸设备进行连铸时，将所述丝/线喂入挡板外侧区域的钢水中，从而得到具有高溶质含量外层、溶质梯度层和芯层的梯度钢铁材料。
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