CN102764871B - 利用强磁场实现连铸过程低过热度浇注的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用强磁场实现连铸过程低过热度浇注的方法，通过利用强磁体在金属熔体内产生稳恒强磁场，使金属熔体在流经水口时在液相线温度以下仍然保持液态，在流经水口时使金属熔体处于过冷状态或低过热度状态而不凝固，使从水口底端出口流出的金属熔体以过冷或低过热度方式浇注进入结晶器。本发明还公开了一种金属液低过热度浇注的磁场干预装置，包括过热度控制系统和过冷度干预系统。本发明稳恒强磁场可明显抑制金属熔体的形核，增加熔体过冷度，获得大量的等轴晶组织，克服低过热度浇注过程中容易引起的水口堵塞问题，显著提高铸坯质量，设备和工艺简单，有利于大规模工业化生产应用。

Description

利用强磁场实现连铸过程低过热度浇注的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种浇注工艺及其装备，特别是涉及一种物理场下低过热度浇注的方法及其装置，可用于连铸技术领域。

背景技术

过热度对连铸坯的结构，宏观组织，中心偏析有非常重要的影响，研究表明采用低过热度浇注可以使铸坯获得较宽的等轴晶区并有效改善连铸坯质量。但是，在连铸过程中，采用低过热度浇注容易引起水口堵塞。为了实现低温浇注并防止水口堵塞，人们在结晶器区域和二冷段区域采用电磁搅拌技术，这些技术有效地改善了铸坯的中心偏析，扩大了铸坯内等轴晶区。然而，这些技术依然存在许多问题，例如，为了获得细小的等轴晶组织，往往需要强烈的电磁搅拌，这样就会使钢液产生高速流动，从而导致结晶器内出现卷渣现象。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于提供一种利用强磁场实现连铸过程低过热度浇注的方法和一种金属液低过热度浇注的磁场干预装置，利用稳恒强磁场抑制金属熔体的形核，增大形核过冷度，通过协同控制金属熔体的过热度和过冷度进行低过热度浇注，克服低过热度浇注过程中容易引起的水口堵塞问题，显著提高铸坯质量，设备和工艺简单，有利于大规模工业化生产应用。

为达到上述发明目的，本发明创造具有如下发明构思：

稳恒强磁场可以明显抑制金属熔体的形核，增加熔体过冷度，并且磁场对金属熔体形核发挥抑制作用，金属熔体在强磁场作用下，在液相线以下相应温度范围仍然保持液态而不发生凝固，可以实现在更低过热度下浇注而获得大量的等轴晶组织。本发明应用该原理发明了一种利用强磁场实现连铸过程低过热度浇注的方法和金属液低过热度浇注的磁场干预装置。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种利用强磁场实现连铸过程低过热度浇注的方法，通过利用强磁体在中间包及水口内部产生稳恒强磁场，在该稳恒强磁场作用下，使金属熔体在流经水口时在液相线温度以下仍然保持液态，即在流经水口时使金属熔体处于过冷状态或低过热度状态而不凝固，使从水口底端出口流出的金属熔体以过冷或低过热度方式浇注进入结晶器。本发明优选通过外部控制系统来调节强磁体向金属熔体中施加的磁场强度，在中间包及水口内部产生磁场强度大于 1T的稳恒强磁场。

在利用强磁场实现连铸过程低过热度浇注的方法中专用的金属液低过热度浇注的磁场干预装置，包括协同控制金属熔体的过热度和过冷度的过热度控制系统和过冷度干预系统，过冷度干预系统包括强磁体，强磁体以非接触方式安装于水口外侧，且强磁体位于结晶器上口的上方，强磁体在水口内部产生稳恒强磁场，稳恒强磁场的方向与水口内部的金属熔体的液流方向成任意角度，使金属熔体在流经水口时在液相线温度以下仍然保持液态，即在流经水口时使金属熔体处于过冷状态，并通过控制该稳恒强磁场对从水口底端出口流出的金属熔体的过冷度进行调节，过热度控制系统包括冷却装置，冷却装置也设置于水口的外侧，冷却装置设置于水口和强磁体之间，冷却装置对流经水口的金属熔体施加降温措施，使从水口底端出口流出的金属熔体通过低过热度方式进行浇注。

作为本发明技术方案的改进，强磁体同时还以非接触方式设置于安装于中间包的外侧，冷却装置同时还安装设置于中间包和强磁体之间，强磁体在中间包内部产生稳恒强磁场，通过协同控制金属熔体的过热度和过冷度，当水口开启后，使金属熔体顺利从中间包流经水口。

作为本发明技术方案的一种进一步改进，在强磁体的外围设有隔热保护材料层构造。

作为本发明技术方案的另一种进一步改进，冷却装置为冷却水套或冷却空气套。

上述冷却水套具有出水口和进水口，出水口的高度空间位置高于其进水口的高度空间位置。

上述冷却空气套具有出气口和进气口，出气口的高度空间位置高于其进气口的高度空间位置。

在本发明中，还通过外部控制系统来调节上述强磁体向金属熔体中施加的磁场强度。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 本发明通过协同控制金属熔体的过热度和过冷度进行低过热度浇注，克服了常规条件下连铸过程低过热度浇注时常常出现水口堵塞的问题。

2. 本发明利用强磁体在中间包及水口内部产生竖直方向的稳恒强磁场，在该稳恒强磁场作用下，使金属熔体在流经水口时在液相线温度以下仍然保持液态，即在流经水口时使金属熔体处于过冷状态，利用稳恒强磁场抑制金属熔体的形核，增大形核过冷度，浇注温度可以选择更低，能够大大提高铸坯质量。

3.本发明在原有连铸设备不发生较大改变的情况下，仅在水口位置安装强磁体既能实现低过热度浇注，设备和工艺简单，有利于大规模工业化生产使用。

4. 本发明操作简单，将磁场调节至所要求的磁场强度后，不需要进行其他操作，且不影响连铸过程。

附图说明

图1是安装本发明实施例一金属液低过热度浇注的磁场干预装置的连铸设备示意图。

图2是安装本发明实施例二金属液低过热度浇注的磁场干预装置的连铸设备示意图。

具体实施方式

结合附图，对本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

一种利用强磁场实现连铸过程低过热度浇注的方法，通过利用强磁体在中间包及水口内部产生稳恒强磁场，在该稳恒强磁场作用下，使金属熔体在流经水口时在液相线温度以下仍然保持液态，即在流经水口时使金属熔体处于过冷状态或低过热度状态而不凝固，使从水口底端出口流出的金属熔体以过冷或低过热度方式浇注进入结晶器。本实施例利用稳恒强磁场抑制金属熔体的形核，增大形核过冷度，通过协同控制金属熔体的过热度和过冷度进行低过热度浇注，克服低过热度浇注过程中容易引起的水口堵塞问题，提高铸坯质量，工艺简单，有利于大规模工业化生产应用。在本实施例中，通过外部控制系统来调节强磁体向金属熔体中施加的磁场强度，在中间包及水口内部产生磁场强度大于 1T的稳恒强磁场。在本实施例中，通过外部控制系统来调节强磁体向金属熔体中施加的磁场强度，通过调节强磁体施加的磁场强度，即可实现对过冷度的控制，简单易行，工艺稳定。

参见图1，为了实现利用强磁场实现连铸过程低过热度浇注的方法，本实施例使用一种金属液低过热度浇注的磁场干预装置，该装置包括协同控制金属熔体的过热度和过冷度的过热度控制系统和过冷度干预系统，过冷度干预系统包括强磁体5，强磁体5以非接触方式安装于水口7外侧，且强磁体5位于结晶器9上口的上方，强磁体5在水口7内部产生稳恒强磁场，稳恒强磁场的方向与水口7内部的金属熔体2的液流方向成任意角度，使金属熔体2在流经水口7时在液相线温度以下仍然保持液态，即在流经水口7时使金属熔体2处于过冷状态，并通过控制该稳恒强磁场对从水口7底端出口流出的金属熔体2的过冷度进行调节，过热度控制系统包括冷却装置6，冷却装置6也设置于水口7的外侧，冷却装置6设置于水口7和强磁体5之间，冷却装置6对流经水口7的金属熔体2施加降温措施，使从水口7底端出口流出的金属熔体2通过低过热度方式进行浇注。在强磁体5施加的稳恒强磁场作用下，金属熔体2过冷度增大，金属熔体2的浇注温度可以选择更低，能够大大提高铸坯质量。同时由于协同控制金属熔体的过热度和过冷度，克服低过热度浇注过程中容易引起的水口堵塞问题。本实施例金属液低过热度浇注的磁场干预装置在原有连铸设备不发生较大改变的情况下，仅在水口位置安装强磁体既能实现低过热度浇注，设备和工艺简单，有利于大规模工业化生产使用。

在本实施例中，参见图1，冷却装置6采用冷却水套，冷却水套具有出水口4和进水口8，出水口4的高度空间位置高于其进水口8的高度空间位置。采用冷却水套作为过热度控制系统，对流经水口7的金属熔体2施加降温措施，温度控制工艺简单，易于获得稳定的浇注温度。低过热度浇铸会使金属凝固形成大量的等轴晶晶核，等轴晶的长大可阻止柱状晶的发展，从而减轻中心偏析的发生。进水口8和出水口4与冷却水套上下端分别相连，冷却水套安装在水口7外面和强磁体5内部，将水口7与强磁体5隔离，以保护强磁体5不受中间包3和水口7内的金属熔体散发的热量影响。

在连铸过程中，首先冷却水经进水口8通入冷却水套，经出水口4流出。调节强磁体5的磁场强度，设定至需要的磁场强度。中间包3内的金属熔体2在水口塞棒1开启后流经水口7，水口7内的金属熔体2在强磁体5产生的强磁场作用下过冷度增大，能够保持在较低的温度下而不发生凝固。最后金属熔体2以较低的温度流入结晶器9。在连铸设备上安装过冷度干预系统后，连铸过程就可以实现在更低的过热度下浇注。

实施例二：

本实施例与实施例一的技术方案基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，在本实施例中，参见图1，冷却装置6采用冷却空气套。冷却空气套具有出气口4和进气口8，出气口4的高度空间位置高于其进气口8的高度空间位置。在本实施例中，采用冷却空气套可节省大量工业用水，减少环境污染，降低基建费用。特别在缺水和气候干燥地区，可以空冷代替水冷用于连铸生产。

实施例三：

本实施例与前述实施例的技术方案基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图2，强磁体5同时还以非接触方式设置于安装于中间包3的外侧，冷却装置6同时还安装设置于中间包3和强磁体5之间，强磁体5在中间包3内部产生稳恒强磁场，通过协同控制金属熔体2的过热度和过冷度，当水口7开启后，使金属熔体2顺利从中间包3流经水口7。在本实施例中，不仅在水口位置安装强磁体5，还使强磁体5向中间包3内的金属熔体2也施加稳恒强磁场，扩大了外加磁场的干预区域，增强了恒温强磁场对金属熔体2的影响范围和强度，使金属熔体2的过冷度稳定可控，能更好地实现低过热度浇注。在本实施例中，在中间包3与结晶器9之间的水口7位置安装强磁体5，强磁体5能够产生竖直方向的稳恒磁场，从中间包3流下的金属熔体2经过水口7，在强磁场作用下，金属熔体2的形核温度更低，这就保证了金属熔体2能够在更低的温度下浇注且在水口7中不会凝固，能够更好地解决常规条件下在低过热度下浇注时常常发生水口7堵塞的问题。

实施例四：

本实施例与前述实施例的技术方案基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，在强磁体5的外围设有隔热保护材料层构造，可更好地将水口7与强磁体5隔离，以保护强磁体5不受中间包3和水口7内的金属熔体散发的热量冲击的影响，使强磁体5能够输出稳恒的强磁场。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化。凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明利用强磁场实现连铸过程低过热度浇注的方法和金属液低过热度浇注的磁场干预装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用强磁场实现连铸过程低过热度浇注的方法，其特征在于：通过利用强磁体在中间包及水口内部产生稳恒强磁场，在该稳恒强磁场作用下，使金属熔体在流经水口时在液相线温度以下仍然保持液态，即在流经所述水口时使金属熔体处于过冷状态而不凝固，使从水口底端出口流出的金属熔体以过冷方式浇注进入结晶器。

2.根据权利要求1所述的利用强磁场实现连铸过程低过热度浇注的方法，其特征在于：通过外部控制系统来调节所述强磁体向金属熔体中施加的磁场强度，在中间包及水口内部产生磁场强度大于 1T的稳恒强磁场。

3.一种在利用强磁场实现连铸过程低过热度浇注的方法中专用的金属液低过热度浇注的磁场干预装置，其特征在于：包括协同控制金属熔体的过热度和过冷度的过热度控制系统和过冷度干预系统，所述过冷度干预系统包括强磁体（5），所述强磁体（5）以非接触方式安装于水口（7）外侧，且所述强磁体（5）位于结晶器（9）上口的上方，所述强磁体（5）在所述水口（7）内部产生稳恒强磁场，稳恒强磁场的方向与所述水口（7）内部的金属熔体（2）的液流方向成任意角度，使金属熔体（2）在流经所述水口（7）时在液相线温度以下仍然保持液态，即在流经所述水口（7）时使金属熔体（2）处于过冷状态，并通过控制该稳恒强磁场对从所述水口（7）底端出口流出的金属熔体（2）的过冷度进行调节，过热度控制系统包括冷却装置（6），所述冷却装置（6）也设置于所述水口（7）的外侧，所述冷却装置（6）设置于所述水口（7）和所述强磁体（5）之间，所述冷却装置（6）对流经所述水口（7）的金属熔体（2）施加降温措施，使从水口（7）底端出口流出的金属熔体（2）通过过冷方式进行浇注。

4.根据权利要求3所述的金属液低过热度浇注的磁场干预装置，其特征在于：所述强磁体（5）同时还以非接触方式设置于安装于中间包（3）的外侧，所述冷却装置（6）同时还安装设置于中间包（3）和所述强磁体（5）之间，所述强磁体（5）在所述中间包（3）内部产生稳恒强磁场，通过协同控制金属熔体（2）的过热度和过冷度，当所述水口（7）开启后，使金属熔体（2）顺利从所述中间包（3）流经所述水口（7）。

5.根据权利要求3或4所述的金属液低过热度浇注的磁场干预装置，其特征在于：在所述强磁体（5）的外围设有隔热保护材料层构造。

6.根据权利要求3或4所述的金属液低过热度浇注的磁场干预装置，其特征在于：所述冷却装置（6）为冷却水套或冷却空气套。

7.根据权利要求6所述的金属液低过热度浇注的磁场干预装置，其特征在于：所述冷却水套具有出水口（4）和进水口（8），所述出水口（4）的高度空间位置高于其所述进水口（8）的高度空间位置。

8.根据权利要求6所述的金属液低过热度浇注的磁场干预装置，其特征在于：所述冷却空气套具有出气口（4）和进气口（8），所述出气口（4）的高度空间位置高于其所述进气口（8）的高度空间位置。