CN104057040B

CN104057040B - 一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的装置及其方法

Info

Publication number: CN104057040B
Application number: CN201410286147.1A
Authority: CN
Inventors: 王建军; 周俐; 王海军; 常立忠; 蒙李朋
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2034-06-23
Also published as: CN104057040A

Abstract

本发明公开了一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的装置及其方法，属于齿轮钢冶炼的技术领域。本发明中的钢水出口与水平连铸结晶器相连接，结晶器底部铜板外侧壁设置有底部超声波导杆，结晶器顶部铜板外侧壁设置有顶部超声波导杆，结晶器第一侧铜板外侧壁设置有第一侧超声波导杆，结晶器第二侧铜板外侧壁设置有第二侧超声波导杆，底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆分别与各自的换能器相连，换能器通过电缆与各自的超声波电源相连。本发明在水平连铸结晶器上产生超声波振动，且水平连铸结晶器四侧壁的波导杆采用特定的功率和频率，从而使得在水平连铸结晶器的侧壁上施加超声波振动。

Description

一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的装置及其方法

技术领域

本发明属于齿轮钢冶炼的技术领域，更具体地说，涉及一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的装置及其方法。

背景技术

齿轮钢是汽车材料中用量较大，要求较高的关键材料之一，它不仅影响车辆寿命，能耗等技术经济指标，而且对于满足安全、环保及舒适要求也至关重要。我国汽车工业的蓬勃发展，不仅使齿轮钢产量有大幅度提高，而且对其质量的要求也越来越高，促进了汽车材料的升级换代。节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽车工业技术发展的总趋势，汽车工业发展对零件发展的要求是节约合金(Cr、Ni、Mo等元素)资源，这就需要从设计上开发最经济的齿轮钢，能够满足轻、中、重型汽车齿轮的性能要求。

齿轮钢在生产过程中，一般都是采用连铸设备得到钢坯，以便于运输和后续使用。结晶器是连铸设备中一个重要的部件，被誉为连铸机的“心脏”。连铸过程中，钢水在结晶器中初步凝固成型形成一定厚度的坯壳，同时保持钢水(坯壳)与结晶器之间存在连续的相对运动，使从结晶器拉出来的铸坯不仅具有一定的厚度，而且保证铸坯在机械应力和热应力的综合作用下既不会被拉断，也不会产生歪扭变形和裂纹等质量缺陷。因此结晶器的运行及设计结构参数对提高齿轮钢铸坯质量至关重要。

在齿轮钢连铸生产时，结晶器一直在振动，其目的是使结晶器内壁获得良好的润滑条件，减少铸坯与结晶器内壁之间的摩擦力又能防止钢水与内壁黏结，但由于结晶器的振动，在铸坯表面会形成明显的振痕。振痕平均深达0.5mm，且振痕弯曲，有些钢种铸坯表面振痕深度达0.5～0.7mm。铸坯表面形成振痕的原因是铸坯在负滑移期间，向下振动的速度大于拉坯速度时，弯月面会被保护渣中产生的正压力推向钢液中形成振痕。在正滑脱期间，当初始凝固坯壳强度不大，保护渣中形成的负压力和波动钢液的惯性力将坯壳推向结晶器内壁，导致初始凝固坯壳弯曲或重叠，形成不带钩状的振痕。当初始凝固坯壳的厚度较大，强度高的时候，初始凝固坯壳不能推向结晶器内壁，因此钢液会覆盖在弯月面上，形成一种带钩状的振痕。有些铸坯靠近角部区域出现纵向凹陷，最深处达到3.5～4.0mm，且凹陷部位有粘渣现象。不修改铸坯表面的振痕谷底处常伴有肉眼可见微裂纹，微裂纹形成后在外部因素的作用下可导致裂纹的扩展。

关于超声波振动应用于连铸结晶器的技术方案已经公开，如中国专利申请号：201010251566.3，申请日：2010-08-05，发明创造名称为：一种采用超声波振动的连铸结晶器装置，该申请案公开了一种采用超声波振动的连铸结晶器装置，该连铸结晶器装置包括中间包、结晶器、结晶器铜板、超声波导波杆、换能器、超声波电源，所述结晶器与中间包直接连接，在所述结晶器铜板的每个背面分别安装超声波导波杆，所述超声波导波杆与换能器相连，换能器通过电缆和超声波电源相连，在所述结晶器铜板四周设有冷却水水箱，所述超声波导波杆穿过冷却水水箱与结晶器铜板垂直相连，所述超声波导波杆的长度为采用的超声波波长的整数倍或半波长的整数倍。该申请案是本发明专利发明人所在课题组研究的课题成果之一，其中公开了如下技术手段：每平方米结晶器铜板上，超声波高频脉冲电源的输出功率为：1000～10000W/m²，频率为15～60KHz，该申请案中的技术方案是基于实验室的实验结论得出的，但是该申请案的技术方案在工业现场试验发现其效果并不理想，尤其针对齿轮钢连铸过程中，该技术方案无法达到预期的效果，该申请案引导连铸技术人员在工艺控制上应该注意把握每平方米结晶器铜板上的输出功率和频率，但是本发明专利申请颠覆了这一设计思路。

此外，关于采用超声波技术改善铸坯凝固组织的技术方案也有类似公开，如中国专利申请号：200810023282.1，申请日：2008-04-07，发明创造名称为：一种超声波直接引入钢液改善钢质量的方法，该申请案的方法是：钢样在设定的温度下熔化后，选用合适的超声波工具头，采用上部导入法将超声波直接引入钢液进行超声处理。关于改善铸坯凝固组织的技术方案还有中国专利申请号：200510039030.4，申请日：2005-04-25，发明创造名称为：一种用于连铸机控制铸坯凝固结构的方法，该申请案公开了一种用于连铸机控制铸坯凝固结构的方法，在连铸机的结晶器或中间包的钢水中，插入一根电极，该电极通过电缆连接到高频电源输出的负极，高频脉冲电源的正极用电缆连接到连铸机的钢结构基础上，在连铸机正常浇铸时，合上高频脉冲电源，将高频脉冲电源的输出电压、电流、频率调至一定值，高频脉冲电场开始对连铸坯的凝固组织进行处理。这两个申请案都是近些年本发明专利发明人所在课题组研究的课题成果，但是如何在工业现场的连铸过程中同时控制齿轮钢铸坯表面形成的振痕及铸坯凝固组织，这是困扰发明人多年的技术难题，也是困扰超声波技术应用于连铸工序的重大难题。

又如，中国专利申请号：201210176314.8，申请日：2012-05-31，发明创造名称为：一种铜合金板带水平连铸用施加超声场的装置及其方法，该申请案包括石墨结晶器、中间包、超声波发生器和矩形辐射板，所述的石墨结晶器设置在分隔为上水冷套和下水冷套的水冷套中，水冷套内注满水，形成冷却系统，所述的矩形辐射板与超声波发生器通过波导杆螺纹连接、与石墨结晶器通过双阶式连接。该申请案在一定程度上使得铸坯表面振动痕平滑，但是其结晶器各侧面的超声波参数控制不合理，无法保证铸坯的所有表面均无振动痕，需进一步改进。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中齿轮钢在连铸时铸坯表面易形成明显振痕的不足，提供了一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的装置及其方法，采用本发明的技术方案，不仅可以解决齿轮钢在工业现场连铸过程中出现的铸坯表面振痕，而且能够改善铸坯凝固组织。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

其一，本发明的一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的装置，中间包的一侧壁开设有钢水出口，该钢水出口与水平连铸结晶器相连接，所述的水平连铸结晶器的外周设置有结晶器冷却水箱，上述的水平连铸结晶器包括结晶器底部铜板、结晶器顶部铜板、结晶器第一侧铜板和结晶器第二侧铜板，上述的结晶器底部铜板、结晶器顶部铜板、结晶器第一侧铜板、结晶器第二侧铜板围成矩形的结晶器内腔，该结晶器内腔呈水平设置，结晶器内腔的一端与中间包侧壁的钢水出口相连通，结晶器内腔的另一端与外部空间相连通；所述的结晶器顶部铜板向结晶器底部铜板倾斜设置，该结晶器顶部铜板与水平面的夹角为0.4°；所述的结晶器底部铜板外侧壁设置有底部超声波导杆，该底部超声波导杆的导波端与结晶器底部铜板外侧壁相接触，该底部超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；所述的结晶器顶部铜板外侧壁设置有顶部超声波导杆，该顶部超声波导杆的导波端与结晶器顶部铜板外侧壁相接触，该顶部超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；所述的结晶器第一侧铜板外侧壁设置有第一侧超声波导杆，该第一侧超声波导杆的导波端与结晶器第一侧铜板外侧壁相接触，该第一侧超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；所述的结晶器第二侧铜板外侧壁设置有第二侧超声波导杆，该第二侧超声波导杆的导波端与结晶器第二侧铜板外侧壁相接触，该第二侧超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；上述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆分别与各自的换能器相连，换能器通过电缆与各自的超声波电源相连。

更进一步地说，所述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆的冷却采用结晶器冷却水箱内的冷却水进行冷却。

更进一步地说，所述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆分别与相接触的结晶器底部铜板、结晶器顶部铜板、结晶器第一侧铜板、结晶器第二侧铜板相垂直接触。

更进一步地说，所述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆的长度为各自采用的超声波波长的整数倍或半波长的整数倍。

更进一步地说，所述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆的材质为铝镁合金或钛合金。

其二，本发明的一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的方法，精炼之后的齿轮钢钢水化学成分的质量百分比为：C：0.18％～0.22％，Si：0.20％～0.30％，Mn：0.90％～1.15％，P：≤0.030％，S：≤0.030％，Cr：1.00％～1.32％，Ti：0.04％～0.08％，W：0.025％～0.038％，[O]：12×10^-6～16×10^-6，[H]：≤1.5×10^-6，[N]：30×10^-6～40×10^-6，其余为铁和不可避免的杂质；

齿轮钢钢水从钢包的底部，流经长水口注入到中间包中，中间包的一侧壁开设有钢水出口，该钢水出口与水平连铸结晶器相连接，所述的水平连铸结晶器的外周设置有结晶器冷却水箱，上述的水平连铸结晶器包括结晶器底部铜板、结晶器顶部铜板、结晶器第一侧铜板和结晶器第二侧铜板，上述的结晶器底部铜板、结晶器顶部铜板、结晶器第一侧铜板、结晶器第二侧铜板围成矩形的结晶器内腔，该结晶器内腔呈水平设置，结晶器内腔的一端与中间包侧壁的钢水出口相连通，结晶器内腔的另一端与外部空间相连通；

所述的结晶器顶部铜板向结晶器底部铜板倾斜设置，该结晶器顶部铜板与水平面的夹角为0.4°；所述的结晶器底部铜板外侧壁设置有底部超声波导杆，该底部超声波导杆的导波端与结晶器底部铜板外侧壁相接触，该底部超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；所述的结晶器顶部铜板外侧壁设置有顶部超声波导杆，该顶部超声波导杆的导波端与结晶器顶部铜板外侧壁相接触，该顶部超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；所述的结晶器第一侧铜板外侧壁设置有第一侧超声波导杆，该第一侧超声波导杆的导波端与结晶器第一侧铜板外侧壁相接触，该第一侧超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；所述的结晶器第二侧铜板外侧壁设置有第二侧超声波导杆，该第二侧超声波导杆的导波端与结晶器第二侧铜板外侧壁相接触，该第二侧超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；上述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆分别与各自的换能器相连，换能器通过电缆与各自的超声波电源相连，其中：

底部超声波导杆使用的超声波功率为P1，P1＝A×310W，

底部超声波导杆使用的超声波频率为F1，F1＝A×30KHz；

式中：

A为超声波系数，A＝(C+Si)×100/0.5+Mn×100/3+(Cr+Ti)×100/2+W×100/0.1；

顶部超声波导杆使用的超声波功率为P2，P2＝P1×0.83，

顶部超声波导杆使用的超声波频率为F2，F2＝F1×0.94；

第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆使用的超声波功率均为P34，P34＝P1×0.95，

第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆使用的超声波频率均为F34，F34＝F1×1.02。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

本发明在齿轮钢连铸过程中采用水平连铸结晶器，在水平连铸结晶器上产生超声波振动，且水平连铸结晶器四侧壁的波导杆采用特定的功率和频率，从而使得在水平连铸结晶器的侧壁上施加超声波振动，在水平连铸结晶器的内壁和初生坯壳之间产生一个张力，无需依靠结晶器的机械振动，而仅仅依靠超声波振动力使初生坯壳与结晶器内壁自动“脱模”，从而消除或减少齿轮钢铸坯表面缺陷的产生；结晶器侧壁上施加的超声波还可以直接穿透到齿轮钢铸坯内部，使铸坯内部刚刚结晶形成的金属枝晶断裂，从而在铸坯内部形成大量的异质形核核心，促进铸坯中等轴晶的发展，进而提高后续金属制品的质量。本发明使得在工业现场超声波振动式结晶器成功使用，必将推动相关的连铸新技术研究，推动水平连铸技术发展，降低连铸机的高度，节约大量投资，对促进连铸技术的发展具有重要意义。

附图说明

图1为本发明中水平连铸系统的结构示意图；

图2为本发明中水平连铸结晶器的截面结构示意图。

示意图中的标号说明：1、钢包；2、中间包；3、水平连铸结晶器；4、结晶器冷却水箱；51、底部超声波导杆；52、顶部超声波导杆；53、第一侧超声波导杆；54、第二侧超声波导杆；61、结晶器底部铜板；62、结晶器顶部铜板；63、结晶器第一侧铜板；64、结晶器第二侧铜板。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1和图2，本实施例的一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的装置，中间包2的一侧壁开设有钢水出口，该钢水出口与水平连铸结晶器3相连接，所述的水平连铸结晶器3的外周设置有结晶器冷却水箱4，上述的水平连铸结晶器3包括结晶器底部铜板61、结晶器顶部铜板62、结晶器第一侧铜板63和结晶器第二侧铜板64，上述的结晶器底部铜板61、结晶器顶部铜板62、结晶器第一侧铜板63、结晶器第二侧铜板64围成矩形的结晶器内腔，该结晶器内腔呈水平设置，结晶器内腔的一端与中间包2侧壁的钢水出口相连通，结晶器内腔的另一端与外部空间相连通。

本实施例中的结晶器顶部铜板62向结晶器底部铜板61倾斜设置，该结晶器顶部铜板62与水平面的夹角为0.4°，本发明中设计结晶器顶部铜板62与水平面呈一定夹角，是因为齿轮钢钢水在凝固过程中会产生收缩，在自身重力的作用下会与结晶器顶部铜板62自动分离，如果结晶器顶部铜板62不向结晶器底部铜板61倾斜一定角度，则难以将顶部超声波导杆52的超声波导入到水平连铸结晶器3内部，从而导致水平连铸结晶器3上侧壁的超声波工艺参数无法控制。如图2所示，结晶器底部铜板61外侧壁设置有底部超声波导杆51，该底部超声波导杆51的导波端与结晶器底部铜板61外侧壁相接触，该底部超声波导杆51的另一端穿过结晶器冷却水箱4；所述的结晶器顶部铜板62外侧壁设置有顶部超声波导杆52，该顶部超声波导杆52的导波端与结晶器顶部铜板62外侧壁相接触，该顶部超声波导杆52的另一端穿过结晶器冷却水箱4；所述的结晶器第一侧铜板63外侧壁设置有第一侧超声波导杆53，该第一侧超声波导杆53的导波端与结晶器第一侧铜板63外侧壁相接触，该第一侧超声波导杆53的另一端穿过结晶器冷却水箱4；所述的结晶器第二侧铜板64外侧壁设置有第二侧超声波导杆54，该第二侧超声波导杆54的导波端与结晶器第二侧铜板64外侧壁相接触，该第二侧超声波导杆54的另一端穿过结晶器冷却水箱4；上述的底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54分别与各自的换能器相连，换能器通过电缆与各自的超声波电源相连。

为了对导波杆进行适当的冷却，本实施例中的底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54的冷却采用结晶器冷却水箱4内的冷却水进行冷却。此外，本实施例中的底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54分别与相接触的结晶器底部铜板61、结晶器顶部铜板62、结晶器第一侧铜板63、结晶器第二侧铜板64相垂直接触；底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54的长度为各自采用的超声波波长的整数倍或半波长的整数倍；底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54的材质为钛合金。

采用本实施例的上述装置，本实施例的一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的方法，其具体过程如下：

精炼之后的齿轮钢钢水化学成分的质量百分比为如下均可：C：0.18％～0.22％，Si：0.20％～0.30％，Mn：0.90％～1.15％，P：≤0.030％，S：≤0.030％，Cr：1.00％～1.32％，Ti：0.04％～0.08％，W：0.025％～0.038％，[O]：12×10^-6～16×10^-6，[H]：≤1.5×10^-6，[N]：30×10^-6～40×10^-6，其余为铁和不可避免的杂质。本发明中采用的这种齿轮钢钢种成分，有利于在连铸过程中通过超声波处理达到消除或减少齿轮钢铸坯表面缺陷的目的，尤其是其中的Ti、W及Mn的成分控制。具体在本实施例中精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C：0.20％，Si：0.24％，Mn：1.10％，P：0.028％，S：0.027％，Cr：1.12％，Ti：0.06％，W：0.031％，[O]：14×10^-6，[H]：1.4×10^-6，[N]：34×10^-6，其余为铁和不可避免的杂质。

精炼之后的齿轮钢钢水从钢包1的底部，流经长水口注入到中间包2中，然后通过水平连铸结晶器3进行水平连铸，本实施例的齿轮钢浇注温度为1534℃，拉速为1.1m/min，连铸过程中的超声波工艺参数控制如下：

底部超声波导杆51使用的超声波功率为P1，P1＝A×310W，

底部超声波导杆51使用的超声波频率为F1，F1＝A×30KHz；

式中：

顶部超声波导杆52使用的超声波功率为P2，P2＝P1×0.83，

顶部超声波导杆52使用的超声波频率为F2，F2＝F1×0.94；

第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波功率均为P34，P34＝P1×0.95，

第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波频率均为F34，F34＝F1×1.02。

具体在本实施例中精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C：0.20％，Si：0.24％，Mn：1.10％，P：0.028％，S：0.027％，Cr：1.12％，Ti：0.06％，W：0.031％，[O]：14×10^-6，[H]：1.4×10^-6，[N]：34×10^-6，其余为铁和不可避免的杂质。因此，超声波系数A＝(C+Si)×100/0.5+Mn×100/3+(Cr+Ti)×100/2+W×100/0.1＝(0.20+0.24)/0.5+1.10/3+(1.12+0.06)/2+0.031/0.1＝2.15，由此可得：

底部超声波导杆51使用的超声波功率为P1，P1＝A×310W＝667W，

底部超声波导杆51使用的超声波频率为F1，F1＝A×30KHz＝64KHz；

顶部超声波导杆52使用的超声波功率为P2，P2＝P1×0.83＝554W，

顶部超声波导杆52使用的超声波频率为F2，F2＝F1×0.94＝60KHz；

第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波功率均为P34，P34＝P1×0.95＝634W，

第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波频率均为F34，F34＝F1×1.02＝65KHz。

在连铸机正常浇注时，合上超声波电源，将超声波输出功率和频率调至本实施例计算的值，底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54就可以在水平连铸结晶器3侧壁上产生强烈的冲击作用，消除了水平连铸结晶器3内钢水凝固坯壳与内壁的粘结，同时在铸坯内部形成大量的异质形核核心，促进铸坯中等轴晶的发展。本实施例中的齿轮钢钢坯出水平连铸结晶器3后，用冷却水喷在齿轮钢钢坯上，进行强制快速冷却，将中间包2内的钢液全部拉成一根钢坯后，结束浇注。

总所周知，为了减轻结晶器振动给齿轮钢铸坯带来的缺陷，改善铸坯表面质量，减小振痕深度，人们一直都在对结晶器的振动进行深入细致的研究。但是，结晶器振动方式的改进解决不了铸坯固有的振动缺陷，所以人们一直在不断地开发新型结构的结晶器。本发明提出的基于超声波振动式的水平连铸结晶器3突破了传统的机械振动的限制，本发明通过对大量实验数据的分析总结确定了超声波系数的具体计算方式，而且从水平连铸结晶器3的各个侧壁综合控制超声波的工艺参数，是将超声波振动应用于工业连铸生产的一项新的结晶器振动技术，它有利于促进没有振痕等表面缺陷的无缺陷连铸坯生产。此外，水平连铸结晶器3侧壁上施加的超声波还可以直接穿透到齿轮钢铸坯内部，使铸坯内部刚刚结晶形成的金属枝晶断裂，从而在铸坯内部形成大量的异质形核核心，促进铸坯中等轴晶的发展，进而提高后续金属制品的质量。本实施例的齿轮钢铸坯经表面缺陷检测，几乎没有发现振痕，且改善了凝固组织，提高了铸坯质量。

实施例2

本实施例的一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的装置，其基本结构同实施例1。本实施例的一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的方法，其步骤同实施例1，不同之处在于：

精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C：0.18％，Si：0.30％，Mn：0.90％，P：0.030％，S：0.030％，Cr：1.00％，Ti：0.08％，W：0.025％，[O]：16×10^-6，[H]：1.5×10^-6，[N]：40×10^-6，其余为铁和不可避免的杂质。因此，超声波系数A＝(C+Si)×100/0.5+Mn×100/3+(Cr+Ti)×100/2+W×100/0.1＝2.05，由此可得：

底部超声波导杆51使用的超声波功率为P1，P1＝A×310W＝636W，

底部超声波导杆51使用的超声波频率为F1，F1＝A×30KHz＝62KHz；

顶部超声波导杆52使用的超声波功率为P2，P2＝P1×0.83＝528W，

顶部超声波导杆52使用的超声波频率为F2，F2＝F1×0.94＝58KHz；

第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波功率均为P34，P34＝P1×0.95＝604W，

第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波频率均为F34，F34＝F1×1.02＝63KHz。

本实施例的齿轮钢铸坯经表面缺陷检测，几乎没有发现振痕，且改善了凝固组织，提高了铸坯质量。

实施例3

精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C：0.22％，Si：0.20％，Mn：1.15％，P：0.030％，S：0.029％，Cr：1.32％，Ti：0.04％，W：0.038％，[O]：12×10^-6，[H]：1.38×10^-6，[N]：30×10^-6，其余为铁和不可避免的杂质。因此，超声波系数A＝(C+Si)×100/0.5+Mn×100/3+(Cr+Ti)×100/2+W×100/0.1＝2.28，由此可得：

底部超声波导杆51使用的超声波功率为P1，P1＝A×310W＝707W，

底部超声波导杆51使用的超声波频率为F1，F1＝A×30KHz＝68KHz；

顶部超声波导杆52使用的超声波功率为P2，P2＝P1×0.83＝587W，

顶部超声波导杆52使用的超声波频率为F2，F2＝F1×0.94＝64KHz；

第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波功率均为P34，P34＝P1×0.95＝672W，

第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波频率均为F34，F34＝F1×1.02＝69KHz。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的装置，其特征在于：中间包(2)的一侧壁开设有钢水出口，该钢水出口与水平连铸结晶器(3)相连接，所述的水平连铸结晶器(3)的外周设置有结晶器冷却水箱(4)，上述的水平连铸结晶器(3)包括结晶器底部铜板(61)、结晶器顶部铜板(62)、结晶器第一侧铜板(63)和结晶器第二侧铜板(64)，上述的结晶器底部铜板(61)、结晶器顶部铜板(62)、结晶器第一侧铜板(63)、结晶器第二侧铜板(64)围成矩形的结晶器内腔，该结晶器内腔呈水平设置，结晶器内腔的一端与中间包(2)侧壁的钢水出口相连通，结晶器内腔的另一端与外部空间相连通；

所述的结晶器顶部铜板(62)向结晶器底部铜板(61)倾斜设置，该结晶器顶部铜板(62)与水平面的夹角为0.4°；所述的结晶器底部铜板(61)外侧壁设置有底部超声波导杆(51)，该底部超声波导杆(51)的导波端与结晶器底部铜板(61)外侧壁相接触，该底部超声波导杆(51)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；所述的结晶器顶部铜板(62)外侧壁设置有顶部超声波导杆(52)，该顶部超声波导杆(52)的导波端与结晶器顶部铜板(62)外侧壁相接触，该顶部超声波导杆(52)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；所述的结晶器第一侧铜板(63)外侧壁设置有第一侧超声波导杆(53)，该第一侧超声波导杆(53)的导波端与结晶器第一侧铜板(63)外侧壁相接触，该第一侧超声波导杆(53)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；所述的结晶器第二侧铜板(64)外侧壁设置有第二侧超声波导杆(54)，该第二侧超声波导杆(54)的导波端与结晶器第二侧铜板(64)外侧壁相接触，该第二侧超声波导杆(54)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；上述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)分别与各自的换能器相连，换能器通过电缆与各自的超声波电源相连。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的装置，其特征在于：所述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)的冷却采用结晶器冷却水箱(4)内的冷却水进行冷却。

3.根据权利要求2所述的一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的装置，其特征在于：所述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)分别与相接触的结晶器底部铜板(61)、结晶器顶部铜板(62)、结晶器第一侧铜板(63)、结晶器第二侧铜板(64)相垂直接触。

4.根据权利要求2或3所述的一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的装置，其特征在于：所述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)的长度为各自采用的超声波波长的整数倍或半波长的整数倍。

5.根据权利要求4所述的一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的装置，其特征在于：所述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)的材质为铝镁合金或钛合金。

6.一种齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的方法，其特征在于：

精炼之后的齿轮钢钢水化学成分的质量百分比为：C：0.18％～0.22％，Si：0.20％～0.30％，Mn：0.90％～1.15％，P：≤0.030％，S：≤0.030％，Cr：1.00％～1.32％，Ti：0.04％～0.08％，W：0.025％～0.038％，[O]：12×10^-6～16×10^-6，[H]：≤1.5×10^-6，[N]：30×10^-6～40×10^-6，其余为铁和不可避免的杂质；

齿轮钢钢水从钢包(1)的底部，流经长水口注入到中间包(2)中，中间包(2)的一侧壁开设有钢水出口，该钢水出口与水平连铸结晶器(3)相连接，所述的水平连铸结晶器(3)的外周设置有结晶器冷却水箱(4)，上述的水平连铸结晶器(3)包括结晶器底部铜板(61)、结晶器顶部铜板(62)、结晶器第一侧铜板(63)和结晶器第二侧铜板(64)，上述的结晶器底部铜板(61)、结晶器顶部铜板(62)、结晶器第一侧铜板(63)、结晶器第二侧铜板(64)围成矩形的结晶器内腔，该结晶器内腔呈水平设置，结晶器内腔的一端与中间包(2)侧壁的钢水出口相连通，结晶器内腔的另一端与外部空间相连通；

所述的结晶器顶部铜板(62)向结晶器底部铜板(61)倾斜设置，该结晶器顶部铜板(62)与水平面的夹角为0.4°；所述的结晶器底部铜板(61)外侧壁设置有底部超声波导杆(51)，该底部超声波导杆(51)的导波端与结晶器底部铜板(61)外侧壁相接触，该底部超声波导杆(51)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；所述的结晶器顶部铜板(62)外侧壁设置有顶部超声波导杆(52)，该顶部超声波导杆(52)的导波端与结晶器顶部铜板(62)外侧壁相接触，该顶部超声波导杆(52)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；所述的结晶器第一侧铜板(63)外侧壁设置有第一侧超声波导杆(53)，该第一侧超声波导杆(53)的导波端与结晶器第一侧铜板(63)外侧壁相接触，该第一侧超声波导杆(53)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；所述的结晶器第二侧铜板(64)外侧壁设置有第二侧超声波导杆(54)，该第二侧超声波导杆(54)的导波端与结晶器第二侧铜板(64)外侧壁相接触，该第二侧超声波导杆(54)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；上述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)分别与各自的换能器相连，换能器通过电缆与各自的超声波电源相连，其中：

底部超声波导杆(51)使用的超声波功率为P1，P1＝A×310W，

底部超声波导杆(51)使用的超声波频率为F1，F1＝A×30KHz；

式中：

顶部超声波导杆(52)使用的超声波功率为P2，P2＝P1×0.83，

顶部超声波导杆(52)使用的超声波频率为F2，F2＝F1×0.94；

第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)使用的超声波功率均为P34，P34＝P1×0.95，

第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)使用的超声波频率均为F34，F34＝F1×1.02。