CN106111927A - 一种连铸坯凝固组织的细晶化和均质化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属材料领域，提出了一种连铸坯凝固组织细晶化和均质化方法，其特征在于，在钢水凝固过程中，引入脉冲电流的同时，自耗电极连续送入钢液。相比现有技术，本发明具有以下技术效果：连铸坯中心偏析、疏松等宏观缺陷评级控制在1.0以内，等轴晶率提升30‑50％，降低钢水过热度1‑3℃，根据需要提高铸机拉速5‑10％。

Description

一种连铸坯凝固组织的细晶化和均质化方法

技术领域

本发明涉及金属材料领域，具体涉及连铸坯凝固组织的细晶化、均质化方法。

背景技术

现代经济社会的发展对钢铁材料提出了越来越高的要求，特别是在核电装备、风电设备、船舶制造、数控机床、模具制造、锅炉容器等重点行业的重大技术装备制造领域中要求最大限度地提升钢铁材料的性能，以实现装备减量化从而减少资源、能源消耗的目的。这就要求钢铁材料的生产要实现洁净化、均质化和细晶化。当前，在钢铁材料生产过程中，连铸坯凝固组织控制成为提升质量和性能的关键制约瓶颈之一。

连铸板坯凝固组织普遍存在的问题为凝固组织中柱状晶发达、易产生中心偏析、疏松等宏观缺陷，相应导致中厚板材出现分层、探伤不合等质量缺陷，且中心偏析能导致材料强度极限降低16～18％，延展性界限降低25～28％，冲击韧性降低13～14％。

近年来，为改善连铸坯凝固组织，开发应用了低过热度浇注、连铸凝固末端轻压下、重压下、电磁搅拌技术等，对提升铸坯内部质量、减少铸坯内部偏析、疏松等宏观缺陷有比较明显的作用。但是，这些技术由于自身的局限，其在大幅提升铸坯凝固组织细晶化、均质化方面受到较大的限制。

连铸轻压下和重压下技术：在改善铸坯内部疏松、减少偏析方面有明显作用，但对提升等轴晶率作用不大；同时，对于压下位置要求苛刻，受操作波动的影响大。

电磁搅拌技术：可在一定范围内提升等轴晶率，改善铸坯内部疏松、偏析，但电磁搅拌打断柱状晶后仍会生长，同时自身导致白亮带产生，且搅拌之后仍然可能出现轻微的偏析，有其局限性。

电流震荡细晶技术：1985年麻省理工学院(MIT)发现对凝固过程中的金属施以脉冲电流将促使枝晶熔断和破碎，并且增加了游离激冷晶的数目，从而抑制柱状晶的生长，提高等轴晶率、细化凝固组织，达到减轻偏析的目的，从此开创了电流控制凝固、细化凝固组织的新技术。目前，国内外对这种技术进行了大量研究。如，公开号为CN105583382A的专利申请，在连铸结晶器后两两相对的夹棍间施加频率为1Hz～105Hz、电流密度为1.0A·m^-2～105A·cm^-2的脉冲电流，从而提高凝固过程中硫、碳等易偏析元素形成细小硫化物和碳化物的形核率和形核速度，抑制铸坯偏析；安徽工业大学冶金工程学院的王建军等在《高频脉冲电流对连铸过程铸坯凝固组织的影响研究》一文中指出：实验室试验研究表明:高频脉冲电流能有效的改善钢水的凝固组织,提高等轴晶率,减少二次枝晶间距。连铸工业试验研究表明：用高频电流处理连铸小方坯,可以消除铸坯中心缩孔,提高等轴晶率,减少二次枝晶间距,作用效果非常显著。

磁致震荡凝固细晶技术：国内，上海大学在系统研究了电流震荡细晶凝固现象后，提出了脉冲磁致震荡凝固细晶原创技术，即在铸坯中不引入电流，在外部增加高频率窄脉宽磁场，利用磁致震荡产生的作用打碎柱状晶，并生成大量晶核，促进等轴晶的生长。该技术实际应用于方坯生产，取得了较明显的效果，但由于设备原因，其所需磁场功率巨大，在连铸板坯上还无法应用。

发明内容

鉴于目前几种连铸坯凝固组织控制技术存在的问题，基于国际前沿的脉冲电流细化金属凝固组织理论和传统的均质形核理论，本发明提供了一种新型连铸板坯凝固组织细晶化和均质化方法。

本发明的技术内容主要是：

一种连铸板坯凝固组织细晶化和均质化方法，其特征在于，在钢水凝固过程中，引入脉冲电流的同时，自耗电极连续送入钢液。

具体来说，本发明包括以下步骤：

(1)在连铸机结晶器中插于两根自耗电极，引入直流脉冲电流；

(2)在引入脉冲电流的同时，自耗电极连续送入钢液。

本发明的主要原理是：脉冲电流在结晶器钢水凝固过程中同时产生电流激荡作用，将柱状晶打断，形成新的细小的结晶核，同时由于电致过冷的作用也产生新的形核质点；在引入脉冲电流的同时，自耗电极连续送入钢液，并在钢液的高温作用下不断熔化，使钢液局部温度降低，促使生成大量新的形核质点；在电流激荡促进形核和自耗电极增加形核质点两方面的作用下，结晶器内细小的结晶核大幅度增加，形成结晶雨，落入结晶器下部和二冷区，在抑制柱状晶生长的同时，等轴晶迅速扩展，使凝固组织实现细晶化和均质化，大幅度改善连铸坯凝固组织。

本发明中，自耗电极的材质根据冶炼钢种不同可采用中低碳钢或不锈钢等材料，可采用宽度5-200mm、厚度0-3mm的钢带或者直径2-10mm的圆钢；自耗电极喂入机构为连续输送装置，带有矫直功能，可自动更换；自耗电极喂入速度0-5m/min，其中不包括速度为零。自耗电极喂入及自动更换系统整体采取绝缘保护措施。

本发明引入的脉冲电流为直流电，工作电压0-30V，工作电流0-200A,工作频率50-1000HZ。

总的来说，本发明利用电流激荡促进形核和自耗电极增加形核质点的基本原理，通过引入自耗电极的方式，实现了在连铸机结晶器中不间断引入脉冲电流同时又不对钢液质量产生影响的技术突破，既发挥了脉冲电流激荡促使枝晶熔断、破碎并增加游离激冷晶数量的作用，又利用自耗电极的熔化效应增加了新的形核质点，从而抑制柱状晶的生长，提高等轴晶率、细化凝固组织，达到减轻偏析的目的，开创了一种连铸坯凝固组织细晶化均质化的全新方法。

相比现有技术，本发明具有以下技术效果：连铸坯中心偏析、疏松等宏观缺陷评级控制在1.0以内，等轴晶率提升30-50％，降低钢水过热度1-3℃，根据需要提高铸机拉速5-10％。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为自耗电极引入式电流激荡凝固组织细晶化均质化示意图

图2为实施例连铸坯凝固组织图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

实施例：200mm×1250mm板坯凝固组织细晶化均质化的控制方法

(1)在连铸机平台安装自耗电极更换、输送、矫直、送电等装置，自耗电极规格为厚2mm，宽50mm，连铸坯坯型为200mm×1250mm，冶炼钢种为Q235B，自耗电极材质为Q235B；

(2)通过输送系统将两根自耗电极在连铸机中间包下方垂直于结晶器插于钢液并连续输送，自耗电极喂入速度3m/min；

(3)通过专用送电系统给自耗电极加直流脉冲电流，脉冲电流的工作电压为20V，工作电流为150A，脉冲频率为500HZ；

(4)在电流激荡促进形核和自耗电极增加形核质点两方面的作用下，结晶器内细小晶核大幅度增加，形成结晶雨，落入结晶器下部和二冷区，在抑制柱状晶生长的同时，等轴晶迅速扩展，使凝固组织实现细晶化和均质化，大幅度改善连铸坯凝固组织。

取连铸坯样进行凝固组织低倍检验，评级结果为连铸坯中心偏析C类0.5，无疏松等其他宏观缺陷；等轴晶率为55％，比常规控制方法提升40％。凝固组织如图2所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种连铸坯凝固组织细晶化和均质化方法，其特征在于，在钢水凝固过程中，引入脉冲电流的同时，自耗电极连续送入钢液。

2.如权利要求1所述的连铸坯凝固组织细晶化和均质化方法，其具体步骤包括：

(1)在连铸机结晶器中插于两根自耗电极，引入直流脉冲电流；

(2)在引入脉冲电流的同时，自耗电极连续送入钢液。

3.如权利要求1或2所述的连铸坯凝固组织细晶化和均质化方法，其特征在于，自耗电极的材质根据冶炼钢种不同采用中低碳钢或不锈钢。

4.如权利要求3所述的连铸坯凝固组织细晶化和均质化方法，其特征在于，自耗电极形式为宽度5-200mm、厚度0-3mm的钢带或者直径2-10mm的圆钢。

5.如权利要求1或2所述的连铸坯凝固组织细晶化和均质化方法，其特征在于，脉冲电流为直流电。

6.如权利要求5所述的连铸坯凝固组织细晶化和均质化方法，其特征在于，直流电的工作电压为0-30V，工作电流为0-200A，脉冲频率为50-1000HZ。

7.如权利要求1或2所述的连铸坯凝固组织细晶化和均质化方法，其特征在于，自耗电极由专用输送机构连续喂入。

8.如权利要求7所述的连铸坯凝固组织细晶化和均质化方法，其特征在于，专用输送机构带有矫直功能，并具有电极自动更换系统。

9.如权利要求7所述的连铸坯凝固组织细晶化和均质化方法，其特征在于，自耗电极的喂入速度为0-5m/min。

10.如权利要求8所述的连铸坯凝固组织细晶化和均质化方法，其特征在于，自耗电极喂入及自动更换系统整体采取绝缘保护措施。