CN106141126A

CN106141126A - 改善连铸坯凝固组织的装置及方法

Info

Publication number: CN106141126A
Application number: CN201510133647.6A
Authority: CN
Inventors: 李成斌; 张立; 王建军; 石洪志; 周俐
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd; Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd; Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2016-11-23

Abstract

本发明公开了一种改善连铸坯凝固组织的装置，其特征在于，包括自耗电极(5)和高频脉冲电源(8)，所述高频脉冲电源(8)的正极与所述自耗电极(5)连接，所述自耗电极(5)插入中间包(1)内或结晶器内的钢水，所述高频脉冲电源(8)的负极连接到连铸机的拉矫辊(9)上，所述自耗电极(5)的材质的成分与所述钢水的成分相同。还提供了一种改善连铸坯凝固组织的方法。其通过自耗电极来细化连铸坯凝固组织、改善连铸坯中心疏松、偏析等缺陷的同时，能够避免电极对钢水产生污染。

Description

改善连铸坯凝固组织的装置及方法

技术领域

本发明属于冶金工业连续铸钢生产技术领域，特别涉及连铸坯凝固技术领域。

背景技术

钢水的凝固过程对钢材的质量起着重要的影响。在连铸生产中，由于非平衡的结晶及体积收缩等原因，在铸坯中心区形成元素偏析、中心疏松等内部缺陷。随着铸坯规格越大，其中心疏松、缩孔和偏析越严重。

近年来，利用物理场改善金属凝固组织，越来越受到冶金行业的重视。对电磁搅拌、超声波处理、脉冲磁场、脉冲电流等方法的研究，有些已在工业上得到了应用。特别是自上个世纪90年代以来，冶金行业在广泛研究脉冲电流细化晶粒凝固技术，Flemings、李建民、苍大强、翟启杰等人以在不同金属材料上采用多种处理方法，得到了脉冲电流参数对铸坯凝固组织的影响。

为了改善铸坯凝固组织，已有一系列利用脉冲电流改善铸坯质量的专利技术，具体内容如下：

1)一种用于给连铸中间包施加脉冲电流的石墨电极，专利申请号为201010213728，该技术为将在耐火材料中的石墨电极施加于铸坯上，使脉冲电流作用于中间包内的钢液，达到改善连铸坯凝固组织的目的。

2)一种同频脉冲磁场与脉冲电流细化金属凝固组织的方法，专利申请号为201110095199，即在金属凝固过程中向金属熔体内通入脉冲电流，同时对金属熔体施加与脉冲电流相同频率的脉冲磁场，通过脉冲磁场与脉冲电流的耦合作用，在熔体内产生磁-电冲击振荡效应，促进“结晶雨”的形成，起到细化金属凝固组织的效果。

3)一种用于连铸机控制铸坯凝固结构的方法，专利公开号为CN1695848A，即在连铸机的结晶器或中间包的钢水中，插入一根电极，通过将高频脉冲电源的输出电压、电流、频率调至一定值，使高频脉冲电场对连铸坯的凝固组织进行处理，处理后的铸坯质量高，铸坯晶粒细化，扩大出口等轴晶区，消除中心缩孔，减少内部裂纹。

虽然上述利用电脉冲来细化凝固组织晶粒的方法的效果得到了验证，但现有技术中以石墨电极、金属陶瓷、或耐高温导电材料等做成的电极，在实际连铸工业化生产中，在大电流脉冲、高温钢水和保护渣的共同作用下，电极易熔断，导致钢水被污染。

专利申请号为201120001124的一种脉冲电流导入金属熔体的装置，提供了一种电极水冷系统，通过调节水压或流量，来调节电极的温度。但由于该水冷系统只能安装在熔池上部，对浸入钢水内的电极冷却效果有限。

因此，如何将脉冲电流导入钢水成为制约利用脉冲电流改善铸坯质量的技术应用的难题。

发明内容

为此，本发明提供了一种改善连铸坯凝固组织的装置，其特征在于，包括自耗电极5和高频脉冲电源8，所述高频脉冲电源8的正极与所述自耗电极5连接，所述自耗电极5插入钢水中，所述高频脉冲电源8的负极连接到连铸机的拉矫辊9上。特别地，所述自耗电极5的材质的成分与所述钢水的成分相同。

优选地，所述自耗电极5插入中间包1或结晶器内的钢水中。

优选地，所述自耗电极5为自耗钢丝。所述改善连铸坯凝固组织的装置还包括喂丝机构，所述喂丝机构包括：放线盒6，其容置所述自耗钢丝；传动轮系，所述自耗钢丝的一端从所述放线盒6中伸出，并由所述传动轮系带动使其向前运动；导管10，所述自耗钢丝经过所述传动轮系后进入所述导管10，并通过所述导管10插入所述钢水。

进一步地，所述的传动轮系包括沿所述自耗钢丝的运动方向依次布置的咬线轮4、校直轮3和压下轮2。

优选地，所述高频脉冲电源8的正极连接到所述与所述压下轮2，从而与所述自耗电极5相连接。

本发明还提供了一种基于上述装置的改善连铸坯凝固组织的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将所述自耗电极5安装在所述放线盒6中，并通过所述传动轮系和所述导管10将所述自耗电极5的一端插入中间包1内或结晶器内的钢水；S2.设置所述高频脉冲电源8的电压、电流、频率，以及设置所述喂丝机构的运动速度从而设置所述自耗电极5的喂入速度；S3.在连铸过程开始后，并且当连铸坯12的头部穿过拉矫辊9时，启动所述高频脉冲电源8及所述喂丝机构。

优选地，所述自耗电极5的喂入速度等于所述自耗电极5的损耗的速度、或者大于或等于连铸坯12的浇注速度。

优选地，所述自耗电极5的直径为3～30mm时，其喂入速度为拉坯速度的0.5～5倍，所述高频脉冲电源8的电压为5～50V、电流为5～3000A、频率为1～80kHz。

本发明的改善连铸坯凝固组织的装置及方法，目的是为了克服电极的熔断对钢水造成的污染，其通过自耗电极来细化连铸坯凝固组织、改善连铸坯中心疏松、偏析等缺陷的同时，能够避免电极对钢水产生污染。

附图说明

图1为本发明的改善连铸坯凝固组织的装置的结构示意图。

附图标记说明：1-中间包、2-压下轮、3-校直轮、4-咬线轮、5-自耗电极、6-放线盒、7-电缆、8-高频脉冲电源、9-拉矫辊、10-导管、11-水口、12-连铸坯。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的改善连铸坯凝固组织的装置及方法作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。

参照图1，本发明的改善连铸坯凝固组织的装置包括自耗电极5和高频脉冲电源8，其中，高频脉冲电源8的正极与自耗电极5相连接，自耗电极5插入中间包1内或结晶器内的钢水，该高频脉冲电源8的负极连接到连铸机的拉矫辊9上。特别地，为了避免自耗电极5熔断对钢水的污染，自耗电极5的材质的成分与所述钢水的成分相同。

可以理解的是，本发明使用与钢水成分相同的自耗电极5，从而避免了电极熔于钢水而给钢水带来的污染。因此，这里描述的成分“相同”也包括成分“相近似”的情况，即当自耗电极5的材质的成分与钢水的成分的差别在容许的范围内，即生产能够允许的对钢水的影响的范围内，即可认为是此处描述的成分“相同”，即落入本发明的保护范围内。

在实际生产中，自耗电极5的插入位置可以是从中间包1的上方插入钢水，例如，通过中间包1的上盖上的孔插入钢水；也可以是如图1所示的，插入水口11处的结晶器内的刚水中。

由于采用的是自耗电极5，即在连铸过程中，自耗电极5会随着其在钢水中的熔断而损耗，因此，需要将该自耗电极5不断地以一定速度喂入钢水中，才能保证连续生产作业。

为此，优选地，自耗电极5为自耗钢丝，并且该改善连铸坯凝固组织的装置还包括喂丝机构。如图1所示，喂丝机构包括放线盒6、传动轮系、和导管10。其中，放线盒6用于容置自耗钢丝，传动轮系用于带动自耗钢丝向前运动(指向着钢水所在的方向运动)。具体地，自耗钢丝安装或放置在放线盒6中且其一端从放线盒6中伸出，该端部经过传动轮系并由其带动向前运动。在传动轮系与自耗钢丝插入钢水的位置之间，设置有用于导向的机构即导管10，自耗钢丝经过传动轮系后进入导管10，并通过导管10插入钢水。

具体地，参照图1，传动轮系包括沿自耗钢丝的运动方向依次布置的咬线轮4、校直轮3和压下轮2。高频脉冲电源8的正极连接到压下轮2，从而与自耗电极5相连接。

该装置利用喂丝机构将连接到(可以通过电缆7)高频脉冲电源8的正极的自耗电极5持续地喂入熔池作为正极，连铸机的拉矫辊9连接到(可以通过电缆7)高频脉冲电源8的负极，从而使得钢水、铸坯与该装置共同构成回路，高频电脉冲通过自耗电极5被连续地导入熔池中的金属熔体(例如，钢水)中，对连铸坯凝固组织进行处理，从而改善凝固组织。

本发明还提供了一种基于上述装置的改善连铸坯凝固组织的方法，包括以下步骤：S1.将自耗电极5(优选为自耗钢丝)安放在放线盒6中，并通过传动轮系和导管10将自耗电极5的一端插入中间包1内或结晶器内的钢水；S2.设置高频脉冲电源8的电压、电流、频率，以及设置喂丝机构的运动速度，从而设置自耗电极5的喂入速度；S3.在连铸过程开始后且当连铸坯12的头部穿过拉矫辊9时，启动高频脉冲电源8及喂丝机构，以开始将电脉冲导入浇注中的钢水，从而改善连铸坯12的凝固组织。

其中，喂丝机构的运动速度(即咬线轮4、校直轮3和压下轮2的转动速度)，即自耗电极5的喂入速度，为该改善连铸坯凝固组织的方法的关键参数之一。为了使得自耗电极5的喂入速度与连铸速度保持一致，需要将自耗电极5的喂入速度设置为等于自耗电极5的损耗速度、或者大于或等于连铸坯12的浇注速度。

优选地，当自耗电极5的直径为3～30mm时，其喂入速度为拉坯速度的0.5～5倍，高频脉冲电源8的电压为5～50V、电流为5～3000A、频率为1～80kHz。

下面结合实施例来具体说明本发明的改善连铸坯凝固组织的方法。

以铸机浇铸断面为250*2100mm、过热度为20-40C、浇铸速度为0.8-1.2m/min的连铸过程为例。

将高频脉冲电源8接入380V三线四相电源空气开关(100A)，在放线盒6内安装直径5mm的与浇铸钢种的成分相同的自耗电极5。

将高频脉冲电源8的输出负极用电缆7和拉矫辊9相连，高频脉冲电源8的输出正极通过电缆7和压下轮2和自耗电极5相连。

设定自耗电极5的喂入速度为1.2m/min，高频脉冲电源8的电压为20V、电流为1500A、频率为6kHz。

连铸过程开始后，当铸坯的头部穿过拉矫辊9时，开启高频脉冲电源8，并启动喂丝机构，自耗电极5从放线盒6中伸出，并依此通过咬线轮4、校直轮3和压下轮2进入导管10，插入结晶器内的钢水中。

随着浇铸过程的进行，自耗电极5的插入钢水中的一端不断地熔化在刚水中，喂丝机构使得自耗电极5连续不断地继续插入钢水，一直保持能够将高频脉冲电流导入钢水。并且，由于自耗电极5的组成成分与浇铸的钢水的成分相同或相近，其在钢水中的熔化不会对钢水造成污染，从而不会影响到浇铸质量。

浇钢结束后，关闭高频脉冲电源8和喂丝机构。

该方法和装置能有效的把高频脉冲电流持续导入金属熔体中，在实现多炉连浇情况下，改善铸坯的凝固组织，降低铸坯内部质量缺陷；并且，由于采用同种成分的自耗电极来喂入熔池，有效的避免了电极熔融带来的异质污染。

以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种改善连铸坯凝固组织的装置，其特征在于，包括自耗电极(5)和高频脉冲电源(8)，所述高频脉冲电源(8)的正极与所述自耗电极(5)连接，所述自耗电极(5)插入钢水中，所述高频脉冲电源(8)的负极连接到连铸机的拉矫辊(9)上，所述自耗电极(5)的材质的成分与所述钢水的成分相同。

2.根据权利要求1所述的改善连铸坯凝固组织的装置，其特征在于，所述自耗电极(5)插入中间包(1)或结晶器内的钢水中。

3.根据权利要求1所述的改善连铸坯凝固组织的装置，其特征在于，所述自耗电极(5)为自耗钢丝。

4.根据权利要求3所述的改善连铸坯凝固组织的装置，其特征在于，还包括喂丝机构，所述喂丝机构包括：

放线盒(6)，其容置所述自耗钢丝；

传动轮系，所述自耗钢丝的一端从所述放线盒(6)中伸出，并由所述传动轮系带动使其向前运动；

导管(10)，所述自耗钢丝经过所述传动轮系后进入所述导管(10)，并通过所述导管(10)插入所述钢水。

5.根据权利要求4所述的改善连铸坯凝固组织的装置，其特征在于，所述的传动轮系包括沿所述自耗钢丝的运动方向依次布置的咬线轮(4)、校直轮(3)和压下轮(2)。

6.根据权利要求5所述的改善连铸坯凝固组织的装置，其特征在于，所述高频脉冲电源(8)的正极连接到所述与所述压下轮(2)，从而与所述自耗电极(5)相连接。

7.一种基于权利要求4所述的装置的改善连铸坯凝固组织的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将所述自耗电极(5)安装在所述放线盒(6)中，并通过所述传动轮系和所述导管(10)将所述自耗电极(5)的一端插入中间包(1)内或结晶器内的钢水；

S2.设置所述高频脉冲电源(8)的电压、电流、频率，以及设置所述喂丝机构的运动速度从而设置所述自耗电极(5)的喂入速度；

S3.在连铸过程开始后且当连铸坯(12)的头部穿过拉矫辊(9)时，启动所述高频脉冲电源(8)及所述喂丝机构。

8.根据权利要求7所述的改善连铸坯凝固组织的方法，其特征在于，所述自耗电极(5)的喂入速度等于所述自耗电极(5)的损耗的速度。

9.根据权利要求7所述的改善连铸坯凝固组织的方法，其特征在于，所述自耗电极(5)的喂入速度大于或等于连铸坯(12)的浇注速度。

10.根据权利要求7所述的改善连铸坯凝固组织的方法，其特征在于，所述自耗电极(5)的直径为3～30mm时，其喂入速度为拉坯速度的0.5～5倍，所述高频脉冲电源(8)的电压为5～50V、电流为5～3000A、频率为1～80kHz。