CN107699658B - 一种电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的装置及方法，通过模拟施加电脉冲条件下的钢材中夹杂物去除行为，获得不同电脉冲施加条件下的钢坯，通过分析钢坯中夹杂物的形貌、分布情况、粒径大小和数量等，研究不同的电脉冲条件对钢材中夹杂物去除行为的影响。本发明具有的有益效果为：1)设备简单，占地面积小，可对脉冲参数等工艺条件进行调控，操作性强；2)可实现实验室规模保护渣结晶与传热行为研究，实验消耗少，分析检测成本低；3)实验操作简单，可重复性强。

Description

一种电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的装置及方法

技术领域

本发明属于钢铁连铸技术领域，尤其涉及一种电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的装置及方法。

背景技术

非金属夹杂物，广泛存在于钢铁冶炼过程中，由于其热力学和机械属性与钢材不同，将会降低钢材的力学性能。特别是钢材服役期间，非金属夹杂物会使钢材的机械性能和耐腐蚀性能等严重恶化，显著降低钢材的使用寿命。因此，随着现代工业对钢材纯净度要求的提高，钢坯中非金属夹杂物的数量和大小的有效控制具有深远意义。

目前钢材中夹杂物控制技术主要有吹气搅拌、渣洗技术、过滤技术、离心分离技术，然而，这些技术很难去除尺寸小于20μm 的夹杂物，且需要消耗大量的能源和资金，且维护成本较高。电脉冲去除夹杂物方法，其基本原理是在钢液精炼或凝固时通入脉冲电流，使得钢液中的夹杂物在上浮过程中，除了受到浮力、重力和钢水拖曳力外，还会受到“由于钢液和夹杂物的电导率不同而产生的电场－对夹杂物施加的额外上浮动力”，从而促进夹杂物上浮去除。研究指出，电脉冲去除夹杂物技术可以进一步提高钢水纯净度，显著减少夹杂物的数目和大小，其对于尺寸在0.5～10μm的夹杂物具有很高的去除能力。

发明内容

本发明针对目前技术和装置存在的不足而提供一种电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的装置及方法，用于探究不同的电脉冲条件对钢材中夹杂物去除行为的影响。

为解决上述技术问题，本发明所提供的电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的装置，包括机座、感应炉、电脉冲系统、拉坯器、铜板、拉坯电机，所述机座上设有可竖直升降的升降托架；所述拉坯电机设置于所述升降托架上；所述铜板内设有冷却循环水系统并通过所述升降托架驱动作垂直上下振动，所述感应炉设置于所述机座上位于铜板的正下方，所述拉坯器包括设置于所述铜板的底端的挡板和与挡板相连的支架，所述挡板通过所述拉坯电机驱动向下拉动；所述电脉冲系统包括脉冲电源、与所述脉冲电源电连接且相对设置的两脉冲输出电极及脉冲电极移动装置，所述脉冲电极移动装置设置于所述机座上，所述两脉冲输出电极设置于所述脉冲电极移动装置上且可通过所述脉冲电极移动装置对其间距、插入钢液的深度及与铜板热面的相对位置进行调节。

进一步的，脉冲电源的脉冲参数包括峰值电压、脉冲类型、脉冲宽度及频率，通过与脉冲电源电连接的控制柜调节。

进一步的，脉冲输出电极由导电性良好、耐高温且不与保护渣反应的材料制备而成，直径为5mm-15mm。

进一步的，所述脉冲电源通过脉冲输出导线与所述两脉冲输出电极电连接，其中所述脉冲输出导线采用电阻低的铜缆线，规格为≥50mm2。

进一步的，脉冲电源输出波形为矩形波，输出类型为正脉冲、间隔脉冲或计数脉冲。

进一步的，两脉冲输出电极组成的平面与铜板热面的夹角在 0°-180°之间，优选为180°；两脉冲输出电极的宽度在5cm-30cm 之间，优选为20cm；插在钢液内的深度在2cm-30cm之间，优选为 10cm。

一种电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的方法，包括如下步骤：

第一步、熔钢，将感应炉设置好加热温度，加热功率等参数，启动电源开始加热，使钢加热到融化；

第二步、施加电脉冲，用脉冲输出导线连接好脉冲输出电极，将脉冲输出电极插入感应炉内的钢液内，启动脉冲电源，施加电脉冲，处理完毕，关闭电源，移出脉冲电极；

第三步、插入铜板，启动升降托架，使得铜板下行，待铜板浸入到熔池一定深度时，停留一段时间，待钢液在铜板上结成一层厚厚的凝固坯壳，移出铜板；

第四步、取样，待坯壳冷却后从铜板热面取下完整坯壳，以便对铜板不同位置处坯壳进行取样，进行后期分析与处理。

进一步的，步骤二中电脉冲为正脉冲及间隔脉冲、脉冲电源输出峰值电压为0-36V，优选为32V；输出电流(峰值)为0-5000A；输出频率为1-100Hz,优选为100Hz；脉冲宽度为1μs-150μs，优选为150μs，脉冲施加时间20-40分钟，优选为30分钟。

进一步的，步骤三中停留时间为20s。

进一步的，两脉冲输出电极组成的平面与铜板热面的夹角为 180°,宽度为20cm,插入深度为10cm。

本发明通过模拟施加电脉冲条件下的钢材中夹杂物去除行为，获得不同电脉冲施加条件下的钢坯，通过分析钢坯中夹杂物的形貌、分布情况、粒径大小和数量等，研究不同的电脉冲条件对钢材中夹杂物去除行为的影响。

本发明主要具有以下有益效果：

1)设备简单，占地面积小，本发明包括四个系统，只需配备少量的实验人员，就能协同完成实验，可对脉冲参数等工艺条件进行调控，操作性强。具有实验设备简单、操作方便等特点。

2)实验成本低。本发明可实现实验室规模保护渣结晶与传热行为研究，实验消耗少，分析检测成本低。

3)实验操作简单，可重复性强。

附图说明

图1为本发明的装置整体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

参见图1，电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的装置，包括机座1、感应炉2、电脉冲系统、拉坯器7、铜板8、拉坯电机10，机座1 上垂直设有两根丝杆，在两个丝杆上可沿竖直方向运动的升降托架 9；感应炉2设置于机座1上位于第一丝杆和第二丝杆之间，拉坯电机10设置于升降托架9上；铜板8内设有冷却循环水系统11并通过升降托架9驱动作垂直上下运动，拉坯器7包括设置于铜板8的底端的底板和与底板相连的支架；底板通过拉坯电机10驱动向下拉动，电脉冲系统包括脉冲电源5、与脉冲电源5电连接且相对设置的两脉冲输出电极3及脉冲电极移动装置4，脉冲电极移动装置4 设置于机座1上，两脉冲输出电极3设置于脉冲电极移动装置4上且可通过脉冲电极移动装置4对其间距、插入钢液的深度及与铜板热面的相对位置进行调节。

铜板8竖直向下沉入感应炉2时，两脉冲输出电极3位于铜板 8的两侧。

本实施例中，感应炉2采用热功率高、升温速度快的中频感应炉，利用中频感应炉将钢材融化到液相线以上温度。

本实施例中，脉冲电源的脉冲参数包括峰值电压、脉冲类型、脉冲宽度及频率，通过与脉冲电源电连接的控制柜调节。

本实施例中，脉冲输出电极由导电性良好、耐高温且不与保护渣反应的材料制备而成，直径为5mm-15mm。

本实施例中，脉冲电源通过脉冲输出导线与所述两脉冲输出电极电连接，其中所述脉冲输出导线采用电阻低的铜缆线，规格为≥ 50mm2。

本实施例中，脉冲电源5输出峰值电压为30V，输出频率为100Hz, 脉冲宽度为100μs。

本实施例中，脉冲电源输出波形为矩形波，输出类型为正脉冲、间隔脉冲或计数脉冲。

本实施例中，脉冲输出电极3应由导电性良好、耐高温且不与钢液反应的石墨材料制备而成，两电极组成的平面与铜板热面的夹角为180°,宽度为20cm,深度为10cm。

一种电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的装置，包括如下步骤：

第一步、熔钢，将感应炉设置好加热温度，加热功率等参数，启动电源开始加热，使坩埚内温度1460℃，使钢加热到一定过热度。

第二步、施加电脉冲，用脉冲输出导线连接好脉冲输出电极，将脉冲输出电极插入电阻炉内一定位置，即两脉冲输出电极组成的平面与铜板热面的夹角为180°,宽度为20cm,深度为10cm；启动设置好脉冲类型为正脉冲及间隔脉冲、峰值电压为32V、脉冲频率 100Hz、脉冲宽度150μs等参数的脉冲电源，脉冲施加时间设置为 30分钟。处理完毕，关闭电源，移出脉冲电极。

第三步、插入铜板，启动升降托架(9)，使得铜板下行，待铜板浸入到熔池一定深度时，停留20s，待钢液在铜板上结成一层厚厚的凝固坯壳，移出铜板。

第四步、取样，待坯壳冷却后从铜板热面取下完整坯壳，以便对铜板不同位置处坯壳进行取样，进行后期分析与处理。

本发明通过模拟施加电脉冲条件下的钢材中夹杂物去除行为，获得不同电脉冲施加条件下的钢坯，通过分析钢坯中夹杂物的形貌、分布情况、粒径大小和数量等，研究不同的电脉冲条件对钢材中夹杂物去除行为的影响。

Claims (8)

1.一种电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的装置，包括机座、感应炉、电脉冲系统、拉坯器、铜板、拉坯电机，其特征在于：所述机座上设有可竖直升降的升降托架；所述拉坯电机设置于所述升降托架上；所述铜板内设有冷却循环水系统并通过所述升降托架驱动作垂直上下振动，所述感应炉设置于所述机座上位于铜板的正下方，所述拉坯器包括设置于所述铜板的底端的挡板和与挡板相连的支架，所述挡板通过所述拉坯电机驱动向下拉动；所述电脉冲系统包括脉冲电源、与所述脉冲电源电连接且竖直相对设置的两脉冲输出电极及脉冲电极移动装置，所述脉冲电极移动装置设置于所述机座上，所述两脉冲输出电极设置于所述脉冲电极移动装置上且可通过所述脉冲电极移动装置对其间距、插入钢液的深度及与铜板热面的相对位置进行调节；

所述脉冲电源输出峰值电压为0-36V；输出电流为0-5000A；输出频率为1-100Hz；脉冲宽度为1μs-150μs，脉冲施加时间20-40分钟。

2.根据权利要求1所述的电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的装置，其特征在于：脉冲电源的脉冲参数包括峰值电压、脉冲类型、脉冲宽度及频率，通过与脉冲电源电连接的控制柜调节。

3.根据权利要求1所述的电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的装置，其特征在于：脉冲输出电极由导电性良好、耐高温且不与保护渣反应的材料制备而成，直径为5mm-15mm。

4.根据权利要求1所述的电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的装置，其特征在于：所述脉冲电源通过脉冲输出导线与所述两脉冲输出电极电连接，其中所述脉冲输出导线采用电阻低的铜缆线，规格为≥50mm²。

5.根据权利要求1所述的电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的装置，其特征在于：脉冲电源输出波形为矩形波，输出类型为正脉冲、间隔脉冲或计数脉冲。

6.根据权利要求1所述的电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的装置，其特征在于：两脉冲输出电极组成的平面与铜板热面的夹角在0°-180°之间；两脉冲输出电极的宽度在5cm-30cm之间；插在钢液内的深度在2cm-30cm之间。

7.一种电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的方法，其特征在于：使用权利要求1-6任意一项所述的电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的装置，包括如下步骤：

第一步、熔钢，将感应炉设置好加热温度，加热功率参数，启动电源开始加热，使钢加热到融化；

第二步、施加电脉冲，用脉冲输出导线连接好脉冲输出电极，将脉冲输出电极插入感应炉内的钢液内，启动脉冲电源，施加电脉冲，处理完毕，关闭电源，移出脉冲电极；

第三步、插入铜板，启动升降托架，使得铜板下行，待铜板浸入到熔池一定深度时，停留一段时间，待钢液在铜板上结成一层厚厚的凝固坯壳，移出铜板；

第四步、取样，待坯壳冷却后从铜板热面取下完整坯壳，以便对铜板不同位置处坯壳进行取样，进行后期分析与处理。

8.根据权利要求7所述的电脉冲作用下去除钢材中夹杂物的方法，其特征在于：步骤三中停留时间为20s。