CN108555258A - 一种气雾制钢方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气雾制钢方法及装置，该气雾制钢方法是在中间包的底部设置导流管和雾化喷嘴，钢液通过导流管流出并通过雾化喷嘴雾化形成雾化金属颗粒；雾化金属颗粒冲击至导流管下方的沉积器上，使雾化金属颗粒不断沉积，最终形成沉积锭坯；在锭坯成形的过程中，通过在沉积器的轴向方向上平行设置的加热器对锭坯降温较大的区域进行加热和补温，从而均匀锭坯的温度，避免锭坯内部出现应力集中和锭坯开裂。本发明可以使锭坯的温降得到有效控制，从而解决锭坯内部的应力集中和锭坯容易开裂等问题，提高锭坯质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备钢的方法及装置，特别是一种采用气雾法制钢的方法及装置，属于钢铁冶金技术领域。
背景技术
气雾法制钢是一种采用快速凝固的方法制备特殊材料的新技术，该技术兼具有近终形加工和半固态加工的双重特点，其原理见附图2，它是用雾化喷嘴（3）内高压惰性气体将从中间包（1）内经过导流管（2）流出的合金液流（4）雾化成细小的熔滴（5），熔滴（5）在高速气流的作用下飞行并被逐渐冷却，在这些熔滴尚未完全凝固前将其沉积到具有一定形状的沉积器（6）上，通过改变熔滴射流与沉积器（6）的相对位置和沉积器的运动形式，可以得到盘（柱）、管（环）、板（带）等不同形状的半成品坯件。
在锭坯生产过程中，根据锭坯的生长速度和钢水浇铸量，锭坯在成形后生长过程中的温度变化也不同。如果钢水的浇铸量小，锭坯成形快，锭坯最终外形较小，锭坯内外温度差较小，锭坯内部热应力较小，从而锭坯内部出现裂纹、缩松等几率较小，锭坯的质量基本能够保证；如果钢水的浇铸量较大，则锭坯成形时间较长，锭坯的最终外形长度较大，由于是顺序沉积的，早期沉积的锭坯温度降低严重，此时锭坯的上部温度较高，下部温度较低，锭坯中部温度与上部温度和下部温度差别较大，锭坯内部应力集中，锭坯内部容易产生裂纹、缩松，喷射结束后锭坯质量往往难以保证。
为了提高锭坯的内部质量，需要对锭坯进行温度均匀化处理，通常是在喷射结束后，通过机械手将锭坯拿出后放置在热处理炉中进行补温缓冷处理，这种处理方法存在如下的缺点：（1）若锭坯制备时间较长，在制备结束后，锭坯上下段温度差已形成，如果锭坯局部温度过冷时，锭坯的内部将形成较大的热应力，导致各种缺陷提前出现；（2）由于锭坯盛放位置和加热炉之间存在一定的距离，待锭坯制备结束后，需要经过一段时间等待粉尘静置，然后通过机械手进行取锭、旋转、运送等动作，这一过程往往需要十几至几十分钟，此时，锭坯暴露在空气中，温度急剧下降，表面由于氧化的作用往往形成较厚的氧化皮层，降低了锭坯的表面质量；（3）热处理炉需事先预热，整体热处理功率利用率低，造成能源浪费；（4）锭坯取放过程中温度较高，容易对周边设备和操作人员产生危害；（5）热处理炉加热过程温度控制反馈较慢，不能实现工艺的特定需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种新型的气雾制钢方法及装置，该方法可以使锭坯的温降得到有效控制，从而解决锭坯内部的应力集中和锭坯容易开裂问题，保证锭坯质量。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种气雾制钢方法，该方法包括以下步骤，
（1）准备母材，将母材置于熔炼炉中；
（2）开启熔炼炉及中间包预热电源；
（3）待熔炼炉中母材全部熔化后、测温取样；
（4）达到目标温度后倾转熔炼炉将钢液倒入中间包；
（5）在中间包的底部设置导流管，钢液通过导流管流出并通过雾化喷嘴雾化形成雾化金属颗粒；
（6）雾化金属颗粒冲击至导流管下方的沉积器上，沉积器以一定的速度旋转的同时进行轴线拉伸运动，使雾化金属颗粒不断沉积，最终形成沉积锭坯；
（7）在锭坯成形的过程中，通过在沉积器的轴向方向上平行设置的加热器对锭坯降温较大的区域进行加热和补温，从而均匀锭坯的温度，避免锭坯内部出现应力集中和锭坯开裂。
上述的气雾制钢方法中，优选的，所述的加热器能够在沉积器轴向方向上进行伸缩移动和上下移动，加热器的加热功率能够调节；加热器的功率选择：锭坯质量≤100kg，功率≤10KW；100kg≤锭坯质量≤500kg，功率≤20KW；500kg≤锭坯质量≤1000kg，功率≤40KW；1000kg≤锭坯质量≤4000kg，功率≤100KW；加热器的长度选择：锭坯长度≤300mm，加热器长度≤100mm；300≤锭坯长度≤1000mm，加热器长度≤150mm；1000≤锭坯长度≤3000mm，加热器长度≤300mm。
前述的气雾制钢方法中，优选的，所述加热器的移动速度及加热功率调节通过锭坯温度检测装置进行反馈控制，控制的基本原则为：锭坯表面高温区与低温区温度差≤100℃。
一种气雾制钢装置，包括中间包，在中间包的底部装有导流管，在导流管的出口处设置有雾化喷嘴；在导流管的下方安装有沉积器，该沉积器能够以一定的速度旋转的同时进行轴线拉伸运动；在沉积器的轴向方向上平行设置有加热器，加热器固定在活动支架上，该活动支架能够在沉积器的轴向方向上进行伸缩移动和上下移动。
上述的气雾制钢装置中，优选的，所述的雾化喷嘴、沉积器、加热器设置在雾化仓中，在雾化仓的底部设有收集仓。
前述的气雾制钢装置中，优选的，在雾化仓中部还设置有锭坯温度检测装置。
前述的气雾制钢装置中，优选的，锭坯温度检测装置和加热器通过数据线连接至计算机。
本发明的有益效果：气雾制钢是继铸造冶金和粉末冶金方法之后发展起来的第三种金属材料的制备方法，是一种先进的材料制备技术。锭坯温度的均匀性或锭坯内部热应力的减少问题是保证气雾制钢高合金锭坯不开裂的关键环节。本发明通过在沉积器的轴向方向上平行设置加热器，对锭坯的局部位置进行加热，从而均匀锭坯的温度，很好的解决了锭坯内部热应力的问题，有效地提高了高合金锭坯的质量，该技术可以与气雾制钢技术一起进行绑定输出，具有广泛的前景。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1）结构简单，灵活易操作。
2）通过温度检测装置进行反馈控制，热效率高。
3）加热器位于锭坯的上方，能够有效避免粉尘和金属颗粒飞溅。
4）通过对锭坯的实时补温，避免锭坯出现热应力和各种缺陷。
附图说明
图1是本发明的结构原理图；
图2是传统气雾法制钢的原理图；
图3是实施例1的锭坯加热控制逻辑图；
图4是实施例2的锭坯加热控制逻辑图；
图5是实施例3的锭坯加热控制逻辑图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
如图1所示，本发明的气雾制钢装置，包括中间包1，在中间包1的底部装有导流管3，在导流管3的出口处设置有雾化喷嘴4；在导流管3的下方安装有沉积器6，沉积器6能够以一定的速度旋转的同时进行轴线拉伸运动；在沉积器6的轴向方向上平行设置有加热器9，加热器9固定在活动支架10上，活动支架10能够在沉积器6的轴向方向上进行伸缩移动和上下移动。雾化喷嘴4、沉积器6、加热器9设置在雾化仓8中，在雾化仓8的底部设有收集仓11，在雾化仓8的中部设置有锭坯温度检测装置12。锭坯温度检测装置12、加热器9通过数据线连接至计算机。
本发明的气雾制钢方法，包括以下工艺步骤：（1）准备母材，将母材置于熔炼炉中；（2）开启熔炼炉及中间包预热电源；（3）待熔炼炉中母材全部熔化后、测温取样；（4）达到目标温度后倾转熔炼炉将钢液倒入中间包；（5）在中间包的底部设置导流管，钢液通过导流管流出并通过雾化喷嘴雾化形成雾化金属颗粒；（6）雾化金属颗粒冲击至导流管下方的沉积器上，沉积器以一定的速度旋转的同时进行轴线拉伸运动，使雾化金属颗粒不断沉积，最终形成沉积锭坯；（7）在锭坯成形的过程中，通过在沉积器的轴向方向上平行设置的加热器对锭坯降温较大的区域进行加热和补温，从而均匀锭坯的温度，避免锭坯内部出现应力集中和锭坯开裂。加热器的功率选择：锭坯质量≤100kg，功率≤10KW；100kg≤锭坯质量≤500kg，功率≤20KW；500kg≤锭坯质量≤1000kg，功率≤40KW；1000kg≤锭坯质量≤4000kg，功率≤100KW；加热器的长度选择：锭坯长度≤300mm，加热器长度≤100mm；300≤锭坯长度≤1000mm，加热器长度≤150mm；1000≤锭坯长度≤3000mm，加热器长度≤300mm。加热器的移动速度及加热功率调节通过锭坯温度检测装置进行反馈控制，控制的基本原则为：锭坯表面高温区与低温区温度差≤100℃。
工作原理：将金属母材熔化形成钢液2后倾倒入中间包1中，钢液2通过中间包1流入导流管3，在从导流管3下落的过程中被雾化喷嘴4雾化形成雾化金属颗粒5，雾化金属颗粒5以较高的速度冲击至沉积器6上，沉积器6以一定的速度旋转的同时进行轴线拉伸运动，使得雾化金属颗粒5不断沉积，最终形成沉积锭坯7。整个钢液2雾化过程在雾化仓8中进行，过喷粉末和多余粉末沉积在底部的收集仓11中。在锭坯7成形的过程中，在雾化仓8中部设置锭坯温度检测装置12，其测量范围可以检测整个锭坯的表面温度，在得到锭坯的表面温度后，通过数据线传递至计算机进行分析。由于锭坯7成形时间较长，其端部温度较高，而底部连接收沉积器处的锭坯外表温度较低，在雾化仓8内设置加热器9对锭坯表面进行加热，从而提高锭坯降温较大区域的温度。加热器9的加热功率可以调节，功率大小和运动方式通过计算机内部的分析控制程序进行控制。
实施例1：喷制锭坯质量为330kg、锭坯长度为600mm，沉积器转速为2转/秒，加热器功率为15KW，加热器长度为150mm。
加热器反馈控制原则为：高温区与低温区温差≤60℃。
锭坯制备过程如下：将金属液熔化后倾倒入中间包中，中间包底部连接导流管，导流管外围衔接雾化喷嘴，当钢液通过中间包流入导流管后下落时，由于雾化喷嘴的雾化租用将金属液雾化成细小的金属液滴，金属液滴飞向底部的收集器，收集器在旋转的同时可以沿轴线进行伸缩运动。锭坯的温度通过温度检测装置进行检测，而锭坯的温度补偿通过加热器来完成。锭坯加热的控制逻辑如图3所示。
实施例2：喷制锭坯质量为800kg、锭坯长度为950mm、沉积器转速为2转/秒，加热器功率为30KW，加热器长度为250mm。
加热器反馈控制原则为：高温区与低温区温差≤55℃。
锭坯制备过程如下：将金属液熔化后倾倒入中间包中，中间包底部连接导流管，导流管外围衔接雾化喷嘴，当钢液通过中间包流入导流管后下落时，由于雾化喷嘴的雾化租用将金属液雾化成细小的金属液滴，金属液滴飞向底部的收集器，收集器在旋转的同时可以沿轴线进行伸缩运动。锭坯的温度通过温度检测装置进行检测，而锭坯的温度补偿通过加热器来完成。锭坯加热的控制逻辑如图4所示。
实施例3：喷制锭坯质量为2500kg、锭坯长度为1500mm、沉积器转速为2转/秒，加热器功率为100KW，加热器长度为300mm。
加热器反馈控制原则为：高温区与低温区温差≤50℃。
锭坯制备过程如下：将金属液熔化后倾倒入中间包中，中间包底部连接导流管，导流管外围衔接雾化喷嘴，当钢液通过中间包流入导流管后下落时，由于雾化喷嘴的雾化租用将金属液雾化成细小的金属液滴，金属液滴飞向底部的收集器，收集器在旋转的同时可以沿轴线进行伸缩运动。锭坯的温度通过温度检测装置进行检测，而锭坯的温度补偿通过加热器来完成。锭坯加热的控制逻辑如图5所示。
本发明的实施方式不限于上述实施例，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化均属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种气雾制钢方法，其特征在于：包括以下工艺步骤，
（1）准备母材，将母材置于熔炼炉中；
（2）开启熔炼炉及中间包预热电源；
（3）待熔炼炉中母材全部熔化后、测温取样；
（4）达到目标温度后倾转熔炼炉将钢液倒入中间包；
（5）在中间包的底部设置导流管，钢液通过导流管流出并通过雾化喷嘴雾化形成雾化金属颗粒；
（6）雾化金属颗粒冲击至导流管下方的沉积器上，沉积器以一定的速度旋转的同时进行轴线拉伸运动，使雾化金属颗粒不断沉积，最终形成沉积锭坯；
（7）在锭坯成形的过程中，通过在沉积器的轴向方向上平行设置的加热器对锭坯降温较大的区域进行加热和补温，从而均匀锭坯的温度，避免锭坯内部出现应力集中和锭坯开裂。
2.根据权利要求1所述的气雾制钢方法，其特征在于：所述的加热器能够在沉积器轴向方向上进行伸缩移动、上下移动，加热器的加热功率能够调节；加热器的功率选择：锭坯质量≤100kg，功率≤10KW；100kg≤锭坯质量≤500kg，功率≤20KW；500kg≤锭坯质量≤1000kg，功率≤40KW；1000kg≤锭坯质量≤4000kg，功率≤100KW；加热器的长度选择：锭坯长度≤300mm，加热器长度≤100mm；300≤锭坯长度≤1000mm，加热器长度≤150mm；1000≤锭坯长度≤3000mm，加热器长度≤300mm。
3.根据权利要求2所述的气雾制钢方法，其特征在于：所述加热器的移动速度及加热功率调节通过锭坯温度检测装置进行反馈控制，控制的基本原则为：锭坯表面高温区与低温区温度差≤100℃。
4.一种气雾制钢装置，包括中间包（1），其特征在于：在所述中间包（1）的底部装有导流管（3），在导流管（3）的出口处设置有雾化喷嘴（4）；在导流管（3）的下方安装有沉积器（6），沉积器（6）能够以一定的速度旋转的同时进行轴线拉伸运动；在沉积器（6）的轴向方向上平行设置有加热器（9），加热器（9）固定在活动支架（10）上，活动支架（10）能够在沉积器（6）的轴向方向上进行伸缩移动和上下移动。
5.根据权利要求4所述的气雾制钢装置，其特征在于：所述的雾化喷嘴（4）、沉积器（6）、加热器（9）设置在雾化仓（8）中，在雾化仓（8）的底部设有收集仓（11）。
6.根据权利要求4所述的气雾制钢装置，其特征在于：在所述的雾化仓（8）中部设置有锭坯温度检测装置（12）。
7.根据权利要求4或6所述的气雾制钢装置，其特征在于：所述的锭坯温度检测装置（12）、加热器（9）通过数据线连接至计算机。
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