CN110102742B - 一种钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法 - Google Patents

一种钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110102742B
CN110102742B CN201910410672.2A CN201910410672A CN110102742B CN 110102742 B CN110102742 B CN 110102742B CN 201910410672 A CN201910410672 A CN 201910410672A CN 110102742 B CN110102742 B CN 110102742B
Authority
CN
China
Prior art keywords
molten steel
steel
induction furnace
graphite crucible
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910410672.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110102742A (zh
Inventor
张立峰
李亚琼
周秋月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN201910410672.2A priority Critical patent/CN110102742B/zh
Publication of CN110102742A publication Critical patent/CN110102742A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110102742B publication Critical patent/CN110102742B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/003—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using inert gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

本发明提供一种钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法，属于钢铁冶金技术领域。该方法首先将钢样经预处理后装入石墨坩埚内，将坩埚放置于感应炉的加热区内；设置感应炉加热制度，加热钢样至1500℃使钢样熔化,并保温一段时间；然后切断感应炉电源，关闭止回阀，在钢液表面放置另一块钢样来形成糊状区，捕捉气泡。再在一定压力下，使用吹气管在钢液中通入氩气，最后快速冷却钢液，保存在钢块与钢液之间形成的糊状区内产生的气泡并观察。该方法可以在钢液凝固时的凝固前沿产生微小气泡，利于观察钢液凝固过程中气泡运动与夹杂物、树枝晶生长的状态，且操作方便简单。

Description

一种钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别是指一种钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法。
背景技术
随着现代钢铁工业的进一步发展，对钢产品纯净度的要求越来越高。去除钢中小夹杂物，提高钢产品质量已经成为钢铁工业急需解决的重要问题之一。在钢液中产生微小气泡携带夹杂物上浮，并在上浮过程中不断捕捉细小夹杂物，显著地促进钢液中显微夹杂物去除。传统在钢液产生气泡的方法有很多种，使用风嘴和喷枪吹气产生的气泡直径约为20mm，多孔砖和各种喷嘴产生的气泡直径为10-20mm，气泡尺寸大，可以利用中间包与钢包之间的长水口处高的湍流强度将气体冲击成很小的气泡，使气泡有效上浮。目前的研究主要是在钢液中产生微小的气泡的方法，却很少有研究钢液凝固前沿气泡的运动与影响。
钢液凝固过程通常存在液相区、两相区和固相区三个区域，发生着复杂的形核长大、溶质元素再分配、第二相析出及其在固液相间的分配行为。在钢液凝固过程中,由于气体组元在固-液相中的溶解度不同,会伴随着凝固过程使液相溶解的过饱和气体析出形成气泡，但钢液中气泡形核是过饱和气体析出形成气泡的前提。钢液中溶解的氮或氢浓度一般较小，它们形成气泡的析出压力远小于其所受的外界压力，气泡难以形核。在钢液缓慢冷却的过程中，气泡容易逸出。因此，目前还缺乏合适的方法实现对钢液凝固前沿两相区生成微小气泡，研究钢液凝固过程中气泡运动与夹杂物、树枝晶生长的联系，从而不利于支撑对凝固过程冶金现象的深入解析。
感应炉通过感应线圈中的交变电流在线圈周围产生交变磁场，使钢样在交变磁场作用下产生感应电势。在炉料钢样表面一定深度形成涡流，钢样靠涡流加热熔化。感应炉的加热速率快，在断电之后涡流消失，冷却速度能达到150℃/min，在大温度梯度的冷却条件下，树枝晶迅速生长，有利于保存凝固前沿的气泡。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法，该方法通过精确控制吹氩气流量、钢液冷却速度等条件，在凝固时钢液上加钢块，模拟凝固时的固相区，可在钢液的凝固两相区产生微小气泡。
该方法包括步骤如下：
S1：将预处理后的钢样装入石墨坩埚内，并将石墨坩埚放置于感应炉的加热区内；
S2：设置感应炉加热制度，将感应炉通电，加热钢样至1500℃使钢样熔化为钢液,并保温一段时间；
S3：切断感应炉电源，此时关闭止回阀，在钢液表面放置一块固体钢块形成糊状区，捕捉气泡；
S4：在一定压力下，通过吹气管向钢液中通入氩气，氩气流量为0.25L/min；
S5：通入氩气完成后，通过水冷感应线圈快速冷却钢液，保存在钢块与钢液之间形成的糊状区内产生的气泡并观察。
其中，S2中加热制度为：以每5分钟10A的速率增大感应炉的感应电流，将感应炉升温至大于钢液液相线温度以上,且最多不超过30℃，增大电流至样品熔点后，不再增大电流。温度升高至1500-1600℃左右后保温20min，待钢液全部熔化并保持稳定。
S1中石墨坩埚的形状为细长圆柱体，石墨坩埚直径为50mm，石墨坩埚内设置阶梯状，以便将固体钢块放置在钢液上,预处理后的钢样熔化后的钢液充满石墨坩埚下部。
S1中钢样预处理具体为对钢样进行切割和清洗，保持钢样的洁净
感应炉为高频感应炉，频率为10000Hz以上，感应炉配有水冷感应线圈，感应炉的顶部为开口结构，感应炉的炉管上部连接有进气管路；感应炉的加热区设有热电偶，能够实时检测感应炉管内的温度。
固体钢块与钢液成分一致，固体钢块通过石墨坩埚的阶梯卡住，固定在钢液上方，固体钢块直径与石墨坩埚上部内径相一致，固体钢块的厚度不小于30mm，且固体钢块钻孔使吹气管进入石墨坩埚。
吹气管为刚玉吹气管，直径为2-3mm，吹气管接触钢液部分为氮化硼接口。
S4中压力为0.2MPa。
S5中钢液的冷却速度≥150℃/min，切开样品以观察凝固前沿的气泡。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，根据感应炉温度梯度大的特点，首先将坩埚内的钢样熔化，保温一段时间后，在钢液冷却阶段施加压力利用吹气管吹入气泡，通过在顶部加固体钢块模拟凝固过程两相区的形成，捕捉凝固前沿的气泡。最后通过快速冷却钢液保存凝固前沿的气泡，将钢样切开，观察凝固前沿气泡、夹杂物以及凝固组织的状态，对于凝固过程冶金现象的深入解析有重要意义。同时该方法操作简单，便于实验室的操作。
附图说明
图1为本发明的钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法所涉及装置结构示意图；
图2为本发明实施例中感应炉的加热曲线。
其中：1-固体钢块；2-石墨坩埚；3-感应炉；4-水冷感应线圈；5-钢液；6-止回阀；7-吹气管。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法。
如图1，该方法所使用装置如图所示，石墨坩埚2设计为内部有阶梯状结构，且上部内径大于下部内径，便于后续固体钢块置于石墨坩埚内，石墨坩埚置于感应炉3中，感应炉3配有水冷感应线圈4，后续应用的固体钢块1上钻孔，吹气管7穿过固体钢块1，深入钢液5中，吹气管7连接止回阀6。
该方法具体过程如下：
S1：将预处理后的钢样装入石墨坩埚2内，并将石墨坩埚2放置于感应炉3的加热区内；其中，预处理包括对钢样进行切割和清洗，保持钢样的洁净；
S2：设置感应炉3加热制度，将感应炉通电，加热钢样至1500℃使钢样熔化为钢液5,并保温一段时间；
S3：切断感应炉3电源，此时关闭止回阀6，在钢液表面放置一块固体钢块1形成糊状区，捕捉气泡；
S4：在一定压力下，通过吹气管7向钢液5中通入氩气，氩气流量为0.25L/min；
S5：通入氩气完成后，通过水冷感应线圈4快速冷却钢液5，保存在钢块与钢液之间形成的糊状区内产生的气泡并观察。
其中，所用的固体钢块1和钢液5的成分一致，通过石墨坩埚2的凹槽卡住，固定在钢液5上方，且钢块的厚度不小于30mm。
所使用的感应炉3为高频感应炉，其频率为10000Hz以上，配有水冷感应线圈4，能快速加热钢样至熔化，可以精准的控制样品的加热和冷却速率。感应炉3的顶部为开口结构，炉管的上部连接有进气管路。感应炉3的加热区设有热电偶，用时实时检测感应炉管内的温度。感应炉先升温至大于钢液液相线温度以上,且最多不超过30℃，保温20min,保温时间由钢样大小而决定。感应炉的加热曲线如图2。
坩埚的形状为细长型石墨坩埚，所选用石墨坩埚直径为50mm。
吹气管的材质应为刚玉吹气管，其直径为2mm左右，在接触钢液部分应为氮化硼接口，防止氧化铝对钢液造成污染。
最后，控制钢液的冷却速度大于150℃/min，切开样品以观察凝固前沿的气泡。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，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 (6)

1.一种钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法，其特征在于：包括步骤如下：
S1：将预处理后的钢样装入石墨坩埚(2)内，并将石墨坩埚(2)放置于感应炉(3)的加热区内；
S2：设置感应炉(3)加热制度，将感应炉通电，加热钢样至1500℃使钢样熔化为钢液(5),并保温一段时间；
S3：切断感应炉(3)电源，此时关闭止回阀(6)，在钢液表面放置一块固体钢块(1)形成糊状区，捕捉气泡，固体钢块(1)与钢液(5)成分一致；
S4：在一定压力下，通过吹气管(7)向钢液(5)中通入氩气，氩气流量为0.25L/min；
S5：通入氩气完成后，通过水冷感应线圈(4)快速冷却钢液(5)，保存在钢块与钢液之间形成的糊状区内产生的气泡并观察；
所述S2中加热制度为：以每5分钟10A的速率增大感应炉(3)感应电流，将感应炉升温至大于钢液液相线温度以上,且最多不超过30℃，增大电流至样品熔点后，不再增大电流；温度升高至1500-1600℃后保温20min，待钢液全部熔化并保持稳定；
所述S1中石墨坩埚(2)的形状为细长圆柱体，石墨坩埚(2)直径为50mm，石墨坩埚内设置阶梯，以便将固体钢块(1)放置在钢液(5)上,预处理后的钢样熔化后的钢液(5)充满石墨坩埚(2)下部；
所述S5中钢液的冷却速度≥150℃/min。
2.根据权利要求1所述的钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法，其特征在于：所述S1中钢样预处理具体为对钢样进行切割和清洗，保持钢样的洁净。
3.根据权利要求1所述的钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法，其特征在于：所述感应炉(3)为高频感应炉，感应炉(3)配有水冷感应线圈(4)，感应炉(3)的顶部为开口结构，感应炉的炉管上部连接有进气管路；感应炉(3)的加热区设有热电偶，能够实时检测感应炉管内的温度。
4.根据权利要求1所述的钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法，其特征在于：固体钢块(1)通过石墨坩埚(2)的阶梯卡住，固定在钢液(5)上方，固体钢块(1)直径与石墨坩埚(2)上部内径相一致，固体钢块(1)的厚度不小于30mm，且固体钢块(1)钻孔使吹气管(7)进入石墨坩埚(2)。
5.根据权利要求1所述的钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法，其特征在于：所述吹气管(7)为刚玉吹气管，直径为2-3mm，吹气管(7)接触钢液(5)部分为氮化硼接口。
6.根据权利要求1所述的钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法，其特征在于：所述S4中压力为0.2MPa。
CN201910410672.2A 2019-05-17 2019-05-17 一种钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法 Active CN110102742B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910410672.2A CN110102742B (zh) 2019-05-17 2019-05-17 一种钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910410672.2A CN110102742B (zh) 2019-05-17 2019-05-17 一种钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110102742A CN110102742A (zh) 2019-08-09
CN110102742B true CN110102742B (zh) 2020-08-11

Family

ID=67490749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910410672.2A Active CN110102742B (zh) 2019-05-17 2019-05-17 一种钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110102742B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112362524A (zh) * 2020-10-30 2021-02-12 山东莱钢永锋钢铁有限公司 一种粒钢样品出水率检验方法
CN114260421B (zh) * 2021-12-27 2023-03-21 北京科技大学 一种带混匀功能的铸模装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2253155A1 (de) * 1972-10-30 1974-05-02 Leonhard Dipl Ing Henrichs Verfahren zur herstellung von poroesen werkstoffen und werkstuecken
JPS6049704B2 (ja) * 1979-02-16 1985-11-05 三菱重工業株式会社 気泡内蔵金属の製造方法
US4973358A (en) * 1989-09-06 1990-11-27 Alcan International Limited Method of producing lightweight foamed metal
WO1991003578A1 (en) * 1989-09-06 1991-03-21 Alcan International Limited Lightweight foamed metal and its production
EP0544291A1 (de) * 1991-11-27 1993-06-02 PANTEC PANELTECHNIK GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Metallschaums
US5221324A (en) * 1989-09-06 1993-06-22 Alcan International Limited Lightweight metal with isolated pores and its production
US5281251A (en) * 1992-11-04 1994-01-25 Alcan International Limited Process for shape casting of particle stabilized metal foam
CN201272823Y (zh) * 2008-10-20 2009-07-15 昆明理工大学 一种制备多孔泡沫钢的装置
CN102321823A (zh) * 2011-09-05 2012-01-18 上海大学 注入气泡耦合上引定向凝固制备定向多孔材料的方法及其定向凝固装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2253155A1 (de) * 1972-10-30 1974-05-02 Leonhard Dipl Ing Henrichs Verfahren zur herstellung von poroesen werkstoffen und werkstuecken
JPS6049704B2 (ja) * 1979-02-16 1985-11-05 三菱重工業株式会社 気泡内蔵金属の製造方法
US4973358A (en) * 1989-09-06 1990-11-27 Alcan International Limited Method of producing lightweight foamed metal
WO1991003578A1 (en) * 1989-09-06 1991-03-21 Alcan International Limited Lightweight foamed metal and its production
US5221324A (en) * 1989-09-06 1993-06-22 Alcan International Limited Lightweight metal with isolated pores and its production
EP0544291A1 (de) * 1991-11-27 1993-06-02 PANTEC PANELTECHNIK GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Metallschaums
US5281251A (en) * 1992-11-04 1994-01-25 Alcan International Limited Process for shape casting of particle stabilized metal foam
CN201272823Y (zh) * 2008-10-20 2009-07-15 昆明理工大学 一种制备多孔泡沫钢的装置
CN102321823A (zh) * 2011-09-05 2012-01-18 上海大学 注入气泡耦合上引定向凝固制备定向多孔材料的方法及其定向凝固装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110102742A (zh) 2019-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100534669C (zh) 功率超声与低频电磁协同作用的轻合金锭坯立式半连续铸造方法及设备
CN110102742B (zh) 一种钢液凝固前沿两相区产生气泡的方法
CN101733380B (zh) 低压脉冲磁场作用下细晶金属材料制备方法
Coletti et al. Observation of calcium aluminate inclusions at interfaces between Ca-treated, Al-killed steels and slags
Li et al. Influence of rare earth metals on the nucleation and solidification behavior of iron and 1045 steel
KR100718406B1 (ko) 주조 장치 및 주조 방법
Guo et al. Grain refinement of Al–5% Cu aluminum alloy under mechanical vibration using meltable vibrating probe
Hang et al. Grain refinement of pure aluminum by direct current pulsed magnetic field and inoculation
Qi et al. Effect of directional solidification in electroslag remelting on the microstructure and cleanliness of an austenitic hot-work die steel
REN et al. New study and development on electromagnetic field technology in metallurgical processes
CN104353795A (zh) 有温度梯度结晶器的连续定向凝固技术
ZHU et al. Research progress of numerical simulation in steelmaking and continuous casting processes
CN105699412A (zh) 一种金属快速凝固热流测试装置及测试方法
Apprill et al. Gasar porous metals process control
Valdez et al. In‐Situ Observation of the Formation of MnS during Solidification of High Sulphur Steels
WU et al. Influence of electromagnetic swirling flow in nozzle on solidification structure and macrosegregation of continuous casting square billet
CN113231611A (zh) 一种低过热度等温共熔法确定连铸喂钢带工艺参数的方法
JP2022129329A (ja) 一方向凝固装置及び一方向凝固方法
CN111957917B (zh) 一种获取连铸保护渣凝固渣膜的装置及其方法
Mitchell Melting and refining of superalloys and titanium alloys
JPH0798289A (ja) 金属材料の凝固シュミレート方法及びその装置
CN203451592U (zh) 一种提高电渣重熔钢锭质量的冷却水装置
YG et al. Effect of mechanical vibration on the microstructure, impact toughness and thermal fatigue behavior of cast hot working die steel
Yang et al. Influence of Microsegregation on the TiN Inclusions Formation Behavior in a K418 Superalloy during the Continuous Unidirectional Solidification Process
Dutta et al. Microsegregation and its effects on quantity and morphology of secondary phases during solidification of Al-Fe-Si alloys

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant