CN110181010A - 一种连铸坯均质化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种连铸坯均质化方法及装置，该方法分别将脉冲谐波磁场线圈置于连铸机结晶器下方位置，连续谐波磁场线圈置于连铸机末端；连铸生产过程中，连铸坯先通过脉冲谐波磁场线圈时，受到脉冲谐波磁场作用形成大量初生晶核，再通过连续谐波磁场线圈时，受到连续谐波磁场强烈搅拌作用，大量的晶核受到流场作用均匀分散在熔体内部，从而获得凝固组织均质化的连铸坯。本发明用于冶金工业中的半连铸及连铸生产，适合各种金属材料的凝固组织均质化。
Description
技术领域
本发明属于冶金与金属材料制备技术领域，尤其涉及一种连铸坯均质化装置及方法。
背景技术
关于物理场对金属凝固过程的研究最早开始于20世纪30年代，而之后一直没有太大的发展。这是由于对高密度电流、超强磁场和大功率超声波的要求严重的制约了该技术的应用。另外，在那个时期，材料领域中的孕育处理、变质处理和微合金化等凝固组织细化技术发展的很快，大家更愿意接受这些工艺简单的凝固细晶技术。进入21世纪后，材料环境协调性的提出对传统的细晶技术提出了疑问，同时，物理、材料和电子等领域科学技术的大力快速发展使大功率电流、磁场和超声波等物理手段的产生成为可能。然后，从20世界90年代起物理场细化技术再次成为材料领域的热点问题，其中，由于脉冲物理场输出峰值高、设备负荷小，成为物理场凝固细化技术新的亮点。外加物理场凝固细化技术，国内起步较晚，但近些年来的研究突飞猛进、异军突起，特别是在脉冲物理场凝固细晶技术和对钢铁材料等高温合金的研究方面，已领跑与世界范围内的同行。
细化金属凝固组织主要有工艺法、化学法、外场法的传统方法。工艺法有控制冷却速度、变形处理法、深过冷法，它能够简单直接的获得细化金属凝固组织。化学法则是通过添加长大抑制剂、形核剂等来增加异质核心数目来控制长大和促进形核达到细化金属铸件组织的方法。
在连铸生产中，控制连铸坯质量的主要物理手段有电磁搅拌、脉冲磁致振荡、重压及轻压。重压和轻压法都是在连铸坯凝固末端施加一定的形变压力，从而使液心剩余少量熔体渗透进心部对凝固缩孔进行有效焊合，消除中心缩孔，然而不足之处是连铸坯凝固末端位置难以确定，且压下量无法精确控制容易导致内部裂纹产生。电磁搅拌可以减少柱状晶区而增大等轴晶区，具有细化晶粒的效果，但不足是细化晶粒的效果不是很明显。与电磁搅拌一样，脉冲磁致振荡同样能够在金属熔体内产生电磁力，对熔体有搅拌和振动作用；独特之处是，脉冲磁致振荡能够产生的更大的电磁力振荡，促进熔体形核、脱离，并漂移成为游离的异质核心，进而达到细化凝固组织的效果，然而脉冲磁致振荡对熔体宏观流动贡献较弱，对连铸坯中心缩松不缩有时不足。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种连铸坯均质化装置及方法，在连铸生产过程中，控制中间包熔体过热度在15～55℃范围内，中间包内的金属熔体浇注到连铸机上的结晶器内，由于受到结晶器的强制冷却作用，凝固形成具有一定坯壳厚度的连铸坯，并不断向下拉出，连铸坯先通过脉冲谐波磁场线圈时，启动脉冲谐波磁场电源，受到脉冲谐波磁场作用形成初生晶核，再通过连续谐波磁场线圈时，启动连续谐波磁场电源(2)，受到连续谐波磁场强烈搅拌作用，大量的晶核受到流场作用均匀分散在熔体内部，从而获得凝固组织均质化的连铸坯。本发明可以有效提高连铸坯组织及成分均匀性，等轴晶增加率在50％以上，碳偏析指数维持在1.07以内，消除中心缩孔。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种连铸坯均质化装置，该装置包括脉冲谐波磁场电源(1)、连续谐波磁场电源(2)、连铸机(4)、冷却水出口(7)、冷却水进口(8)、结晶器(9)、上位机(10)、中间包(11)、脉冲谐波磁场线圈(12)、封装壳(13)、连续谐波磁场线圈(14)、封装壳(15)，其特征在于：
所述脉冲谐波磁场线圈(12)放置在封装壳(13)内，所述连续谐波磁场线圈(14)放置在封装壳(15)内，封装壳(13)和封装壳(15)分别外焊接有冷却水出口(7)和冷却水进口(8)；结晶器(9)固定在连铸机(4)顶端，中间包(11)位结晶器(9)的上方，封装壳(13)置于结晶器(9)下方，并固定在连铸机(4)上；所述封装壳(15)固定在铸机(4)的末端；
所述上位机(10)分别与脉冲谐波磁场电源(1)、连续谐波磁场电源(2)连接，所述脉冲谐波磁场电源(1)与脉冲谐波磁场线圈(12)连接，所述连续谐波磁场电源(2)与连续谐波磁场线圈(14)连接。
进一步的，所述装置还包括水冷电缆或铜管(5)、铜线或铝线(6)；所述脉冲谐波磁场电源(1)通过水冷电缆或铜管(5)与脉冲谐波磁场线圈(12)连接，所述连续谐波磁场电源(2)通过铜线或铝线(6)与连续谐波磁场线圈(14)连接。
进一步的，所述封装壳(13)置于连铸机结晶器(9)下方0.5m～5m位置。
进一步的，所述脉冲谐波磁场线圈(12)和连续谐波磁场线圈(14)表面喷涂有绝缘漆。
进一步的，所述上位机(10)通过以太网分别与脉冲谐波磁场电源(1)、连续谐波磁场电源(2)连接。
进一步的，脉冲谐波磁场线圈(12)为弹簧状线圈，且弹簧线圈及封装壳(13)内口形状为圆形，方形及多边形任一种。
进一步的，所述脉冲谐波磁场线圈层数为1～4，匝数为2～200。
进一步的，所述封装壳(13)和封装壳(15)之间在连铸机(4)上的距离为1m～6m。
进一步，所述脉冲谐波磁场线圈(12)为由铜管或铝管绕制成弹簧状线圈，连续谐波磁场线圈(14)为由铜线或铝线绕制成的多个电机线圈，并分别放置在封装壳(15)的四周。
本发明还提出一种所述的连铸坯均质化装置生产均质化连铸坯的方法，该方法包括如下步骤：
(1)给冷却水进口(8)和出口(7)通水，对水冷电缆或铜管(5)、脉冲谐波磁场线圈(12)以及连续谐波磁场线圈(14)进行冷却，同时通过上位机(10)预先给脉冲谐波磁场电源(1)和连续谐波磁场电源(2)设置电源启动参数；
(2)根据设置的所述参数开启脉冲谐波磁场电源(1)和连续谐波磁场电源(2)；
(3)连铸生产开始，控制中间包(11)熔体过热度在15～55℃范围内，开始浇铸；
(4)中间包(11)内的金属熔体浇注到连铸机(4)上的结晶器(9)内，受到结晶器(9)的冷却作用，凝固形成具有一定坯壳厚度的连铸坯(3)，并不断向下拉出，连铸坯(3)通过脉冲谐波磁场线圈(12)时，启动脉冲谐波磁场电源(1)，受到脉冲谐波磁场作用形成初生晶核；再通过连续谐波磁场线圈(14)时，启动连续谐波磁场电源(2)，受到连续谐波磁场的搅拌作用，晶核受到流场作用均匀分散在熔体内部，从而生成均质化连铸坯。
进一步的，所述脉冲谐波磁场电源(1)和连续谐波磁场电源(2)也可以在浇铸之前开启。
连铸生产过程中，连铸坯先通过脉冲谐波磁场线圈时，启动脉冲谐波磁场电源(1)，受到脉冲谐波磁场作用形成初生晶核，再通过连续谐波磁场线圈(14)时，启动连续谐波磁场电源(2)，受到连续谐波磁场强烈搅拌作用，大量的晶核受到流场作用均匀分散在熔体内部，从而达到均质化连铸坯凝固组织的效果，消除中心缩孔。
本发明装置如图1所示，脉冲谐波磁场线圈用铜管或铝管绕制成弹簧形状，外面再用金属壳焊接封装起来，并固定在结晶器下方0.5m～5m的连铸机上，弹簧线圈用绝缘漆封装后放置在封装壳内；工作时，弹簧线圈浸泡在金属壳内的冷却水中，且弹簧线圈铜管内通冷却水。脉冲谐波磁场电源和脉冲谐波磁场线圈通过水冷电缆或铜管连接，连续谐波磁场线圈用铜线或铝线绕制，连续谐波磁场线圈为固定在封装壳四周的电机线圈，并用绝缘漆封装后放置在封装壳内，工作时浸泡在金属壳内冷却水中。连续谐波磁场线圈固定在连铸机末端，连续谐波磁场电源与连续谐波磁场线圈通过铜导线连接，上位机通过(10)PLC电缆同时控制脉冲谐波磁场电源和连续谐波磁场电源。并且，封装壳可以为不锈钢材质。
生产连铸坯过程中，在连铸生产前将各线圈都固定在连铸机上，并启动冷却水系统，保证线圈在连铸坯高温辐射及自身感应加热环境下正常工作。当连铸坯通过谐波磁场线圈时，该线圈连接的谐波磁场电源启动；而且，脉冲谐波磁场电源和连续谐波磁场电源可以在生产开始前启动，贯穿整个过程，直到生产完成后关闭电源。
上位机(10)通过PLC(Programmable Logic Controller，可编程控制器)同时控制脉冲谐波磁场电源和连续谐波磁场电源，进行电源参数设置。脉冲谐波磁场电源参数可以设置为：脉冲谐波电压1V～1000V，线圈内空载磁场强度50高斯～25000高斯，触发频率f＝1Hz～500Hz，占空比小于30％；连续谐波磁场电源参数为：谐波电压50V～1000V，线圈内空载磁场强度50高斯～20000高斯，频率f＝1Hz～100Hz。由于连铸生产中钢种具有多样性，而不同钢种及生产工艺下线圈所在位置坯壳厚度有差异，因此可以通过调节谐波磁场电源频率以满足至少20％能量穿透线圈所在位置的坯壳厚度，并且，上述参数可以根据实际需要设置，此处只作为示例解释。
脉冲谐波磁场电源原理为先将电网工频电流整流为直流，再对无极性电容充电，并通过可控硅开关实现对脉冲谐波磁场线圈放电，且放电电路设计为欠阻尼振荡电路，脉冲谐波磁场线圈为弹簧线圈，层数可以为1～4，匝数为2～200。连续谐波磁场电源原理为先将电网工频电流整流为直流，再通过逆变电路转化为1Hz～100Hz的谐波电流，并通过连续谐波磁场线圈感应出连续谐波磁场，磁场形式为以连铸坯为轴的旋转磁场或沿拉坯方向的行波磁场。由于交变电磁场在金属导体中传播会产生趋肤效应，而连铸坯在连铸机的不同位置坯壳厚度不同，因此脉冲谐波磁场电源及连续谐波磁场电源的频率选择需满足至少20％能量穿透线圈所在位置的坯壳厚度。
通过实验，本发明的最佳参数工艺范围为：连铸坯断面直径380mm以内的圆坯及方坯，连铸中间包熔体过热度控制在10℃～50℃，脉冲谐波电压100V～800V，线圈内空载磁场强度50高斯～15000高斯，触发频率f＝3Hz～100Hz；连续谐波磁场参数为：谐波电压50V～1000V，线圈内空载磁场强度300高斯～15000高斯，频率f＝1Hz～50Hz。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
(1)本发明所述的脉冲谐波磁场频率较高，占空比小于30％，电磁能较容易集中在连铸坯表面薄层内，且连铸坯从结晶器出来至连铸机末端，坯壳厚度逐渐变厚，将脉冲谐波磁场线圈安装在连铸机二冷区一段，连铸坯坯壳较薄，有利于在坯壳附件的固液界面处产生电磁力振荡，促进形核，并脱离型壁，形成自由晶核。然而自由晶核受重力作用沿着型壁下落，而连铸坯出线圈后又加快向内凝固，容易重新吞没晶核。在脉冲谐波磁场线圈后面安装连续谐波磁场线圈，连续谐波磁场频率低，功率大，可以产生较强的强制流动。强流场一方面可以均匀熔体内部温度场，有利于自由晶核存活，另一方面可以将自由晶核均匀弥散在整个熔体内部，形成体积凝固，达到细化凝固组织，消除中心缩孔的目的。
(2)本发明提出的方法处理的220×260矩形坯均质化水平显著优于未处理铸坯，GCr15轴承钢、20CrMnTi齿轮钢和ZTM-S2高碳工具钢等轴晶率均明显增加，铸坯中心碳偏析指数不高于1.04，其中：
(a)经该技术处理，GCr15轴承钢铸坯中心等轴晶占比为21％-32％，平均增加率为40％；20CrMnTi齿轮钢中心等轴晶占比16％-26％，平均增加108％；ZTM-S2高碳工具钢铸坯中心等轴晶占比达到24％-35％，平均增加率为95％；
(b)GCr15轴承钢中心碳偏析指数控制在1.00-1.03之间，20CrMnTi齿轮钢的中心碳偏析指数控制在0.97-1.04之间，ZTM-S2高碳工具钢的中心碳偏析在1.0-1.01之间。
(3)本发明装备价格低廉，操作简单安全，提高连铸坯质量效果非常明显，适用于半连铸以及连铸生产，且拆装方便。
附图说明
图1为一种连铸坯均质化方法装置示意图；
图2为连铸坯横截面五点法分析碳含量取样示意图；
图3a为未加脉冲谐波磁场与连续谐波磁场组合方法处理的GCr15轴承钢宏观组织；
图3b为施加脉冲谐波磁场与连续谐波磁场组合方法处理的GCr15轴承钢宏观组织；
图4a为未加脉冲谐波磁场与连续谐波磁场组合方法处理的20CrMnTi齿轮钢宏观组织；
图4b为施加脉冲谐波磁场与连续谐波磁场组合方法处理的20CrMnTi齿轮钢宏观组织；
图5a为未加脉冲谐波磁场与连续谐波磁场组合方法处理的ZTM-S2高碳工具钢宏观组织；
图5b为施加脉冲谐波磁场与连续谐波磁场组合方法处理的ZTM-S2高碳工具钢宏观组织；
图6位连续谐波磁场线圈绕制示意图；
图1中标号：1.脉冲谐波磁场电源，2.连续谐波磁场电源，3.连铸坯，4.连铸机，5.水冷电缆或铜管，6.铜线或铝线，7.冷却水出口，8.冷却水进口，9.结晶器，10.上位机,11.中间包，12.脉冲谐波磁场线圈，13封装壳，14.连续谐波磁场线圈，15封装壳。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的阐述；实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。
实施例1
实验过程如下：在中天1号连铸机上实验，铸机为一机五流，连铸坯断面尺寸为220mm×260mm，连铸坯材料为GCr15轴承钢，中间包过热度为25℃，脉冲谐波磁场线圈为单层弹簧线圈，匝数为15，安装在结晶器下方0.5m处，连续谐波磁场线圈为固定在封装壳四周的电机线圈，安装在脉冲谐波磁场线圈下方5m处。1流为对比实验，不进行任何处理，5流进行脉冲谐波磁场与连续谐波磁场组合方法处理。脉冲谐波磁场电源参数：脉冲谐波电压450V占空比21％，频率29Hz，空载线圈中心磁场强度5800高斯；连续谐波磁场电源参数：谐波电压350V，空载线圈中心磁场强度3400高斯，频率8Hz。
具体工艺过程如下：连铸实验前启动冷却水，对线圈及导线进行冷却，并用上位机对电源启动参数进行设置。中间包熔体开始浇铸实验，连铸坯不断向下拉出经过脉冲谐波磁场线圈和连续谐波磁场线圈时，启动脉冲谐波磁场电源和连续谐波磁场电源进行处理，并实时观察中间包熔体过热度，确保过热度维持在25±1℃。45分钟后中间包熔体浇铸完毕，停止脉冲谐波磁场电源和连续谐波磁场电源。实验进行到25分钟时分别在第1流和第5流取一段300mm长连铸坯试样，最后对试样进行金相组织观察和碳分布检测。
检测发现，施加脉冲谐波磁场与连续谐波磁场组合方法处理的GCr15轴承钢宏观组织，比未处理的GCr15轴承钢宏观组织等轴晶面积增加率达到25.6％，中心碳偏析指数从1.18降低至1.03。同时经过脉冲谐波磁场与连续谐波磁场组合方法处理的试样中心为细小的等轴晶组织。
实施例2
实验过程如下：在中天1号连铸机上实验，铸机为一机五流，连铸坯断面尺寸为220mm×260mm，连铸坯材料为20CrMnTi齿轮钢，中间包过热度为30℃，脉冲谐波磁场线圈为单层弹簧线圈，匝数为15，安装在结晶器下方0.5m处，连续谐波磁场线圈为固定在封装壳四周的电机线圈，安装在脉冲谐波磁场线圈下方5m处。1流为对比实验，不进行任何处理，5流进行脉冲谐波磁场与连续谐波磁场组合方法处理。脉冲谐波磁场电源参数：脉冲谐波电压400V，占空比21％，频率22Hz，空载线圈中心磁场强度4900高斯；连续谐波磁场电源参数：谐波电压280V，空载线圈中心磁场强度2850高斯，频率6Hz。
具体工艺过程如下：连铸实验前启动冷却水，对线圈及导线进行冷却，并用上位机对电源启动参数进行设置。中间包熔体开始浇铸实验，连铸坯不断向下拉出经过脉冲谐波磁场线圈和连续谐波磁场线圈时，启动脉冲谐波磁场电源和连续谐波磁场电源进行处理，并实时观察中间包熔体过热度，确保过热度维持在30±1℃。45分钟后中间包熔体浇铸完毕，停止脉冲谐波磁场电源和连续谐波磁场电源。实验进行到25分钟时分别在第1流和第5流取一段300mm长连铸坯试样，最后对试样进行金相组织观察和碳分布检测。
检测发现，施加脉冲谐波磁场与连续谐波磁场组合方法处理的20CrMnTi齿轮钢宏观组织，比未处理的20CrMnTi齿轮钢宏观组织等轴晶面积增加率达到104.86％，中心碳偏析指数从1.26降低至0.94，同时经过脉冲谐波磁场与连续谐波磁场组合方法处理的试样中心为细小的等轴晶组织。
实施例3
实验过程如下：在中天1号连铸机上实验，铸机为一机五流，连铸坯断面尺寸为220mm×260mm，连铸坯材料为ZTM-S2高碳工具钢，中间包过热度为25℃，脉冲谐波磁场线圈为单层弹簧线圈，匝数为18，安装在结晶器下方1.3m处，连续谐波磁场线圈为固定在封装壳四周的电机线圈，安装在脉冲谐波磁场线圈下方4.5m处。1流为对比实验，不进行任何处理，5流进行脉冲谐波磁场与连续谐波磁场组合方法处理。脉冲谐波磁场电源参数：脉冲谐波电压450V，占空比21％，频率33Hz，空载线圈中心磁场强度6000高斯；连续谐波磁场电源参数：谐波电压370V，空载线圈中心磁场强度3650高斯，频率7Hz。
具体工艺过程如下：连铸实验前启动冷却水，对线圈及导线进行冷却，并用上位机对电源启动参数进行设置。中间包熔体开始浇铸实验，连铸坯不断向下拉出经过脉冲谐波磁场线圈和连续谐波磁场线圈，启动脉冲谐波磁场电源和连续谐波磁场电源进行处理，并实时观察中间包熔体过热度，确保过热度维持在25±1℃。45分钟后中间包熔体浇铸完毕，停止脉冲谐波磁场电源和连续谐波磁场电源。实验进行到25分钟时分别在第1流和第5流取一段300mm长连铸坯试样，最后对试样进行金相组织观察和碳分布检测。
检测发现，施加脉冲谐波磁场与连续谐波磁场组合方法处理的ZTM-S2高碳工具钢宏观组织，比未处理的ZTM-S2高碳工具钢宏观组织等轴晶面积增加率达到55.64％，中心碳偏析指数也显著降低；同时经过脉冲谐波磁场与连续谐波磁场组合方法处理的试样中心为细小的等轴晶组织。
表1为五点法取样GCr15轴承钢连铸坯横截面碳含量分布及碳偏析指数
表2为五点法取样20CrMnTi齿轮钢连铸坯横截面碳含量分布及碳偏析指数
Claims (9)
1.一种连铸坯均质化装置，该装置包括脉冲谐波磁场电源(1)、连续谐波磁场电源(2)、连铸机(4)、冷却水出口(7)、冷却水进口(8)、结晶器(9)、上位机(10)、中间包(11)、脉冲谐波磁场线圈(12)、封装壳(13)、连续谐波磁场线圈(14)、封装壳(15)，其特征在于：
所述脉冲谐波磁场线圈(12)放置在封装壳(13)内，所述连续谐波磁场线圈(14)放置在封装壳(15)内，封装壳(13)和封装壳(15)分别外焊接有冷却水出口(7)和冷却水进口(8)；结晶器(9)固定在连铸机(4)顶端，中间包(11)位结晶器(9)的上方，封装壳(13)置于结晶器(9)下方，并固定在连铸机(4)上；所述封装壳(15)固定在铸机(4)的末端；
所述上位机(10)分别与脉冲谐波磁场电源(1)、连续谐波磁场电源(2)连接，所述脉冲谐波磁场电源(1)与脉冲谐波磁场线圈(12)连接，所述连续谐波磁场电源(2)与连续谐波磁场线圈(14)连接。
2.根据权利要求1所述的一种连铸坯均质化装置，其特征在于，所述装置还包括水冷电缆或铜管(5)、铜线或铝线(6)；所述脉冲谐波磁场电源(1)通过水冷电缆或铜管(5)与脉冲谐波磁场线圈(12)连接，所述连续谐波磁场电源(2)通过铜线或铝线(6)与连续谐波磁场线圈(14)连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种连铸坯均质化装置，其特征在于，所述封装壳(13)置于连铸机结晶器(9)下方0.5m～5m位置。
4.根据权利要求1或2所述的一种连铸坯均质化装置，其特征在于，所述上位机(10)通过以太网分别与脉冲谐波磁场电源(1)、连续谐波磁场电源(2)连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种连铸坯均质化装置，其特征在于，脉冲谐波磁场线圈(12)为弹簧状线圈，且弹簧线圈及封装壳(13)内口形状为圆形，方形及多边形任一种。
6.根据权利要求6所述的一种连铸坯均质化装置，其特征在于，所述脉冲谐波磁场线圈(12)层数为1～4，匝数为2～200。
7.根据权利要求1或2或7所述的一种连铸坯均质化装置，其特征在于，所述封装壳(13)和封装壳(15)之间在连铸机(4)上的距离为1m～6m。
8.根据权利要求1或2或4所述的一种连铸坯均质化装置，其特征在于，所述脉冲谐波磁场线圈(12)为由铜管或铝管绕制成弹簧状线圈，连续谐波磁场线圈(14)为由铜线或铝线绕制成的多个电机线圈，并分别放置在封装壳(15)的四周。
9.根据权利要求1-8任一项所述的连铸坯均质化装置生产均质化连铸坯的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)给冷却水进口(8)和出口(7)通水，对水冷电缆或铜管(5)、脉冲谐波磁场线圈(12)以及连续谐波磁场线圈(14)进行冷却，同时通过上位机(10)预先给脉冲谐波磁场电源(1)和连续谐波磁场电源(2)设置电源启动参数；
(2)控制中间包(11)熔体过热度在预设范围内，开始浇铸；
(3)中间包(11)内的金属熔体浇注到连铸机(4)上的结晶器(9)内，受到结晶器(9)的冷却作用，凝固形成具有一定坯壳厚度的连铸坯(3)，并不断向下拉出，连铸坯(3)通过脉冲谐波磁场线圈(12)时，启动脉冲谐波磁场电源(1)，受到脉冲谐波磁场作用形成初生晶核；再通过连续谐波磁场线圈(14)时，启动连续谐波磁场电源(2)，受到连续谐波磁场的搅拌作用，晶核受到流场作用均匀分散在熔体内部，从而生成均质化连铸坯。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113102715A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-13 | 福建三宝钢铁有限公司 | 一种高压电机用无取向硅钢50sbw600的制备方法 |
| CN114769535A (zh) * | 2022-04-24 | 2022-07-22 | 芜湖新兴铸管有限责任公司 | 一种高频脉冲电流和末端电磁搅拌复合技术降低圆坯中碳钢碳偏析极差的方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002040198A2 (de) * | 2000-11-17 | 2002-05-23 | Sms Demag Aktiengesellschaft | Verfahren und einrichtung zum stranggiessen von metallen, insbesondere von stahl |
| US20080164004A1 (en) * | 2007-01-08 | 2008-07-10 | Anastasia Kolesnichenko | Method and system of electromagnetic stirring for continuous casting of medium and high carbon steels |
| CN102189103A (zh) * | 2011-03-01 | 2011-09-21 | 大连理工大学 | 一种轻合金电磁超声铸轧一体化装置和方法 |
| CN203972802U (zh) * | 2014-04-02 | 2014-12-03 | 上海大学 | 一种连铸坯凝固处理装置 |
| CN106475538A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-03-08 | 中南大学 | 一种合金钢的超声‑电磁连续铸造方法 |
| CN109940140A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-06-28 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种提高亚包晶钢铸坯中心偏析质量的方法 |
| CN210648413U (zh) * | 2019-07-11 | 2020-06-02 | 上海大学 | 一种连铸坯均质化装置 |
-
2019
- 2019-07-11 CN CN201910625470.XA patent/CN110181010A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002040198A2 (de) * | 2000-11-17 | 2002-05-23 | Sms Demag Aktiengesellschaft | Verfahren und einrichtung zum stranggiessen von metallen, insbesondere von stahl |
| US20080164004A1 (en) * | 2007-01-08 | 2008-07-10 | Anastasia Kolesnichenko | Method and system of electromagnetic stirring for continuous casting of medium and high carbon steels |
| CN102189103A (zh) * | 2011-03-01 | 2011-09-21 | 大连理工大学 | 一种轻合金电磁超声铸轧一体化装置和方法 |
| CN203972802U (zh) * | 2014-04-02 | 2014-12-03 | 上海大学 | 一种连铸坯凝固处理装置 |
| CN106475538A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-03-08 | 中南大学 | 一种合金钢的超声‑电磁连续铸造方法 |
| CN109940140A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-06-28 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种提高亚包晶钢铸坯中心偏析质量的方法 |
| CN210648413U (zh) * | 2019-07-11 | 2020-06-02 | 上海大学 | 一种连铸坯均质化装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113102715A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-13 | 福建三宝钢铁有限公司 | 一种高压电机用无取向硅钢50sbw600的制备方法 |
| CN114769535A (zh) * | 2022-04-24 | 2022-07-22 | 芜湖新兴铸管有限责任公司 | 一种高频脉冲电流和末端电磁搅拌复合技术降低圆坯中碳钢碳偏析极差的方法 |
| CN114769535B (zh) * | 2022-04-24 | 2023-11-24 | 芜湖新兴铸管有限责任公司 | 一种高频脉冲电流和末端电磁搅拌复合技术降低圆坯中碳钢碳偏析极差的方法 |
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