CN110605371B - 一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法 - Google Patents
一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110605371B CN110605371B CN201911005110.6A CN201911005110A CN110605371B CN 110605371 B CN110605371 B CN 110605371B CN 201911005110 A CN201911005110 A CN 201911005110A CN 110605371 B CN110605371 B CN 110605371B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spraying
- water
- controlling
- stirrer
- continuous casting
- 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
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
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/10—Supplying or treating molten metal
- B22D11/11—Treating the molten metal
- B22D11/114—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
- B22D11/115—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
- B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
本发明提供了一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法,涉及钢铁冶金技术领域,能够提高磁搅拌浇铸工艺下铸坯溶质分布的均匀性,改善或消除磁搅拌引起的溶质负偏析缺陷;该装置在搅拌器区域设置能够根据不同搅拌位置的热状态进行冷却参数调控的铸坯冷却系统;通过调控铸坯冷却系统的冷却参数调控铸坯凝固速率;通过调控所述铸坯凝固速率改善连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷;该装置由喷嘴、气路管道、水路管道,以及设置于水、气管道上的流量计和阀门组成。本发明提供的技术方案适用于钢铁冶金的连铸过程中。
Description
【技术领域】
本发明涉及钢铁冶金技术领域,尤其涉及一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法。
【背景技术】
连铸是钢水凝固成型的最主要技术手段,全球95%以上的粗钢均是通过连铸方式生产的。对于棒材、管材、线材、型钢和宽厚板来讲,连铸坯内部均质性和致密度的控制尤为关键。当前对于大多数特钢连铸,均采用磁搅拌技术控制坯壳内部的钢水流动,进而强化过热耗散、弱化溶质富集和熔断枝晶,最终获得大面积的等轴晶凝固组织,可直接提高产品性能。
连铸磁搅拌技术分为电磁搅拌和永磁搅拌,目前以电磁搅拌居多。因在连铸机上的安装位置不同,其又分为结晶器搅拌、铸流搅拌(或二冷区电磁搅拌)和凝固末端搅拌。结晶器搅拌具有加强过热耗散、促进枝晶熔断、去除夹杂物和气泡等作用,常采用中等偏强的搅拌模式,搅拌器处凝固前沿的钢水流速最大在10-1m/s数量级,溶质负偏析倾向较小;铸流搅拌起到均匀铸坯内钢水温度和浓度、促进枝晶熔断的作用,常采用偏弱的搅拌模式,搅拌器处凝固前沿的钢水流速最大在10-2~10-1m/s数量级,溶质负偏析倾向大;凝固末端搅拌主要是均匀钢水成分并破坏枝晶搭桥、减轻疏松和缩孔,其常采用强搅拌模式,因该处钢水粘度较大,凝固前沿的钢水流速最大在10-2m/s数量级,溶质负偏析倾向中等。
某些铸机的结晶器搅拌器处于结晶器偏下部、甚至在结晶器下沿之外,当采用强搅拌控制过热耗散和等轴晶比例时,对应位置出现溶质负偏析。为此,只能降低搅拌功率,但又引起铸坯中心偏析和疏松缺陷。实际上,溶质负偏析同样限制了铸流搅拌和凝固末端搅拌的功率,对全面提高铸坯均质性和致密度不利。如何解决磁搅拌下的溶质负偏析缺陷是特殊钢连铸现场面临的突出难题。
因此,有必要研究一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法来应对现有技术的不足,以解决或减轻上述一个或多个问题。
【发明内容】
有鉴于此,本发明提供了一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法,能够提高磁搅拌浇铸工艺下铸坯溶质分布的均匀性,扩大搅拌工艺和凝固组织调控窗口。
一方面,本发明提供一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置,其特征在于,在搅拌器区域设置能够根据不同搅拌位置的热状态进行冷却参数调控的铸坯冷却系统;所述热状态包括表面温度、热流密度、温度梯度、冷却速率和凝固速率。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述铸坯冷却系统为强度可控的水气喷淋系统。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述水气喷淋系统包括喷嘴、水路管道和气路管道;所述喷嘴设于连铸坯的外周;所述水路管道和所述气路管道分别与所述喷嘴连接,并通过所述喷嘴向连铸坯进行强度可控的喷射;所述喷嘴为多个;所述水路管道和所述气路管道为多组;每组所述水路管道或所述气路管道对应一个或多个所述喷嘴。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述水路管道上设有用于测量水流量的水流量计和用于控制水流强度的水阀。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述气路管道上设有用于测量气体流量的气流量计和用于控制气流强度的气阀。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述搅拌器区域为沿拉坯方向搅拌器本体长度加上前、后各500mm的区域。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述喷嘴的喷淋高度、喷淋角度和喷淋幅度可以根据实际需要进行调整。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述搅拌区域采用磁搅拌器进行搅拌,所述磁搅拌器的磁感应强度不低于100Gs。
另一方面,本发明提供一种适用于如上任一所述的连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置的控制方法,其特征在于,通过调控铸坯冷却系统的冷却参数调控铸坯凝固速率;通过调控所述铸坯凝固速率改善连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,调控铸坯凝固速率的具体步骤包括:
S1、根据不同搅拌器位置的热状态调整对应喷嘴的喷淋参数;
S2、对铸坯进行喷淋,直至达到铸坯质量要求。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述喷淋参数包括喷淋高度、喷淋角度、喷淋幅度、喷淋强度和/或喷淋时间。
与现有技术相比,本发明可以获得包括以下技术效果:通过增设铸坯冷却系统来调控凝固速率,能够提高磁搅拌浇铸工艺下铸坯溶质分布的均匀性,改善或消除磁搅拌引起的溶质负偏析缺陷;当负偏析可控时,对应位置的磁搅拌功率可进一步提高,搅拌参数范围和适用工况增大,即能够扩大搅拌工艺窗口;当搅拌功率范围扩大时,凝固组织调控空间随之增大。
当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一个实施例提供的内对称喷淋系统磁搅拌器装置示意图;
图2是本发明一个实施例提供的外对称喷淋系统磁搅拌器装置示意图;
图3是本发明一个实施例提供的外非对称喷淋系统磁搅拌器装置示意图。
其中,图中:
051-结晶器;052-铸坯喷淋系统;053-喷嘴;054-气路;055-水路;056-水流量计;057-水阀;058-气阀;059-气流量计;060-磁搅拌器;061-连铸坯。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。
铸坯的溶质负偏析区域在低倍侵蚀过程中与正常区域的电化学反应程度不同,侵蚀后该位置会出现白亮色条带,简称白亮带。研究表明,溶质负偏析一方面与凝固前沿的钢水流速有关,另一方面又受到界面推进速度(凝固速率)的影响。降低搅拌功率可以减小钢水流速,起到改善负偏析的效果。然而,通过调控凝固速率解决负偏析一直被人们忽视,这是因为目前所有连铸机的搅拌器区域均没有设计铸坯冷却装置。
本发明创新性地提出在结晶器出口至凝固末端之间的搅拌器区域设计铸坯冷却系统,其涉及强度可控的水气喷淋系统,根据不同搅拌器位置的热状态设定不同的冷却参数,增加磁搅拌作用区域凝固界面的推进速度,提高非平衡凝固下的溶质有效分配系数,抑制选分结晶,可改善或消除磁搅拌引起的溶质负偏析。其中,热状态包括表面温度、热流密度、温度梯度、冷却速率和凝固速率等。
本发明提供一种通过在搅拌器区域设计水气喷淋结构并进行可控冷却来解决磁搅拌工况连铸坯溶质负偏析(白亮带)的方法。在搅拌器区域布设铸坯冷却系统,即从搅拌器上沿之外500mm到其下沿之外500mm的范围,也就是沿拉坯方向上搅拌器本体长度加上前、后各500mm的区域内,布置铸坯冷却系统。
铸坯冷却系统(即铸坯喷淋系统052)包括喷嘴053、气路054、水路055、水流量计056、水阀057、气阀058和气流量计059。每个喷嘴053同时与气路054和水路055连接,每一组气路和每一组水路同时连接一个或多个喷嘴(优选同时连接2个喷嘴)。每一组气路上设有气阀058和气流量计059,每一组水路上设有水阀057和水流量计056。工作时,喷嘴的喷淋模式可根据实际需要调控为水喷淋(关气阀开水阀)、气喷淋(关水阀开气阀)或气水雾化喷淋(气阀、水阀同开),其中的气体介质可为空气、氮气、氩气中的一种或多种混合。
搅拌器区域的气、水管路设计单独的回路,其冷却控制可并入相邻冷却区,也可设置为独立的冷却区;冷却强度可根据现场经验或铸坯凝固传热模型设定,可采用静态或动态模式;同时,喷嘴的喷淋高度、角度和幅度等可进行调整,其中,喷淋高度和角度通过喷嘴固定框架与铸坯之间的距离和夹角调整,喷淋幅度通过喷嘴选型(喷嘴结构参数)调整。
将结晶器出口至凝固末端之间的磁搅拌器060设置为中心实测磁感应强度不低于100Gs。
调整搅拌器区域的冷却强度,以满足铸坯质量要求。
实施例一:某一直径690mm大圆坯生产50钢,无结晶器搅拌,流搅拌器上沿距结晶器下口1.3m。为提高铸坯等轴晶率、改善中心致密度和均质性,流搅拌器区域增设气、水回路并采用非对称喷嘴进行冷却,气压0.5MPa、水压0.8MPa,水量74L/min,搅拌电流由无冷却时的100A增加到250A,对应的碳负偏析比由0.82提高至0.98。
实施例二:某一直径800mm大圆坯生产45钢,有结晶器搅拌,二冷搅拌器上沿距结晶器下口11.6m。为提高铸坯等轴晶率、改善中心致密度和均质性,二冷搅拌器区域增设气、水回路并采用对称喷嘴进行可控冷却后,气压0.5MPa、水压1.0MPa,水量96L/min,二冷搅拌电流由无冷却时的100A增加到200A,对应的碳负偏析比由0.86提高至0.99。
实施例三:某一410mm×530mm大方坯生产H13钢,有结晶器搅拌,二冷搅拌器上沿距结晶器下口9.2m。为提高铸坯等轴晶率、改善中心致密度和均质性,二冷搅拌器区域增设气、水回路并采用对称喷嘴进行可控冷却后,气压0.5MPa、水压1.2MPa,水量106L/min,二冷搅拌电流由无冷却时的100A增加到230A,对应的碳负偏析比由0.85提高至0.98。
图1、图2和图3分别为内对称、外对称和外非对称喷淋系统磁搅拌器装置示意图,其中内对称喷淋系统磁搅拌器装置优选应用在搅拌器内径与铸坯外径之差不小于200mm的工况,外对称喷淋系统磁搅拌器装置优选应用在搅拌器内径与铸坯外径之差小于200mm且搅拌器边沿与前后冷却区距离不小于200mm的工况,外非对称喷淋系统磁搅拌器装置优选应用在搅拌器内径与铸坯外径之差小于200mm且搅拌器边沿与前后冷却区距离小于200mm的工况。
本发明在搅拌器区域设计由水路、气路、喷嘴、阀门和流量计等器件构成的喷淋系统并根据当地铸坯凝固状态进行可控冷却,通过增大固液界面推进速率来补偿因凝固前沿因钢水冲刷而引起的负偏析。一方面可直接提高铸坯溶质均匀性,另一方面可扩大搅拌工艺和凝固组织调控窗口。
本发明突破了负偏析缺陷对磁搅拌功率的限制,弥补了弱搅拌引起铸坯中心偏析和疏松、缩孔等问题的不足,可显著提高连铸磁冶金效果及其工艺窗口。其中涉及的设备和操作简单,可大规模推广和应用。
以上对本申请实施例所提供的一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法,进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解,硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语,故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内,本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题,基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式,然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的,并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解,本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例,但如前所述,应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述申请构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围,则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。
Claims (4)
1.一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置,其特征在于,在搅拌器区域设置能够根据不同搅拌位置的热状态进行冷却参数调控的铸坯冷却系统,通过调控铸坯冷却系统的冷却参数调控铸坯凝固速率;通过调控所述铸坯凝固速率改善连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷;所述热状态包括表面温度、热流密度、温度梯度、冷却速率和凝固速率;
所述搅拌器区域为沿拉坯方向搅拌器本体长度加上前、后各500mm的区域;
所述铸坯冷却系统为强度可控的喷淋系统,所述喷淋系统能够实现水气喷淋、水喷淋或气喷淋;
调控铸坯凝固速率的具体步骤包括:
S1、根据不同搅拌器位置的热状态调整对应喷嘴的喷淋参数;
S2、对铸坯进行喷淋,直至达到铸坯质量要求;
所述喷淋参数包括喷淋高度、喷淋角度、喷淋幅度、喷淋强度和/或喷淋时间;
所述喷淋系统包括喷嘴、水路管道和气路管道;所述喷嘴设于连铸坯的外周;所述水路管道和所述气路管道分别与所述喷嘴连接,并通过所述喷嘴向连铸坯进行强度可控的喷射;所述喷嘴为多个;所述水路管道和所述气路管道为多组;每组所述水路管道或所述气路管道对应一个或多个所述喷嘴;
搅拌器区域的气、水管路均设计成单独的回路。
2.根据权利要求1所述的连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置,其特征在于,所述水路管道上设有用于测量水流量的水流量计和用于控制水流强度的水阀;所述气路管道上设有用于测量气体流量的气流量计和用于控制气流强度的气阀。
3.根据权利要求1所述的连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置,其特征在于,所述喷嘴的喷淋高度、喷淋角度和喷淋幅度可以根据实际需要进行调整。
4.根据权利要求1所述的连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置,其特征在于,所述搅拌器区域采用磁搅拌器进行搅拌,所述磁搅拌器的磁感应强度不低于100Gs。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911005110.6A CN110605371B (zh) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | 一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911005110.6A CN110605371B (zh) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | 一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110605371A CN110605371A (zh) | 2019-12-24 |
CN110605371B true CN110605371B (zh) | 2021-12-03 |
Family
ID=68893275
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911005110.6A Active CN110605371B (zh) | 2019-10-22 | 2019-10-22 | 一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110605371B (zh) |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4352838B2 (ja) * | 2003-09-26 | 2009-10-28 | Jfeスチール株式会社 | 鋼の連続鋳造方法 |
CN2712501Y (zh) * | 2004-06-30 | 2005-07-27 | 宝山钢铁股份有限公司 | 方/圆坯兼用连铸二次冷却装置 |
CN101698224B (zh) * | 2009-11-20 | 2011-08-10 | 北京科技大学 | 连铸坯二冷冷却水量与电磁搅拌器的动态控制方法 |
CN101890486B (zh) * | 2010-07-22 | 2012-07-18 | 东北大学 | 一种薄带连铸过程多种冷却方式集成的冷却系统 |
CN102554172A (zh) * | 2010-12-15 | 2012-07-11 | 鞍钢股份有限公司 | 一种板坯连铸电磁搅拌器动态控制方法 |
CN102424902B (zh) * | 2011-11-30 | 2013-06-12 | 东北大学 | 一种薄规格中厚板离线热处理汽雾冷却系统 |
CN106670447B (zh) * | 2017-02-21 | 2018-12-18 | 中冶京诚工程技术有限公司 | 一种连铸二冷水喷嘴系统及其控制方法 |
-
2019
- 2019-10-22 CN CN201911005110.6A patent/CN110605371B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110605371A (zh) | 2019-12-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4865944B2 (ja) | 電磁界を利用した連続鋳造において金属の流動を制御する方法と装置 | |
JP2018114549A (ja) | 複層鋳片の連続鋳造方法及び連続鋳造装置 | |
CN110605371B (zh) | 一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法 | |
KR100618362B1 (ko) | 연속 주조 주편의 제조 방법 | |
US10780490B2 (en) | Electromagnetic brake system and method of controlling an electromagnetic brake system | |
CN203621423U (zh) | 一种使连铸结晶器内磁场区域集中的电磁制动装置 | |
US5137077A (en) | Method of controlling flow of molten steel in mold | |
JP2003117636A (ja) | 溶鋼の鋳型内流動制御方法並びにそのための電磁場形成装置 | |
KR100524613B1 (ko) | 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법 | |
TWI693978B (zh) | 鑄模設備 | |
CN109396409B (zh) | 一种生产超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸方法 | |
JP3988538B2 (ja) | 連続鋳造鋳片の製造方法 | |
JP5369808B2 (ja) | 連続鋳造装置及び連続鋳造方法 | |
CN107008884B (zh) | 一种冷却模具及冷却钢锭的方法 | |
CN114286728A (zh) | 铸造设备和铸造方法 | |
JP6500682B2 (ja) | 複層鋳片の連続鋳造方法及び連続鋳造装置 | |
JP4807115B2 (ja) | 鋼の連続鋳造方法 | |
CN114932206B (zh) | 控制结晶器内金属液流动的独立可控复合磁场装置及方法 | |
CN108705075B (zh) | 一种电磁式抑制浸入式水口堵塞的中间包 | |
RU2419508C2 (ru) | Перемешивающее устройство | |
JP2003275849A (ja) | 連続鋳造鋳片の製造方法 | |
KR100244660B1 (ko) | 연속주조시 주형내 용강유동 제어장치 | |
KR100314847B1 (ko) | 연속주조시 전자기력을 이용한 유동 제어장치 | |
JP2003048045A (ja) | タンディッシュ内溶鋼の均一加熱方法 | |
JP2001321903A (ja) | 連続鋳造鋳片の製造方法 |
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 |