CN117862439B

CN117862439B - 一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置及方法

Info

Publication number: CN117862439B
Application number: CN202410280193.4A
Authority: CN
Inventors: 张新房; 麻衡; 王中学; 刘成宝; 王月香; 周梦程; 刘常皓; 何康; 张庆普; 黄孝山; 韩杰; 张宝雨; 陈玉龙; 耿泽宇
Original assignee: University of Science and Technology Beijing; Inner Mongolia University of Science and Technology; Shandong Iron and Steel Co Ltd; Laiwu Steel Group Yinshan Section Steel Co Ltd
Current assignee: University of Science and Technology Beijing; Inner Mongolia University of Science and Technology; Shandong Iron and Steel Co Ltd; Laiwu Steel Group Yinshan Section Steel Co Ltd
Priority date: 2024-03-12
Filing date: 2024-03-12
Publication date: 2024-05-17
Anticipated expiration: 2044-03-12
Also published as: CN117862439A

Abstract

本发明属于钢铁冶金连铸技术领域，具体为一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置及方法，在连铸过程中，通过脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置向结晶器内的钢液施加电场，并根据电极插入深度调节脉冲电流频率，抑制连铸过程中结晶器内的夹杂物尺寸长大，实现铸坯内夹杂物的均匀化分布，提升铸坯质量，且本发明结构简单，安装易行，运行平稳。

Description

一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置及方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金连铸技术领域，具体为一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置及方法。

背景技术

钢中非金属夹杂的尺寸会影响钢铁材料的品质，大尺寸夹杂物会导致裂纹产生，而分布弥散的小尺寸夹杂物有利于细化晶粒，能够提高材料的综合性能。在炼钢连铸生产的整个过程中，每一个环节都会引入夹杂物，因此对夹杂物的控制极其困难。常规的手段通常是在中间包内去除大尺寸夹杂物，尽可能降低夹杂物的数量，然而少量的大尺寸夹杂物会和其他小尺寸的夹杂物进入结晶器内，如果此类夹杂物在结晶器内发生聚合，则会严重影响铸坯质量。因此，对结晶器内的夹杂物尺寸及分布的控制尤为重要。

公开号为CN107999718A的中国专利申请公开了一种改善微合金钢连铸过程可浇性的方法，该方法具体为在中间包内插入电极装置，通过外加电场处理，结合超声波处理，控制TiN形核率，防止夹杂物尺寸长大，从而抑制连铸水口结瘤堵塞。该方法主要作用区域为中间包，且该方法设计电场和超声波场，实施操作复杂。公开号为CN116254417A的中国专利申请公开了一种基于渣钢自反应均匀化稀土处理钢的方法，包括在真空电渣重熔过程中，钢中的溶解C能与渣中La₂O₃发生渣钢自还原反应使得稀土元素进入钢液。通过调控熔渣成分、自耗电极中的C含量以及真空压力可以有效控制电渣锭中稀土La含量，实现稀土元素的均匀化分布。但该方法仅对真空环境条件下的电渣重熔过程有效，不适用于连铸生产。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置及方法。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置，包括：

电流发生模块、电极夹持模块、伸缩式支架模块；

所述电流发生模块用于产生电流，包括电源和导线；

所述电极夹持模块用于固定电极，包括电极连接器、铜夹子和紧固螺栓；电极的一端插入电极连接器内并使用紧固螺栓固定，铜夹子连接导线并夹在电极连接器上；

所述伸缩式支架模块用于调节电极的位置，包括套筒、配重、伸缩杆和支架本体；支架本体两侧沿水平方向均设置有伸缩杆，一侧伸缩杆与套筒连接，另一侧伸缩杆与配重连接；固定好电极的电极夹持模块通过电极连接器卡在套筒上实现与伸缩式支架模块的连接。

作为本发明所述的一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置的优选方案，其中：所述电源为脉冲电源。

作为本发明所述的一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置的优选方案，其中：所述电极的材质为纯铁或者当前连铸钢种的材质，所述电极连接器的材质为纯镍，所述铜夹子的材质为纯铜。

作为本发明所述的一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置的优选方案，其中：所述导线的材质为纯铜或者纯镍，外包绝缘耐高温材质。

作为本发明所述的一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置的优选方案，其中：所述的套筒的材质为氧化铝或者氧化镁。

一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法，采用上述的脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置，包括如下步骤：

S1：将电极的一端插入电极连接器内并使用紧固螺栓固定，将铜夹子连接导线并夹在电极连接器上；

S2：拉出支架本体两侧的两个伸缩杆，将固定好电极的电极夹持模块插入套筒内，调整伸缩杆的长度以保持伸缩式支架模块的平衡；

S3：将两个伸缩式支架模块分别放置在结晶器的振动台的两侧，将电极插入结晶器的钢液内，并调节电极插入钢液的深度，将两侧的导线分别连接电源的正负极；

S4：连铸过程中，启动电源并根据电极插入钢液的深度调节电流频率，在结晶器内产生电场，抑制结晶器内夹杂物尺寸长大。

作为本发明所述的脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法的优选方案，其中：所述步骤S4中，电流为100~5000A，电流频率为1~10000Hz，电压为10~200V。

作为本发明所述的脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法的优选方案，其中：所述电极插入钢液的深度为1~15cm；

当电极插入钢液的深度为1~8cm时，电流频率为1~1000Hz；

当电极插入钢液的深度为8~15cm时，电流频率为1000~10000Hz。

作为本发明所述的脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法的优选方案，其中：所述夹杂物为氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化锰、硫化钙、硫化锰、碳化钛、氮化钛中的至少一种。

作为本发明所述的脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法的优选方案，其中：连铸生产的钢种包括碳钢、含硫钢、稀土钢、含钛钢。

本发明的有益效果如下：

本发明提出一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置及方法，在连铸过程中，通过脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置向结晶器内的钢液施加电场，并根据电极插入深度调节脉冲电流频率，抑制连铸过程中结晶器内的夹杂物长大，实现铸坯内夹杂物的均匀化分布，提升铸坯质量，且本发明结构简单，安装易行，运行平稳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置用于连铸过程时的结构示意图；

图3为本发明实施例1铸坯中的夹杂物分布图。

图4为本发明实施例5铸坯中的夹杂物分布图。

图5为本发明对比例1铸坯中的夹杂物分布图。

图中，1-电极；2-电极连接器；3-铜夹子；4-紧固螺栓；5-套筒；6-伸缩杆；7-配重；8-支架本体；9-电源；10-导线；11-中间包；12-浸入式水口；13-结晶器保护渣；14-结晶器；15-钢液。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在连铸过程中，结晶器内的夹杂物会无规则地碰撞聚集长大，形成团簇状的大尺寸夹杂物，影响铸坯质量。本发明提出一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置及方法。

根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

如图1-图2所示，一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置及方法，包括：

电流发生模块、电极夹持模块、伸缩式支架模块；

所述电流发生模块用于产生电流，包括电源9和导线10；

所述电极夹持模块用于固定电极，包括电极连接器2、铜夹子3和紧固螺栓4；电极1的一端插入电极连接器2内并使用紧固螺栓4固定，铜夹子3连接导线10并夹在电极连接器2上；

所述伸缩式支架模块用于调节电极的位置，包括套筒5、配重7、伸缩杆6和支架本体8；支架本体8两侧沿水平方向均设置有伸缩杆6，一侧伸缩杆6与套筒5连接，另一侧伸缩杆6与配重7连接；固定好电极1的电极夹持模块通过电极连接器卡在套筒5上实现与伸缩式支架模块的连接。

优选的，所述电源9为脉冲电源。

优选的，所述电极1的材质为纯铁或者当前连铸钢种的材质，所述电极连接器2的材质为纯镍，所述铜夹子3的材质为纯铜。

优选的，所述导线10的材质为纯铜或者纯镍，外包绝缘耐高温材质。

优选的，所述的套筒5的材质为氧化铝或者氧化镁。

S1：将电极1的一端插入电极连接器2内并使用紧固螺栓4固定，将铜夹子3连接导线10并夹在电极连接器2上；

S2：拉出支架本体8两侧的两个伸缩杆6，将固定好电极1的电极夹持模块插入套筒5内，调整伸缩杆6的长度以保持伸缩式支架模块的平衡；

S3：将两个伸缩式支架模块分别放置在结晶器14的振动台的两侧，将电极1插入从中间包11内经浸入式水口12进入结晶器14的钢液15内，并调节电极插入钢液15的深度，将两侧的导线10分别连接电源9的正负极；

S4：连铸过程中，启动电源9并根据电极1插入钢液15的深度调节电流频率，在结晶器14内产生电场，抑制结晶器14内夹杂物尺寸长大。

优选的，所述步骤S4中，电流为100~5000A，电流频率为1~10000Hz，电压为10~200V。

研究发现，脉冲电流调控夹杂物的尺寸与电极1插入钢液15的深度和电流频率密切相关。通过改变紧固螺栓4固定电极1的位置调节电极1的一端插入电极连接器2内的深度，从而实现调节电极1插入钢液15的深度，所述电极1插入钢液15的深度为1~15cm。电极插入钢液15的深度为1~8cm，电流频率为1~1000Hz时，连铸坯内大于10μm的夹杂物数量降低28~35%，小于2μm的夹杂物数量增加40~62%；电流频率为1000~10000Hz时，连铸坯内大于10μm的夹杂物数量降低15~28%，小于2μm的夹杂物数量增加20~40%。电极插入钢液15的深度为8~15cm，电流频率为1~1000Hz时，连铸坯内大于10μm的夹杂物数量降低20~33%，小于2μm的夹杂物数量增加17~35%；电流频率为1000~10000Hz时，连铸坯内大于10μm的夹杂物数量降低33~48%，小于2μm的夹杂物数量增加35~67%。因此，当电极1插入钢液15的深度为1~8cm时，采用低频参数效果更好，电流频率为1~1000Hz；当电极1插入钢液15的深度为8~15cm时，采用高频参数效果更好，电流频率为1000~10000Hz。

优选的，所述夹杂物为氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化锰、硫化钙、硫化锰、碳化钛、氮化钛中的至少一种。

优选的，连铸生产的钢种包括碳钢、含硫钢、稀土钢、含钛钢。

以下结合具体实施例对本发明技术方案进行进一步说明。

以下各实施例均采用上述的脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置。

实施例1

一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法，浇铸钢种为低碳钢，包括如下步骤：

S3：将两个伸缩式支架模块分别放置在结晶器的振动台的两侧，将电极插入从中间包内经浸入式水口进入结晶器的钢液内，并调节电极插入钢液的深度为3cm，将两侧的导线分别连接电源的正负极；

S4：连铸过程中，启动脉冲电源并调节参数，电压为20V，电流为200A，电流频率为200Hz，在结晶器内产生电场，直至本浇次结束。

连铸过程中，取中间包样品，试验结束后，取连铸坯样品，将样品切割成20×20×20mm的块状试样。通过ASPX分别检测中间包试样和连铸坯试样中夹杂物的空间分布和粒径分布连铸坯内大于10μm的夹杂物数量降低33%，小于2μm的夹杂物数量增加60%，且连铸坯内夹杂物无明显聚集，空间分布均匀（如图3所示）。

实施例2

一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法，浇铸钢种为含硫钢，包括如下步骤：

S3：将两个伸缩式支架模块分别放置在结晶器的振动台的两侧，将电极插入从中间包内经浸入式水口进入结晶器的钢液内，并调节电极插入钢液的深度为10cm，将两侧的导线分别连接电源的正负极；

S4：连铸过程中，启动脉冲电源并调节参数，电压为60V，电流为400A，电流频率为8000Hz，在结晶器内产生电场，直至本浇次结束。

连铸过程中，取中间包样品，试验结束后，取连铸坯样品，将样品切割成20×20×20mm的块状试样。通过ASPX分别检测中间包试样和连铸坯试样中夹杂物的空间分布和粒径分布，连铸坯内大于10μm的夹杂物数量降低38%，小于2μm的夹杂物数量增加52%，且连铸坯内夹杂物无明显聚集，空间分布均匀。

实施例3

一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法，浇铸钢种为含钛钢，包括如下步骤：

S3：将两个伸缩式支架模块分别放置在结晶器的振动台的两侧，将电极插入从中间包内经浸入式水口进入结晶器的钢液内，并调节电极插入钢液的深度为5cm将两侧的导线分别连接电源的正负极；

S4：连铸过程中，启动脉冲电源并调节参数，电压为100V，电流为1000A，电流频率为100Hz，在结晶器内产生电场，直至本浇次结束。

连铸过程中，取中间包样品，试验结束后，取连铸坯样品，将样品切割成20×20×20mm的块状试样。通过ASPX分别检测中间包试样和连铸坯试样中夹杂物的空间分布和粒径分布，连铸坯内大于10μm的夹杂物数量降低32%，小于2μm的夹杂物数量增加56%，且连铸坯内夹杂物无明显聚集，空间分布均匀。

实施例4

一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法，浇铸钢种为高铝钢，包括如下步骤：

S3：将两个伸缩式支架模块分别放置在结晶器的振动台的两侧，将电极插入从中间包内经浸入式水口进入结晶器的钢液内，并调节电极插入钢液的深度为15cm，将两侧的导线分别连接电源的正负极；

S4：连铸过程中，启动脉冲电源并调节参数，电压为150V，电流为2000A，电流频率为10000Hz，在结晶器内产生电场，直至本浇次结束。

连铸过程中，取中间包样品，试验结束后，取连铸坯样品，将样品切割成20×20×20mm的块状试样。通过ASPX分别检测中间包试样和连铸坯试样中夹杂物的空间分布和粒径分布，连铸坯内大于10μm的夹杂物数量降低48%，小于2μm的夹杂物数量增加67%，且连铸坯内夹杂物无明显聚集，空间分布均匀。

实施例5

与实施例1的不同之处在于，本实施例电极插入钢液的深度为3cm，电压为20V，电流为200A，电流频率为5000Hz。通过ASPX分别检测中间包试样和连铸坯试样中夹杂物的空间分布和粒径分布，连铸坯内大于10μm的夹杂物数量降低22%，小于2μm的夹杂物数量增加20%，且连铸坯内夹杂物无明显聚集，空间分布均匀（如图4所示），但是相比于实施例1采用的200Hz的电流频率，抑制夹杂物长大的效果减弱。

实施例6

与实施例2的不同之处在于，本实施例电极插入钢液的深度为10cm，电压为60V，电流为400A，电流频率为500Hz。通过ASPX分别检测中间包试样和连铸坯试样中夹杂物的空间分布和粒径分布，连铸坯内大于10μm的夹杂物数量降低23%，小于2μm的夹杂物数量增加25%，且连铸坯内夹杂物无明显聚集，空间分布均匀。但是相比于实施例2采用的8000Hz的电流频率，抑制夹杂物长大的效果减弱。

实施例7

与实施例3的不同之处在于，本实施例电极插入钢液的深度为5cm，电压为100V，电流为1000A，电流频率为6000Hz。通过ASPX分别检测中间包试样和连铸坯试样中夹杂物的空间分布和粒径分布，连铸坯内大于10μm的夹杂物数量降低18%，小于2μm的夹杂物数量增加31%，且连铸坯内夹杂物无明显聚集，空间分布均匀。但是相比于实施例3采用的100Hz，抑制夹杂物长大的效果减弱。

实施例8

与实施例4的不同之处在于，本实施例电极插入钢液的深度为15cm，电压为150V，电流为2000A，电流频率为100Hz。通过ASPX分别检测中间包试样和连铸坯试样中夹杂物的空间分布和粒径分布，连铸坯内大于10μm的夹杂物数量降低22%，小于2μm的夹杂物数量增加18%，且连铸坯内夹杂物无明显聚集，空间分布均匀。但是相比于实施例4采用的10000Hz的电流频率，抑制夹杂物长大的效果减弱。

对比例1

与实施例1的不同之处在于，本对比例不进行脉冲电流处理。通过ASPX分别检测中间包试样和连铸坯试样中夹杂物的空间分布和粒径分布，连铸坯内大于10μm的夹杂物数量占比36%，小于2μm的夹杂物数量占比5%，且连铸坯内夹杂物聚集，空间分布不均匀（如图5所示）。

由上述实施例和对比例可以看出，本发明在连铸过程中，通过脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置向结晶器内的钢液施加电场，抑制连铸过程中结晶器内的夹杂物长大，实现铸坯内夹杂物的均匀化分布，且根据电极插入深度调节脉冲电流频率可以获得更好的技术效果，提升铸坯质量，且本发明结构简单，安装易行，运行平稳。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法，包括如下步骤：

S4：连铸过程中，启动电源并根据电极插入钢液的深度调节电流频率，在结晶器内产生电场，抑制结晶器内夹杂物尺寸长大；

所述脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法采用的脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的装置，包括：

电流发生模块、电极夹持模块、伸缩式支架模块；

所述电流发生模块用于产生电流，包括电源和导线；

2.根据权利要求1所述的脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法，其特征在于，所述电源为脉冲电源。

3.根据权利要求1所述的脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法，其特征在于，所述电极的材质为纯铁或者当前连铸钢种的材质，所述电极连接器的材质为纯镍，所述铜夹子的材质为纯铜。

4.根据权利要求1所述的脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法，其特征在于，所述导线的材质为纯铜或者纯镍，外包绝缘耐高温材质。

5.根据权利要求1所述的脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法，其特征在于，所述的套筒的材质为氧化铝或者氧化镁。

6.根据权利要求1所述的脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法，其特征在于，所述步骤S4中，电流为100~5000A，电流频率为1~10000Hz，电压为10~200V。

7.根据权利要求1所述的脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法，其特征在于，所述电极插入深度为1~15cm。

8.根据权利要求7所述的脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法，其特征在于，当电极插入深度为1~8cm时，电流频率为1~1000Hz；当电极插入深度为8~15cm时，电流频率为1000~10000Hz。

9.根据权利要求1所述的脉冲电流抑制连铸结晶器内夹杂物长大的方法，其特征在于，所述夹杂物为氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化锰、硫化钙、硫化锰、碳化钛、氮化钛中的至少一种。