CN1695848A - 一种用于连铸机控制铸坯凝固结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于连铸机控制铸坯凝固结构的方法，属于冶金工业连续铸钢生产技术领域。该方法是：在连铸机的结晶器或中间包的钢水中，插入一根电极，电极通过电缆连接到高频电源输出的负极，高频脉冲电源的正极用电缆连接到连铸机的钢结构基础上，在连铸机正常浇铸时，合上高频脉冲电源，将高频脉冲电源的输出电压、电流、频率调至一定值，高频脉冲电场开始对连铸坯的凝固组织进行处理。本发明克服了现有钢水连铸工艺难以控制钢水凝固组织以及现有电磁搅拌技术价格昂贵、系统复杂、运行费用高的技术缺欠。采用本方法处理后的铸坯质量提高，铸坯晶粒细化，扩大等轴晶区，消除中心缩孔，减少内部裂纹。实现该方法的装置具有造价低廉、维护方便、运行费用低等优点。

Description

一种用于连铸机控制铸坯凝固结构的方法

技术领域：

本发明属于冶金工业连续铸钢生产技术领域，具体涉及一种用于连铸机控制铸坯凝固结构，使其晶粒细化、等轴晶比提高和降低裂纹的方法。

背景技术：

钢材质量同钢的冶炼工艺有一定的关系，钢水的凝固过程对钢材的质量起着重要的影响，钢中的夹杂、裂纹、偏析、疏松等缺陷都是在凝固过程中形成的，为生产出优质铸坯，须对凝固过程实现有效的控制，以抑制铸坯柱状晶生长、促进等轴晶的生长、细化晶粒、减少成分偏析、避免中心缩孔和疏松。

从现有技术来看，对连铸钢水凝固过程控制的基本手段有两种，一是控制凝固过程的冷却速度，这是获得细晶粒铸坯组织的最简单的方法，应用也最广；二是强化对流，促进枝晶臂折断和重熔来达到细化晶粒的目的，其方法有机械搅拌、各种振动、电磁搅拌。目前工业上应用较多的是采用电磁搅拌，但电磁搅拌不仅能耗大，还会产生铸坯凝固组织中的白亮带，成分偏析，有时还会出现环状偏析，电磁搅拌还有一种局限性，只能在局部一段很小的区域内对钢液进行搅拌，不能对连铸坯的整个液相穴进行搅拌，很难解决铸坯的中心缩孔和中心疏松，另外电磁搅拌的设备投资也很大。

发明内容：

本发明针对钢水连铸工艺难以控制钢水凝固组织，现有电磁搅拌技术价格昂贵、系统复杂、运行费用高的技术缺欠，发明了一种用于连铸机控制铸坯凝固结构的方法，该方法利用高频电场控制铸坯的凝固组织以改善连铸坯的质量。

本发明的方法是：在连铸机的结晶器或中间包的钢水中，加入一个高频脉冲电场，高频电场是用一个高频电源产生的，一根电极插入熔池钢水内，通过电缆连接到高频电源输出的负极，高频脉冲电源的正极用电缆连接到连铸机的钢结构基础上，构成一个回路，在连铸机正常浇铸时，合上高频脉冲电源，将高频脉冲电源的输出电压、电流、频率调至一定值，高频脉冲电场开始对连铸坯的凝固组织进行处理，连铸机停止浇铸前，关掉高频脉冲电源，将电极取出。

本方法中，电极尺寸和插入的位置以及插入深度，根据连铸机类型而定。小方坯连铸机，一根电极从中间包盖上的孔中，插入中间包的钢水内，电极尺寸选择直径30～300mm，长100～2000mm，电极插入钢水深度50～1000mm。板坯、大方坯、园坯和异型坯等大断面连铸机，电极插入结晶器内的钢水中，每个结晶器插入一根电极，电极尺寸选择直径10～50mm，长10～500mm，电极插入钢水深度0～500mm。插入钢水的电极材质，可以是锆碳质、铝碳质、镁碳质、金属陶瓷质。高频脉冲电场的参数选择范围：电压0～60V，电流1～2000A，频率0.1～60KHz。对连铸坯加上高频电场的方式是一根电极插入钢水，一根电缆回路接在连铸机的基础钢结构上。

为实现本发明方法的装置示意图见附图1所示，该装置由熔池钢水1、电极2、电缆3、操作控制柜8、高频脉冲电源5、电源输出负极4、电源输出正极10、电源的输入端9、高频脉冲电源操作参数的计算机采集系统6、计算机显示器7组成。电极2的一端插入钢水熔池1，另一端用电缆3连接到操作控制柜8内的高频脉冲电源5的输出负极4上，高频脉冲电源输出正极10用电缆连接到连铸机的钢结构基础上，高频脉冲电源的输入9、电源输出负极4和电源输出正极10输出用导线连接到计算机数据采集系统6，相关的操作参数在显示器7上显示。

本发明的优点在于：

1、采用本方法处理后的铸坯质量好。铸坯晶粒细化，等轴晶区扩大可超过50％以上，消除中心缩孔，消除铸坯的皮下气泡，明显地减少内部裂纹。这种方法不仅可以用来提高铸坯组织和结构质量，而且也可以用来吸附钢液中夹杂物，冶炼超纯净钢。

2.、装置简单、维护方便。本发明采用的主体设备简单，由一根电极和一台高频电源组成，操作过程中对连铸的正常生产没有影响，只需在钢水中插入一根电极即可。

3、成本低廉。整台装置仅由电极、高频电源和测控显示设备三部分组成；所有设备、元器件国内都有制造厂家。

4、运行费用低。消耗品电极的材质普通，使用寿命长，一根电极可使用100小时以上；装置没有特殊结构和部件，不需要特别的维护和保养。运行费用主要反应在电极消耗和电耗上。

附图说明：

图1：一种用于连铸机控制铸坯凝固结构的方法的装置示意图

图中：1：钢水，2：电极 3：.电缆 4：高频脉冲电源输出负极 5：高频脉冲电源6：计算机数据采集系统 7：显示器 8.：操作控制柜 9.：高频脉冲电源输入10：高频脉冲电源输出正极

具体实施方式：

实施例1：

某钢厂5流小方坯连铸机正常浇铸时，试验前在一流铸坯火焰切割处，取500mm连铸坯进行低倍对比分析。然后在铸机的一流150×150mm结晶器内插入直径10mm的金属陶瓷电极，电极插入钢水的深度为100mm；高频脉冲电源的正极用电缆接在拉矫机滚道轴承套上(接地)。在两根电极上通入8V高频脉冲电场，高频脉冲电流值180A。连铸机拉坯速度2.1m/min，浇铸钢种低合金钢，中间包浇注温度1520℃。30分钟后在一流火焰切割处，取500mm连铸坯进行低倍分析。高频脉冲电场处理效果见表1。

实施例2：

某钢厂六流小方坯连铸机正常生产时，高频脉冲电场处理前在一流铸坯火焰切割处，取500mm连铸坯进行低倍对比分析。然后在铸机的中间包内插入直径100mm，长1500mm的铝碳质电极，电极插入钢水的深度为700mm；高频脉冲电源的正极用电缆接在连铸机基础上(接地)。在两根电极上通入12V高频脉冲电场，高频脉冲电流值480A。连铸机拉坯速度2.2m/min，浇铸钢种20MnSi，中间包浇注温度1530℃。30分钟后在一流火焰切割处，取500mm连铸坯进行低倍分析。高频脉冲电场处理效果见表1。

两种实施效果的低倍分析都表明：未加脉冲电流的铸坯凝固组织存在明显的中心缩孔，经过脉冲电流处理的铸坯凝固组织，完全消除了中心缩孔和皮下气泡，各种裂纹也明显减轻，中心等轴晶增加。

                      表1高频脉冲电流实施结果

实施例号	试样编号	中心疏松	中心偏析	缩孔	角部裂纹	边部裂纹	中间裂纹	中心裂纹	皮下气泡
										实施例1	未处理	1.0	1.0	1.5	0.5	0	1.0	0.5	0.5
处理后	1.5	1.0	0	0	0	0.5	0	0
									实施例2		未处理	1.0	1.0	2.0	0.5	0	2.0	1.0	1.0
处理后	1.5	0.5	0	0	0	1.0	0.5	0.5

Claims (5)

1、一种用于连铸机控制铸坯凝固结构的方法，其特征在于：在连铸机的结晶器或中间包的钢水中，插入一根电极，该电极通过电缆连接到高频电源输出的负极，高频脉冲电源的正极用电缆连接到连铸机的钢结构基础上，在连铸机正常浇铸时，合上高频脉冲电源，将高频脉冲电源的输出电压、电流、频率调至一定值，高频脉冲电场开始对连铸坯的凝固组织进行处理。

2、根据权利要求1所述的一种用于连铸过程控制钢水凝固组织的方法，其特征在于，高频脉冲电源的输出电压0～60V，电流1～2000A，频率0.1～60KHz。

3、根据权利要求1所述的一种用于连铸过程控制钢水凝固组织的方法，其特征在于：电极材质可以是锆碳质或铝碳质或镁碳质或金属陶瓷质。

4、根据权利要求1所述的一种用于连铸过程控制钢水凝固组织的方法，其特征在于，电极尺寸和插入钢水的深度是，插入中间包的电极直径30～300mm，长100～2000mm，插入钢水深度50～1000mm。

5、根据权利要求1所述的一种用于连铸过程控制钢水凝固组织的方法，其特征在于，电极尺寸和插入钢水的深度是，插入结晶器内电极直径10～50mm，长10～500mm，插入钢水深度0～500mm。

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