CN203972802U - 一种连铸坯凝固处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及金属凝固组织细化技术领域，具体为一种连铸坯凝固处理装置，该装置由脉冲电源（1）、导体（2）、冷却通道（4）及振荡线圈（5）组成；脉冲电源（1）通过导体（2）与振荡线圈（5）连接，振荡线圈（5）固定在连铸机（7）上，处于结晶器（3）下方至二冷区末端之间的任意位置，振荡线圈中有冷却通道，脉冲电源产生脉冲电流通过导体流入振荡线圈，激发脉冲磁致振荡作用在连铸坯上。本实用新型充分发挥了脉冲磁致振荡对连铸坯凝固组织的控制作用，并且体积小、成本低、安全可靠，适用于大规模的工业连铸坯生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种连铸坯凝固处理装置，属于凝固组织控制装备技术领域。
背景技术
现代科学技术的发展对金属材料性能的要求越来越高，而金属材料的凝固组织控制是改善材料性能的重要手段，因此控制金属凝固过程的研究成为了国内、外材料科学工作者的关注热点。其中材料的凝固细化技术近年来被视为提高材料性能的主要手段之一。细化金属凝固组织的传统方法主要有工艺法、化学法、外场法。工艺法有控制冷却速度、深过冷法、变形处理法，它可以简单直接的获得细化凝固组织，比如快速冷却可以获得非常细小的凝固组织，可以得到微米级甚至纳米级的晶粒，但对于较大尺寸的铸锭，很难通过控制冷却速度来达到细化效果。化学法是通过添加形核剂、长大抑制剂等来增加异质核心数来促进形核和控制长大达到细化铸件组织的方法。
利用外场法可以改善凝固结晶过程新相的热力学和动力学，提高形核率而实现细晶。外场法有超声场法、电磁搅拌法、脉冲电流法以及脉冲磁场法，超声场对凝固细晶有明显的作用，但是超声场在熔体内的衰减严重，不能有效均匀的细化凝固组织，且变幅杆直接跟熔体接触，会污染金属材料；电磁搅拌在金属的凝固过程中可以增大等轴晶区，且具有细化晶粒的效果，其不足是细化晶粒的效果不太明显。跟电磁搅拌一样，脉冲电流和脉冲磁场也会在金属熔体内产生电磁力，对熔体搅拌和振动作用；而且脉冲电流和脉冲磁场在金属熔体里产生的电磁力振荡，可以破碎枝晶，使其成为游离的异质核心，从而达到细化凝固组织的效果。但脉冲电流也有局限性，在脉冲电流凝固细晶技术中，电流直接通过金属熔体，这会影响生产安全和人身安全。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种体积小、安全可靠、高效的金属凝固组织控制装置，以控制连铸坯的凝固过程，获得细化的凝固组织，解决现有技术中电源功率过高，体积庞大，安全可靠性差，在工业生产中推广应用困难等问题。
本实用新型的技术方案如下：
一种连铸坯凝固处理装置，该装置由脉冲电源、导体、冷却通道及振荡线圈组成，脉冲电源通过导体与振荡线圈连接，振荡线圈固定在连铸机上，处于结晶器下方至二冷区末端之间的任意位置，振荡线圈中有冷却通道，脉冲电源产生脉冲电流通过导体流入振荡线圈，激发脉冲磁致振荡作用在连铸坯上。
所述的连铸坯凝固处理装置，为了避免线圈承受高温，内通冷却介质。冷却通道设置在组成振荡线圈的导体内，或者冷却通道设置在组成振荡线圈的导体外，或者冷却通道设置在组成振荡线圈的导体内外均有。
所述的连铸坯凝固处理装置，为了满足连铸工业生产需求，振荡线圈为螺线管状线圈，匝数为2~400，层数为1~100。振荡线圈内壁的形状可以根据连铸坯的具体形状做出改变，可以为圆形、椭圆形、正方形、长方形及多边形，多边形的边数大于4；也可以2个及2个以上的线圈串联或并联后处理连铸坯。振荡线圈用中空的铜管或管状高导电性物质制成，或者用实心铜管或实心管状高导电性物质。
所述的连铸坯凝固处理装置，为了得到最好的处理效果，振荡线圈可以按在结晶器下方至二冷区末端的任意位置。
本实用新型具有以下特点：
1、本实用新型可显著细化连铸坯的凝固组织。
2、本实用新型结构简单、体积小，成本低。
3、本实用新型操作简单，安全可靠，适用于各种连铸环境。
4、本实用新型有效工作时间长，性能稳定。
附图说明
图1为连铸坯凝固处理装置示意图。
图中：1.脉冲电源，2.导体，3.结晶器，4.冷却通道，5.振荡线圈，6.连铸坯，7.连铸机
图2为内壁形状为圆形螺线管线圈。
图3为内壁形状为方形螺线管线圈。
图4为65Mn钢连铸坯凝固组织。
图5为GCr15轴承钢连铸坯凝固组织。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型连铸坯凝固处理装置由脉冲电源1、导体2、冷却通道4及振荡线圈5组成；脉冲电源通过导体与振荡线圈连接，振荡线圈固定在连铸机7上，处于结晶器3下方至二冷区末端之间的任意位置，振荡线圈中有冷却通道，脉冲电源产生脉冲电流通过导体流入振荡线圈，激发脉冲磁致振荡作用在连铸坯上，具体结构如下：
脉冲电源，为RLC充放电电路，380V或者220V的交流电通过调压器、变压器、二极管等整流，再经过充放电开关和电容器进行充电和放电过程。通过调整电容器的并联数量可以调节输出功率、脉宽等参数。
振荡线圈，由于连铸坯近似无限长铸坯，因此，将振荡线圈设计成中空的螺线管状线圈，并提前固定在连铸机上，使形成的铸坯从螺线管状线圈中间通过。连铸坯的外观形状可能有圆形、方形等不同形式，为了满足生产需要和最优的处理效果，将振荡线圈的内壁设计成不同的形状，如圆形、椭圆形、三角形、正方形、长方形或多边形，同时改变振荡线圈的匝数和层数（本实用新型的匝数为2~400，层数为1~100），匝数即螺线管状线圈取一中轴线，与中轴线平行的某一平面上圈数；层数即与中轴线垂直的某一平面上的圈数，达到改变振荡线圈的感应磁场强度。
冷却通道，由于振荡线圈在连铸坯高温辐射下工作，且自身有电阻，产生焦耳热，因此，必须对振荡线圈进行冷却保护，以保证振荡线圈正常、持久工作。冷却方式为，空心的铜管内部或外部绝缘后通冷却介质，亦可在实心铜线外部绝缘后通冷却介质。
本实用新型采用充放电模式，操作简单，安全可靠，在连铸坯凝固产生过程中有效作用时间长，可充分发挥脉冲磁致振荡对连铸坯凝固组织的控制作用，振荡线圈的形状多样性和可组合性，有效适应了连铸上各种坯形的生产，并且体积小，成本低，适合于大规模的工业生产。
以下结合实施例对本实用新型做详细说明。
实施例1
铸坯材料为65Mn钢，在熔炼炉内熔化并精炼，1600℃保温40分钟，保证熔体温度均匀，待浇注。连铸生产中，一个中间包下方有多台连铸机，即有多条生产线同时生产，将内壁形状为长方形螺线管状线圈（匝数为35，层数为4）固定在其中一台连铸机上，线圈位于结晶器下方三米处，而临近的一台连铸机上生产的连铸坯作为对比锭。在浇注前，对熔体中间包及连铸结晶器进行充分烘烤至600~700℃。烘烤结束后，开启结晶器的冷却水系统，同时振荡线圈冷却通道中通入冷却介质，开始浇注，同时启动连铸机的引锭装置，设置连续铸造速度为60mm/min。当铸坯通过线圈时，打开脉冲电源，调节参数处理，处理参数为：频率150Hz，电流14000A，浇注完成后，切断电源，停止处理，直到铸造结束后，关闭连铸机。取样时，分析用处理锭和对比锭同样取拉速相对稳定的铸坯中间段。
磨抛、腐蚀样品，并观察宏观组织。如图4所示，为65Mn钢宏观凝固组织，从图中可以看出，上部为未施加脉冲磁致振荡处理的试样，枝晶粗大，枝晶臂较长。下部为施加脉冲磁致振荡处理的试样，得到了细小的枝晶，细化效果非常明显。
实施例2
铸坯材料为GCr15轴承钢，在熔炼炉内熔化并精炼，1520℃保温40分钟，保证熔体温度均匀，待浇注。连铸生产中，一个中间包下方有多台连铸机，即有多条生产线同时生产，将内壁形状为圆形螺线管状线圈（匝数为60，层数为2）和内壁形状为长方形螺线管状线圈（匝数为35，层数为4）串联固定在其中一台连铸机上，内壁形状为长方形振荡线圈位于结晶器下方一米处，而内壁形状为圆形振荡线圈位于结晶器下方四米处，取临近的一台连铸机上生产的连铸坯作为对比锭。在浇注前，对熔体中间包及连铸结晶器进行充分烘烤至600~700℃。烘烤结束后，开启结晶器的冷却水系统，同时振荡线圈中冷却通道通入冷却介质，开始浇注，同时启动连铸机的引锭装置，设置连续铸造速度为65mm/min。当铸坯通过线圈时，打开脉冲电源，调节参数处理，处理参数为：频率25Hz，电流17000A，浇注完成后，切断电源，停止处理，直到铸造结束后，关闭连铸机。取样时，分析用处理锭和对比锭同样取拉速相对稳定的铸坯中间段。
磨抛、腐蚀样品，并观察宏观组织。如图5所示，为GCr15轴承钢宏观凝固组织，从图中可以看出，上部为未施加脉冲磁致振荡处理的试样，下部为施加脉冲磁致振荡处理的试样。最右边同为连铸坯的坯壳，由于受到结晶器的激冷作用，都为粗大的枝晶交错生长。继续往左移动观察，上部的试样虽然枝晶变细，并伴随少量等轴晶，但还是有部分细长枝晶交错盘踞；而下部试样左边的组织则得到完全细化，全为均匀的等轴晶组织。
实施例结果表明，本实用新型将脉冲磁致振荡应用与连铸生产中，不仅可以制备均匀细晶铸锭，显著细化凝固组织，而且无污染，操作简便，成本低廉。
Claims (7)
1. 一种连铸坯凝固处理装置，其特征在于：该装置由脉冲电源（1）、导体（2）、冷却通道（4）及振荡线圈（5）组成；脉冲电源（1）通过导体（2）与振荡线圈（5）连接，振荡线圈（5）固定在连铸机（7）上，处于结晶器（3）下方至二冷区末端之间的任意位置，振荡线圈中有冷却通道，脉冲电源产生脉冲电流通过导体流入振荡线圈，激发脉冲磁致振荡作用在连铸坯上。
2.按权利要求1所述的连铸坯凝固处理装置，其特征在于：振荡线圈为螺线管状线圈，匝数为2~400，层数为1~100。
3.按权利要求2所述的连铸坯凝固处理装置，其特征在于：螺线管状线圈内壁的形状为圆形或椭圆形。
4.按权利要求2所述的连铸坯凝固处理装置，其特征在于：螺线管线圈内壁的形状为正方形、长方形及多边形中的一种，多边形的边数大于4。
5.按权利要求1所述的连铸坯凝固处理装置，其特征在于：振荡线圈用中空的铜管或管状高导电性物质制成，或者用实心铜管或实心管状高导电性物质。
6.按权利要求1所述的连铸坯凝固处理装置，其特征在于：冷却通道设置在组成振荡线圈的导体内，或者冷却通道设置在组成振荡线圈的导体外，或者冷却通道设置在组成振荡线圈的导体内外均有。
7.按权利要求1所述的连铸坯凝固处理装置，其特征在于：所述的振荡线圈为2个及2个以上的振荡线圈串联或并联。
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| CN110181010A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-08-30 | 上海大学 | 一种连铸坯均质化装置及方法 |
| CN111299532A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-06-19 | 南京钢铁股份有限公司 | 一种连铸二冷区分节辊式脉冲电流电磁搅拌装置及方法 |
| CN112517866A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-03-19 | 中国科学院金属研究所 | 一种连铸结晶器下端磁脉冲晶粒细化的方法及装置 |
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