[發(fā)明專利]空心管坯連鑄過程中去除非金屬夾雜物的方法及裝置

有效

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• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN103447490A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張琦
• 申請（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號: B22D11/115
• 分類號: B22D11/115
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司 37205
• 代理人: 王連君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于連鑄空心管坯的制備領(lǐng)域，特別涉及到一種在連鑄過程中采用組合式電磁場去除連鑄管坯內(nèi)非金屬夾雜物，進(jìn)而提高管坯純凈度的方法以及裝置。

背景技術(shù)

隨著我國的航空航天、石油化工、高鐵、風(fēng)電等行業(yè)的快速發(fā)展，對高端軸承需求量大幅增長，如石油化工用的壓力流體輸送管線、航空航天和高鐵上用于制造滾動軸承的滾動體和套圈等，這些軸承在工作時(shí)承受著極大的壓力和摩擦力，所以要求軸承鋼有高而均勻的硬度和耐磨性，以及高的彈性極限，因此對軸承鋼的化學(xué)成分的均勻性、非金屬夾雜物的含量和分布等要求都十分嚴(yán)格，如對于精密軸承鋼，50μm大小的夾雜物都不允許存在，是所有鋼鐵生產(chǎn)中要求最嚴(yán)格的鋼種之一。

軸承鋼的原材料的純凈度決定著最終零件的純凈度，隨著環(huán)境保護(hù)、節(jié)約能源的要求越來越高，軸承鋼坯的生產(chǎn)經(jīng)歷了由模鑄到連鑄再到空心管坯連鑄的轉(zhuǎn)變，空心管坯連鑄為近終形連鑄技術(shù)，可以省去穿孔工序，大幅度的提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省能源。

在連鑄過程中，通常在大包和中間包階段采用吹氣攪拌的方法能夠去除部分大顆粒的非金屬夾雜物，而殘留的夾雜物就通過浸入式水口進(jìn)入到結(jié)晶器內(nèi)，此階段采用的去除夾雜物的方法主要有：電磁制動法、電磁擠壓法、電磁攪拌法，其中電磁制動法主要用于去除大尺寸的非金屬夾雜物顆粒，對于小尺寸顆粒的上浮無明顯影響；而電磁擠壓法即在連鑄過程中施加電磁線圈，通過電磁擠壓力去除夾雜物，對連鑄坯表層附近的夾雜物去除效果較好，但對熔體中心部的夾雜物的去除效果不明顯，對于連鑄空心管坯而言，重點(diǎn)是解決管坯內(nèi)、外表層的夾雜物，如果采用電磁擠壓法對管坯內(nèi)表面附近的非金屬夾雜物的去除效果不明顯，因此不宜采用；電磁攪拌即通過在連鑄坯外部施加攪拌磁場，通過攪拌力促使小尺寸顆粒相互碰撞形成大尺寸顆粒，依靠顆粒的浮力作用上浮從而進(jìn)行去除，但是對于空心管坯連鑄，由于存在內(nèi)、外兩個(gè)結(jié)晶器，兩個(gè)壁面增加了顆粒上浮的粘滯力，同時(shí)，如果非金屬夾雜物的密度與熔體密度比較接近，則去除效率更低。還有一種通過在管坯連鑄過程中施加電磁線圈和螺旋磁場的方法來改善連鑄管坯的質(zhì)量，此方法的主要目的是為了細(xì)化晶粒，改善管坯的內(nèi)外表面質(zhì)量，對小尺寸夾雜物顆粒的去除效果并不明顯。

總之，以上技術(shù)方式均無法顯著的提高空心管坯連鑄過程中小尺寸非金屬夾雜物的去除效率。由上述可見，現(xiàn)有技術(shù)中空心管坯在連鑄過程中去除非金屬雜物的方式還有待于更進(jìn)一步的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的任務(wù)在于解決現(xiàn)有技術(shù)中空心管坯在連鑄過程中去除非金屬雜物的方式存在的技術(shù)缺陷，提供一種空心管坯連鑄過程中去除非金屬夾雜物的方法，以及一種空心管坯連鑄過程中去除非金屬夾雜物的裝置。

其技術(shù)解決方案是：

一種空心管坯連鑄過程中去除非金屬夾雜物的方法，包括以下步驟：

步驟1，在空心金屬管坯連鑄設(shè)備的外結(jié)晶器的外側(cè)，向澆注入由內(nèi)、外結(jié)晶器形成的澆注腔中的金屬熔體施加旋轉(zhuǎn)攪拌磁場，該旋轉(zhuǎn)攪拌磁場的線圈中通入三相交流電，其頻率范圍是5～60Hz，電流大小是50～600A；

步驟2，在空心金屬管坯連鑄設(shè)備的內(nèi)結(jié)晶器的內(nèi)側(cè)，向澆注入由內(nèi)、外結(jié)晶器形成的澆注腔中的金屬熔體施加行波攪拌磁場，該行波攪拌磁場的線圈中通入三相交變電流，其頻率范圍是50～1000Hz，電流大小是50～150A；

在連鑄過程中，金屬熔體不斷地澆注入澆注腔中，在施行步驟1的同時(shí)同步施行步驟2，或在施行步驟1的過程中間歇實(shí)行步驟2，并以一定的速度拉動澆注腔的底模，獲得連鑄空心管坯。

上述空心金屬管坯為鋼管坯，所述金屬熔體為鋼液，鋼管坯的外徑為500mm、內(nèi)徑為200mm以上的連鑄空心管坯。

上述步驟1中，旋轉(zhuǎn)攪拌磁場的電流大小是300～600A；上述步驟2中，行波攪拌磁場的頻率范圍是500～1000Hz。

上述步驟1中，旋轉(zhuǎn)攪拌磁場的電流大小是400～500A；上述步驟2中，行波攪拌磁場的頻率范圍是700～800Hz。

一種空心管坯連鑄過程中去除非金屬夾雜物的裝置，包括外結(jié)晶器與內(nèi)結(jié)晶器，內(nèi)結(jié)晶器與外結(jié)晶器之間形成澆注腔，澆注腔的底部設(shè)置有能夠拉動的底模；上述裝置還包括設(shè)置在外結(jié)晶器外側(cè)的旋轉(zhuǎn)攪拌磁場感應(yīng)器，與設(shè)置在內(nèi)結(jié)晶器內(nèi)部的行波攪拌磁場感應(yīng)器。