[發明專利]一種導電結晶器電渣重熔控制鑄錠凝固組織方向的方法

有效

• 申請號: 201610871586.8
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN106270423B
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 劉福斌;姜周華;余嘉;耿鑫;李花兵;李星;陳奎;彭輝;張宇
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B22D7/12
• 分類號: B22D7/12;C22B9/18
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

一種導電結晶器電渣重熔控制鑄錠凝固組織方向的方法，屬冶金技術領域。方法：1)配制高電導率的渣料后烘烤；2)確定填充比和電極的插入深度；放置好底墊、引弧劑和導電結晶器；3)選擇電流路徑為電源→自耗電極→渣料→底水箱→電源，起弧、加料，化渣；渣料熔清后，設定重熔電流和重熔電壓，在電渣重熔過程中，通過開關閉合設定電流路徑，控制通過結晶器和底水箱電流的分配比例，改變金屬熔池的形狀和深度，控制凝固組織的方向；重熔后期，電渣重熔補縮操作后斷電，冷卻得重熔鋼錠。本發明方法采用高電導率配比的渣系，增加鑄錠凝固組織軸向結晶的趨勢；重熔過程中控制鑄錠凝固組織的結晶方向，制備的鑄錠具有良好的表面質量。

技術領域

本發明屬于冶金技術領域，特別涉及一種導電結晶器電渣重熔控制鑄錠凝固組織方向的方法。

背景技術

液態金屬在鑄模或鑄型中凝固，前者形成鑄錠，后者形成鑄件。由于鑄錠或鑄件冷卻條件極其復雜，其鑄態組織具有很多特點。鑄態組織包括晶粒的大小、形狀和取向，合金元素的分布以及鑄錠中的缺陷等。鑄錠的宏觀組織通常由三個晶區組成，即外表層的激冷層，中間的柱狀晶區以及心部的等軸晶區。當高溫的金屬液體進入鑄型后，由于鑄型表面溫度較低形成較大的過冷度，加上型壁可以作為異質形核的基底，所以在靠近型壁處形成薄層等軸晶區；等軸晶區形成的同時，型壁溫度迅速升高，加上金屬凝固后收縮使鑄錠和型壁脫離，使液態金屬繼續散熱困難。由于上述原因，液態金屬冷卻減慢，溫度梯度變得平緩，這時在垂直于型壁的方向上生成柱狀晶。實踐證明，軸向結晶比徑向結晶的冶金質量要好。

為了獲得更好的凝固質量，通常需要將初煉的產品作為自耗電極進行電渣重熔，進一步提純鋼或合金，改變凝固組織的結晶方向，從而獲得更趨于軸向的結晶組織。傳統電渣重熔過程，電流全部從底水箱流出，凝固組織的結晶方向一般為45°。鑄錠凝固組織的方向比較固定，難以靈活控制。

本發明使用的導電結晶器電渣重熔技術，電流可以分別從結晶器和底水箱流出，通過控制結晶器和底水箱電流的分配比例，進而改變金屬熔池的形狀和深度，從而控制鑄錠凝固組織的方向。導電結晶器電渣重熔過程，通過結晶器和底水箱的電流有多種分配方式。閉合K3和K1開關，斷開K2開關，電流全部從底水箱流出。閉合K3和K2開關，斷開K1開關，電流全部從結晶器流出。K3、K2、K1全部閉合時，結晶器和底水箱上均有電流流出，不同的電極插入深度和填充比會帶來不同的分配比例，其分配比可從電流表中直接讀出。當結晶器上有電流通過時，會在渣/結晶器界面上產生焦耳熱，使金屬熔池中形成一定高度的圓柱段，在控制鑄錠凝固組織方向的同時還能保證鑄錠的表面質量。

結晶器和底水箱電流的分配比例是導電結晶器電渣重熔控制鑄錠凝固組織結晶方向的關鍵因素，關系著產品凝固質量的好壞。因此，選擇合適的分配比例有利于控制鑄錠的凝固組織方向，保證鑄錠的表面質量。

發明內容

為了控制鑄錠凝固組織的結晶方向，本發明提供了一種采用導電結晶器電渣重熔控制凝固組織方向的方法。該方法能控制通過結晶器和底水箱電流的分配比例，從而改變金屬熔池的深度和形狀，進而控制凝固組織的方向，同時還能保證鑄錠具有良好的表面質量。

本發明的導電結晶器電渣重熔控制凝固組織方向的方法，采用導電結晶器電渣重熔技術控制鑄錠的凝固組織方向；采用導電結晶器技術，讓電流分別從結晶器和底水箱回到電源，選擇不同的開關閉合方式和工藝參數控制通過結晶器和底水箱電流的分配比例，進而控制金屬熔池的深度和形狀，從而控制鑄錠凝固組織的方向；具體包括如下步驟：

步驟1，渣料的配制及烘烤：

(1)配制高電導率的渣料；

(2)將渣料在600～800℃下烘烤4～6h后，渣料隨爐降溫，備用；

步驟2，預備工作：

(1)確定填充比和電極的插入深度；