[發明專利]一種利用功率超聲控制連鑄坯質量的系統及方法

有效

• 申請號: 201811398458.1
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109317629B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 閔義;劉承軍;姜茂發
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B22D11/051
• 分類號: B22D11/051;B22D11/053
• 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

本發明涉及一種利用功率超聲控制連鑄坯質量的系統及方法，該系統包括連鑄結晶器和超聲波振動裝置，連鑄結晶器包括多個銅板和多個背板，多個銅板的內壁圍合形成鑄坯形狀空間。超聲波振動裝置能夠將超聲波換能器產生的功率超聲經由超聲變幅桿傳遞到結晶器銅板，并經由結晶器銅板發射到銅板的內壁與凝固坯殼之間的空隙區域，作用于之間的結晶器保護渣。本發明的系統及方法能夠根據連鑄坯質量控制的本質要求，結合功率超聲的結晶器保護渣的結構與物性控制效果，將功率超聲應用于鋼的連鑄領域，旨在不改變熔渣成分的條件下，實現工業生產條件下結晶器保護渣冶金行為的區域化時時調控、促進了結晶器保護渣冶金功能的發揮，進而提高連鑄坯質量。

技術領域

本發明屬于外場冶金和鋼的連鑄技術領域，具體涉及一種利用功率超聲控制連鑄坯質量的系統及方法。

背景技術

在現代鋼鐵工業中，連鑄具有節約能源、成材率高等優勢，世界上絕大數商品鋼材通過連鑄工藝生產。為適應鋼材質量要求不斷提高的需要，對連鑄坯潔凈度、表面和內部質量的要求越來越嚴格。另外，保證連鑄生產順行、提高作業率，對于鋼鐵企業提高產量、提高成材率，進而提升經濟效益具有重要意義。

對于連鑄坯的表面質量來說，主要涉及到表面裂紋、角部裂紋、夾渣、重皮等表面缺陷，這些缺陷的產生絕大多數起源于連鑄結晶器，與鋼水在結晶器內的初始凝固行為密切相關，主要受到凝固坯殼與結晶器壁(具體為結晶器的銅板內壁)間的潤滑與傳熱影響。在澆鑄過程中，結晶器保護渣在鋼水熱量的作用下熔化并在鋼水液面上形成液渣層，可起到防止鋼水氧化和增氮的作用，更重要的是，熔融的結晶器保護渣流入凝固坯殼與結晶器壁間的空隙(殼壁間隙)而起到潤滑和控制傳熱的作用。結晶器保護渣的物理性質對于其在殼壁間隙的流入行為具有重要影響，進而影響其潤滑功能及連鑄坯表面質量。保護渣黏度越小，其流動性越好，越易于流入殼壁間隙而保證潤滑效果和傳熱；保護渣表面張力越大，與凝固坯殼間的界面張力越小，則二者間的粘附功越大，即二者間的鍵接強度越高，保護渣越易隨拉坯的進行而被帶入殼壁間隙。在結晶器內，初始凝固坯殼生成后不斷下行，隨著鋼水凝固，坯殼收縮量不斷增加，坯殼與結晶器內壁間的間隙越來越大，需要充足的結晶器保護渣補充來充滿間隙。

對于板坯、方坯和異型坯來說，鑄坯角部收縮量更大，易引起角部裂紋產生；尤其是對于以包晶鋼為代表的收縮量大的鋼種，由于結晶器保護渣不能及時補充，裂紋等缺陷的發生幾率更高。在實際生產中，通過結晶器振動模式與參數優化，倒角結晶器、弧面結晶器等技術應用，一定程度上控制了表面缺陷的產生，但效果并不穩定，在鋼種適應性、靈活性等方面存在不足。

鋼中非金屬夾雜物，特別是大顆粒非金屬夾雜物的存在，對鋼材的強度、韌性等機械性能和表面質量均具有不利影響，尤其對于汽車板用鋼、管線鋼和軸承鋼等精品鋼材品種，嚴重制約了成材率和經濟效益的提高。結晶器是連鑄坯的初始凝固區域，非金屬相一旦進入鋼水再次去除的機率很低，易于以夾雜的形式永久存在于鋼中，特別是澆鑄過程結晶器保護渣的卷入成為鋼中大顆粒非金屬夾雜物的重要來源之一。結晶器保護渣的物理性質對于結晶器內的卷渣行為同樣具有重要影響，結晶器卷渣與結晶器保護渣的黏度、表面張力及渣金界面性質密切相關。

結晶器卷渣可分為剪切卷渣、漩渦卷渣和氣泡卷渣等形式，對于剪切卷渣和漩渦卷渣，保護渣黏度越大，其抗剪切能力越強，卷渣越不易發生；保護渣表面張力越小，渣金界面張力越大，則渣金兩相粘附功越小，即渣金兩相鍵接強度越低，卷渣發生幾率越低。對于氣泡卷渣，保護渣黏度越大，其抵抗氣泡破裂所產生沖擊力的能力越強，卷渣越不易發生。在實際澆鑄過程中，為抑制卷渣，多通過控制拉速、水口浸入深度等連鑄工藝參數來保持結晶器流場和液面穩定，但由于拉速波動等非穩態澆鑄過程，結晶器流場和液面波動難以穩定控制，卷渣往往難以避免。

對比可知，欲抑制結晶器卷渣，黏度高、表面張力小和渣金兩相粘附功小的結晶器保護渣是有利的，而欲保證其潤滑效果，黏度低、表面張力大和渣金兩相粘附功大的結晶器保護渣是有利的，也就是說，抑制卷渣和保障潤滑二者對結晶器保護渣性質的要求是矛盾的。

因此，針對上述的矛盾成為目前亟需解決的問題。