一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法，屬于鋼鐵冶金【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的步驟為：步驟一、高爐煉鐵；步驟二、轉(zhuǎn)爐冶煉并進(jìn)行精煉；步驟三、超聲波連鑄，經(jīng)過步驟二精煉之后的鋼水在連鑄過程中采用水平連鑄結(jié)晶器，在水平連鑄結(jié)晶器上產(chǎn)生超聲波振動。本發(fā)明中無需依靠結(jié)晶器的機械振動，而僅僅依靠超聲波振動力使初生坯殼與結(jié)晶器內(nèi)壁自動“脫模”，從而消除或減少不銹鋼鑄坯表面缺陷的產(chǎn)生；結(jié)晶器側(cè)壁上施加的超聲波還可以直接穿透到不銹鋼鑄坯內(nèi)部，使鑄坯內(nèi)部剛剛結(jié)晶形成的金屬枝晶斷裂，從而在鑄坯內(nèi)部形成大量的異質(zhì)形核核心，促進(jìn)鑄坯中等軸晶的發(fā)展，進(jìn)而提高后續(xù)金屬制品的質(zhì)量。
【專利說明】一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼鐵冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]不銹鋼(Stainless Steel)是不銹耐酸鋼的簡稱,耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)或具有不銹性的鋼種稱為不銹鋼；而將耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕(酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕)的鋼種稱為耐酸鋼。由于兩者在化學(xué)成分上的差異而使他們的耐蝕性不同，普通不銹鋼一般不耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕，而耐酸鋼則一般均具有不銹性。
[0003]不銹鋼在生產(chǎn)過程中，一般都是采用連鑄設(shè)備得到鋼坯，以便于運輸和后續(xù)使用。結(jié)晶器是連鑄設(shè)備中一個重要的部件，被譽為連鑄機的“心臟”。連鑄過程中，鋼水在結(jié)晶器中初步凝固成型形成一定厚度的坯殼，同時保持鋼水(坯殼)與結(jié)晶器之間存在連續(xù)的相對運動，使從結(jié)晶器拉出來的鑄坯不僅具有一定的厚度，而且保證鑄坯在機械應(yīng)力和熱應(yīng)力的綜合作用下既不會被拉斷，也不會產(chǎn)生歪扭變形和裂紋等質(zhì)量缺陷。因此結(jié)晶器的運行及設(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)對提高不銹鋼鑄坯質(zhì)量至關(guān)重要。
[0004]在不銹鋼連鑄生產(chǎn)時，結(jié)晶器一直在振動，其目的是使結(jié)晶器內(nèi)壁獲得良好的潤滑條件，減少鑄坯與結(jié)晶器內(nèi)壁之間的摩擦力又能防止鋼水與內(nèi)壁黏結(jié)，但由于結(jié)晶器的振動，在鑄坯表面會形成明顯的振痕。振痕平均深達(dá)0.5mm,且振痕彎曲，有些鋼種鑄坯表面振痕深度達(dá)0.5?0.7mm。鑄坯表面形成振痕的原因是鑄坯在負(fù)滑移期間，向下振動的速度大于拉坯速度時，彎月面會被保護(hù)渣中產(chǎn)生的正壓力推向鋼液中形成振痕。在正滑脫期間，當(dāng)初始凝固坯殼強度不大，保護(hù)渣中形成的負(fù)壓力和波動鋼液的慣性力將坯殼推向結(jié)晶器內(nèi)壁，導(dǎo)致初始凝固坯殼彎曲或重疊，形成不帶鉤狀的振痕。當(dāng)初始凝固坯殼的厚度較大，強度高的時候，初始凝固坯殼不能推向結(jié)晶器內(nèi)壁，因此鋼液會覆蓋在彎月面上，形成一種帶鉤狀的振痕。有些鑄坯靠近角部區(qū)域出現(xiàn)縱向凹陷，最深處達(dá)到3.5?4.0mm，且凹陷部位有粘渣現(xiàn)象。不修改鑄坯表面的振痕谷底處常伴有肉眼可見微裂紋，微裂紋形成后在外部因素的作用下可導(dǎo)致裂紋的擴(kuò)展。
[0005]關(guān)于超聲波振動應(yīng)用于連鑄結(jié)晶器的技術(shù)方案已經(jīng)公開，如中國專利申請?zhí)?201010251566.3,申請日:2010-08_05，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:一種采用超聲波振動的連鑄結(jié)晶器裝置，該申請案公開了一種采用超聲波振動的連鑄結(jié)晶器裝置，該連鑄結(jié)晶器裝置包括中間包、結(jié)晶器、結(jié)晶器銅板、超聲波導(dǎo)波桿、換能器、超聲波電源，所述結(jié)晶器與中間包直接連接，在所述結(jié)晶器銅板的每個背面分別安裝超聲波導(dǎo)波桿，所述超聲波導(dǎo)波桿與換能器相連，換能器通過電纜和超聲波電源相連，在所述結(jié)晶器銅板四周設(shè)有冷卻水水箱，所述超聲波導(dǎo)波桿穿過冷卻水水箱與結(jié)晶器銅板垂直相連，所述超聲波導(dǎo)波桿的長度為采用的超聲波波長的整數(shù)倍或半波長的整數(shù)倍。該申請案是本發(fā)明專利發(fā)明人所在課題組研究的課題成果之一，其中公開了如下技術(shù)手段:每平方米結(jié)晶器銅板上，超聲波高頻脈沖電源的輸出功率為:1000?10000W/m2，頻率為15?60KHz，該申請案中的技術(shù)方案是基于實驗室的實驗結(jié)論得出的，但是該申請案的技術(shù)方案在工業(yè)現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)其效果并不理想，尤其針對不銹鋼連鑄過程中，該技術(shù)方案無法達(dá)到預(yù)期的效果，該申請案引導(dǎo)連鑄技術(shù)人員在工藝控制上應(yīng)該注意把握每平方米結(jié)晶器銅板上的輸出功率和頻率，但是本發(fā)明專利申請顛覆了這一設(shè)計思路。
[0006]此外，關(guān)于采用超聲波技術(shù)改善鑄坯凝固組織的技術(shù)方案也有類似公開，如中國專利申請?zhí)?200810023282.1，申請日:2008-04_07，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:一種超聲波直接引入鋼液改善鋼質(zhì)量的方法，該申請案的方法是:鋼樣在設(shè)定的溫度下熔化后，選用合適的超聲波工具頭，采用上部導(dǎo)入法將超聲波直接引入鋼液進(jìn)行超聲處理。關(guān)于改善鑄坯凝固組織的技術(shù)方案還有中國專利申請?zhí)?200510039030.4，申請日:2005-04_25，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:一種用于連鑄機控制鑄坯凝固結(jié)構(gòu)的方法，該申請案公開了一種用于連鑄機控制鑄坯凝固結(jié)構(gòu)的方法，在連鑄機的結(jié)晶器或中間包的鋼水中，插入一根電極，該電極通過電纜連接到高頻電源輸出的負(fù)極，高頻脈沖電源的正極用電纜連接到連鑄機的鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在連鑄機正常澆鑄時，合上高頻脈沖電源，將高頻脈沖電源的輸出電壓、電流、頻率調(diào)至一定值，高頻脈沖電場開始對連鑄坯的凝固組織進(jìn)行處理。這兩個申請案都是近些年本發(fā)明專利發(fā)明人所在課題組研究的課題成果，但是如何在工業(yè)現(xiàn)場的連鑄過程中同時控制不銹鋼鑄坯表面形成的振痕及鑄坯凝固組織，這是困擾發(fā)明人多年的技術(shù)難題，也是困擾超聲波技術(shù)應(yīng)用于連鑄工序的重大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中不銹鋼在連鑄時鑄坯表面易形成明顯振痕的不足，提供了一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，不僅可以解決不銹鋼在工業(yè)現(xiàn)場連鑄過程中出現(xiàn)的鑄坯表面振痕，而且能夠改善鑄坯凝固組織。
[0009]2.技術(shù)方案
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0011]本發(fā)明的一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法，其步驟為:
[0012]步驟一、聞爐煉鐵
[0013]高爐鐵水的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為:C、3.2~3.8% ;S1、0.30~0.50 % ;P、
0.080~0.150% ;S、≤0.10%，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)；
[0014]步驟二、轉(zhuǎn)爐冶煉并進(jìn)行精煉
[0015]精煉后鋼水的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為:C、0.03~0.08% ;S1、0.40~0.72% ；Mn,0.36 ~0.97% ;P、≤ 0.032% ;S、≤ 0.025% ；CrU7.20 ~18.00% ;Ν、0.04 ~0.08% ；Mo,0.6~0.8% ;Nb、0.02~0.04% ;T1、0.09~0.19%，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)，其中:Ti%> 3XNb% +1/2XN% ；
[0016]步驟三、超聲波連鑄
[0017]經(jīng)過步驟二精煉之后的鋼水在連鑄過程中采用水平連鑄結(jié)晶器，在水平連鑄結(jié)晶器上產(chǎn)生超聲波振動。
[0018]優(yōu)選地，經(jīng)過步驟二精煉之后的鋼水從鋼包的底部，流經(jīng)長水口注入到中間包中，中間包的一側(cè)壁開設(shè)有鋼水出口，該鋼水出口與水平連鑄結(jié)晶器相連接，所述的水平連鑄結(jié)晶器的外周設(shè)置有結(jié)晶器冷卻水箱，上述的水平連鑄結(jié)晶器包括結(jié)晶器底部銅板、結(jié)晶器頂部銅板、結(jié)晶器第一側(cè)銅板和結(jié)晶器第二側(cè)銅板，上述的結(jié)晶器底部銅板、結(jié)晶器頂部銅板、結(jié)晶器第一側(cè)銅板、結(jié)晶器第二側(cè)銅板圍成矩形的結(jié)晶器內(nèi)腔，該結(jié)晶器內(nèi)腔呈水平設(shè)置，結(jié)晶器內(nèi)腔的一端與中間包側(cè)壁的鋼水出口相連通，結(jié)晶器內(nèi)腔的另一端與外部空間相連通；
[0019]所述的結(jié)晶器頂部銅板向結(jié)晶器底部銅板傾斜設(shè)置，該結(jié)晶器頂部銅板與水平面的夾角為0.3?0.6° ;所述的結(jié)晶器底部銅板外側(cè)壁設(shè)置有底部超聲波導(dǎo)桿，該底部超聲波導(dǎo)桿的導(dǎo)波端與結(jié)晶器底部銅板外側(cè)壁相接觸，該底部超聲波導(dǎo)桿的另一端穿過結(jié)晶器冷卻水箱；所述的結(jié)晶器頂部銅板外側(cè)壁設(shè)置有頂部超聲波導(dǎo)桿，該頂部超聲波導(dǎo)桿的導(dǎo)波端與結(jié)晶器頂部銅板外側(cè)壁相接觸，該頂部超聲波導(dǎo)桿的另一端穿過結(jié)晶器冷卻水箱；所述的結(jié)晶器第一側(cè)銅板外側(cè)壁設(shè)置有第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿，該第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿的導(dǎo)波端與結(jié)晶器第一側(cè)銅板外側(cè)壁相接觸，該第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿的另一端穿過結(jié)晶器冷卻水箱；所述的結(jié)晶器第二側(cè)銅板外側(cè)壁設(shè)置有第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿，該第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿的導(dǎo)波端與結(jié)晶器第二側(cè)銅板外側(cè)壁相接觸，該第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿的另一端穿過結(jié)晶器冷卻水箱；上述的底部超聲波導(dǎo)桿、頂部超聲波導(dǎo)桿、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿分別與各自的換能器相連，換能器通過電纜與各自的超聲波電源相連，其中:
[0020]底部超聲波導(dǎo)桿使用的超聲波功率為Pl，Pl = AX200W,
[0021]底部超聲波導(dǎo)桿使用的超聲波頻率為Fl，F(xiàn)l = AX23KHZ ；
[0022]式中:
[0023]A 為超聲波系數(shù)，A = (C+Si) /0.5+Mn/3+ (Cr+Mo)/10+ (Nb+Ti) /2 ；
[0024]頂部超聲波導(dǎo)桿使用的超聲波功率為P2，P2 = P1X0.83，
[0025]頂部超聲波導(dǎo)桿使用的超聲波頻率為F2，F(xiàn)2 = Fl X 0.94 ；
[0026]第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿使用的超聲波功率均為P34，P34 =P1X0.95,
[0027]第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿使用的超聲波頻率均為F34，F(xiàn)34 =F1X1.02。
[0028]優(yōu)選地，所述的底部超聲波導(dǎo)桿、頂部超聲波導(dǎo)桿、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿的冷卻采用結(jié)晶器冷卻水箱內(nèi)的冷卻水進(jìn)行冷卻。
[0029]優(yōu)選地，所述的底部超聲波導(dǎo)桿、頂部超聲波導(dǎo)桿、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿分別與相接觸的結(jié)晶器底部銅板、結(jié)晶器頂部銅板、結(jié)晶器第一側(cè)銅板、結(jié)晶器第二側(cè)銅板相垂直接觸。
[0030]優(yōu)選地，所述的底部超聲波導(dǎo)桿、頂部超聲波導(dǎo)桿、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿的長度為各自采用的超聲波波長的整數(shù)倍或半波長的整數(shù)倍。
[0031]優(yōu)選地，所述的底部超聲波導(dǎo)桿、頂部超聲波導(dǎo)桿、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿的材質(zhì)為鋁鎂合金或鈦合金。
[0032]3.有益效果
[0033]采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著效果:
[0034](I)本發(fā)明的一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法，在連鑄過程中采用水平連鑄結(jié)晶器，在水平連鑄結(jié)晶器上產(chǎn)生超聲波振動，且水平連鑄結(jié)晶器四側(cè)壁的波導(dǎo)桿采用特定的功率和頻率，從而使得在水平連鑄結(jié)晶器的側(cè)壁上施加超聲波振動，在水平連鑄結(jié)晶器的內(nèi)壁和初生坯殼之間產(chǎn)生一個張力，無需依靠結(jié)晶器的機械振動，而僅僅依靠超聲波振動力使初生坯殼與結(jié)晶器內(nèi)壁自動“脫?！?，從而消除或減少不銹鋼鑄坯表面缺陷的產(chǎn)生；結(jié)晶器側(cè)壁上施加的超聲波還可以直接穿透到不銹鋼鑄坯內(nèi)部，使鑄坯內(nèi)部剛剛結(jié)晶形成的金屬枝晶斷裂，從而在鑄坯內(nèi)部形成大量的異質(zhì)形核核心，促進(jìn)鑄坯中等軸晶的發(fā)展，進(jìn)而提高后續(xù)金屬制品的質(zhì)量；
[0035](2)本發(fā)明的一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法，使得在工業(yè)現(xiàn)場超聲波振動式結(jié)晶器成功使用，必將推動相關(guān)的連鑄新技術(shù)研究，推動水平連鑄技術(shù)發(fā)展，降低連鑄機的高度，節(jié)約大量投資，對促進(jìn)連鑄技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明中水平連鑄系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2為本發(fā)明中水平連鑄結(jié)晶器的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]示意圖中的標(biāo)號說明:1、鋼包；2、中間包；3、水平連鑄結(jié)晶器；4、結(jié)晶器冷卻水箱；51、底部超聲波導(dǎo)桿；52、頂部超聲波導(dǎo)桿；53、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿；54、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿；61、結(jié)晶器底部銅板；62、結(jié)晶器頂部銅板；63、結(jié)晶器第一側(cè)銅板；64、結(jié)晶器第二側(cè)銅板。
【具體實施方式】
[0039]為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。
[0040]實施例1
[0041]結(jié)合圖1和圖2,本實施例中的一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法，其步驟為:
[0042]步驟一、高爐煉鐵
[0043]高爐鐵水的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為如下均可:C、3.2?3.8% ;S1、0.30?
0.50% ;P、0.080?0.150% ;S、< 0.10%，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。具體在本實施例中高爐鐵水的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為:C,3.5% ;S1、0.40% ;Ρ、0.120% ;S、0.10%，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
[0044]步驟二、轉(zhuǎn)爐冶煉并進(jìn)行精煉
[0045]在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，通過氧槍向轉(zhuǎn)爐中吹氧氣，開始吹氧冶煉槍位為1500_，吹氧8min后,提高槍位60mm,同時降低吹氧壓力至0.70MPa,總吹氧時間為12min。在吹氧的初期和中期，將氧氣的流量控制為25000Nm3/h，在以吹入氧氣的總量為基準(zhǔn)，吹氧量為89%時，將氧氣的流量控制為20000Nm3/h。鋼水精煉采用LF精煉:經(jīng)過轉(zhuǎn)爐冶煉過的鋼水進(jìn)行LF精煉，其中LF精煉過程全程吹氬，進(jìn)LF精煉站的前期控制氬氣為48L/min，中后期控制氬氣為22L/min,后期軟吹控制為9L/min,本實施例的吹気制度可有效去除鋼液內(nèi)的氣體,避免連鑄過程中的鑄坯表面缺陷產(chǎn)生。將精煉好的過熱度為35°C的鋼水通過行車調(diào)至連鑄工位的鋼包回轉(zhuǎn)臺，通過長水口注入到中間包2中，中間包覆蓋劑各成分的質(zhì)量百分含量為:CaCHSiO2 為 71%、Al2O3 為 7.0%、MgO 為 8.0%、Na2O 為 3.0 %、碳為 0.5 %、輕質(zhì)耐火材料為6.0 %、粘結(jié)劑為2.0 %、水分為0.3%，余量為不可避免的雜質(zhì)，并將鋼水送入水平連鑄結(jié)晶器3中，本實施例中的中間包覆蓋劑能夠保證鋼水在中間包2內(nèi)不受外界氣氛的侵入，尤其是可以避免氣體進(jìn)入鋼液，可進(jìn)一步避免連鑄過程中的鑄坯表面缺陷產(chǎn)生。
[0046]精煉后鋼水的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為如下均可:C、0.03~0.08% ;S1、0.40~0.72% ;Μη、0.36 ~0.97% ;Ρ、≤ 0.032% ;S、≤ 0.025% ；CrU7.20 ~18.00% ;Ν、0.04 ~0.08% ;Μο、0.6 ~0.8% ;Nb、0.02 ~0.04% ;T1、0.09 ~0.19%，其余為 Fe 與不可避免的雜質(zhì)，其中:Ti%≥ 3XNb% +1/2XN%。本發(fā)明中采用的這種不銹鋼鋼種成分，有利于在連鑄過程中通過超聲波處理達(dá)到消除或減少不銹鋼鑄坯表面缺陷的目的，尤其是其中的T1、Nb及N的成分控制。具體在本實施例中精煉后鋼水的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為:C、0.05%；Si,0.52%；Mn,0.67%；P,0.028%；S,0.022%；CrU7.60%；N,0.06%；Mo,0.7%；Nb,0.03%；T1、0.15%，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
[0047]步驟三、超聲波連鑄
[0048]經(jīng)過步驟二精煉之后的鋼水在連鑄過程中采用水平連鑄結(jié)晶器3，在水平連鑄結(jié)晶器3上產(chǎn)生超聲波振動，具體在本實施例中如圖1和圖2所示:經(jīng)過步驟二精煉之后的鋼水從鋼包I的底部，流經(jīng)長水口注入到中間包2中，中間包2的一側(cè)壁開設(shè)有鋼水出口，該鋼水出口與水平連鑄結(jié)晶器3相連接，所述的水平連鑄結(jié)晶器3的外周設(shè)置有結(jié)晶器冷卻水箱4，上述的水平連鑄結(jié)晶器3包括結(jié)晶器底部銅板61、結(jié)晶器頂部銅板62、結(jié)晶器第一側(cè)銅板63和結(jié)晶器第二側(cè)銅板64，上述的結(jié)晶器底部銅板61、結(jié)晶器頂部銅板62、結(jié)晶器第一側(cè)銅板63、結(jié)晶器第二側(cè)銅板64圍成矩形的結(jié)晶器內(nèi)腔，該結(jié)晶器內(nèi)腔呈水平設(shè)置，結(jié)晶器內(nèi)腔的一端與中間包2側(cè)壁的鋼水出口相連通，結(jié)晶器內(nèi)腔的另一端與外部空間相連通。
[0049]本實施例中的結(jié)晶器頂部銅板62向結(jié)晶器底部銅板61傾斜設(shè)置，該結(jié)晶器頂部銅板62與水平面的夾角為0.5°，本發(fā)明中設(shè)計結(jié)晶器頂部銅板62與水平面呈一定夾角，是因為鋼水在凝固過程中會產(chǎn)生收縮，在自身重力的作用下會與結(jié)晶器頂部銅板62自動分離，如果結(jié)晶器頂部銅板62不向結(jié)晶器底部銅板61傾斜一定角度，則難以將頂部超聲波導(dǎo)桿52的超聲波導(dǎo)入到水平連鑄結(jié)晶器3內(nèi)部，從而導(dǎo)致水平連鑄結(jié)晶器3上側(cè)壁的超聲波工藝參數(shù)無法控制。如圖2所示，結(jié)晶器底部銅板61外側(cè)壁設(shè)置有底部超聲波導(dǎo)桿51，該底部超聲波導(dǎo)桿51的導(dǎo)波端與結(jié)晶器底部銅板61外側(cè)壁相接觸,該底部超聲波導(dǎo)桿51的另一端穿過結(jié)晶器冷卻水箱4 ;所述的結(jié)晶器頂部銅板62外側(cè)壁設(shè)置有頂部超聲波導(dǎo)桿52，該頂部超聲波導(dǎo)桿52的導(dǎo)波端與結(jié)晶器頂部銅板62外側(cè)壁相接觸，該頂部超聲波導(dǎo)桿52的另一端穿過結(jié)晶器冷卻水箱4 ;所述的結(jié)晶器第一側(cè)銅板63外側(cè)壁設(shè)置有第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53,該第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53的導(dǎo)波端與結(jié)晶器第一側(cè)銅板63外側(cè)壁相接觸,該第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53的另一端穿過結(jié)晶器冷卻水箱4 ;所述的結(jié)晶器第二側(cè)銅板64外側(cè)壁設(shè)置有第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54，該第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54的導(dǎo)波端與結(jié)晶器第二側(cè)銅板64外側(cè)壁相接觸，該第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54的另一端穿過結(jié)晶器冷卻水箱4 ;上述的底部超聲波導(dǎo)桿51、頂部超聲波導(dǎo)桿52、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54分別與各自的換能器相連，換能器通過電纜與各自的超聲波電源相連。為了對導(dǎo)波桿進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s，本實施例中的底部超聲波導(dǎo)桿51、頂部超聲波導(dǎo)桿52、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54的冷卻采用結(jié)晶器冷卻水箱4內(nèi)的冷卻水進(jìn)行冷卻。此外，本實施例中的底部超聲波導(dǎo)桿51、頂部超聲波導(dǎo)桿52、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54分別與相接觸的結(jié)晶器底部銅板61、結(jié)晶器頂部銅板62、結(jié)晶器第一側(cè)銅板63、結(jié)晶器第二側(cè)銅板64相垂直接觸；底部超聲波導(dǎo)桿51、頂部超聲波導(dǎo)桿52、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54的長度為各自采用的超聲波波長的整數(shù)倍或半波長的整數(shù)倍；底部超聲波導(dǎo)桿51、頂部超聲波導(dǎo)桿52、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54的材質(zhì)為鈦合金。
[0050]本實施例的不銹鋼澆注溫度為1535°C，拉速為1.lm/min，連鑄過程中的超聲波工藝參數(shù)控制如下:
[0051]底部超聲波導(dǎo)桿51使用的超聲波功率為Pl，Pl = AX200W,
[0052]底部超聲波導(dǎo)桿51使用的超聲波頻率為Fl，F(xiàn)l = AX23KHz ；
[0053]式中:A為超聲波系數(shù)，A = (C+Si)/0.5+Mn/3+ (Cr+Mo) /10+ (Nb+Ti) /2 ；
[0054]頂部超聲波導(dǎo)桿52使用的超聲波功率為P2，P2 = P1X0.83，
[0055]頂部超聲波導(dǎo)桿52使用的超聲波頻率為F2，F(xiàn)2 = Fl X 0.94 ；
[0056]第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54使用的超聲波功率均為P34，P34 =P1X0.95,
[0057]第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54使用的超聲波頻率均為F34，F(xiàn)34=Fl X 1.02。具體在本實施例中精煉后鋼水的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為:C、0.05% ;S1、
0.52% ;Μη、0.67% ;Ρ、0.028% ;S、0.022% ；CrU7.60% ;Ν、0.06% ;Mo、0.7% ;Nb、0.03% ；T1、0.15%，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。因此，超聲波系數(shù)A= (C+Si)/0.5+Mn/3+(Cr+Mο)/10+(Nb+Ti)/2 = (0.05+0.52)/0.5+0.67/3+(17.60+0.7)/10+(0.03+0.15)/2 = 3.28，由此可得:
[0058]底部超聲波導(dǎo)桿51使用的超聲波功率為Pl，Pl = AX200W = 656W ；
[0059]底部超聲波導(dǎo)桿51使用的超聲波頻率為Fl，F(xiàn)l = AX23KHz = 75KHz ；
[0060]頂部超聲波導(dǎo)桿52使用的超聲波功率為P2，P2 = Pl X0.83 = 544W ；
[0061]頂部超聲波導(dǎo)桿52使用的超聲波頻率為F2，F(xiàn)2 = Fl X 0.94 = 7IKHz ；
[0062]第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54使用的超聲波功率均為P34 =Pl X 0.95 = 623W ；
[0063]第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54使用的超聲波頻率均為F34，F(xiàn)34 =F1X 1.02 = 77KHz。
[0064]在連鑄機正常澆注時，合上超聲波電源，將超聲波輸出功率和頻率調(diào)至本實施例計算的值，底部超聲波導(dǎo)桿51、頂部超聲波導(dǎo)桿52、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54就可以在水平連鑄結(jié)晶器3側(cè)壁上產(chǎn)生強烈的沖擊作用，消除了水平連鑄結(jié)晶器3內(nèi)鋼水凝固坯殼與內(nèi)壁的粘結(jié)，同時在鑄坯內(nèi)部形成大量的異質(zhì)形核核心，促進(jìn)鑄坯中等軸晶的發(fā)展。本實施例中的不銹鋼鋼坯出水平連鑄結(jié)晶器3后，用冷卻水噴在不銹鋼鋼坯上，進(jìn)行強制快速冷卻，將中間包2內(nèi)的鋼液全部拉成一根鋼坯后，結(jié)束澆注。
[0065]總所周知，為了減輕結(jié)晶器振動給不銹鋼鑄坯帶來的缺陷，改善鑄坯表面質(zhì)量，減小振痕深度，人們一直都在對結(jié)晶器的振動進(jìn)行深入細(xì)致的研究。但是，結(jié)晶器振動方式的改進(jìn)解決不了鑄坯固有的振動缺陷，所以人們一直在不斷地開發(fā)新型結(jié)構(gòu)的結(jié)晶器。本發(fā)明提出的基于超聲波振動式的水平連鑄結(jié)晶器3突破了傳統(tǒng)的機械振動的限制，本發(fā)明通過對大量實驗數(shù)據(jù)的分析總結(jié)確定了超聲波系數(shù)的具體計算方式，而且從水平連鑄結(jié)晶器3的各個側(cè)壁綜合控制超聲波的工藝參數(shù)，是將超聲波振動應(yīng)用于工業(yè)連鑄生產(chǎn)的一項新的結(jié)晶器振動技術(shù)，它有利于促進(jìn)沒有振痕等表面缺陷的無缺陷連鑄坯生產(chǎn)。此外，水平連鑄結(jié)晶器3側(cè)壁上施加的超聲波還可以直接穿透到不銹鋼鑄坯內(nèi)部，使鑄坯內(nèi)部剛剛結(jié)晶形成的金屬枝晶斷裂，從而在鑄坯內(nèi)部形成大量的異質(zhì)形核核心，促進(jìn)鑄坯中等軸晶的發(fā)展，進(jìn)而提高后續(xù)金屬制品的質(zhì)量。本實施例的不銹鋼鑄坯經(jīng)表面缺陷檢測，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)振痕，且改善了凝固組織，提高了鑄坯質(zhì)量。
[0066]實施例2
[0067]本實施例的一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法，其步驟同實施例1，不同之處在于:
[0068]步驟一中高爐鐵水的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為:C、3.2% ;S1、0.50% ;P、0.080% ；S、0.10%，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
[0069]步驟二中精煉后鋼水的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為:C、0.03% ；Si,0.72% ;Mn、
0.36% ;Ρ、0.032% ;S、0.025% ；CrU7.20% ;Ν、0.08% ;Mo、0.6% ;Nb、0.04% ;T1、0.19%,
其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
[0070]步驟三的超聲波連鑄過程中，結(jié)晶器頂部銅板62向結(jié)晶器底部銅板61傾斜設(shè)置，該結(jié)晶器頂部銅板62與水平面的夾角為0.3°，且底部超聲波導(dǎo)桿51、頂部超聲波導(dǎo)桿52、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54的材質(zhì)為招鎂合金。
[0071]具體在本實施例中精煉后鋼水的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為:C、0.03% ;S1、
0.72% ;Μη、0.36% ;Ρ、0.032% ;S、0.025% ；CrU7.20% ;N、0.08% ;Mo、0.6% ;Nb、0.04% ；T1、0.19%，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。因此，超聲波系數(shù)A= (C+Si)/0.5+Mn/3+(Cr+Mο)/10+(Nb+Ti)/2 = 3.52，由此可得:
[0072]底部超聲波導(dǎo)桿51使用的超聲波功率為Pl，Pl = AX200W = 704W ；
[0073]底部超聲波導(dǎo)桿51使用的超聲波頻率為Fl，F(xiàn)l = AX23KHz = 8IKHz ；
[0074]頂部超聲波導(dǎo)桿52使用的超聲波功率為P2，P2 = Pl X0.83 = 584W ；
[0075]頂部超聲波導(dǎo)桿52使用的超聲波頻率為F2，F(xiàn)2 = Fl X 0.94 = 76KHz ；
[0076]第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54使用的超聲波功率均為P34，P34 =Pl X 0.95 = 669W ；
[0077]第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54使用的超聲波頻率均為F34，F(xiàn)34 =F1X1.02 = 83KHz。
[0078]本實施例的不銹鋼鑄坯經(jīng)表面缺陷檢測，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)振痕，且改善了凝固組織，提聞了鑄還質(zhì)量。
[0079]實施例3
[0080]本實施例的一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法，其步驟同實施例1，不同之處在于:
[0081]步驟一中高爐鐵水的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為:C、3.8% ;S1、0.30% ;P、0.150% ；
S、0.10%，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
[0082]步驟二中精煉后鋼水的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為:C、0.08% ；Si,0.40% ;Mn、
0.97% ;Ρ、0.030% ;S、0.024% ；CrU8.00% ;Ν、0.04% ;Mo、0.8% ;Nb、0.02% ;T1、0.09%,
其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。[0083]步驟三的超聲波連鑄過程中，結(jié)晶器頂部銅板62向結(jié)晶器底部銅板61傾斜設(shè)置，該結(jié)晶器頂部銅板62與水平面的夾角為0.6°。
[0084]具體在本實施例中精煉后鋼水的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為:C、0.08% ;S1、
0.40% ;Μη、0.97% ;Ρ、0.030% ;S、0.024% ；CrU8.00% ;Ν、0.04% ;Mo、0.8% ;Nb、0.02% ；T1、0.09%，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。因此，超聲波系數(shù)A= (C+Si)/0.5+Mn/3+(Cr+Mο)/10+(Nb+Ti)/2 = 3.22，由此可得:
[0085]底部超聲波導(dǎo)桿51使用的超聲波功率為Pl，Pl = AX200W = 644W ；
[0086]底部超聲波導(dǎo)桿51使用的超聲波頻率為Fl，F(xiàn)l = AX23KHz = 74KHz ；
[0087]頂部超聲波導(dǎo)桿52使用的超聲波功率為P2，P2 = Pl X0.83 = 534W ；
[0088]頂部超聲波導(dǎo)桿52使用的超聲波頻率為F2，F(xiàn)2 = Fl X 0.94 = 70KHz ；
[0089]第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54使用的超聲波功率均為P34，P34 =P1X0.95 = 612W ；
[0090]第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿53、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿54使用的超聲波頻率均為F34，F(xiàn)34 =F1X1.02 = 76KHz。
[0091]本實施例的不銹鋼鑄坯經(jīng)表面缺陷檢測，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)振痕，且改善了凝固組織，提聞了鑄還質(zhì)量。
【權(quán)利要求】
1.一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法，其特征在于，其步驟為: 步驟一、高爐煉鐵 高爐鐵水的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為:c、3.2~3.8%；Si,0.30 ~ 0.50% ;Ρ、0.080~0.150% ;S、≤0.10%，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)； 步驟二、轉(zhuǎn)爐冶煉并進(jìn)行精煉 精煉后鋼水的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為:c、0.03~0.08% ;S1、0.40~0.72% ;Mn、0.36 ~0.97% ;P、≤ 0.032% ;S、≤ 0.025% ；CrU7.20 ~18.00% ;Ν、0.04 ~0.08% ;Μο、0.6~0.8% ;Nb、0.02~0.04% ;T1、0.09~0.19%，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)，其中:Ti%^ 3XNb% +1/2XN% ； 步驟三、超聲波連鑄 經(jīng)過步驟二精煉之后的鋼水在連鑄過程中采用水平連鑄結(jié)晶器(3)，在水平連鑄結(jié)晶器(3)上產(chǎn)生超聲波振動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法，其特征在于:經(jīng)過步驟二精煉之后的鋼水從鋼包(I)的底部，流經(jīng)長水口注入到中間包(2)中，中間包⑵的一側(cè)壁開設(shè)有鋼水出口，該鋼水出口與水平連鑄結(jié)晶器⑶相連接，所述的水平連鑄結(jié)晶器⑶的外周設(shè)置有結(jié)晶器冷卻水箱(4)，上述的水平連鑄結(jié)晶器(3)包括結(jié)晶器底部銅板(61)、結(jié)晶器頂部銅板(62)、結(jié)晶器第一側(cè)銅板(63)和結(jié)晶器第二側(cè)銅板(64)，上述的結(jié)晶器底部銅板 (61)、結(jié)晶器頂部銅板(62)、結(jié)晶器第一側(cè)銅板(63)、結(jié)晶器第二側(cè)銅板(64)圍成矩形的結(jié)晶器內(nèi)腔，該結(jié)晶器內(nèi)腔呈水平設(shè)置，結(jié)晶器內(nèi)腔的一端與中間包(2)側(cè)壁的鋼水出口相連通，結(jié)晶器內(nèi)腔的另一端與外部空間相連通； 所述的結(jié)晶器頂部銅板(62)向結(jié)晶器底部銅板(61)傾斜設(shè)置，該結(jié)晶器頂部銅板(62)與水平面的夾角為0.3~0.6° ;所述的結(jié)晶器底部銅板(61)外側(cè)壁設(shè)置有底部超聲波導(dǎo)桿(51)，該底部超聲波導(dǎo)桿(51)的導(dǎo)波端與結(jié)晶器底部銅板(61)外側(cè)壁相接觸，該底部超聲波導(dǎo)桿(51)的另一端穿過結(jié)晶器冷卻水箱(4);所述的結(jié)晶器頂部銅板(62)外側(cè)壁設(shè)置有頂部超聲波導(dǎo)桿(52)，該頂部超聲波導(dǎo)桿(52)的導(dǎo)波端與結(jié)晶器頂部銅板(62)外側(cè)壁相接觸，該頂部超聲波導(dǎo)桿(52)的另一端穿過結(jié)晶器冷卻水箱(4);所述的結(jié)晶器第一側(cè)銅板(63)外側(cè)壁設(shè)置有第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿(53)，該第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿(53)的導(dǎo)波端與結(jié)晶器第一側(cè)銅板(63)外側(cè)壁相接觸，該第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿(53)的另一端穿過結(jié)晶器冷卻水箱(4);所述的結(jié)晶器第二側(cè)銅板(64)外側(cè)壁設(shè)置有第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿(54)，該第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿(54)的導(dǎo)波端與結(jié)晶器第二側(cè)銅板(64)外側(cè)壁相接觸，該第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿(54)的另一端穿過結(jié)晶器冷卻水箱(4);上述的底部超聲波導(dǎo)桿(51)、頂部超聲波導(dǎo)桿(52)、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿(53)、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿(54)分別與各自的換能器相連,換能器通過電纜與各自的超聲波電源相連，其中: 底部超聲波導(dǎo)桿(51)使用的超聲波功率為Pl，Pl = AX200W, 底部超聲波導(dǎo)桿(51)使用的超聲波頻率為Fl，F(xiàn)l = AX23KHZ ； 式中:
A 為超聲波系數(shù)，A = (C+Si)/0.5+Mn/3+ (Cr+Mo) /10+ (Nb+Ti) /2 ； 頂部超聲波導(dǎo)桿(52)使用的超聲波功率為P2，P2 = P1X0.83， 頂部超聲波導(dǎo)桿(52)使用的超聲波頻率為F2，F(xiàn)2 = Fl X 0.94 ；第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿(53)、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿(54)使用的超聲波功率均為P34，P34 =P1X0.95, 第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿(53)、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿(54)使用的超聲波頻率均為F34，F(xiàn)34 =F1X1.02。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的底部超聲波導(dǎo)桿(51)、頂部超聲波導(dǎo)桿(52)、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿(53)、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿(54)的冷卻采用結(jié)晶器冷卻水箱(4)內(nèi)的冷卻水進(jìn)行冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的底部超聲波導(dǎo)桿(51)、頂部超聲波導(dǎo)桿(52)、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿(53)、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿(54)分別與相接觸的結(jié)晶器底部銅板(61)、結(jié)晶器頂部銅板(62)、結(jié)晶器第一側(cè)銅板(63)、結(jié)晶器第二側(cè)銅板(64)相垂直接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的底部超聲波導(dǎo)桿(51)、頂部超聲波導(dǎo)桿(52)、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿(53)、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿(54)的長度為各自采用的超聲波波長的整數(shù)倍或半波長的整數(shù)倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于超聲波振動式結(jié)晶器的不銹鋼生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的底部超聲波導(dǎo)桿(51)、頂部超聲波導(dǎo)桿(52)、第一側(cè)超聲波導(dǎo)桿(53)、第二側(cè)超聲波導(dǎo)桿(54)的材質(zhì)為鋁鎂合金或鈦合金。
【文檔編號】C22C33/04GK104001881SQ201410284167
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】王建軍, 周俐, 王海軍, 常立忠, 蒙李朋 申請人:安徽工業(yè)大學(xué)