[发明专利]一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法

说明书

本发明提供了一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法，涉及钢铁冶金技术领域，能够提高磁搅拌浇铸工艺下铸坯溶质分布的均匀性，改善或消除磁搅拌引起的溶质负偏析缺陷；该装置在搅拌器区域设置能够根据不同搅拌位置的热状态进行冷却参数调控的铸坯冷却系统；通过调控铸坯冷却系统的冷却参数调控铸坯凝固速率；通过调控所述铸坯凝固速率改善连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷；该装置由喷嘴、气路管道、水路管道，以及设置于水、气管道上的流量计和阀门组成。本发明提供的技术方案适用于钢铁冶金的连铸过程中。

【技术领域】

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法。

【背景技术】

连铸是钢水凝固成型的最主要技术手段，全球95％以上的粗钢均是通过连铸方式生产的。对于棒材、管材、线材、型钢和宽厚板来讲，连铸坯内部均质性和致密度的控制尤为关键。当前对于大多数特钢连铸，均采用磁搅拌技术控制坯壳内部的钢水流动，进而强化过热耗散、弱化溶质富集和熔断枝晶，最终获得大面积的等轴晶凝固组织，可直接提高产品性能。

连铸磁搅拌技术分为电磁搅拌和永磁搅拌，目前以电磁搅拌居多。因在连铸机上的安装位置不同，其又分为结晶器搅拌、铸流搅拌(或二冷区电磁搅拌)和凝固末端搅拌。结晶器搅拌具有加强过热耗散、促进枝晶熔断、去除夹杂物和气泡等作用，常采用中等偏强的搅拌模式，搅拌器处凝固前沿的钢水流速最大在10^-1m/s数量级，溶质负偏析倾向较小；铸流搅拌起到均匀铸坯内钢水温度和浓度、促进枝晶熔断的作用，常采用偏弱的搅拌模式，搅拌器处凝固前沿的钢水流速最大在10^-2～10^-1m/s数量级，溶质负偏析倾向大；凝固末端搅拌主要是均匀钢水成分并破坏枝晶搭桥、减轻疏松和缩孔，其常采用强搅拌模式，因该处钢水粘度较大，凝固前沿的钢水流速最大在10^-2m/s数量级，溶质负偏析倾向中等。

某些铸机的结晶器搅拌器处于结晶器偏下部、甚至在结晶器下沿之外，当采用强搅拌控制过热耗散和等轴晶比例时，对应位置出现溶质负偏析。为此，只能降低搅拌功率，但又引起铸坯中心偏析和疏松缺陷。实际上，溶质负偏析同样限制了铸流搅拌和凝固末端搅拌的功率，对全面提高铸坯均质性和致密度不利。如何解决磁搅拌下的溶质负偏析缺陷是特殊钢连铸现场面临的突出难题。

因此，有必要研究一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置与方法，能够提高磁搅拌浇铸工艺下铸坯溶质分布的均匀性，扩大搅拌工艺和凝固组织调控窗口。

一方面，本发明提供一种连铸磁搅拌下溶质负偏析缺陷的控制装置，其特征在于，在搅拌器区域设置能够根据不同搅拌位置的热状态进行冷却参数调控的铸坯冷却系统；所述热状态包括表面温度、热流密度、温度梯度、冷却速率和凝固速率。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述铸坯冷却系统为强度可控的水气喷淋系统。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述水气喷淋系统包括喷嘴、水路管道和气路管道；所述喷嘴设于连铸坯的外周；所述水路管道和所述气路管道分别与所述喷嘴连接，并通过所述喷嘴向连铸坯进行强度可控的喷射；所述喷嘴为多个；所述水路管道和所述气路管道为多组；每组所述水路管道或所述气路管道对应一个或多个所述喷嘴。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述水路管道上设有用于测量水流量的水流量计和用于控制水流强度的水阀。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述气路管道上设有用于测量气体流量的气流量计和用于控制气流强度的气阀。