專利名稱：一種連鑄結(jié)晶器內(nèi)金屬初始凝固的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連鑄結(jié)晶器內(nèi)金屬初始凝固的控制方法，屬金屬連鑄工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
振痕是連鑄坯殼最常見的一種表面缺陷，它的產(chǎn)生始于結(jié)晶器振動(dòng)的負(fù)滑脫期。 在負(fù)滑脫期初期，由于初始凝固區(qū)域溫度的降低彎月面首先快速凝固成很薄的坯殼尖 端，同時(shí)在保護(hù)渣道正壓力作用下凝固坯殼尖端被推離結(jié)晶器壁；隨后，若鋼液發(fā)生 溢流，則形成鉤狀振痕，否則形成凹陷狀振痕。振痕的深度或大小不僅取決于保護(hù)渣 道壓力的大小，還與初始凝固區(qū)域溫度的高低或溫度梯度的大小密切相關(guān)。該區(qū)域溫 度高或梯度小時(shí)，初始凝固的坯殼尖端短小，在隨后形成的振痕深度淺；反之，振痕 的深度就會(huì)很深，惡化了坯殼表面質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)還要經(jīng)修磨處理后才能進(jìn)行熱軋，這 將大大增加生產(chǎn)成本。
為了控制結(jié)晶器初始凝固過程，減少振痕等相關(guān)缺陷的產(chǎn)生，改善坯殼質(zhì)量，專 利"可控制初始凝固的金屬連鑄結(jié)晶器復(fù)合裝置"雖然可以很好地控制初始凝固坯殼 的生長，明顯改善坯殼質(zhì)量，但由于線圈位置固定不可調(diào)，而受結(jié)晶器振動(dòng)和澆注不 穩(wěn)定等條件的影響，結(jié)晶器內(nèi)自由液面將會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，這就有可能造成由于自由液面 的上升而接觸到線圈，或者由于自由液面的下降而使線圈的加熱效果不明顯；同時(shí)， 也沒有考慮到通過改變線圈的功率來更好的控制初始凝固坯殼的生長。因此，本發(fā)明 在此基礎(chǔ)上提出了一種更有效的控制初始凝固坯殼生長的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，為有效控制金屬連鑄過程中結(jié)晶器初始 凝固提供了一種新方法。利用本方法可使初始凝固區(qū)域的坯殼生長更均勻，振痕深度 減小，表面質(zhì)量提高。
本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)
一種連鑄結(jié)晶器內(nèi)金屬初始凝固的控制方法，其特征在于主要包括結(jié)晶器內(nèi)液面 位置測(cè)量、初始凝固區(qū)域溫度測(cè)量以及感應(yīng)線圈位置和功率調(diào)整等功能，具體步驟如 下
首先，在澆注開始之前，把一感應(yīng)線圈置于結(jié)晶器內(nèi)壁自由液面上方，線圈位置 上下可調(diào)，并調(diào)整線圈位置使其處于有效加熱距離Le之內(nèi)(5mm《Le《10mm)，有 效加熱距離是指感應(yīng)線圈在該距離處對(duì)結(jié)晶器內(nèi)初始凝固區(qū)域的加熱效果最好，如果 線圈與液面之間的距離過小(小于5mm)，液面的突然上升則有可能接觸到線圈，如 果距離過大(大于10mm)，感應(yīng)線圈的加熱效果則會(huì)很不明顯；
其次，在澆注開始時(shí)，啟動(dòng)液面?zhèn)鞲衅?，記錄結(jié)晶器內(nèi)初始凝固區(qū)域自由液面在 不同時(shí)刻的位置Li (i代表不同時(shí)刻，時(shí)間步長從0.001s到ls可調(diào))，并把數(shù)據(jù)傳給 信號(hào)收集數(shù)字化處理系統(tǒng)，計(jì)算出液面位置Li與感應(yīng)線圈底部之間的距離AL，并作 判斷如果AL小于有效加熱距離的最小值Lemin (5mm)，或者AL大于有效加熱距 離的最大值L^ax (10mm)，則啟用線圈升降系統(tǒng)，把線圈位置向上或向下做相應(yīng)調(diào) 整，使之處于有效加熱距離之內(nèi)；
第三，由于結(jié)晶器的周期性振動(dòng)以及液面位置的波動(dòng)，初始凝固區(qū)域的溫度或傳 熱狀況難免跟著波動(dòng)起伏，尤其是在負(fù)滑脫期間，由于結(jié)晶器向下振動(dòng)速率大于拉坯 速率，使得初始凝固區(qū)域的溫度出現(xiàn)較大幅度的降低，此時(shí)溫度梯度增大，彎月面在 瞬間凝固，并在保護(hù)渣道正壓力作用下被推離結(jié)晶器壁，為振痕的形成創(chuàng)造了條件。 本方法用熱電偶組測(cè)量初始凝固區(qū)域的溫度，熱電偶的個(gè)數(shù)及分布情況應(yīng)根據(jù)結(jié)晶器 的形狀和大小呈對(duì)稱分布，最后計(jì)算平均值，測(cè)量該區(qū)域不同時(shí)刻的溫度值Ti，并把 該數(shù)據(jù)傳給信號(hào)收集數(shù)字化處理系統(tǒng)，時(shí)刻記錄該區(qū)域的溫度變化并做判斷若在某 一時(shí)刻的溫度TKTc (Tc為能使彎月面迅速凝固的溫度， 一般為金屬熔點(diǎn)以下10'C， 澆注的金屬不同，Tc值也不同)，則啟動(dòng)功率控制系統(tǒng)適當(dāng)增加線圈的加熱功率，使 溫度升高到Tc以上，以抵消負(fù)滑脫期間溫度的損失，減小初始凝固區(qū)域的溫度梯度， 防止彎月面凝固過快過多隨后形成較深的振痕。
所述的感應(yīng)線圈的相對(duì)位置可調(diào)，線圈由升降系統(tǒng)調(diào)整位置，最大調(diào)節(jié)幅度為上 下各100mm。所述的感應(yīng)線圈的功率可調(diào)，功率大小由功率控制系統(tǒng)控制，溫度控 制范圍為20 1600°C。所述的感應(yīng)線圈中通以交變電流或調(diào)幅電流，輸入的電流為 0.1 100A ，頻率為1 108Hz。
另外，由于初始凝固區(qū)域溫度的升高，使得結(jié)晶器內(nèi)的結(jié)渣現(xiàn)象得以消除，拓寬 了保護(hù)渣道進(jìn)口，有效改善了坯殼與結(jié)晶器壁之間的潤滑，從而提高了坯殼的表面質(zhì)
經(jīng)過方案的實(shí)施，加熱線圈可以實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)晶器初始凝固區(qū)域坯殼生長狀況更為有 效的控制，使坯殼生長更加均勻，振痕深度更淺，坯殼質(zhì)量更高。


圖1為初始凝固控制方法總框圖2為結(jié)晶器內(nèi)初始凝固區(qū)域示意圖，其中l(wèi)為結(jié)晶器，2為渣圈，3為固態(tài)保 護(hù)渣，4為液態(tài)保護(hù)渣，5為保護(hù)渣粉，6為凝固坯殼，7為液態(tài)金屬液，8為振痕， 9為初始凝固區(qū)域，IO為加熱線圈。
圖3為錫連鑄坯的表面形貌圖片，其中a圖為無感應(yīng)線圈連鑄，b圖為有感應(yīng)線 圈連鑄。
具體實(shí)施例方式
下面以金屬錫的連鑄過程為例來說明本方法的應(yīng)用
在錫的連鑄過程中，把感應(yīng)線圈裝在結(jié)晶器內(nèi)距自由液面上方5mm的位置，如 圖2所示，感應(yīng)線圈與升降系統(tǒng)和功率控制系統(tǒng)相連，位置可以在一定范圍內(nèi)上下移 動(dòng)，并且功率大小可調(diào)；感應(yīng)線圈內(nèi)通入頻率5Hz、大小5A的交變電流，以加熱結(jié) 晶器內(nèi)初始凝固區(qū)域。隨著結(jié)晶器的振動(dòng)以及錫液不斷的從水口流入結(jié)晶器，結(jié)晶器 內(nèi)自由液面發(fā)生不穩(wěn)定的上下波動(dòng)，此時(shí)，用液面?zhèn)鞲衅饔涗涀杂梢好嬖诓煌瑫r(shí)刻的 位置Li，并把數(shù)據(jù)傳入信號(hào)收集數(shù)字化處理系統(tǒng)，計(jì)算線圈與液面之間的距離ALi， 如果在某一時(shí)刻AL^3mm，即小于有效加熱距離的最小距離Lemin (Lmin=5mm)，則 通過線圈升降系統(tǒng)把線圈向上移動(dòng)2mm;同樣，如果在某一時(shí)刻ALi^5mm，即大 于有效加熱距離的最大值LemaxlOmm，則需通過升降系統(tǒng)把線圈向下移動(dòng)5mrn。
同時(shí)，分布在初始凝固區(qū)域的熱電偶也會(huì)把不同時(shí)刻的溫度值Ti傳給信號(hào)收集 數(shù)字化處理系統(tǒng)，時(shí)刻記錄該區(qū)域的溫度變化，若在某一時(shí)刻的溫度Ti低于Tc=221.9 °C (錫的熔點(diǎn)為231.9。C，則根據(jù)前文定義Tc為221.9。C)，則啟動(dòng)功率控制系統(tǒng)適當(dāng) 增加線圈的加熱功率，直到反饋溫度高于231.9-C為止，這樣即可保證初始凝固區(qū)域 的溫度變化均勻，有效防止了彎月面凝固過快而形成較深的振痕。
這樣不僅可以消除結(jié)晶器邊緣的結(jié)渣現(xiàn)象，還可以更好的控制初始凝固坯殼在一 個(gè)傳熱相對(duì)平穩(wěn)的環(huán)境下均勻生長，同時(shí)還可以抑制較大較深振痕的產(chǎn)生，大大改善 坯殼表面質(zhì)量，如圖3所示。
權(quán)利要求
1、一種連鑄結(jié)晶器內(nèi)金屬初始凝固的控制方法，其特征在于主要包括結(jié)晶器內(nèi)液面位置測(cè)量、初始凝固區(qū)域溫度測(cè)量以及感應(yīng)線圈位置和功率調(diào)整等功能，具體步驟如下a)在澆注開始之前，先把一感應(yīng)線圈置于結(jié)晶器內(nèi)壁自由液面上方，線圈位置上下可調(diào)，然后調(diào)整線圈位置使其處于有效加熱距離Le之內(nèi)(5mm≤Le≤10mm)；b)在澆注開始之后，利用液面?zhèn)鞲衅饔涗浗Y(jié)晶器內(nèi)初始凝固區(qū)域自由液面在不同時(shí)刻的位置Li，并把數(shù)據(jù)傳給信號(hào)收集數(shù)字化處理系統(tǒng)，計(jì)算出液面位置Li與感應(yīng)線圈底部之間的距離△L，并作判斷如果△L小于有效加熱距離的最小值Lemin(5mm)，或者△L大于有效加熱距離的最大值Lemax(10mm)，則啟用線圈升降系統(tǒng)，把線圈位置向上或向下做相應(yīng)調(diào)整，使之處于有效加熱距離之內(nèi)；同時(shí)，利用分布在結(jié)晶器初始凝固區(qū)域的熱電偶組(熱電偶的個(gè)數(shù)及分布情況應(yīng)根據(jù)結(jié)晶器的形狀和大小呈對(duì)稱分布，最后計(jì)算平均值)測(cè)量該區(qū)域不同時(shí)刻的溫度值Ti，并把數(shù)據(jù)傳給信號(hào)收集數(shù)字化處理系統(tǒng)，時(shí)刻記錄該區(qū)域的溫度變化并做判斷若在某一時(shí)刻的溫度Ti<Tc(Tc為能使彎月面迅速凝固的溫度)，則啟動(dòng)功率控制系統(tǒng)適當(dāng)增加線圈的加熱功率，使溫度升高到Tc以上，以減小初始凝固區(qū)域的溫度梯度，防止彎月面凝固過快過多隨后形成較深的振痕。
2、 如權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶器內(nèi)金屬初始凝固的控制方法，其特征在于所述的 感應(yīng)線圈的相對(duì)位置可調(diào)，線圈由升降系統(tǒng)調(diào)整位置，最大調(diào)節(jié)幅度為上下各 廳mm。
3、 如權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶器內(nèi)金屬初始凝固的控制方法，其特征在于所述的 感應(yīng)線圈的功率可調(diào)，功率大小由功率控制系統(tǒng)控制，溫度控制范圍為20 1600 。C。
4、 如權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶器內(nèi)金屬初始凝固的控制方法，其特征在于所述的 感應(yīng)線圈中通以交變電流或調(diào)幅電流，輸入的電流為0.1 100A ，頻率為l 108Hz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連鑄結(jié)晶器內(nèi)金屬初始凝固的控制方法，屬金屬連鑄工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過對(duì)結(jié)晶器上方線圈相對(duì)位置和功率的調(diào)整，能更好地控制初始凝固坯殼的生長，減小振痕深度，改善坯殼質(zhì)量。具體措施為通過測(cè)量結(jié)晶器內(nèi)自由液面的波動(dòng)情況來調(diào)整結(jié)晶器上方線圈的相對(duì)位置，并通過測(cè)量結(jié)晶內(nèi)初始凝固區(qū)域的溫度變化情況來調(diào)整線圈的加熱強(qiáng)度，從而有效控制彎月面凝固組織的生長，改善凝固組織，減小振痕深度和其他缺陷的產(chǎn)生幾率，有利于實(shí)現(xiàn)高效連鑄。
文檔編號(hào)B22D11/18GK101391293SQ20081020199
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者任忠鳴, 康 鄧, 金小禮, 鐘云波, 雷作勝, 馬寧博 申請(qǐng)人:上海大學(xué)