專利名稱：電磁攪拌水冷模及澆注鋼錠的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶煉領(lǐng)域，特別涉及一種電磁攪拌水冷模及澆注鋼錠的方法。
背景技術(shù)：
申請(qǐng)?zhí)枮?01210180527. 8的新型鋼錠水冷澆注模及方法中，鋼液在模體中“靜態(tài)”結(jié)晶成固體(在模體中冷卻10-15分鐘移入緩冷罩中冷卻)，鋼錠這種結(jié)晶方法使鋼錠的等軸晶率較低，中心疏松和偏折在所難免，這種鋼錠質(zhì)量無(wú)法與電渣重熔鋼錠相比。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種電磁攪拌水冷模及澆注鋼錠的方法，讓鋼錠在“運(yùn)動(dòng)”的狀態(tài)下結(jié)晶，合理的設(shè)定攪拌工藝使中心偏折和疏松得以避免，獲得理想的等軸 晶率。本發(fā)明的電磁攪拌水冷模，由底盤、附盤、模體和保溫帽構(gòu)成，附盤安裝在底盤上，模體座于附盤上，模體的上口內(nèi)嵌插接保溫帽，保溫帽的上口環(huán)隙中充填有填料砂，保溫帽絕熱板設(shè)有加固孔。所述模體的內(nèi)壁是頂部直徑略小于下部直徑的圓筒狀結(jié)構(gòu)，其環(huán)周設(shè)有冷卻水夾套，該夾套的腔體的間隙由下至上漸大，且冷卻水夾套的兩端設(shè)有冷卻水的出入口 a、b ;在模體的環(huán)周設(shè)有電磁攪拌器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，模體內(nèi)壁是同一材質(zhì)制成，且模體與鋼液接觸的內(nèi)壁的厚度是下薄上厚且逐漸增加。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，模體內(nèi)壁是由幾種熱導(dǎo)率不同的材質(zhì)焊接而成，且模體內(nèi)部與鋼液接觸的內(nèi)壁的金屬材質(zhì)熱導(dǎo)率由下至上變小、壁厚是下薄上厚且逐漸增加。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，模體外周至少設(shè)置一臺(tái)電磁攪拌器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，電磁攪拌器由電磁感應(yīng)器、水冷系統(tǒng)和變頻電源構(gòu)成。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，電磁攪拌器至少有一只電磁感應(yīng)器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在模體上固定有托板，在托板上設(shè)有電磁感應(yīng)器，各電磁感應(yīng)器間由固定板固定。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，模體由卡板固定在附盤上。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，冷卻水夾套中的冷卻水為高位水，夾套出口水壓力大于O. 05MPa，水質(zhì)為軟水。利用上述裝置實(shí)施的電磁攪拌水冷模澆注鋼錠的方法包括如下步驟
(1)模底放入保護(hù)渣(O.5-1.5) kg/T ；
(2)開啟冷卻水系統(tǒng)，檢查確認(rèn)模體夾套出口水壓大于O.05MPa ；
(3)澆注時(shí)鋼液過熱度控制在(50-80)0C，錠身鋼液澆注速度控制在(10-50)cm/分鐘，帽口速度小于錠身；
(4)當(dāng)液面上升至2/3以上的高度時(shí)，開啟電磁攪拌器(9)；
(5)當(dāng)液面上升至加固孔上方和掛件結(jié)構(gòu)下方時(shí)停止?jié)沧?，隨即在液面上放入保溫劑和發(fā)熱劑繼續(xù)電磁攪拌；
(6)判斷固溶攪拌開啟時(shí)間，鋼液全部凝固后移去退火；
(7)脫模后電磁攪拌器(9)和冷卻水系統(tǒng)關(guān)閉。使用本裝置，在鋼液的澆注和 結(jié)晶過程中，啟動(dòng)電磁攪拌器，鋼液“動(dòng)態(tài)”結(jié)晶成固體。與原技術(shù)比鋼錠等軸晶率進(jìn)一步提高，根據(jù)不同的鋼種適當(dāng)設(shè)定攪拌強(qiáng)度和微調(diào)攪拌方法，可達(dá)到理想的等軸晶率；其成品成份均勻，晶粒細(xì)化、從而大幅改善鋼錠質(zhì)量，用此設(shè)備澆注經(jīng)VD處理的鋼錠可與電渣重熔鋼錠媲美。


圖I、圖2、圖3是本發(fā)明的電磁攪拌水冷模不同實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
本發(fā)明的電磁攪拌水冷模，由附盤I、模體2和保溫帽3構(gòu)成，模體2由卡板7固定在附盤I上，附盤I安裝在底盤8上。在附盤上只設(shè)有一級(jí)模體,模體2的上口內(nèi)嵌插接保溫帽3，所述模體2的內(nèi)壁是頂部直徑略小于下部直徑的圓筒狀結(jié)構(gòu)，其環(huán)周設(shè)有冷卻水夾套4，該夾套墻體的間隙為5-30mm且腔體的間隙由下至上漸大，冷卻水夾套中的冷卻水為高位水，夾套出口水壓力大于O. 05MPa，水質(zhì)為軟水。且冷卻水夾套4的兩端設(shè)有冷卻水的出入口 a、b。在模體2的環(huán)周緊貼有電磁攪拌器9，電磁攪拌器9可以根據(jù)需要，在模體2外設(shè)一個(gè)以上。所述的電磁攪拌器9由電磁感應(yīng)器10、水冷系統(tǒng)和變頻電源構(gòu)成。電磁攪拌器9至少有一只電磁感應(yīng)器10。如果電磁攪拌器是有一個(gè)以上的電磁感應(yīng)器10,則在模體2上固定有托板11,在托板11上設(shè)有電磁感應(yīng)器10,各電磁感應(yīng)器10間由固定板12固定。模體2的柱體的上口間隙配合插入保溫帽3，保溫帽3的上口環(huán)隙5中充填有填料砂，保溫帽3絕熱板設(shè)有加固孔6。本裝置的水冷模上端安裝保溫帽3，其為內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，絕熱板與模體筒狀內(nèi)壁配合，其被固定環(huán)與填料砂與模體上端固定，擋砂板是焊在模體上端面的。本新型水冷模設(shè)有保溫帽，保溫帽中的鋼液溫降最慢，實(shí)現(xiàn)了最后的“補(bǔ)縮”。模體2內(nèi)壁是同一材質(zhì)制成，如純銅或工業(yè)純鐵或低碳鋼等制成，且模體2與鋼液接觸的內(nèi)壁的厚度是下薄上厚且逐漸增加。模體2內(nèi)壁是由幾種熱導(dǎo)率不同的材質(zhì)焊接而成，如純銅、工業(yè)純鐵和低碳鋼，且模體2內(nèi)部與鋼液接觸的內(nèi)壁的金屬材質(zhì)熱導(dǎo)率由下至上變小(即從下至上依次由純銅、工業(yè)純鐵、低碳鋼)。電磁攪拌器9可以根據(jù)需要，在模體2外設(shè)一個(gè)以上。所述的電磁攪拌器9由電磁感應(yīng)器10、水冷系統(tǒng)和變頻電源構(gòu)成。變頻電源的頻率設(shè)定范圍取決于水冷套的內(nèi)外壁材質(zhì)，若外壁是純銅和不銹鋼則為(3-16) Hz，若為工業(yè)純鐵則為(30-60) Hz，電磁攪拌器9至少有一只電磁感應(yīng)器10。圖I中的電磁攪拌水冷模安裝了兩臺(tái)電磁攪拌器，其中上面為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為主攪拌器，下面為行波磁場(chǎng)為輔助攪拌器(只在均勻成分時(shí)使用)，每臺(tái)電磁攪拌器都由兩臺(tái)感應(yīng)器構(gòu)成，由托板及卡板固定。攪拌線速度控制在(O. 05-0. 6) m/s。
澆注時(shí)鋼水經(jīng)底盤8，附盤I流入水冷模，冷卻水由進(jìn)出口進(jìn)出，冷卻水在腔體中流速控制在(5-10) m/s，當(dāng)鋼液上升到錠身2/3以上高度則開啟電磁攪拌器9，直到鋼液全部凝成固體。利用上述裝置實(shí)施的電磁攪拌水冷模澆注鋼錠的方法是通過如下步驟實(shí)現(xiàn)
(1)在模底放入保護(hù)渣(O.5-1. 5) kg/T ；
(2)開啟冷卻水系統(tǒng)，檢查確認(rèn)出口水壓是否大于O.05MPa ；
(3)澆注時(shí)鋼液過熱度控制在(50-80)V，錠身澆注速度控制在(10-50) cm/min,帽口速度小于錠身速度，當(dāng)液面上升至2/3以上的高度時(shí)，開啟電磁攪拌器(9)，若一臺(tái)模體設(shè)有多臺(tái)攪拌器則可交替進(jìn)行攪拌，避免感應(yīng)器由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過長(zhǎng)而過熱； (4)當(dāng)液面上升至加固孔上方和掛件結(jié)構(gòu)下方則停止?jié)沧ⅲ?br> (5)考慮到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是促成鋼液繞模體軸心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明選擇旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作為主要攪拌磁場(chǎng)，行波磁場(chǎng)是使鋼液上下運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)，本發(fā)明將其作為輔助攪拌磁場(chǎng)；只有在攪拌合金鋼液(特別是高合金鋼液)并且是在攪拌初期為均勻攪拌鋼液成分才用到行波磁場(chǎng)攪拌鋼液(兩種磁場(chǎng)同時(shí)開啟控制好時(shí)間)；
(6)鋼液澆完后電磁攪拌器繼續(xù)進(jìn)行，直到鋼液全部凝固后從上部提起模體，將鋼錠移去退火。本發(fā)明中電磁攪拌器中的變頻電源與連鑄機(jī)中MEMS有所不同，變頻電源的頻率變動(dòng)范圍(工作頻率變化范圍設(shè)定)應(yīng)考慮冷卻水套內(nèi)壁(水冷模與鋼液接觸的內(nèi)壁)的材質(zhì)，如紫銅3-15Hz，工業(yè)純鐵或低碳鋼30-50HZ。實(shí)施例2
本發(fā)明的電磁攪拌水冷模澆注鋼錠的方法，利用水冷澆注模進(jìn)行如下步驟
(1)在模底放入保護(hù)渣；
(2)開啟冷卻水系統(tǒng)，檢查確認(rèn)出口水壓是否大于O.05MPa ；
(3)澆注時(shí)鋼液過熱度控制在(50-80)V，錠身澆注速度控制在(10-50) cm/min,帽口速度小于錠身，當(dāng)液面上升至加固孔上方和掛件結(jié)構(gòu)下方則停止?jié)沧?，隨即在液面上放入保溫劑和發(fā)熱劑；
(4)當(dāng)液面上升至2/3以上的高度時(shí)，開啟電磁攪拌器(9)。以圖I為例，先開啟下部電磁攪拌器9 (2)，該電磁攪拌器9 (2)是使鋼液上下運(yùn)動(dòng)的，當(dāng)鋼液以澆至帽口則再開啟上部電磁攪拌器9( I )，該電磁攪拌器為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這是兩臺(tái)電磁攪拌器同時(shí)開啟，同時(shí)攪拌可以均勻鋼液的成分和溫度；此時(shí)時(shí)間要控制好，應(yīng)控制在1-3分鐘范圍內(nèi)，即停掉下部電磁攪拌器9 (2)只用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的上部電磁攪拌器9 (I)攪拌到最后，鋼液實(shí)現(xiàn)了在運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下結(jié)晶成固體，質(zhì)量大幅提聞;
(5)鋼液澆完后電磁攪拌器繼續(xù)進(jìn)行，直到鋼液全部凝固后以上部提起模體，將鋼錠移去退火；
(6)脫模后關(guān)閉電磁攪拌器和水冷卻系統(tǒng)。實(shí)施例3
如圖2所示，10噸以下鋼錠用一臺(tái)電磁攪拌器，澆注典型模具鋼H13，10噸水澆一只。鋼水為經(jīng)過10噸LF精煉鋼液又經(jīng)VD處理的H13。底盤的選擇流鋼湯道砌筑，所用的材料、技術(shù)要求等同于專利名稱為新型鋼錠水冷澆注模及方法、專利號(hào)為201210180527.8的技術(shù)文獻(xiàn)。附盤模底磚鑲砌與底盤對(duì)合，保溫帽安裝同利名稱為新型鋼錠水冷澆注模及方法、專利號(hào)為201210180527. 8的技術(shù)文獻(xiàn)，安裝完成后模底放入保護(hù)渣O. 5-lkg/T,開澆前開啟冷卻水系統(tǒng)，所述的供水系統(tǒng)是由高位水箱提供，水質(zhì)為軟水，是由地面揚(yáng)水泵打入高位水箱，通過管路供給水冷模，檢查并確認(rèn)模體出水口壓力大于O. 05MPa。鋼水為典型的模具鋼H13，且經(jīng)VD處理的LF精煉的鋼液，開澆溫度控制在1550°C，錠身速度控制在10分鐘左右澆完，帽口在5分鐘內(nèi)澆注完(澆注完在液面上放入保溫劑和發(fā)熱劑)。當(dāng)液面上升至2/3以上的高度時(shí)，開啟電磁攪拌器9。此時(shí)應(yīng)給大速度(最高的頻率)強(qiáng)攪拌，由電磁攪拌與液面上升的聯(lián)合作用可使H13成分進(jìn)一步均勻，當(dāng)液面上升至加固孔6和絕熱板掛件之間停止?jié)沧?。此時(shí)將電磁攪拌速度下調(diào)至中低速度適時(shí)啟動(dòng)固溶攪拌直到鋼液全部凝固(觀察保溫帽中的保溫劑狀態(tài)即可判斷出)，約40分鐘左右，電磁攪拌器停止，但水系統(tǒng)則一直給到模體脫出來(lái)為止。模體從上脫出，將鋼錠移走退火。實(shí)施例4
下面以50TLF精煉鋼液經(jīng)VD處理16MnDR為例，說明本發(fā)明的工藝實(shí)施過程(16MnDR為低溫壓力容器用鋼)
如圖3所示，較大型鋼坯(50噸以上也適用)，可在模體上從上到下依次設(shè)有3套電磁攪拌器，每臺(tái)攪拌器都由兩臺(tái)電磁感應(yīng)器構(gòu)成，模體焊上托板，電磁感應(yīng)器座上邊用螺栓將感應(yīng)器的緊固板連接在一起。上下兩臺(tái)電磁攪拌器為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、啟動(dòng)后鋼液旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，中間為行波磁場(chǎng)啟動(dòng)后使鋼液上下運(yùn)動(dòng)；由于50T鋼液在模體內(nèi)凝固需要約I. 5小時(shí)左右，在設(shè)計(jì)上下兩部電磁攪拌器9應(yīng)考慮開啟一臺(tái)即可影響整個(gè)模體鋼液，以便交替開啟兩臺(tái)攪拌器，且最上面一臺(tái)滿足固溶攪拌條件，確保最后固溶狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)結(jié)晶。本臺(tái)模體內(nèi)徑為# 1600mm，高度3500mm，模體夾套內(nèi)壁下部1/2高度為純銅，往上1/2高度為工業(yè)純鐵；夾套外壁為不銹鋼(SUS304);電磁感應(yīng)器的頻率調(diào)節(jié)范圍用(3-16)Hz0底盤8的選擇，流鋼湯道砌筑，附盤I模底磚砌筑及帽口安裝，對(duì)冷卻水要求同實(shí)施例3。開澆前，模底放入保護(hù)渣(O. 5-l)Kg/T (T為加入的鋼水重)，鋼水為16MnDR50噸，是經(jīng)LF精后又經(jīng)VD處理的鋼液，開澆溫度為1565 °C ;澆注速度為錠身加帽口 30-35分鐘一個(gè)速度(帽口另補(bǔ)澆5分鐘)終止液面位于固定孔6和掛件結(jié)構(gòu)中間，澆完后隨即在液面放入保溫劑和發(fā)熱劑。電磁攪拌器在模體內(nèi)液面上升至2/3以上的高度時(shí)即開啟電磁攪拌器9 (3)使鋼液旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)全部澆注完則跟進(jìn)9 (2)和9 (I)一起攪動(dòng)；9 (2)是行波磁場(chǎng)，是鋼水上下運(yùn)動(dòng)，9 (I)也是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，是鋼液旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)三臺(tái)攪拌器共同攪拌1-2分鐘后停掉9 (2)(注意3臺(tái)電磁攪拌器同時(shí)攪動(dòng)特別是行波磁場(chǎng)的參與攪動(dòng)是使鋼液成分均勻化，不可持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)，否則帽口鋼液溫降要快，使后來(lái)的補(bǔ)縮變得不理想)。只剩9 (I)和9 (3)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一這是電磁攪拌水冷模的主要攪拌磁場(chǎng)交替使用，由于50噸鋼液全部結(jié)晶成固體大約需要較長(zhǎng)(約I. 5小時(shí)左右)，所以設(shè)計(jì)9 (I)和9 (3)應(yīng)考慮單開啟能否使整個(gè)錠身未凝固鋼液都攪動(dòng)起來(lái)。判斷是否應(yīng)啟動(dòng)固溶攪拌及全部凝固可從上面帽口保溫劑是否動(dòng)作來(lái)確認(rèn)，若帽口上部保溫劑第一次不動(dòng)了即可啟動(dòng)固溶攪拌，之后再不動(dòng)即可脫模移出鋼錠，將鋼錠移去退火。只有模體與錠身完 全脫離才可關(guān)掉模體冷卻水。
權(quán)利要求
1.電磁攪拌水冷模，是由底盤(8)、附盤(I)、模體(2)和保溫帽(3)構(gòu)成，附盤(I)安裝在底盤(8)上，模體(2)座于附盤(I)上，模體(2)的上口內(nèi)嵌插接保溫帽(3)，保溫帽(3)的上ロ環(huán)隙(5)中充填有填料砂，保溫帽(3)絕熱板設(shè)有加固孔(6)，其特征在于所述模體(2)的內(nèi)壁是頂部直徑略小于下部直徑的圓筒狀結(jié)構(gòu)，其環(huán)周設(shè)有冷卻水夾套(4)，該夾套的腔體的間隙由下至上漸大，且冷卻水夾套(4)的兩端設(shè)有冷卻水的出入口 a、b ;在模體(2)的環(huán)周設(shè)有電磁攪拌器(9)。
2.如權(quán)利要求I所述的電磁攪拌水冷模，其特征在于模體(2)內(nèi)壁是同一材質(zhì)制成，且模體(2)與鋼液接觸的內(nèi)壁的厚度是下薄上厚且逐漸増加。
3.如權(quán)利要求I所述的電磁攪拌水冷模，其特征在于模體(2)內(nèi)壁是由幾種熱導(dǎo)率不同的材質(zhì)焊接而成，且模體(2)內(nèi)部與鋼液接觸的內(nèi)壁的金屬材質(zhì)熱導(dǎo)率由下至上變小、壁厚是下薄上厚且逐漸増加。
4.如權(quán)利要求I或2或3所述的電磁攪拌水冷模，其特征在于模體(2)外周至少設(shè)置一臺(tái)電磁攪拌器(9)，且其中至少一臺(tái)滿足鋼液在固溶狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求4所述的電磁攪拌水冷模，其特征在于電磁攪拌器(9)由電磁感應(yīng)器(10)、水冷系統(tǒng)和變頻電源構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所述的電磁攪拌水冷模，其特征在于電磁攪拌器(9)至少有ー只電磁感應(yīng)器(10)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的電磁攪拌水冷摸，其特征是在模體(2)上固定有托板(11)，在托板(11)上設(shè)有電磁感應(yīng)器(10),各電磁感應(yīng)器(10)間由固定板(12)固定。
8.如權(quán)利要求I所述的電磁攪拌水冷模，其特征在于模體(2)由卡板(7)固定在附盤(I)上。
9.電磁攪拌水冷模澆注鋼錠的方法，包括如下步驟 (1)模底放入保護(hù)渣(O.5-1.5) kg/T ； (2)開啟冷卻水系統(tǒng)，檢查確認(rèn)模體夾套出ロ水壓大于O.05MPa ； (3)澆注時(shí)鋼液過熱度控制在(50-80)0C，錠身鋼液澆注速度控制在(10-50)cm/分鐘，帽ロ速度小于錠身； (4)當(dāng)液面上升至2/3以上的高度吋，開啟電磁攪拌器(9)； (5)當(dāng)液面上升至加固孔上方和掛件結(jié)構(gòu)下方時(shí)停止?jié)沧?，隨即在液面上放入保溫劑和發(fā)熱劑繼續(xù)電磁攪拌； (6)判斷固溶攪拌開啟時(shí)間，鋼液全部凝固后移去退火； (7)脫模后電磁攪拌器(9)和冷卻水系統(tǒng)關(guān)閉。
10.如權(quán)利要求9所述的電磁攪拌水冷模澆注鋼錠的方法，其特征在于所述的冷卻水夾套(4)中冷卻水為高位水，夾套出口水壓カ大于O. 05MPa，水質(zhì)為軟水。
全文摘要
本發(fā)明的電磁攪拌水冷模及澆注鋼錠的方法屬于鋼鐵冶煉領(lǐng)域，是由底盤、附盤、模體和保溫帽構(gòu)成，模體的上口內(nèi)嵌插接保溫帽，保溫帽的上口環(huán)隙中充填有填料砂，保溫帽絕熱板設(shè)有加固孔。所述模體的環(huán)周設(shè)有冷卻水夾套，該夾套的腔體的間隙由下至上漸大；在模體的環(huán)周設(shè)有電磁攪拌器。其澆注鋼錠的方法是模底放入保護(hù)渣，開啟冷卻水系統(tǒng)，錠身鋼液澆注速度控制在(10-50)cm/分鐘；當(dāng)液面上升至2/3以上的高度時(shí)，開啟電磁攪拌器；當(dāng)液面上升至加固孔上方和掛件結(jié)構(gòu)下方時(shí)停止?jié)沧?。使用本裝置，在鋼液的澆注和結(jié)晶過程中，啟動(dòng)電磁攪拌器，鋼液“動(dòng)態(tài)”結(jié)晶成固體。與原技術(shù)比鋼錠等軸晶率進(jìn)一步提高，根據(jù)不同的鋼種適當(dāng)設(shè)定攪拌強(qiáng)度和微調(diào)攪拌方法，可達(dá)到理想的等軸晶率；其成品成份均勻，晶粒細(xì)化、從而大幅改善鋼錠質(zhì)量。
文檔編號(hào)B22D7/12GK102836971SQ201210368790
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月4日
發(fā)明者孫柏良 申請(qǐng)人:孫柏良