專利名稱：一種通過(guò)超聲波提高鋼水潔凈度和細(xì)化晶粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種通過(guò)超聲波提高鋼水潔凈度和細(xì)化晶粒的方法。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)鋼鐵材料質(zhì)量要求的提高，潔凈鋼的研究成為冶金行業(yè)近期產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)，尤其是超細(xì)晶粒鋼鐵因?yàn)槠渚Я５募?xì)化具有傳統(tǒng)鋼材無(wú)法達(dá)到的優(yōu)良機(jī)械性能，潔凈鋼對(duì)鋼中夾雜物的控制提出了嚴(yán)格的要求，一般認(rèn)為潔凈鋼中總氧含量低，非金屬夾雜物數(shù)量少、尺寸小且在鋼中分布均勻，脆性?shī)A雜物含量少以及合適的夾雜物形狀(劉中柱，蔡開(kāi)科，純凈鋼生產(chǎn)技術(shù)[J].鋼鐵，2000，(02)，pp 66-71 ;劉瀏，曾加慶，純凈鋼及其生產(chǎn)工藝的發(fā)展[J].鋼鐵，2000，(03)，pp 68-72.)。當(dāng)前很多鋼種對(duì)鋼潔凈度、組織均勻度以及組織晶粒度要求很高，尤其在火電、核電用鋼、高速車輪用軸承鋼以及導(dǎo)彈結(jié)合部高強(qiáng)鋼等。連鑄是液態(tài)鋼水成型的最后環(huán)節(jié)，必須在連鑄成型之前提高鋼水的潔凈度，減少鑄坯成分偏析、中心疏松、縮孔等缺陷，且必須在鋼水進(jìn)入結(jié)晶器前，通過(guò)增加精煉設(shè)施或手段進(jìn)行精煉，以到達(dá)提高鋼水潔凈度的目的。近年來(lái)，由于對(duì)材料研發(fā)力度的加大，以及大功率超聲設(shè)備研究的成功，同時(shí)加之超聲波在處理鋼液時(shí)優(yōu)秀的特性，且在超聲處理鋼液的過(guò)程中不產(chǎn)生污染，使超聲處理技術(shù)在鋼鐵冶煉過(guò)程中的應(yīng)用成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。超聲波是一種縱波，一般是指頻率20kHz以上的高頻聲波，其在液態(tài)介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生諸多非線性效應(yīng)，例如聲流效應(yīng)、空化效應(yīng)、熱效應(yīng)等，很多研究所對(duì)超聲波在鋼液凝固組織的作用開(kāi)展了眾多研究，也取得了顯著的成果。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)超聲處理凝固組織細(xì)化的機(jī)理開(kāi)展了眾多研究，提出了破碎理論以及過(guò)冷形核理論:破碎理論認(rèn)為高能超聲波在金屬熔體內(nèi)部形成大量空化氣泡，氣泡崩潰后產(chǎn)生沖擊波，在此作用下打碎枝晶或者已形成的晶粒，從而達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。東北大學(xué)赫冀成、白曉清等人對(duì)超聲作用下液體內(nèi)夾雜物去除進(jìn)行了研究，主要通過(guò)水模擬和數(shù)值計(jì)算的方法研究了超聲作用下液體內(nèi)夾雜物的去除。上海大學(xué)翟啟杰、劉清梅等人對(duì)超聲作用下鋼液的凝固行為及特性開(kāi)展了研究，采用自制的“自吸式”變幅桿將超聲波從容器側(cè)壁導(dǎo)入。目前，將超聲波引入鋼液的方式主要與三種(孫鳳梅，宋長(zhǎng)江，翟啟杰，超聲凝固細(xì)晶技術(shù)的研究與發(fā)展[J].現(xiàn)代鑄鐵，2008，(06)，pp 21-27.)，上部引入、底部引入以及通過(guò)側(cè)壁引入，不同的引入方式對(duì)超聲處理產(chǎn)生不同的影響，常見(jiàn)的引入方式主要是上部引入以及底部引入，這種方式可以簡(jiǎn)單直接將超聲波導(dǎo)入鋼液，側(cè)壁引入的方式實(shí)驗(yàn)設(shè)備需要一定的改進(jìn)，方可進(jìn)行操作，超聲波的導(dǎo)入方式對(duì)超聲波有效利用率以及凝固組織的超聲具有很大的影響。目前已有將超聲波技術(shù)應(yīng)用于結(jié)晶器，通過(guò)結(jié)晶器側(cè)壁導(dǎo)入超聲波對(duì)凝固前的組織進(jìn)行處理，以達(dá)到細(xì)化晶粒、均勻組織的效果，但不能進(jìn)一步去除鋼中氣體以及夾雜，現(xiàn)有技術(shù)中能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間將超聲波導(dǎo)入結(jié)晶器內(nèi)的鋼液，是因?yàn)閷?dǎo)入方式中借助了結(jié)晶器具有傳導(dǎo)超聲波的功能，且是在鋼液凝固過(guò)程 對(duì)鋼液進(jìn)行超聲處理。但是，同樣到目前為止，鋼水精煉設(shè)備中還沒(méi)有超聲處理的功能，針對(duì)超聲波直接引入中間包的高溫鋼液中進(jìn)行處理，目前均未市場(chǎng)化應(yīng)用，只是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行理論研究和分析，其最大的難點(diǎn)就在于:中間包內(nèi)鋼水溫度在1560°C左右，現(xiàn)有的導(dǎo)波桿無(wú)法在如此高的溫度下長(zhǎng)時(shí)間有效地將超聲波直接導(dǎo)入中間包內(nèi)鋼液?，F(xiàn)有公開(kāi)的專利中，中國(guó)專利號(hào):ZL201120572725.X，發(fā)明名稱為:一種具有超聲波攪拌功能的中間包塞棒，該申請(qǐng)案包括塞棒本體，所述的塞棒本體為中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)有氬氣通道，塞棒本體底端開(kāi)設(shè)有吹氬孔，該吹氬孔與氬氣通道相通，氬氣通道的頂部與吹氬管的一端相連通，吹氬管的另一端連接氬氣源；所述的氬氣通道的頂部固連有超聲波換能器，該超聲波換能器與導(dǎo)波桿相連，導(dǎo)波桿位于氬氣通道中，超聲波換能器通過(guò)導(dǎo)線與超聲波電源相連接。該申請(qǐng)案在塞棒的結(jié)構(gòu)上做出了改進(jìn)并說(shuō)明了其結(jié)構(gòu)關(guān)系，但是該申請(qǐng)案如何應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)中是現(xiàn)有技術(shù)中所未公開(kāi)的，該申請(qǐng)案也未給出明確的應(yīng)用說(shuō)明。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn):根據(jù)導(dǎo)波桿材質(zhì)、合理調(diào)整吹氬量，可保證其冷卻效果，使導(dǎo)波桿不被高溫鋼液溶蝕，保證其在塞棒使用壽命范圍內(nèi)持續(xù)有效工作，且能夠?qū)崿F(xiàn)提高鋼水潔凈度和細(xì)化晶粒的功能。此外，對(duì)于處理的鋼種不同，中間包內(nèi)鋼液溫度不同，拉坯速度不同，單位時(shí)間內(nèi)需要處理的鋼液量不同，其超聲波和吹氬的參數(shù)也不同，這些參數(shù)之間均是相互影響，相互牽制的。截至到目前為止，還沒(méi)有一種合適的工藝可以將超聲波直接引入中間包內(nèi)鋼水，進(jìn)行長(zhǎng)期持續(xù)有效工作。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中提高鋼水潔凈度和細(xì)化晶粒的技術(shù)不足，提供了一種通過(guò)超聲波提高鋼水潔凈度和細(xì)化晶粒的方法，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，使得在不影響鋼液成分情況下，將超聲波直接引入高溫鋼液，通過(guò)超聲處理提高中間包內(nèi)鋼水潔凈度，同時(shí)將超聲波通過(guò)鋼液沿浸入式水口進(jìn)一步傳播到結(jié)晶器內(nèi)，作用于結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固過(guò)程，細(xì)化鑄坯晶粒。 技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
本發(fā)明的一種通過(guò)超聲波提高鋼水潔凈度和細(xì)化晶粒的方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉和中間包澆鑄，中間包澆鑄過(guò)程中，在中間包設(shè)置的塞棒內(nèi)部開(kāi)設(shè)有中空結(jié)構(gòu)，該中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部安裝有吹氬管，該吹氬管通過(guò)氬氣管道與氬氣站相連接，上述的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)波桿，該導(dǎo)波桿與換能器相連接，所述的換能器通過(guò)導(dǎo)線與超聲波發(fā)生器相連接，中間包的下部通過(guò)浸入式水口將鋼水引流至結(jié)晶器，該結(jié)晶器內(nèi)鋼水的上表面放置有保護(hù)渣；中間包澆鑄過(guò)程包括如下步驟:
O在中間包開(kāi)燒操作前，調(diào)節(jié)IS氣管道上的控流閥門，控制吹IS管的吹IS流量為5 ΙΟΝΙ/min，吹氬壓力為 0.08 0.1OMPa ；
2)中間包開(kāi)澆操作后，打開(kāi)超聲波發(fā)生器，調(diào)整超聲波發(fā)生器的功率至30(T800W，同時(shí)調(diào)整吹氬管的吹氬流量為3(T34Nl/min，吹氬壓力為0.15 0.18MPa，直到澆鑄過(guò)程結(jié)束后關(guān)閉超聲波發(fā)生器。優(yōu)選地，換能器的輸出阻抗為50歐姆，超聲波頻率范圍為17 23kHz，換能器的電源電壓為220V，頻率為50Hz，磁化電流大于7安培，承受電功率為1000W。優(yōu)選地，中間包開(kāi)澆操作后，調(diào)整超聲波發(fā)生器的功率至50(T700W。有益效果
采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果:
(1)本發(fā)明的一種通過(guò)超聲波提高鋼水潔凈度和細(xì)化晶粒的方法，實(shí)現(xiàn)了在不影響鋼液成分情況下，將超聲波直接引入高溫鋼液，通過(guò)超聲處理提高鋼水潔凈度，且由于吹氬管的氬氣冷卻作用，使得可以將超聲波長(zhǎng)期持續(xù)引入高溫鋼水，促進(jìn)中間包內(nèi)氣體、夾雜物的去除，同時(shí)，又能通過(guò)鋼水、沿浸入式水口將超聲波引入結(jié)晶器內(nèi)，作用于鋼液的凝固過(guò)程，因此，本發(fā)明通過(guò)在一處引入超聲波，既可以提高鋼水潔凈度，又可以細(xì)化鑄坯晶粒，均勻組織；
(2)本發(fā)明的一種 通過(guò)超聲波提高鋼水潔凈度和細(xì)化晶粒的方法，在中間包、結(jié)晶器內(nèi)不引入任何精煉渣、改性劑等，節(jié)約礦產(chǎn)資源及減少對(duì)環(huán)境的污染，滿足潔凈鋼的各項(xiàng)要求。


圖1為本發(fā)明中塞棒的原理示意 圖2為本發(fā)明中間包澆鑄的原理示意 圖3為鑄坯的內(nèi)部金相組織對(duì)比圖，其中圖3 Ca)為未采用本發(fā)明的方法制備而得的鑄坯，圖3 (b)為實(shí)施例1制備而得的鑄坯，圖3 (c)為實(shí)施例2制備而得的鑄坯，圖3 Cd)為實(shí)施例3制備而得的鑄坯；
圖4為鑄坯的C偏析分析結(jié)果對(duì)比圖，其中圖4 Ca)為未采用本發(fā)明的方法制備而得的鑄坯，圖4 (b)為實(shí)施例1制備而得的鑄坯，圖4 (c)為實(shí)施例2制備而得的鑄坯；
圖5為鑄坯的夾雜物分析結(jié)果對(duì)比圖，其中圖5 Ca)為未采用本發(fā)明的方法制備而得的鑄坯，圖5 (b)為實(shí)施例1制備而得的鑄坯，圖5 (c)為實(shí)施例2制備而得的鑄坯，圖5Cd)為實(shí)施例3制備而得的鑄坯。不意圖中的標(biāo)號(hào)說(shuō)明:
1、塞棒；2、導(dǎo)波桿；3、気氣站；4、換能器；5、吹気管；6、超聲波發(fā)生器；7、中間包；8、浸入式水口 ；9、保護(hù)渣；10、鋼水；11、結(jié)晶器。
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。實(shí)施例1
本實(shí)施例的一種通過(guò)超聲波提高鋼水潔凈度和細(xì)化晶粒的方法，其具體步驟為:
(I)轉(zhuǎn)爐冶煉:
采用轉(zhuǎn)爐對(duì)鐵水進(jìn)行冶煉，轉(zhuǎn)爐吹氧時(shí)間為15min，氧槍噴頭采用五孔拉瓦爾型噴嘴，噴孔夾角為14°，出口馬赫數(shù)M值為2.0，氧槍低槍位控制在1.lm，氧氣的噸鋼吹入量為29Nm3/t，出鋼溫度控制在166(Tl680°C ;控制用于冶煉的原材料帶入Al、Si的質(zhì)量百分含量為Al ( 0.0005%,Si ( 0.001%，將終點(diǎn)碳含量控制在0.03 0.12%之間即可，本實(shí)施例中控制終點(diǎn)碳含量控制在0.07% ;脫氧過(guò)程中不使用Si和Al，采用C進(jìn)行脫氧，盡可能的降低鋼液中Si和Al，避免凝固過(guò)程中生成SiO2和Al2O3類夾雜物。(2) LF 精煉:
經(jīng)過(guò)步驟(I)冶煉過(guò)的鋼水進(jìn)行LF精煉，其中LF精煉過(guò)程全程吹氬，進(jìn)LF精煉站的前期控制IS氣為48L/min,中后期控制IS氣為22L/min,后期軟吹控制為9L/min,本實(shí)施例的吹氬制度可有效去除鋼液內(nèi)的氣體。(3)中間包澆鑄:
如圖1和圖2所示，經(jīng)步驟(2)精煉后的鋼水進(jìn)入中間包7，中間包澆鑄過(guò)程中，在中間包7設(shè)置的塞棒I內(nèi)部開(kāi)設(shè)有中空結(jié)構(gòu)，該中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部安裝有兩根吹氬管5，該吹氬管5通過(guò)氬氣管道與氬氣站3相連接，上述的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)波桿2，上述兩根吹氬管
5、導(dǎo)波桿2相互平行且豎直安裝，具體為兩根吹氬管5對(duì)稱分布于導(dǎo)波桿2對(duì)稱的兩側(cè)，此布置方式的氬氣冷卻效果最佳，使得導(dǎo)波桿2能夠長(zhǎng)時(shí)間有效地將超聲波直接導(dǎo)入中間包內(nèi)的鋼液，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的難題，此外為了獲得較大的輸出振幅，波導(dǎo)桿2在工作中應(yīng)處于諧振狀態(tài)，所以波導(dǎo)桿2長(zhǎng)度通設(shè)計(jì)成半波長(zhǎng)或者是整數(shù)倍半波長(zhǎng)，本實(shí)施例中的導(dǎo)波桿2采用Mo-Al2O3-ZrO2金屬陶瓷，該導(dǎo)波桿2亦可采用其他導(dǎo)波材料制成，吹氬管5也采用Mo-Al2O3-ZrO2材質(zhì)的金屬陶瓷管，設(shè)置吹氬管5主要是通過(guò)在塞棒I內(nèi)吹氬冷卻，吹入的氬氣冷卻導(dǎo)波桿2后從塞棒I的上端口溢出，從而降低導(dǎo)波桿2的溫度，減少導(dǎo)波桿2在高溫鋼液內(nèi)的溶蝕，使導(dǎo)波桿2在塞棒I使用壽命內(nèi)持續(xù)有效工作。導(dǎo)波桿2與換能器4相連接，所述的換能器4通過(guò)導(dǎo)線與超聲波發(fā)生器6相連接，中間包7的下部通過(guò)浸入式水口 8將鋼水10引流至結(jié)晶器11，該結(jié)晶器11內(nèi)鋼水10的上表面放置有保護(hù)渣9，所用保護(hù)渣9按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)算為:CaO為82 85%，MgO為7 10%，B2O3為3 4%，余量為雜質(zhì)，雜質(zhì)中SiO2彡0.3%、Al2O3 彡0.4%、氧化鐵彡0.1%，P彡0.01%, S彡0.01% ;中間包澆鑄過(guò)程包括如下步驟:
1)在中間包7開(kāi)燒操作前,調(diào)節(jié)IS氣管道上的控流閥門，控制吹IS管5的吹IS流量為8Nl/min,吹氬壓力為 0.09MPa ；
2)中間包7開(kāi)澆操作后，打開(kāi)超聲波發(fā)生器6，調(diào)整超聲波發(fā)生器6的功率至500W，同時(shí)調(diào)整吹氬管5的吹氬流量為32Nl/min，吹氬壓力為0.16MPa，直到澆鑄過(guò)程結(jié)束后關(guān)閉超聲波發(fā)生器6，本實(shí)施例將超聲波直接引入中間包7的高溫鋼液，借用超聲空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)等非線性效應(yīng)，在鋼中夾雜物表面產(chǎn)生空化氣泡，降低夾雜物比重，以及增加了鋼中夾雜物的碰撞長(zhǎng)大機(jī)會(huì)，促進(jìn)了鋼中夾雜物的去除，尤其是微小夾雜的去除。同時(shí)利用超聲空化效應(yīng)產(chǎn)生的局部負(fù)壓區(qū)，鋼中氣體向負(fù)壓區(qū)聚集上浮，降低了鋼中的氣體含量；同時(shí)，本實(shí)施例中的超聲波通過(guò)鋼水10、浸入式水口 8導(dǎo)入到結(jié)晶器11內(nèi)，作用于鋼液的凝固過(guò)程，提高鋼液的有效過(guò)冷度，減小臨界晶核半徑，增加形核率，細(xì)化晶粒，均勻組織。本實(shí)施例中換能器4的輸出阻抗為50歐姆，超聲波頻率為21kHz，換能器4的電源電壓為220V，頻率為50Hz，磁化電流大于7安培，承受電功率為1000W。本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了在不影響鋼液成分情況下，將超聲波直接引入高溫鋼液，通過(guò)超聲處理提高中間包7內(nèi)鋼水潔凈度，且可以將超聲波長(zhǎng)期持續(xù)引入高溫鋼水，促進(jìn)中間包7內(nèi)氣體、夾雜物的去除，同時(shí)，又能通過(guò)鋼水沿浸入式水口 8將超聲波引入結(jié)晶器11內(nèi)，作用于鋼液的凝固過(guò)程，因此，本發(fā)明通過(guò)在一處引入超聲波，既可以提高鋼水潔凈度，又可以細(xì)化鑄坯晶粒，均勻組織，一舉兩得。不引入任何精煉渣、改性劑等，節(jié)約礦產(chǎn)資源及減少對(duì)環(huán)境的污染。
此外，在中間包7開(kāi)澆前，通過(guò)中間包7底部的透氣磚吹氬，吹氬流量為25Nl/min，吹氬壓力為0.18MPa ;開(kāi)澆后調(diào)整吹氬流量為45Nl/min，吹氬壓力為0.24MPa，其中，連鑄過(guò)程中采用保護(hù)澆鑄:鋼水10由中間包7流入結(jié)晶器11的過(guò)程中采用浸入式水口 8，進(jìn)行保護(hù)澆鑄，降低鋼液與空氣的接觸產(chǎn)生二次氧化，結(jié)晶器11中鋼水10吸氮要控制小于
0.0003%。本實(shí)施例生產(chǎn)的鋼種為GCrl5軸承鋼，經(jīng)過(guò)本實(shí)施例處理后的鑄坯內(nèi)部金相組織如圖3 (c)所示，通過(guò)原味分析測(cè)試分析的C偏析分析如圖4 (c)所示，鑄坯內(nèi)部的夾雜物形貌狀況如圖5 (c)所示。未采用本發(fā)明的方法，而采用普通冶煉GCrl5軸承鋼的方法，其鑄坯內(nèi)部金相組織如圖3 (a)所示，通過(guò)原味分析測(cè)試分析C偏析結(jié)果如圖4 (a)所示，鑄坯內(nèi)部的夾雜物形貌狀況如圖5 Ca)所示。實(shí)施例2
本實(shí)施例的基本步驟同實(shí)施例1，不同之處在于:中間包澆鑄過(guò)程包括如下步驟:
1)在中間包7開(kāi)燒操作前,調(diào)節(jié)IS氣管道上的控流閥門，控制吹IS管5的吹IS流量為5Nl/min，吹氬壓力為 0.1OMPa ；
2)中間包7開(kāi)澆操作后，打開(kāi)超聲波發(fā)生器6，調(diào)整超聲波發(fā)生器6的功率至300W，同時(shí)調(diào)整吹氬管5的吹氬流量為30Nl/min，吹氬壓力為0.15MPa，直到澆鑄過(guò)程結(jié)束后關(guān)閉超聲波發(fā)生器6。本實(shí)施例生產(chǎn)的鋼種為GCrl5軸承鋼，經(jīng)過(guò)本實(shí)施例處理后的鑄坯內(nèi)部金相組織如圖3 (b)所示，通過(guò)原味分析測(cè)試分析C偏析結(jié)果如圖4 (b)所示，鑄坯內(nèi)部的夾雜物形貌狀況如圖5 (b)所示。

實(shí)施例3
本實(shí)施例的基本步驟同實(shí)施例1，不同之處在于:中間包澆鑄過(guò)程包括如下步驟:
1)在中間包7開(kāi)燒操作前,調(diào)節(jié)IS氣管道上的控流閥門，控制吹IS管5的吹IS流量為ΙΟΝΙ/min,吹氬壓力為 0.08MPa ；
2)中間包7開(kāi)澆操作后，打開(kāi)超聲波發(fā)生器6，調(diào)整超聲波發(fā)生器6的功率至700W，同時(shí)調(diào)整吹氬管5的吹氬流量為34Nl/min，吹氬壓力為0.18MPa，直到澆鑄過(guò)程結(jié)束后關(guān)閉超聲波發(fā)生器6。本實(shí)施例生產(chǎn)的鋼種為GCrl5軸承鋼，經(jīng)過(guò)本實(shí)施例處理后的鑄坯內(nèi)部金相組織如圖3 (d)所示，通過(guò)原味分析測(cè)試分析C偏析結(jié)果基本同實(shí)施例1，鑄坯內(nèi)部的夾雜物形貌狀況如圖5 (d)所示。結(jié)合實(shí)施例廣3，鐵水經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉和中間包澆鑄最終得到的鑄坯具體良好的機(jī)械性能，具體分析如下:
A)未采用本發(fā)明的方法時(shí)，柱狀晶較為明顯且比較粗大(如圖3 Ca ;加入超聲波后，當(dāng)超聲功率300W時(shí)，鑄坯內(nèi)部柱狀晶消失，晶粒組織較為均勻(如圖3(b))，通500 W超聲波之后，相對(duì)于300 W試樣來(lái)說(shuō)，出現(xiàn)了更多細(xì)小的柱狀晶(如圖3 (c));通700W超聲波之后，晶粒尺寸都沒(méi)有了，組織更加均勻(如圖3 (d))。B)原味分析以C元素偏析分析為例，未經(jīng)超聲處理時(shí)，鑄坯C偏析嚴(yán)重(如圖4(a))，最大偏析度為2.836 ;加入超聲波后，300W時(shí)，C偏析減弱(如圖4(b))，最大偏析度為
2.129，隨著超聲功率的增加，當(dāng)功率增大到500W時(shí)，C偏析進(jìn)一步減弱，幾乎沒(méi)有成分偏析(如圖4 (c))，最大偏析度為1.109。由此可以得出采用本發(fā)明的方法處理可以減弱鋼液在凝固過(guò)程中的成分偏析。C)關(guān)于夾雜物分析，未加超聲波時(shí)，夾雜物尺寸較大(如圖5 (a))，隨著超聲功率的增加，夾雜物尺寸逐漸變小(如圖5 (b)、圖5 (C)、圖5 (d))，說(shuō)明本發(fā)明的方法可以細(xì)化夾雜物尺寸。`
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)超聲波提高鋼水潔凈度和細(xì)化晶粒的方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉和中間包澆鑄，其特征在于:中間包澆鑄過(guò)程中，在中間包(7)設(shè)置的塞棒(I)內(nèi)部開(kāi)設(shè)有中空結(jié)構(gòu)，該中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部安裝有吹氬管(5 )，該吹氬管(5 )通過(guò)氬氣管道與氬氣站(3 )相連接，上述的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)波桿(2)，該導(dǎo)波桿(2)與換能器(4)相連接，所述的換能器(4)通過(guò)導(dǎo)線與超聲波發(fā)生器(6)相連接，中間包(7)的下部通過(guò)浸入式水口(8)將鋼水(10)引流至結(jié)晶器(11)，該結(jié)晶器(11)內(nèi)鋼水(10)的上表面放置有保護(hù)渣(9);中間包澆鑄過(guò)程包括如下步驟: 1)在中間包開(kāi)燒操作前，調(diào)節(jié)IS氣管道上的控流閥門，控制吹IS管(5)的吹IS流量為5 ΙΟΝΙ/min，吹氬壓力為 0.08 0.1OMPa ； 2)中間包開(kāi)澆操作后，打開(kāi)超聲波發(fā)生器(6)，調(diào)整超聲波發(fā)生器(6)的功率至30(T800W，同時(shí)調(diào)整吹氬管(5)的吹氬流量為3(T34Nl/min，吹氬壓力為0.15 0.18MPa，直到澆鑄過(guò)程結(jié)束后關(guān)閉超聲波發(fā)生器(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)超聲波提高鋼水潔凈度和細(xì)化晶粒的方法，其特征在于:換能器(4)的輸出阻抗為50歐姆，超聲波頻率范圍為17 23kHz，換能器(4)的電源電壓為220V，頻率為50Hz，磁化電流大于7安培，承受電功率為1000W。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種通過(guò)超聲波提高鋼水潔凈度和細(xì)化晶粒的方法，其特征在于:中間包開(kāi)澆操作后，調(diào)整`超聲波發(fā)生器(6)的功率至50(T700W。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種通過(guò)超聲波提高鋼水潔凈度和細(xì)化晶粒的方法，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在中間包設(shè)置的塞棒內(nèi)部開(kāi)設(shè)有中空結(jié)構(gòu)，該中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部安裝有吹氬管，該吹氬管通過(guò)氬氣管道與氬氣站相連接，中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)波桿，該導(dǎo)波桿與換能器相連接，換能器通過(guò)導(dǎo)線與超聲波發(fā)生器相連接；中間包澆鑄過(guò)程包括如下步驟1)在中間包開(kāi)澆操作前，控制吹氬管的吹氬流量為5~10Nl/min，吹氬壓力為0.08~0.10MPa；2)中間包開(kāi)澆操作后，調(diào)整超聲波發(fā)生器的功率至300~800W，同時(shí)調(diào)整吹氬管的吹氬流量為30~34Nl/min，吹氬壓力為0.15~0.18MPa。本發(fā)明通過(guò)在一處引入超聲波，既可以提高鋼水潔凈度，又可以細(xì)化鑄坯晶粒，均勻組織。
文檔編號(hào)B22D1/00GK103252459SQ20131022598
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年6月7日
發(fā)明者王海軍, 王建軍, 周俐 申請(qǐng)人:王海軍