[01320008]一种采用超声波振动的连铸结晶器生产高锰钢的方法

一、课题来源 高锰钢在生产过程中,一般都是采用连铸设备得到钢坯,以便于运输和后续使用。结晶器是连铸设备中一个重要的部件,被誉为连铸机的“ 心脏”。连铸过程中,钢水在结晶器中初步凝固成型形成一定厚度的坯壳,同时保持钢水（坯壳）与结晶器之间存在连续的相对运动,使从结晶器拉出来的铸坯不仅具有一定的厚度,而且保证铸坯在机械应力和热应力的综合作用下既不会被拉断,也不会产生歪扭变形和裂纹等质量缺陷。因此结晶器的运行及设计结构参数对提高高锰钢铸坯质量至关重要。 在高锰钢连铸生产时,结晶器一直在振动,其目的是使结晶器内壁获得良好的润滑条件,减少铸坯与结晶器内壁之间的摩擦力又能防止钢水与内壁黏结,但由于结晶器的 振动,在铸坯表面会形成明显的振痕。振痕平均深达0 .5mm,且振痕弯曲,有些钢种铸坯表面振痕深度达0 .5～0 .7mm。铸坯表面形成振痕的原因是铸坯在负滑移期间,向下振动的速度大于拉坯速度时,弯月面会被保护渣中产生的正压力推向钢液中形成振痕。在正滑脱期间,当初始凝固坯壳强度不大,保护渣中形成的负压力和波动钢液的惯性力将坯壳推向结晶器内壁,导致初始凝固坯壳弯曲或重叠,形成不带钩状的振痕。当初始凝固坯壳的厚度较大,强度高的时候,初始凝固坯壳不能推向结晶器内壁,因此钢液会覆盖在弯月面上,形成一种带钩状的振痕。有些铸坯靠近角部区域出现纵向凹陷,最深处达到3 .5～4 .0mm,且凹陷部位有粘渣现象。不修改铸坯表面的振痕谷底处常伴有肉眼可见微裂纹,微裂纹形成后在外部因素的作用下可导致裂纹的扩展。 本项目得到2012年国家自然基金的支持。 二、技术原理 超声波是由一系列疏密相间的纵波所构成,当超声波通过介质向四周传播时,在液体中与小于共振尺寸的微小气泡产生共振。由于超声波是疏密波,当超声波声压达到一定值时,在波谷的稀疏阶段,气泡内的压强小于原来的静压强,气泡迅速涨大;而在波峰的稠密阶段,气泡又突然被绝热压缩直至爆炸湮灭。这种在超声波作用下液体中小气泡的“形成一长大一爆破”过程即为超声空化。 理论估算及实验表明,空化泡溃灭时,形成局部热点,其温度Tmin可达5000 K以上,压力达5.07×107Pa,持续数微秒以后,热点随之冷却,并伴有强大的冲击波（均相）和速度达400 km／h的射流。进而均匀钢液成分。 三、技术创造性和先进性 本发明公开了一种采用超声波振动的连铸结晶器生产高锰钢的方法,属于钢铁冶金技术领域。本发明包括电炉初炼工序、钢包炉精炼工序和中间包板坯连铸工序,所述中间包板坯连铸工序采用水平连铸系统,钢包炉精炼后的钢水从钢包的底部,流经长水口注入到中间包中,中间包内的钢液进入水平连铸结晶器内,同时水平连铸结晶器上产生超声波振动使钢液逐步成型,在二冷段通过冷却,逐渐凝固成连铸高锰钢。本发明中无需依靠结晶器的机械振动,而仅仅依靠超声波振动力使初生坯壳与结晶器内壁自动“ 脱模”,从而消除或减少高锰钢铸坯表面缺陷的产生;同时能够促进铸坯中等轴晶的发展,进而提高后续金属制品的质量。 四、技术成熟度 中试阶段 五、应用情况 推广应用阶段