專利名稱：一種超聲波直接引入鋼液改善鋼質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煉鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超聲波直接引入鋼液改善鋼質(zhì)量的方法。
背景技術(shù)：
鋼的質(zhì)量控制主要與兩個方面的內(nèi)容有關(guān)，即中心偏析的控制和夾雜物數(shù)量、尺寸及形 態(tài)的控制。目前，控制中心偏析的主要措施有低過熱度澆鑄、合理地控制拉速、電磁攪拌、 輕壓下、凝固強冷、連續(xù)鍛壓等。而對鋼中夾雜物的控制方面，主要是盡量避免生成A1203 和其它硬性夾雜物，主要技術(shù)措施是通過鋼中成分的控制和選擇合理的合成渣精煉工藝，將 夾雜物控制為低熔點的塑性夾雜物，以便在軋制時將氧化物夾雜變形為無害的細(xì)小夾雜。將超聲波引入金屬或合金的凝固過程中，可以細(xì)化其凝固組織，提高其力學(xué)性能，改善 其宏觀和微觀偏析。目前這方面的研究工作主要集中于低熔點的純金屬、合金，而對高溫鋼 液凝固過程的研究則相對較少，對高溫鋼液凝固前超聲處理的研究更少。傳統(tǒng)的超聲處理方 式采用的是通過容器的模壁底部、側(cè)面導(dǎo)入法，能量的損耗比較大，需要大功率的超聲才能 得到較好的處理效果，此外還容易造成金屬熔體從容器的底部或側(cè)面的泄漏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超聲波直接引入鋼液改善鋼質(zhì)量的方法，將超聲波直接引入鋼 液對鋼液進行超聲處理，改善鋼的凝固組織，彌散、細(xì)化和去除鋼中的夾雜物，對鋼液進行 超聲波脫氣。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是選擇適合于處理高溫鋼液的超聲波工具頭材料， 如何有效的將超聲波直接引入高溫鋼液中。本發(fā)明所提供的一種超聲波直接引入鋼液改善鋼質(zhì)量的方法是鋼樣在設(shè)定的溫度下熔 化后，選用合適的超聲波工具頭，釆用上部導(dǎo)入法將超聲波直接引入鋼液進行超聲處理。用高溫爐熔化鋼樣，等鋼樣完全熔化后保溫熔清以均勻成分、溫度，然后將Mo —Al必,-ZlU 金屬陶瓷管由上部直接浸入鋼液面下10mm進行施振，超聲處理后將處理的鋼液澆注到鋼錠模 中冷卻。適用于該超聲處理方法的鋼種包括低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼。Mo — ALA-Zr02金屬陶瓷管在高溫鋼液中浸泡10min以上沒有發(fā)生變化，同時可以承受200W以上的超聲波振動未發(fā)生斷裂，因此可以作為超聲波處理鋼液的工具頭。使用金屬陶瓷管處理高碳鋼液，超聲波功率可達(dá)到250W，處理時間控制在2min左右，在高溫鋼液的熔蝕和超聲空化的作用下，沒有發(fā)生工具頭熔融的情況，可以滿足超聲波處理高溫鋼液的需求。對加稀土鈰的高碳鋼液在凝固前引入超聲波進行處理，然后在鋼錠模中凝固，可得到明 顯細(xì)化的凝固組織。隨著超聲波功率的增大、超聲處理時間的延長，凝固組織細(xì)化程度明顯 提高。鋼液溫度對超聲波處理得到的凝固組織細(xì)化程度有明顯影響，對1570'C較高溫度的鋼 液進行超聲波處理，凝固組織得到明顯的細(xì)化。超聲波處理后的鋼液冷卻速度對凝固組織有 明顯影響，采用冷卻速度較快的鋼錠?？绽浞绞?，可得到均勻、細(xì)小的凝固組織。在151(TC較低溫度的高碳鋼液凝固前進行超聲波處理，凝固后的鑄錠內(nèi)產(chǎn)生大量的氣孔， 通過增大超聲波功率、提高超聲處理溫度、采用冷卻速度相對較慢的隨高溫爐冷卻方式均可 以降低超聲處理后鑄錠中的氣孔率；在1570'C的較高鋼液溫度下，超聲波處理具有脫氣作用， 可明顯降低鋼中氮含量，氮含量由未經(jīng)超聲波處理時的100ppm降低到處理后的49ppm。超聲處理可以明顯細(xì)化加稀土的高碳鋼中的夾雜物，隨著超聲波功率的增大、處理時間 的延長，夾雜物的數(shù)量逐漸增多、平均直徑明顯減小。未經(jīng)超聲處理的鑄錠，單位面積上當(dāng) 量直徑5pm的夾雜物個數(shù)為77個/mm2、夾雜物的平均直徑為4. 39pm;當(dāng)超聲波功率為100W、超 聲處理60s時，單位面積上當(dāng)量直徑5,的夾雜物個數(shù)為134個/咖2、夾雜物的平均直徑為 2.91,。
具體實施例方式采用高溫爐冶煉，超聲波采用上部直接引入的方式，處理的鋼種包括低碳鋼、中碳鋼、 高碳鋼。采用最大功率為300W (連續(xù)可調(diào)節(jié))、頻率為20kHz的超聲波發(fā)生器(中科院聲學(xué) 所制作)；用高溫爐熔化鋼樣。所用坩堝為剛玉坩堝，外套石墨坩堝。測溫采用雙鉑銠熱電偶， 過程中通氬氣保護。在剛玉坩堝中熔化鋼樣，鋼樣完全熔化后保溫3分鐘以均勻鋼液的成分 和溫度，然后在設(shè)定的實驗條件下對鋼液進行超聲波處理，超聲處理結(jié)束后用07mm的石英 管取長度大于60mm的金屬樣以備分析鋼中的氮、氧含量，剩余鋼液澆注到鋼錠模中隨室溫 空冷，將所澆注的鑄錠沿著中心橫向一分為二，其中的一個試樣研磨并拋光腐蝕，觀察其宏 觀組織，另一半鑄錠試樣經(jīng)過砂輪機粗磨、400 1200目金相砂紙細(xì)磨和拋光后在光學(xué)顯微 鏡下連續(xù)觀察100個視場，統(tǒng)計各種夾雜物的數(shù)量、形狀及尺寸分布。
權(quán)利要求
1、一種超聲波直接引入鋼液改善鋼質(zhì)量的方法，其特征在于該方法是鋼樣在設(shè)定的溫度下熔化后，選用合適的超聲波工具頭，采用上部導(dǎo)入法將超聲波直接引入鋼液進行超聲處理。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種超聲波直接引入鋼液改善鋼質(zhì)量的方法，其特征 在于所述的超聲波工具頭為Mo—Al必,-Zr02金屬陶瓷管。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種超聲波直接引入鋼液改善鋼質(zhì)量的方法，其特征 在于所述的鋼樣包括各種低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼。
全文摘要
本發(fā)明公開一種超聲波直接引入鋼液改善鋼質(zhì)量的方法，屬于煉鋼技術(shù)領(lǐng)域。該方法的主要內(nèi)容是鋼樣在設(shè)定的溫度下完全熔化后，用既能承受較強超聲振動又能抵抗高溫鋼液侵蝕的Mo-Al₂O₃-ZrO₂金屬陶瓷管，采用上部導(dǎo)入法將超聲波直接引入高溫鋼液中，進行超聲處理，改善鋼的質(zhì)量。通過本發(fā)明方法鋼液進行超聲處理后，鋼的凝固組織得到明顯的細(xì)化，鋼中夾雜物得到彌散、細(xì)化和去除，同時具有一定的脫氣效果。
文檔編號C21C7/00GK101250608SQ20081002328
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月7日
發(fā)明者輝 孔, 強 李, 杰 李, 王建軍 申請人:安徽工業(yè)大學(xué)