本發(fā)明涉及大尺寸連鑄坯生產(chǎn)，尤其涉及一種流線型的振動激冷形核裝置及操作方法。

背景技術(shù)：

1、連鑄法在大規(guī)模生產(chǎn)鋼材的領(lǐng)域上具有生產(chǎn)效率高、能源消耗低、機(jī)械化自動化程度高、金屬收得率和成材率高等優(yōu)勢，連鑄工藝直接影響到最終鋼坯的性能與質(zhì)量，因此連鑄工藝在現(xiàn)如今的鋼材生產(chǎn)制造中占據(jù)主要地位。

2、隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)需求的逐漸變化，現(xiàn)如今生產(chǎn)加工的連鑄坯尺寸增大，則鋼坯的橫截面也相應(yīng)的增大，這使得鋼坯內(nèi)部受到鋼坯表面的冷卻效果更弱，鋼坯內(nèi)部冷卻速度變慢，從而導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生大量柱狀晶，生產(chǎn)出的鋼坯會產(chǎn)生中心偏析、中心疏松、中心縮孔和中心裂紋等內(nèi)部質(zhì)量問題，嚴(yán)重影響了鋼坯的內(nèi)部質(zhì)量。

3、由于柱狀晶具有方向性，生產(chǎn)出的鋼坯內(nèi)部如果產(chǎn)生過量的柱狀晶會導(dǎo)致再熱加工時產(chǎn)生破裂，會嚴(yán)重減低鋼材的強(qiáng)度和質(zhì)量。因此降低柱狀晶的含量，提高等軸晶的含量，促使柱狀晶向等結(jié)晶進(jìn)行轉(zhuǎn)變是改善鑄坯質(zhì)量的重要方法。目前，主要的改善方法有電磁攪拌、低過熱度澆鑄、冷卻水口、改善鋼液質(zhì)量、采用喂鋼帶技術(shù)等方法。然而，以上復(fù)雜技術(shù)的改變對企業(yè)及員工素質(zhì)提出了較高的水平，從工藝可行性、改善效果和經(jīng)濟(jì)效益等角度來看，對形核器施加振動，促進(jìn)等軸晶的產(chǎn)生是解決大規(guī)格連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量問題的一種有效手段。

4、但是現(xiàn)有技術(shù)中，專利cn202410428439.8提出了一種振動激冷形核裝置，通過同質(zhì)激冷形核棒可從中心對澆鑄池內(nèi)部的金屬進(jìn)行冷卻，但該專利主要應(yīng)用于模鑄坯，而且凝固后期抽離形核棒會對鋼液內(nèi)部的流場進(jìn)行攪動造成偏析，只通過振動枝晶斷裂形成的等軸晶含量也相對較低。專利cn202110544104.9提出了一種低過熱度等溫共熔法確定連鑄喂鋼帶工藝參數(shù)的方法，該專利中主要利用了冷鋼帶本身降低鑄坯內(nèi)部的溫度，并不能對連鑄坯內(nèi)部鋼液施加持續(xù)的冷卻。

5、為此，本發(fā)明提供了一種流線型的振動激冷形核裝置及操作方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點、不足，本發(fā)明提供了一種流線型的振動激冷形核裝置及操作方法，進(jìn)而解決了現(xiàn)有技術(shù)中無法持續(xù)對大型連鑄坯內(nèi)部的鋼液持續(xù)施加振動和冷卻，導(dǎo)致等軸晶率低，從而引起的偏疏松、縮孔、裂紋等內(nèi)部質(zhì)量缺陷，導(dǎo)致鑄坯力學(xué)、抗腐蝕性能低的技術(shù)問題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明第一方面提供了一種流線型的振動激冷形核裝置，該裝置包括：結(jié)晶器，設(shè)置于外部中間包底部的浸入式水口的下方；液態(tài)金屬冷卻池，設(shè)置于結(jié)晶器的側(cè)面；冷卻風(fēng)扇，設(shè)置于液態(tài)金屬冷卻池的側(cè)面，進(jìn)而使液態(tài)金屬冷卻池降溫；激冷形核器，設(shè)置于結(jié)晶器的內(nèi)部，并與液態(tài)金屬冷卻池相連通，激冷形核器為流線型；冷卻管路，設(shè)置于液態(tài)金屬冷卻池與激冷形核器之間；變頻泵，設(shè)置于冷卻管路，與冷卻管路相連通；振動發(fā)生器，套設(shè)于冷卻管路，并且設(shè)置于變頻泵與激冷形核器之間；擋流組件，設(shè)置于激冷形核器的內(nèi)部。

3、可選擇的，擋流組件包括：擋塊，設(shè)置于激冷形核器的內(nèi)部，并與激冷形核器的內(nèi)壁相連接；擋流板，設(shè)置于激冷形核器的內(nèi)壁與擋塊之間，并與激冷形核器的內(nèi)壁相連接。

4、可選擇的，限位組件，設(shè)置于冷卻管路的管壁，并與冷卻管路的管壁相連接。

5、可選擇的，限位組件包括：提升器，設(shè)置于冷卻管路的上方，并與冷卻管路相連接；活動限位器，設(shè)置于結(jié)晶器的側(cè)壁，并與冷卻管路相連接。

6、可選擇的，振動發(fā)生器與冷卻管路之間為非剛性連接，進(jìn)而使振動發(fā)生器通過冷卻管路帶動激冷形核器產(chǎn)生振動。

7、可選擇的，激冷形核器設(shè)置于外部中間包底部的浸入式水口的正下方。

8、可選擇的，激冷形核器沿浸入式水口的軸線對稱設(shè)置。

9、可選擇的，冷卻管路沿浸入式水口的軸線對稱設(shè)置。

10、本發(fā)明第二方面還提供了一種流線型的振動激冷形核裝置的操作方法，操作方法包括：

11、s1：激冷形核器與冷卻管路相連接，開啟變頻泵向激冷形核器內(nèi)泵送低溫液態(tài)金屬，直至排凈激冷形核器內(nèi)的空氣；

12、s2：利用限位組件與冷卻管路相連接，進(jìn)而限定了激冷形核器的位置，將激冷形核器置于浸入式水口的下方；

13、s3：通過振動發(fā)生器對冷卻管路施加振動，進(jìn)而帶動激冷形核器振動，并開啟浸入式水口，向結(jié)晶器的內(nèi)部通入鋼液，通過調(diào)整振動頻率、幅度，保證了等軸晶的尺寸和彌散范圍；

14、s4：利用變頻泵控制泵送低溫液態(tài)金屬的流量，利用冷卻風(fēng)扇控制液態(tài)金屬冷卻池的溫度，進(jìn)而調(diào)控低溫液態(tài)金屬的冷卻速率和循環(huán)速率，且設(shè)置的擋流組件對冷卻后的低溫液態(tài)金屬的流動路線進(jìn)行控制，保證了等軸晶的尺寸和形核速率；

15、s5：在連鑄工藝結(jié)束后，將激冷形核器取出，并持續(xù)向激冷形核器內(nèi)通入高溫惰性氣體，直至排凈激冷形核器內(nèi)的低溫液態(tài)金屬。

16、本發(fā)明的有益效果是：

17、本發(fā)明提供了一種流線型的振動激冷形核裝置，通過設(shè)置冷卻風(fēng)扇和液態(tài)金屬冷卻池，并通過冷卻管路與激冷形核器相連通，實現(xiàn)了對結(jié)晶器內(nèi)部的鋼液進(jìn)行持續(xù)的冷卻，為結(jié)晶器內(nèi)部提供了一個低溫冷源，促進(jìn)了激冷形核器表面的枝晶形成；再結(jié)合冷卻管路上設(shè)置的變頻器和振動發(fā)生器，促使附著在激冷形核器上的枝晶發(fā)生熔斷，形成新的等軸晶，進(jìn)而增加等軸晶的數(shù)量；振動發(fā)生器也會促進(jìn)等軸晶在結(jié)晶器內(nèi)彌散分布，使等軸晶在鑄坯內(nèi)分布更均勻，進(jìn)一步使鑄坯內(nèi)部晶粒尺寸更加均勻，提升了大型連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。

18、進(jìn)一步地，激冷形核器設(shè)置為流線型，減小了激冷形核器表面凝固組織的厚度，由于鋼液在流線型的激冷形核器的外表面上流動更為緊湊，來自浸入式水口的高速射流沿激冷形核器表面流動，促進(jìn)了晶核的剝離與枝晶的熔化，提高了等軸晶形核質(zhì)點的數(shù)量；同時，由于激冷形核器的流線型特征使得流動邊界層更薄，進(jìn)而減小了激冷形核器表面凝固組織的厚度，進(jìn)而提高了傳熱系數(shù)，從而提高了激冷形核器與熔融鋼液之間的換熱效率。激冷形核器表面的枝晶斷裂和振動發(fā)生器造成的彌散效果相疊加能夠顯著地增加結(jié)晶器內(nèi)的等軸晶含量，提高了等軸晶被柱狀晶捕獲的概率，等軸晶形成過程中生長速度均勻有助于溶質(zhì)元素均勻分布和熱傳遞更為均勻，同時等軸晶形成的材料性能相對于柱狀晶的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，有利于有效抑制或消除鑄坯中心偏析、疏松、裂紋內(nèi)部缺陷，有效提升了鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。

19、進(jìn)一步地，通過在激冷形核器的內(nèi)部設(shè)置擋流組件，有效對冷卻后的低溫液態(tài)金屬的流動路線進(jìn)行控制，使得冷卻后的低溫液態(tài)金屬緊貼激冷形核器的內(nèi)壁表面流動，強(qiáng)化熱對流，增強(qiáng)換熱效果和換熱效率，同樣有利于抑制或消除鑄坯中心偏析、疏松、裂紋的內(nèi)部缺陷，最終增加了等軸晶的含量，提升了大型連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種流線型的振動激冷形核裝置，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的流線型的振動激冷形核裝置，其特征在于，所述擋流組件包括：

3.如權(quán)利要求1所述的流線型的振動激冷形核裝置，其特征在于，還包括：

4.如權(quán)利要求3所述的流線型的振動激冷形核裝置，其特征在于，所述限位組件包括：

5.如權(quán)利要求1所述的流線型的振動激冷形核裝置，其特征在于，所述振動發(fā)生器與所述冷卻管路之間為非剛性連接，進(jìn)而使所述振動發(fā)生器通過所述冷卻管路帶動所述激冷形核器產(chǎn)生振動。

6.如權(quán)利要求1所述的流線型的振動激冷形核裝置，其特征在于，所述激冷形核器設(shè)置于所述浸入式水口的正下方。

7.如權(quán)利要求6所述的流線型的振動激冷形核裝置，其特征在于，所述激冷形核器沿所述浸入式水口的軸線對稱設(shè)置。

8.如權(quán)利要求7所述的流線型的振動激冷形核裝置，其特征在于，所述冷卻管路沿所述浸入式水口的軸線對稱設(shè)置。

9.一種流線型的振動激冷形核裝置的操作方法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種流線型的振動激冷形核裝置及操作方法，該裝置包括：結(jié)晶器，設(shè)于外部中間包底部的浸入式水口的下方；液態(tài)金屬冷卻池設(shè)置于結(jié)晶器的側(cè)面；冷卻風(fēng)扇設(shè)于液態(tài)金屬冷卻池側(cè)面，進(jìn)而使液態(tài)金屬冷卻池降溫；激冷形核器設(shè)于結(jié)晶器的內(nèi)部，并與液態(tài)金屬冷卻池相連通，激冷形核器為流線型；冷卻管路設(shè)置于液態(tài)金屬冷卻池與激冷形核器之間；變頻泵設(shè)置于冷卻管路；振動發(fā)生器套設(shè)于冷卻管路，且設(shè)置于變頻泵與激冷形核器之間；擋流組件設(shè)置于激冷形核器的內(nèi)部。本發(fā)明將激冷形核器設(shè)置為流線型，減小激冷形核器表面凝固組織的厚度，促進(jìn)了晶核的剝離與枝晶的熔化，提高了等軸晶形核質(zhì)點的數(shù)量，提升了大型連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：劉中秋,姚毓超,魏禹澤,李寶寬,齊鳳升,王芳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19