专利名称：对钢液施加电场能量改善硅钢铸坯质量的方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶金技术领域，尤其涉及为改善硅钢铸坯质量对液态钢液施加电场能量的方法。
背景技术：
由于硅钢的成分比较特殊，含硅量高，其连铸坯凝固组织的粗晶结构和枝状晶十分发达，而中心球状晶的数量却很少，甚至几乎没有，因此在轧制硅钢板时很容易出现质量缺陷，特别是瓦楞状板形缺陷。为解决上述缺陷通常采用电磁搅拌和轻压下技术。近年出现的在金属处于完全液态的条件下，对其施加电场能量来改变液态金属结构，细化金属凝固组织的技术也可用来解决上述缺陷，可由于该技术基本上还处于实验研究阶段，且大多在实验室做一些低温合金的试验。一些实验室的实验设备能量太小，不适用于现场环境恶劣的工业生产，电压、电流、频率等参数中某些参数或不可测或不可控。有些实验设备只考虑了电压和频率的参数，而没有考虑电流和占空比对释放到钢液中能量的作用。有些实验设备采用数百甚至数千赫兹的频率，没有考虑占空比对释放能量的影响，这样，应用于大工业生产中，就会因集肤效应而使处理效果变得非常微弱。一些实验设备直接将供电系统中的电能作用到实验室里公斤级的金属液中，如直接应用到工业生产中，则会使工厂的供电系统跳闸而无法工作。由于实验设备没有足够大的储能释放装置，虽能满足实验室处理几公斤金属液的需求，但在工业生产中却无法获得理想的处理效果。此外，电场能量波形的不同同样影响钢液处理的效果，不合适的波形对输出到钢液中的能量有较大影响，某些波形电压很高，但传输到钢液中的能量却很小，在工业生产中起不到处理的效果。目前，对于适用于大工业化生产，尤其是对硅钢连铸坯用液态钢液施加电场能量改善其质量的技术还没有成功的经验，所以无法提供合适的电场能量处理参数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能适用于大工业化生产的，采用变占空比矩形波对钢液施加电场能量改善硅钢铸坯质量的方法。
本发明对钢液施加电场能量改善硅钢铸坯质量的方法是这样实现的由电场能量发生装置通过电极将电场能量导入钢液，其特征在于所述电场能量的波形为变占空比矩形波，所施加的能量为1000J～180MJ，电压100V～1800V，电流100A～8KA，频率≤25Hz，占空比5％～90％。
本发明根据不同的钢种以及钢液量等参数通过电场能量发生装置来调整所需施加的电场能量，得到了令人满意的处理参数。
本发明特别适用于处理连铸中间包或结晶器内的钢液。该方法操作简单，使用方便。
本发明在5吨～80吨中间包内处理硅钢钢液时所述电场能量为1000J～170MJ，电压100V～1700V，电流100A～8KA，频率≤25Hz，占空比5％～90％。
本发明使用了适合于大工业化生产的电场能量发生装置，更确切地说是一种电场能量发生释放装置。该装置主要由电源部分、电场能量储存释放部分和控制部分所组成。其中电场能量储存释放部分包括电场能量储存单元、电场能量释放单元和预储能单元；控制部分包括电场能量释放控制单元和一个PLC。预储能单元和电场能量储存单元在PLC和电场能量释放控制单元的控制下进行能量的储存和释放，将电源的能量和预储能单元储存的能量送入电场能量储存单元，并通过电场能量储存单元经电极将电场能量输入钢液，对钢液进行处理。其电源部分包括三相电源变压器、三相全控桥整流单元、高压全控桥整流单元及滤波单元组成。滤波后的直流电源在能量叠加切换单元的控制下进行叠加或切换，叠加或切换后的直流电源向预储能单元和电场能量储存单元充电储存能量。PLC采集设定参数并且实时扫描电源部分、电场能量储存释放部分的电压、电流、频率、占空比参数，通过实时的数据处理、数值计算输出到电场能量释放控制单元控制电场能量释放单元的能量释放，同时检测并协调控制电源、能量叠加切换单元、预储能单元、电场能量储存单元，使电场能量按处理钢水的参数输出到被处理的钢液中。根据工业生产的实际情况，可手动调节输出到钢液中的能量，也可自动寻优使作用到钢液中的能量达到最大。
本发明采用的变占空比矩形波是一种输出能量可调节控制，作用时间和作用周期可调节控制的复合波形，采用频率25Hz以下的能量输出能避免集肤效应，可在能量储存系统和负载之间获得较大的匹配能量，使能量连续输入到钢液中。
经本发明处理后的液态钢液，细化了凝固组织，减少了硅钢连铸坯的粗晶凝固组织和枝状晶，并使其变细变短，使硅钢连铸坯中心的球状晶数量明显增加，从而有效地消除了轧制硅钢板时出现的瓦楞状板形缺陷，同时也减少了宏观偏析、疏松、裂纹、缩孔等缺陷，使硅钢连铸坯的质量和硅钢轧材质量大为提高。
图1a为未经电场能量处理的取向硅钢板坯凝固组织低倍图。
图1b为经电场能量处理后的取向硅钢板坯凝固组织低倍图。
图2a为未经电场能量处理的无取向硅钢板坯凝固组织低倍图。
图2b为经电场能量处理后的无取向硅钢板坯凝固组织低倍图。
具体实施例方式
下面参照附图通过实施例对本发明作进一步的描述。
本发明实施例对5吨～80吨中间包内不同钢种的液态硅钢钢液分别进行了施加电场能量的处理，在浇钢的整个生产过程中由电场能量发生装置通过铝碳质复合电极将电场能量导入钢液，所述电极通过中间包盖插入钢液，插入的深度在200mm～1500mm。所述电场能量的波形为变占空比矩形波，所施加的电场能量为1000J～170MJ，电压100V～1700V，电流100A～8KA，频率≤25Hz，占空比5％～90％。
本发明在处理5吨中间包内不同钢种的液态硅钢钢液时所施加的电场能量为1000J～6000J，电压100V～500V，电流100A～800A，频率≤25Hz，占空比20％～50％。
本发明在处理80吨中间包内不同钢种的液态硅钢钢液时所施加的电场能量为100MJ～170MJ，电压1000V～1700V，电流5KA～8KA，频率≤25Hz，占空比50％～90％。
本发明对230mm×1200mm的板坯连铸中间包内的液态取向硅钢钢液进行施加电场能量处理。该钢种为AQ100，钢水的成分为(重量百分比)C0.03％～0.06％、Si2.8％～3.3％、Mn0.05％～0.20％、P0.005％～0.100％、S0.005％～0.025％，中间包的容量为55吨，所施加的电场能量为125MJ，电压1600V，电流5KA，频率18Hz，占空比83％。图1a为未经电场能量处理的AQ100取向硅钢板坯凝固组织低倍图，图1b为经电场能量处理后的AQ100取向硅钢板坯凝固组织低倍图。由图1a和图1b的比较，可以看出未经电场能量处理的板坯凝固组织的粗晶组织粗大，中心部位只有少量的球状晶。经电场能量处理后，板坯凝固组织细化非常明显，内部裂纹、偏析和疏松已基本消除，球状晶增加到70％左右。
本发明对230mm×1200mm的板坯连铸中间包内的液态无取向硅钢钢液进行施加电场能量处理。该钢种为50AW540，钢水的成分为(重量百分比)C≤0.005％、Si1.4％～1.7％、Mn0.10％～0.30％、P≤0.030％、S≤0.008％，中间包的容量为55吨，所施加的电场能量为120MJ，电压1500V，电流5KA，频率16Hz，占空比80％。图2a为未经电场能量处理的50AW540无取向硅钢板坯凝固组织低倍图，图2b为经电场能量处理后的50AW540无取向硅钢板坯凝固组织低倍图。由图2a和图2b的比较，可以看出未经电场能量处理的球状晶率约在5.9％，枝状晶宽度或直径平均在6.90mm，枝状晶的长度平均在9.25mm。经电场能量处理后的球状晶率达到32.4％，比未处理前提高5.49倍；枝状晶宽度或直径平均为4.33mm，比未处理前细化1.59倍；枝状晶的长度平均为4.03mm，比未处理前缩短2.29倍。
权利要求
1.一种对钢液施加电场能量改善硅钢铸坯质量的方法，由电场能量发生装置通过电极将电场能量导入钢液，其特征在于所述电场能量的波形为变占空比矩形波，所施加的电场能量为1000J～180MJ，电压100V～1800V，电流100A～8KA，频率≤25Hz，占空比5％～90％。
2.根据权利要求1所述的对钢液施加电场能量改善硅钢铸坯质量的方法，其特征在于该方法适用于连铸中间包或结晶器内的钢液。
3.根据权利要求1或2所述的对钢液施加电场能量改善硅钢铸坯质量的方法，其特征在于在5吨～80吨中间包内处理硅钢钢液时所述电场能量为1000J～170MJ，电压100V～1700V，电流100A～8KA，频率≤25Hz，占空比5％～90％。
4.根据权利要求3所述的对钢液施加电场能量改善硅钢铸坯质量的方法，其特征在于在5吨中间包内处理液态硅钢钢液时所施加的电场能量为1000J～6000J，电压100V～500V，电流100A～800A，频率≤25Hz，占空比20％～50％。
5.根据权利要求3所述的对钢液施加电场能量改善硅钢铸坯质量的方法，其特征在于在80吨中间包内处理液态硅钢钢液时所施加的电场能量为100MJ～170MJ，电压1000V～1700V，电流5KA～8KA，频率≤25Hz，占空比50％～90％。
6.根据权利要求3所述的对钢液施加电场能量改善硅钢铸坯质量的方法，其特征在于在55吨中间包内处理230mm×1200mm板坯的液态取向硅钢钢液时所施加的电场能量为125MJ，电压1600V，电流5KA，频率18Hz，占空比83％。
7.根据权利要求3所述的对钢液施加电场能量改善硅钢铸坯质量的方法，其特征在于在55吨中间包内处理230mm×1200mm板坯的液态无取向硅钢钢液时所施加的电场能量为120MJ，电压1500V，电流5KA，频率16Hz，占空比80％。
全文摘要
本发明提供了一种对钢液施加电场能量改善硅钢铸坯质量的方法，该方法由电场能量发生装置通过电极将电场能量导入钢液，所述电场能量的波形为变占空比矩形波，电场能量为1000J～180MJ，电压100V～1800V，电流100A～8KA，频率≤25Hz，占空比5％～90％。本发明使用了适合于大工业化生产的电场能量发生装置，能在所需范围内按合适的电场能量处理参数进行控制。采用变占空比矩形波，可根据工业生产的实际情况调节输出的能量。经处理后的钢液，细化了铸坯的凝固组织，减少了粗晶凝固组织结构和枝状晶，并使其变细变短，板坯中心的球状晶数量明显增加，消除了钢板的瓦楞状板形缺陷，减少了宏观偏析、疏松、裂纹、缩孔等缺陷，使板材质量大为提高。该方法操作简单，使用方便。
文档编号C22F3/02GK1931476SQ200510047210
公开日2007年3月21日 申请日期2005年9月13日 优先权日2005年9月13日
发明者唐复平, 黄浩东, 关勇, 孟劲松, 李平, 王军, 李震, 王金旗 申请人:鞍钢股份有限公司