专利名称：一种采用超声波振动的连铸结晶器装置的制作方法
技术领域：
本发明属于冶金连铸技术领域，具体涉及一种采用超声波振动的连铸结晶器装置。
背景技术：
结晶器是连铸机的心脏部件。浇注钢液时，若结晶器固定不动，铸坯易与结晶器发 生粘结，导致出现“拉不动”或者拉漏事故，很难进行浇注。而结晶器以一定的规律上下往 复振动，使其内壁获得良好的润滑条件，减少了摩擦力又能防止钢水和内壁的粘结，同时也 能改善铸坯的表面质量。当发生粘结时，振动能强制脱模，消除粘结，实际上起到了 “脱模” 的作用。结晶器振动是浇注成功的先决条件，是连铸发展的一个重要里程碑。振动结晶器 的发明，才得以实现工业上大规模应用连铸技术。正是由于结晶器的振动，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。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。结晶器的振动参数选择不好，也会造成卷渣现象，形成铸坯表面夹渣。这种类型的 夹渣即贯通型夹渣是由于结晶器振动过程，初生坯壳在产生裂纹随即又被焊合的过程中， 保护渣渗入而形成的。这种类型的夹渣尺寸大，大多数分布在离铸坯表面0 5mm内，若不 采取清理措施，对钢材表面质量会造成直接危害，特别是对高品质的汽车面板用钢，铸坯表 面夹渣更是致命的缺陷。这些表面缺陷严重影响了铸坯的质量，影响了钢材的后续加工性 能。另外，由于结晶器的振动，结晶器必须和中间包分开，这样就增加了一个钢水二次 氧化的空间，为了避免钢水的二次氧化，就需采用侵入式水口加保护渣对钢流进行保护浇 注，这又给铸坯带来了保护渣夹杂物危害。为了减轻结晶器振动给铸坯带来的缺陷，改善铸坯表面质量，减小振痕深度，人们 一直都在对结晶器的振动进行深入细致的研究。但是，结晶器振动方式的改进解决不了铸 坯固有的振动缺陷，所以人们一直在不断地开发新型结构的结晶器。本发明提供的超声波振动结晶器突破了传统的机械振动的限制，是将超声波振动 应用于连铸生产的一项新的结晶器振动技术，它有利于促进没有振痕等表面缺陷的无缺陷 连铸坯生产，提高铸坯和钢材质量。
发明内容
本发明提出的超声波振动结晶器是将电能转化为高频电能，输入超声换能器，将 其变成机械振动，在结晶器铜壁上产生一个低振幅、高频率的超声振动波(机械波)，从而 使结晶器振动，取消了结晶器的机械振动机构，达到将已凝固的铸坯坯壳与结晶器铜壁分 开的目的，使铸坯能顺利地拉出结晶器成为易事。本发明所提出一种采用超声波振动的连铸结晶器装置包括中间包、结晶器、结晶 器铜板、超声波导波杆、换能器、超声波电源，所述结晶器与中间包直接连接，在所述结晶器 铜板的每个背面分别安装超声波导波杆，所述超声波导波杆与换能器相连，换能器通过电 缆和超声波电源相连，在所述结晶器铜板四周设有冷却水水箱，所述超声波导波杆穿过冷 却水水箱与结晶器铜板垂直相连，所述超声波导波杆的长度为采用的超声波波长的整数倍 或半波长的整数倍。本发明提供的连铸结晶器装置，在连铸机正常浇注时，合上超声波装置电源，将超 声波输出功率调至一定值，超声波振动装置就可以在在结晶器铜板上产生强烈的冲击作 用，消除了结晶器内钢水凝固坯壳与铜板的粘结。钢水由中间包直接注入结晶器内，从该结 晶器内直接拉出凝固的钢坯。超声波振动结晶器装置使用的导波杆的材质为铝镁合金或钛合金，导波杆穿过结 晶器冷却水箱与铜板呈垂直90°角连接，使结晶器铜板产生垂直于铜板表面的振动波，导 波杆的冷却采用冷却结晶器铜板的冷却水进行冷却。每平方米结晶器铜板上，超声波高频脉冲电源的输出功率达到1000-10000W/M2， 频率 15-60KHz。本发明的优点在于1、本发明涉及一种在连铸结晶器上采用超声波振动代替目前使用的机械振动方 式，其特征在于利用超声波是一种压缩纵波的性质，在结晶器铜板上产生强烈的冲击作用， 消除铸坯与铜板的粘结，达到强制脱模的效果。达到消除铸坯振痕等表面缺陷，提高铸坯和 钢材质量的目的。2、超声波振动结晶器没有空间的位移振动，可以与盛钢水的容器直接连接，钢水 由容器直接注入结晶器内，取消了钢水容器通过浸入式水口进入结晶器的方式，避免在中 间包和结晶器之间产生钢水的二次氧化。3、超声波振动结晶器的研究成功和使用，必将推动相关的连铸新技术研究，推动 水平连铸技术发展，降低连铸机的高度，节约大量投资，对促进连铸技术的发展具有重要意 义。
图一种用于钢水连续浇注的超声波振动结晶器装置示意图。图中1 超声波电源，2 电源连接导线，3 超声波换能器，4 超声波导杆，5 结晶 器铜板，6 结晶器，7 中间包，8 钢水，9 结晶器冷却水出口，10 结晶器冷却水箱，11 凝 固坯壳，12 结晶器冷却水进口。
具体实施例方式本发明装置见说明书附图，该装置的超声波导波杆4 一头安装连铸机结晶器铜板 5的背面，导波杆4的另一头伸出结晶器冷却水箱10与超声波换能器3相连，换能器3通 过一根电源连接导线2与超声波电源1相连，结晶器6直接与盛有钢水8的中间包7相连。 在连铸机正常浇注时，中间包7内的钢水8流入到水冷的结晶器铜板5所围得空间内，钢水 8就会凝固成坯壳11。合上超声波装置电源1，在结晶器铜板5上就会产生强烈的超声振 动，将钢水凝固坯壳11从结晶器铜板5上分离，在凝固的坯壳上施加一个向外的拉力，使铸 坯11连续不断地拉出结晶器6。实施例1 本实施例连续浇注铝锭。所用的结晶器尺寸断面50 X 50mm，长为500mm， 是一长方形，用铜板制成，按本发明专利所述的方法制成超声波振动结晶器，超声波的功率 为100W，频率15KHZ，与结晶器铜板面积之比为1000W/M2。超声波振动结晶器一端与中间包 相连，另一端浇注前在结晶器铜板内用引锭头堵上，引锭头用钢丝绳牵引，钢丝绳另一端连 接在用电动机和变速箱带动的卷扬筒上。试验时，先将100公斤重的铝锭加入到100公斤 中频感应炉内熔化，完全熔化后，打开超声波电源，让超声波结晶器开始工作；然后将熔化 好的铝液倒入到中间包内，再打开调频电动机开关，以每分钟0. 3M的速度拉着引锭头和凝 固的铝坯向外运动。铝坯出结晶器后，用冷却水喷在铝坯上，进行强制快速冷却。将中间包 内的铝液全部拉成一根铝坯后，结束浇注。实施例2 本实施例连续浇注铜锭。所用的结晶器尺寸断面50 X 50mm，长为500mm， 是一长方形，用铜板制成，按本发明专利所述的方法制成超声波振动结晶器，超声波的功率 为500W，频率30KHz，与结晶器铜板面积之比为5000W/M2。超声波振动结晶器一端与中间包 相连，另一端浇注前在结晶器铜板内用引锭头堵上，引锭头用钢丝绳牵引，钢丝绳另一端连 接在用电动机和变速箱带动的卷扬筒上。试验时，先将100公斤重的铜锭加入到100公斤 中频感应炉内熔化，完全熔化后，打开超声波电源，让超声波结晶器开始工作；然后将熔化 好的铜液倒入到中间包内，再打开调频电动机开关，以每分钟0. 3M的速度拉着引锭头和凝 固的铜坯向外运动。铜坯出结晶器后，用冷却水喷在铜坯上，进行强制快速冷却。将中间包 内的铜液全部拉成一根铜坯后，结束浇注。实施例3 本实施例连续浇注钢锭。所用的结晶器尺寸断面50 X 50mm，长为500mm， 是一长方形，用铜板制成，按本发明专利所述的方法制成超声波振动结晶器，超声波的功率 为1000W，频率60KHZ，与结晶器铜板面积之比为10000W/M2。超声波振动结晶器一端与中间 包相连，另一端浇注前在结晶器铜板内用引锭头堵上，引锭头用钢丝绳牵引，钢丝绳另一端 连接在用电动机和变速箱带动的卷扬筒上。试验时，先将100公斤重的钢锭加入到100公 斤中频感应炉内熔化，完全熔化后，打开超声波电源，让超声波结晶器开始工作；然后将熔 化好的钢液倒入到中间包内，再打开调频电动机开关，以每分钟0. 3M的速度拉着引锭头和 凝固的钢坯向外运动。钢坯出结晶器后，用冷却水喷在钢坯上，进行强制快速冷却。将中间 包内的钢液全部拉成一根钢坯后，结束浇注。
权利要求
一种采用超声波振动的连铸结晶器装置，其特征在于该连铸结晶器装置包括中间包、结晶器、结晶器铜板、超声波导波杆、换能器、超声波电源，所述结晶器与中间包直接连接，在所述结晶器铜板的每个背面分别安装超声波导波杆，所述超声波导波杆与换能器相连，换能器通过电缆和超声波电源相连，在所述结晶器铜板四周设有冷却水水箱，所述超声波导波杆穿过冷却水水箱与结晶器铜板垂直相连，所述超声波导波杆的长度为采用的超声波波长的整数倍或半波长的整数倍。
2.根据权利要求1所述的连铸结晶器装置，其特征在于所述导波杆的材质为铝镁合金 或钛合金。
全文摘要
本发明提供一种采用超声波振动的连铸结晶器装置，属于冶金连铸技术领域。该发明装置包括中间包、结晶器、结晶器铜板、超声波导波杆、换能器、超声波电源，结晶器与中间包直接连接，在所述结晶器铜板的每个背面分别安装超声波导波杆，导波杆与换能器相连，换能器和超声波电源相连，超声波导波杆穿过冷却水水箱与结晶器铜板垂直相连，超声波导波杆的长度为采用的超声波波长的整数倍或半波长的整数倍。本发明提出的超声波振动结晶器的振动方式突破了传统的机械振动限制，其发明有利于促进没有振痕等表面缺陷的无缺陷连铸坯生产，提高铸坯和钢材质量。
文档编号B22D11/053GK101905295SQ20101025156
公开日2010年12月8日 申请日期2010年8月5日 优先权日2010年8月5日
发明者周俐, 李卫国, 王建军 申请人:安徽工业大学