专利名称：电磁搅拌水冷模及浇注钢锭的方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶炼领域，特别涉及一种电磁搅拌水冷模及浇注钢锭的方法。
背景技术：
申请号为201210180527. 8的新型钢锭水冷浇注模及方法中，钢液在模体中“静态”结晶成固体(在模体中冷却10-15分钟移入缓冷罩中冷却)，钢锭这种结晶方法使钢锭的等轴晶率较低，中心疏松和偏折在所难免，这种钢锭质量无法与电渣重熔钢锭相比。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种电磁搅拌水冷模及浇注钢锭的方法，让钢锭在“运动”的状态下结晶，合理的设定搅拌工艺使中心偏折和疏松得以避免，获得理想的等轴 晶率。本发明的电磁搅拌水冷模，由底盘、附盘、模体和保温帽构成，附盘安装在底盘上，模体座于附盘上，模体的上口内嵌插接保温帽，保温帽的上口环隙中充填有填料砂，保温帽绝热板设有加固孔。所述模体的内壁是顶部直径略小于下部直径的圆筒状结构，其环周设有冷却水夹套，该夹套的腔体的间隙由下至上渐大，且冷却水夹套的两端设有冷却水的出入口 a、b ;在模体的环周设有电磁搅拌器。作为本发明的进一步改进，模体内壁是同一材质制成，且模体与钢液接触的内壁的厚度是下薄上厚且逐渐增加。作为本发明的进一步改进，模体内壁是由几种热导率不同的材质焊接而成，且模体内部与钢液接触的内壁的金属材质热导率由下至上变小、壁厚是下薄上厚且逐渐增加。作为本发明的进一步改进，模体外周至少设置一台电磁搅拌器。作为本发明的进一步改进，电磁搅拌器由电磁感应器、水冷系统和变频电源构成。作为本发明的进一步改进，电磁搅拌器至少有一只电磁感应器。作为本发明的进一步改进，在模体上固定有托板，在托板上设有电磁感应器，各电磁感应器间由固定板固定。作为本发明的进一步改进，模体由卡板固定在附盘上。作为本发明的进一步改进，冷却水夹套中的冷却水为高位水，夹套出口水压力大于O. 05MPa，水质为软水。利用上述装置实施的电磁搅拌水冷模浇注钢锭的方法包括如下步骤
(1)模底放入保护渣(O.5-1.5) kg/T ；
(2)开启冷却水系统，检查确认模体夹套出口水压大于O.05MPa ；
(3)浇注时钢液过热度控制在(50-80)0C，锭身钢液浇注速度控制在(10-50)cm/分钟，帽口速度小于锭身；
(4)当液面上升至2/3以上的高度时，开启电磁搅拌器(9)；
(5)当液面上升至加固孔上方和挂件结构下方时停止浇注，随即在液面上放入保温剂和发热剂继续电磁搅拌；
(6)判断固溶搅拌开启时间，钢液全部凝固后移去退火；
(7)脱模后电磁搅拌器(9)和冷却水系统关闭。使用本装置，在钢液的浇注和 结晶过程中，启动电磁搅拌器，钢液“动态”结晶成固体。与原技术比钢锭等轴晶率进一步提高，根据不同的钢种适当设定搅拌强度和微调搅拌方法，可达到理想的等轴晶率；其成品成份均匀，晶粒细化、从而大幅改善钢锭质量，用此设备浇注经VD处理的钢锭可与电渣重熔钢锭媲美。
图I、图2、图3是本发明的电磁搅拌水冷模不同实施例的结构示意图。
具体实施例方式实施例I
本发明的电磁搅拌水冷模，由附盘I、模体2和保温帽3构成，模体2由卡板7固定在附盘I上，附盘I安装在底盘8上。在附盘上只设有一级模体,模体2的上口内嵌插接保温帽3，所述模体2的内壁是顶部直径略小于下部直径的圆筒状结构，其环周设有冷却水夹套4，该夹套墙体的间隙为5-30mm且腔体的间隙由下至上渐大，冷却水夹套中的冷却水为高位水，夹套出口水压力大于O. 05MPa，水质为软水。且冷却水夹套4的两端设有冷却水的出入口 a、b。在模体2的环周紧贴有电磁搅拌器9，电磁搅拌器9可以根据需要，在模体2外设一个以上。所述的电磁搅拌器9由电磁感应器10、水冷系统和变频电源构成。电磁搅拌器9至少有一只电磁感应器10。如果电磁搅拌器是有一个以上的电磁感应器10,则在模体2上固定有托板11,在托板11上设有电磁感应器10,各电磁感应器10间由固定板12固定。模体2的柱体的上口间隙配合插入保温帽3，保温帽3的上口环隙5中充填有填料砂，保温帽3绝热板设有加固孔6。本装置的水冷模上端安装保温帽3，其为内衬结构，绝热板与模体筒状内壁配合，其被固定环与填料砂与模体上端固定，挡砂板是焊在模体上端面的。本新型水冷模设有保温帽，保温帽中的钢液温降最慢，实现了最后的“补缩”。模体2内壁是同一材质制成，如纯铜或工业纯铁或低碳钢等制成，且模体2与钢液接触的内壁的厚度是下薄上厚且逐渐增加。模体2内壁是由几种热导率不同的材质焊接而成，如纯铜、工业纯铁和低碳钢，且模体2内部与钢液接触的内壁的金属材质热导率由下至上变小(即从下至上依次由纯铜、工业纯铁、低碳钢)。电磁搅拌器9可以根据需要，在模体2外设一个以上。所述的电磁搅拌器9由电磁感应器10、水冷系统和变频电源构成。变频电源的频率设定范围取决于水冷套的内外壁材质，若外壁是纯铜和不锈钢则为(3-16) Hz，若为工业纯铁则为(30-60) Hz，电磁搅拌器9至少有一只电磁感应器10。图I中的电磁搅拌水冷模安装了两台电磁搅拌器，其中上面为旋转磁场为主搅拌器，下面为行波磁场为辅助搅拌器(只在均匀成分时使用)，每台电磁搅拌器都由两台感应器构成，由托板及卡板固定。搅拌线速度控制在(O. 05-0. 6) m/s。
浇注时钢水经底盘8，附盘I流入水冷模，冷却水由进出口进出，冷却水在腔体中流速控制在(5-10) m/s，当钢液上升到锭身2/3以上高度则开启电磁搅拌器9，直到钢液全部凝成固体。利用上述装置实施的电磁搅拌水冷模浇注钢锭的方法是通过如下步骤实现
(1)在模底放入保护渣(O.5-1. 5) kg/T ；
(2)开启冷却水系统，检查确认出口水压是否大于O.05MPa ；
(3)浇注时钢液过热度控制在(50-80)V，锭身浇注速度控制在(10-50) cm/min,帽口速度小于锭身速度，当液面上升至2/3以上的高度时，开启电磁搅拌器(9)，若一台模体设有多台搅拌器则可交替进行搅拌，避免感应器由于运转时间过长而过热； (4)当液面上升至加固孔上方和挂件结构下方则停止浇注；
(5)考虑到旋转磁场是促成钢液绕模体轴心的旋转运动，本发明选择旋转磁场作为主要搅拌磁场，行波磁场是使钢液上下运动的磁场，本发明将其作为辅助搅拌磁场；只有在搅拌合金钢液(特别是高合金钢液)并且是在搅拌初期为均匀搅拌钢液成分才用到行波磁场搅拌钢液(两种磁场同时开启控制好时间)；
(6)钢液浇完后电磁搅拌器继续进行，直到钢液全部凝固后从上部提起模体，将钢锭移去退火。本发明中电磁搅拌器中的变频电源与连铸机中MEMS有所不同，变频电源的频率变动范围(工作频率变化范围设定)应考虑冷却水套内壁(水冷模与钢液接触的内壁)的材质，如紫铜3-15Hz，工业纯铁或低碳钢30-50HZ。实施例2
本发明的电磁搅拌水冷模浇注钢锭的方法，利用水冷浇注模进行如下步骤
(1)在模底放入保护渣；
(2)开启冷却水系统，检查确认出口水压是否大于O.05MPa ；
(3)浇注时钢液过热度控制在(50-80)V，锭身浇注速度控制在(10-50) cm/min,帽口速度小于锭身，当液面上升至加固孔上方和挂件结构下方则停止浇注，随即在液面上放入保温剂和发热剂；
(4)当液面上升至2/3以上的高度时，开启电磁搅拌器(9)。以图I为例，先开启下部电磁搅拌器9 (2)，该电磁搅拌器9 (2)是使钢液上下运动的，当钢液以浇至帽口则再开启上部电磁搅拌器9( I )，该电磁搅拌器为旋转磁场，这是两台电磁搅拌器同时开启，同时搅拌可以均匀钢液的成分和温度；此时时间要控制好，应控制在1-3分钟范围内，即停掉下部电磁搅拌器9 (2)只用旋转磁场的上部电磁搅拌器9 (I)搅拌到最后，钢液实现了在运动的状态下结晶成固体，质量大幅提闻;
(5)钢液浇完后电磁搅拌器继续进行，直到钢液全部凝固后以上部提起模体，将钢锭移去退火；
(6)脱模后关闭电磁搅拌器和水冷却系统。实施例3
如图2所示，10吨以下钢锭用一台电磁搅拌器，浇注典型模具钢H13，10吨水浇一只。钢水为经过10吨LF精炼钢液又经VD处理的H13。底盘的选择流钢汤道砌筑，所用的材料、技术要求等同于专利名称为新型钢锭水冷浇注模及方法、专利号为201210180527.8的技术文献。附盘模底砖镶砌与底盘对合，保温帽安装同利名称为新型钢锭水冷浇注模及方法、专利号为201210180527. 8的技术文献，安装完成后模底放入保护渣O. 5-lkg/T,开浇前开启冷却水系统，所述的供水系统是由高位水箱提供，水质为软水，是由地面扬水泵打入高位水箱，通过管路供给水冷模，检查并确认模体出水口压力大于O. 05MPa。钢水为典型的模具钢H13，且经VD处理的LF精炼的钢液，开浇温度控制在1550°C，锭身速度控制在10分钟左右浇完，帽口在5分钟内浇注完(浇注完在液面上放入保温剂和发热剂)。当液面上升至2/3以上的高度时，开启电磁搅拌器9。此时应给大速度(最高的频率)强搅拌，由电磁搅拌与液面上升的联合作用可使H13成分进一步均匀，当液面上升至加固孔6和绝热板挂件之间停止浇注。此时将电磁搅拌速度下调至中低速度适时启动固溶搅拌直到钢液全部凝固(观察保温帽中的保温剂状态即可判断出)，约40分钟左右，电磁搅拌器停止，但水系统则一直给到模体脱出来为止。模体从上脱出，将钢锭移走退火。实施例4
下面以50TLF精炼钢液经VD处理16MnDR为例，说明本发明的工艺实施过程(16MnDR为低温压力容器用钢)
如图3所示，较大型钢坯(50吨以上也适用)，可在模体上从上到下依次设有3套电磁搅拌器，每台搅拌器都由两台电磁感应器构成，模体焊上托板，电磁感应器座上边用螺栓将感应器的紧固板连接在一起。上下两台电磁搅拌器为旋转磁场、启动后钢液旋转运动，中间为行波磁场启动后使钢液上下运动；由于50T钢液在模体内凝固需要约I. 5小时左右，在设计上下两部电磁搅拌器9应考虑开启一台即可影响整个模体钢液，以便交替开启两台搅拌器，且最上面一台满足固溶搅拌条件，确保最后固溶状态下运动结晶。本台模体内径为# 1600mm，高度3500mm，模体夹套内壁下部1/2高度为纯铜，往上1/2高度为工业纯铁；夹套外壁为不锈钢(SUS304);电磁感应器的频率调节范围用(3-16)Hz0底盘8的选择，流钢汤道砌筑，附盘I模底砖砌筑及帽口安装，对冷却水要求同实施例3。开浇前，模底放入保护渣(O. 5-l)Kg/T (T为加入的钢水重)，钢水为16MnDR50吨，是经LF精后又经VD处理的钢液，开浇温度为1565 °C ;浇注速度为锭身加帽口 30-35分钟一个速度(帽口另补浇5分钟)终止液面位于固定孔6和挂件结构中间，浇完后随即在液面放入保温剂和发热剂。电磁搅拌器在模体内液面上升至2/3以上的高度时即开启电磁搅拌器9 (3)使钢液旋转运动；当全部浇注完则跟进9 (2)和9 (I)一起搅动；9 (2)是行波磁场，是钢水上下运动，9 (I)也是旋转磁场，是钢液旋转运动；当三台搅拌器共同搅拌1-2分钟后停掉9 (2)(注意3台电磁搅拌器同时搅动特别是行波磁场的参与搅动是使钢液成分均匀化，不可持续时间太长，否则帽口钢液温降要快，使后来的补缩变得不理想)。只剩9 (I)和9 (3)旋转磁场一这是电磁搅拌水冷模的主要搅拌磁场交替使用，由于50吨钢液全部结晶成固体大约需要较长(约I. 5小时左右)，所以设计9 (I)和9 (3)应考虑单开启能否使整个锭身未凝固钢液都搅动起来。判断是否应启动固溶搅拌及全部凝固可从上面帽口保温剂是否动作来确认，若帽口上部保温剂第一次不动了即可启动固溶搅拌，之后再不动即可脱模移出钢锭，将钢锭移去退火。只有模体与锭身完 全脱离才可关掉模体冷却水。
权利要求
1.电磁搅拌水冷模，是由底盘(8)、附盘(I)、模体(2)和保温帽(3)构成，附盘(I)安装在底盘(8)上，模体(2)座于附盘(I)上，模体(2)的上口内嵌插接保温帽(3)，保温帽(3)的上ロ环隙(5)中充填有填料砂，保温帽(3)绝热板设有加固孔(6)，其特征在于所述模体(2)的内壁是顶部直径略小于下部直径的圆筒状结构，其环周设有冷却水夹套(4)，该夹套的腔体的间隙由下至上渐大，且冷却水夹套(4)的两端设有冷却水的出入口 a、b ;在模体(2)的环周设有电磁搅拌器(9)。
2.如权利要求I所述的电磁搅拌水冷模，其特征在于模体(2)内壁是同一材质制成，且模体(2)与钢液接触的内壁的厚度是下薄上厚且逐渐増加。
3.如权利要求I所述的电磁搅拌水冷模，其特征在于模体(2)内壁是由几种热导率不同的材质焊接而成，且模体(2)内部与钢液接触的内壁的金属材质热导率由下至上变小、壁厚是下薄上厚且逐渐増加。
4.如权利要求I或2或3所述的电磁搅拌水冷模，其特征在于模体(2)外周至少设置一台电磁搅拌器(9)，且其中至少一台满足钢液在固溶状态下旋转运动。
5.如权利要求4所述的电磁搅拌水冷模，其特征在于电磁搅拌器(9)由电磁感应器(10)、水冷系统和变频电源构成。
6.如权利要求5所述的电磁搅拌水冷模，其特征在于电磁搅拌器(9)至少有ー只电磁感应器(10)。
7.如权利要求5或6所述的电磁搅拌水冷摸，其特征是在模体(2)上固定有托板(11)，在托板(11)上设有电磁感应器(10),各电磁感应器(10)间由固定板(12)固定。
8.如权利要求I所述的电磁搅拌水冷模，其特征在于模体(2)由卡板(7)固定在附盘(I)上。
9.电磁搅拌水冷模浇注钢锭的方法，包括如下步骤 (1)模底放入保护渣(O.5-1.5) kg/T ； (2)开启冷却水系统，检查确认模体夹套出ロ水压大于O.05MPa ； (3)浇注时钢液过热度控制在(50-80)0C，锭身钢液浇注速度控制在(10-50)cm/分钟，帽ロ速度小于锭身； (4)当液面上升至2/3以上的高度吋，开启电磁搅拌器(9)； (5)当液面上升至加固孔上方和挂件结构下方时停止浇注，随即在液面上放入保温剂和发热剂继续电磁搅拌； (6)判断固溶搅拌开启时间，钢液全部凝固后移去退火； (7)脱模后电磁搅拌器(9)和冷却水系统关闭。
10.如权利要求9所述的电磁搅拌水冷模浇注钢锭的方法，其特征在于所述的冷却水夹套(4)中冷却水为高位水，夹套出口水压カ大于O. 05MPa，水质为软水。
全文摘要
本发明的电磁搅拌水冷模及浇注钢锭的方法属于钢铁冶炼领域，是由底盘、附盘、模体和保温帽构成，模体的上口内嵌插接保温帽，保温帽的上口环隙中充填有填料砂，保温帽绝热板设有加固孔。所述模体的环周设有冷却水夹套，该夹套的腔体的间隙由下至上渐大；在模体的环周设有电磁搅拌器。其浇注钢锭的方法是模底放入保护渣，开启冷却水系统，锭身钢液浇注速度控制在(10-50)cm/分钟；当液面上升至2/3以上的高度时，开启电磁搅拌器；当液面上升至加固孔上方和挂件结构下方时停止浇注。使用本装置，在钢液的浇注和结晶过程中，启动电磁搅拌器，钢液“动态”结晶成固体。与原技术比钢锭等轴晶率进一步提高，根据不同的钢种适当设定搅拌强度和微调搅拌方法，可达到理想的等轴晶率；其成品成份均匀，晶粒细化、从而大幅改善钢锭质量。
文档编号B22D7/12GK102836971SQ201210368790
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年8月4日
发明者孙柏良 申请人:孙柏良