有导波杆2，上述两根吹氩管5、导波杆2相互平行且竖直安装，具体为两根吹氩管5对称分布于导波杆2对称的两侧，此布置方式的氩气冷却效果最佳，使得导波杆2能够长时间有效地将超声波直接导入中间包内的钢液，解决了现有技术中的难题，此外为了获得较大的输出振幅，波导杆2在工作中应处于谐振状态，所以波导杆2长度通设计成半波长或者是整数倍半波长，本实施例中的导波杆2采用Mo-Al2O3-ZrO2金属陶瓷，该导波杆2亦可采用其他导波材料制成，吹氩管5也采用Mo-Al2O3-ZrO2材质的金属陶瓷管，设置吹氩管5主要是通过在塞棒I内吹氩冷却，吹入的氩气冷却导波杆2后从塞棒I的上端口溢出，从而降低导波杆2的温度，减少导波杆2在高温钢液内的溶蚀，使导波杆2在塞棒I使用寿命内持续有效工作。导波杆2与换能器4相连接，所述的换能器4通过导线与超声波发生器6相连接，中间包7的下部通过浸入式水口 8将钢水10引流至结晶器11，该结晶器11内钢水10的上表面放置有保护渣9，所用保护渣9按质量百分数计算为:CaO为82?85%，MgO为7?10%，B2O3为3?4%，余量为杂质，杂质中 S12S 0.3%, Al 203彡 0.4%、氧化铁彡 0.1%, P 彡 0.01%, S 彡 0.01% ；中间包浇铸过程包括如下步骤:
[0037]I)在中间包7开浇操作前，调节氩气管道上的控流阀门，控制吹氩管5的吹氩流量为8Nl/min，吹氩压力为0.09MPa ；
[0038]2)中间包7开浇操作后，打开超声波发生器6，调整超声波发生器6的功率至500W，同时调整吹氩管5的吹氩流量为32Nl/min，吹氩压力为0.16MPa，直到浇铸过程结束后关闭超声波发生器6，本实施例将超声波直接引入中间包7的高温钢液，借用超声空化效应、声流效应等非线性效应，在钢中夹杂物表面产生空化气泡，降低夹杂物比重，以及增加了钢中夹杂物的碰撞长大机会，促进了钢中夹杂物的去除，尤其是微小夹杂的去除。同时利用超声空化效应产生的局部负压区，钢中气体向负压区聚集上浮，降低了钢中的气体含量；同时，本实施例中的超声波通过钢水10、浸入式水口 8导入到结晶器11内，作用于钢液的凝固过程，提高钢液的有效过冷度，减小临界晶核半径，增加形核率，细化晶粒，均匀组织。本实施例中换能器4的输出阻抗为50欧姆，超声波频率为21kHz，换能器4的电源电压为220V，频率为50Hz，磁化电流大于7安培，承受电功率为1000W。本实施例实现了在不影响钢液成分情况下，将超声波直接引入高温钢液，通过超声处理提高中间包7内钢水洁净度，且可以将超声波长期持续引入高温钢水，促进中间包7内气体、夹杂物的去除，同时，又能通过钢水沿浸入式水口 8将超声波引入结晶器11内，作用于钢液的凝固过程，因此，本发明通过在一处引入超声波，既可以提高钢水洁净度，又可以细化铸坯晶粒，均匀组织，一举两得。不引入任何精炼渣、改性剂等，节约矿产资源及减少对环境的污染。
[0039]此外，在中间包7开浇前，通过中间包7底部的透气砖吹氩，吹氩流量为25Nl/min，吹氩压力为0.18MPa ;开浇后调整吹氩流量为45Nl/min，吹氩压力为0.24MPa，其中，连铸过程中采用保护浇铸:钢水10由中间包7流入结晶器11的过程中采用浸入式水口 8，进行保护浇铸，降低钢液与空气的接触产生二次氧化，结晶器11中钢水10吸氮要控制小于0.0003%。
[0040]本实施例生产的钢种为GCrl5轴承钢，经过本实施例处理后的铸坯内部金相组织如图3(c)所示，通过原味分析测试分析的C偏析分析如图4(c)所示，铸坯内部的夹杂物形貌状况如图5(c)所示。未采用本发明的方法，而采用普通冶炼GCrl5轴承钢的方法，其铸坯内部金相组织如图3(a)所示，通过原味分析测试分析C偏析结果如图4(a)所示，铸坯内部的夹杂物形貌状况如图5(a)所示。
[0041]实施例2
[0042]本实施例的基本步骤同实施例1，不同之处在于:中间包浇铸过程包括如下步骤:
[0043]I)在中间包7开浇操作前，调节氩气管道上的控流阀门，控制吹氩管5的吹氩流量为5Nl/min，吹氩压力为0.1OMPa ；
[0044]2)中间包7开浇操作后，打开超声波发生器6，调整超声波发生器6的功率至300W，同时调整吹氩管5的吹氩流量为30Nl/min，吹氩压力为0.15MPa，直到浇铸过程结束后关闭超声波发生器6。
[0045]本实施例生产的钢种为GCrl5轴承钢，经过本实施例处理后的铸坯内部金相组织如图3(b)所示，通过原味分析测试分析C偏析结果如图4(b)所示，铸坯内部的夹杂物形貌状况如图5(b)所示。
[0046]实施例3
[0047]本实施例的基本步骤同实施例1，不同之处在于:中间包浇铸过程包括如下步骤:
[0048]I)在中间包7开饶操作前，调节氩气管道上的控流阀门，控制吹氩管5的吹氩流量为ΙΟΝΙ/min，吹氩压力为0.08MPa ；
[0049]2)中间包7开浇操作后，打开超声波发生器6，调整超声波发生器6的功率至700W，同时调整吹氩管5的吹氩流量为34Nl/min，吹氩压力为0.18MPa，直到浇铸过程结束后关闭超声波发生器6。
[0050]本实施例生产的钢种为GCrl5轴承钢，经过本实施例处理后的铸坯内部金相组织如图3(d)所示，通过原味分析测试分析C偏析结果基本同实施例1，铸坯内部的夹杂物形貌状况如图5(d)所示。
[0051]结合实施例1?3，铁水经过转炉冶炼、LF精炼和中间包浇铸最终得到的铸坯具体良好的机械性能，具体分析如下:
[0052]A)未采用本发明的方法时，柱状晶较为明显且比较粗大(如图3(a));加入超声波后，当超声功率300W时，铸坯内部柱状晶消失，晶粒组织较为均匀(如图3 (b))，通500W超声波之后，相对于300W试样来说，出现了更多细小的柱状晶(如图3(c));通700胃超声波之后，晶粒尺寸都没有了，组织更加均匀(如图3 (d))。
[0053]B)原味分析以C兀素偏析分析为例，未经超声处理时，铸还C偏析严重(如图4(a)),最大偏析度为2.836 ;加入超声波后，300W时，C偏析减弱(如图4(b))，最大偏析度为2.129，随着超声功率的增加，当功率增大到500W时，C偏析进一步减弱，几乎没有成分偏析(如图4 (c))，最大偏析度为1.109。由此可以得出采用本发明的方法处理可以减弱钢液在凝固过程中的成分偏析。
[0054]C)关于夹杂物分析，未加超声波时，夹杂物尺寸较大(如图5(a))，随着超声功率的增加，夹杂物尺寸逐渐变小(如图5 (b)、图5 (c)、图5 (d))，说明本发明的方法可以细化夹杂物尺寸。
【主权项】
1.一种提高钢水洁净度和细化晶粒的方法，包括转炉冶炼、LF精炼和中间包浇铸，其特征在于: (1)转炉冶炼: 采用转炉对铁水进行冶炼，转炉吹氧时间为15min，氧枪喷头采用五孔拉瓦尔型喷嘴，喷孔夹角为14°，出口马赫数M值为2.0，氧枪低枪位控制在1.lm，氧气的吨钢吹入量为29Nm3/t，出钢温度控制在1660?1680°C ;控制用于冶炼的原材料带入Al、Si的质量百分含量为Al < 0.0005%,Si ^ 0.001%，将终点碳含量控制在0.03?0.12%之间；脱氧过程中不使用Si和Al，采用C进行脱氧； (2)LF精炼: 经过步骤(I)冶炼过的钢水进行LF精炼，其中LF精炼过程全程吹氩； (3)中间包浇铸。2.根据权利要求1所述的一种提高钢水洁净度和细化晶粒的方法，其特征在于:中间包浇铸过程中，在中间包(7)设置的塞棒(I)内部开设有中空结构，该中空结构内部安装有两根吹氩管(5)，该吹氩管(5)通过氩气管道与氩气站(3)相连接，上述的中空结构内部设置有导波杆(2)，上述的两根吹氩管(5)与导波杆(2)相互平行且竖直安装于中空结构内部，两根吹氩管(5)设于导波杆(2)对称的两侧，该导波杆⑵与换能器⑷相连接，所述的换能器(4)通过导线与超声波发生器(6)相连接，上述导波杆(2)的长度为超声波半波长或者是整数倍半波长，中间包(7)的下部通过浸入式水口(8)将钢水(10)引流至结晶器(11)，该结晶器(11)内钢水(10)的上表面放置有保护渣(9);中间包浇铸过程包括如下步骤: 1)在中间包开饶操作前，调节氩气管道上的控流阀门，控制吹氩管(5)的吹氩流量为5 ?ΙΟΝΙ/min，吹氩压力为 0.08 ?0.1OMPa ； 2)中间包开浇操作后，打开超声波发生器(6)，调整超声波发生器(6)的功率至300?800W，同时调整吹氩管(5)的吹氩流量为30?34Nl/min，吹氩压力为0.15?0.18MPa，直到浇铸过程结束后关闭超声波发生器(6)。3.根据权利要求1所述的一种通过超声波提高钢水洁净度和细化晶粒的方法，其特征在于:换能器(4)的输出阻抗为50欧姆，超声波频率范围为17?23kHz，换能器(4)的电源电压为220V，频率为50Hz，磁化电流大于7安培，承受电功率为1000W。4.根据权利要求2所述的一种通过超声波提高钢水洁净度和细化晶粒的方法，其特征在于:中间包开浇操作后，调整超声波发生器(6)的功率至500?700W。
【专利摘要】本发明公开了一种提高钢水洁净度和细化晶粒的方法，属于冶金技术领域。本发明在采用转炉对铁水进行冶炼，出钢温度控制在1660～1680℃；控制用于冶炼的原材料带入Al、Si的质量百分含量为Al≤0.0005％、Si≤0.001％，将终点碳含量控制在0.03～0.12％之间；脱氧过程中不使用Si和Al；经过冶炼过的钢水进行LF精炼，其中LF精炼过程全程吹氩；中间包设置的塞棒内部开设有中空结构，该中空结构内部安装有吹氩管，该吹氩管通过氩气管道与氩气站相连接，中空结构内部设置有导波杆，该导波杆与换能器相连接，换能器通过导线与超声波发生器相连接。本发明通过在一处引入超声波，既可以提高钢水洁净度，又可以细化铸坯晶粒，均匀组织。
【IPC分类】B22D1/00
【公开号】CN105057606
【申请号】CN201510539346
【发明人】王海军, 王建军, 周俐
【申请人】王海军
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2013年6月7日
【公告号】CN103252459A, CN103252459B