[发明专利]一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，更具体地说，涉及一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法。

背景技术

不锈钢(Stainless Steel)是不锈耐酸钢的简称，耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢；而将耐化学介质腐蚀(酸、碱、盐等化学浸蚀)的钢种称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐蚀性不同，普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀，而耐酸钢则一般均具有不锈性。

不锈钢在生产过程中，一般都是采用连铸设备得到钢坯，以便于运输和后续使用。结晶器是连铸设备中一个重要的部件，被誉为连铸机的“心脏”。连铸过程中，钢水在结晶器中初步凝固成型形成一定厚度的坯壳，同时保持钢水(坯壳)与结晶器之间存在连续的相对运动，使从结晶器拉出来的铸坯不仅具有一定的厚度，而且保证铸坯在机械应力和热应力的综合作用下既不会被拉断，也不会产生歪扭变形和裂纹等质量缺陷。因此结晶器的运行及设计结构参数对提高不锈钢铸坯质量至关重要。

在不锈钢连铸生产时，结晶器一直在振动，其目的是使结晶器内壁获得良好的润滑条件，减少铸坯与结晶器内壁之间的摩擦力又能防止钢水与内壁黏结，但由于结晶器的振动，在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。不修改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。

关于超声波振动应用于连铸结晶器的技术方案已经公开，如中国专利申请号：201010251566.3，申请日：2010-08-05，发明创造名称为：一种采用超声波振动的连铸结晶器装置，该申请案公开了一种采用超声波振动的连铸结晶器装置，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。该申请案是本发明专利发明人所在课题组研究的课题成果之一，其中公开了如下技术手段：每平方米结晶器铜板上，超声波高频脉冲电源的输出功率为：1000～10000W/m²，频率为15～60KHz，该申请案中的技术方案是基于实验室的实验结论得出的，但是该申请案的技术方案在工业现场试验发现其效果并不理想，尤其针对不锈钢连铸过程中，该技术方案无法达到预期的效果，该申请案引导连铸技术人员在工艺控制上应该注意把握每平方米结晶器铜板上的输出功率和频率，但是本发明专利申请颠覆了这一设计思路。

此外，关于采用超声波技术改善铸坯凝固组织的技术方案也有类似公开，如中国专利申请号：200810023282.1，申请日：2008-04-07，发明创造名称为：一种超声波直接引入钢液改善钢质量的方法，该申请案的方法是：钢样在设定的温度下熔化后，选用合适的超声波工具头，采用上部导入法将超声波直接引入钢液进行超声处理。关于改善铸坯凝固组织的技术方案还有中国专利申请号：200510039030.4，申请日：2005-04-25，发明创造名称为：一种用于连铸机控制铸坯凝固结构的方法，该申请案公开了一种用于连铸机控制铸坯凝固结构的方法，在连铸机的结晶器或中间包的钢水中，插入一根电极，该电极通过电缆连接到高频电源输出的负极，高频脉冲电源的正极用电缆连接到连铸机的钢结构基础上，在连铸机正常浇铸时，合上高频脉冲电源，将高频脉冲电源的输出电压、电流、频率调至一定值，高频脉冲电场开始对连铸坯的凝固组织进行处理。这两个申请案都是近些年本发明专利发明人所在课题组研究的课题成果，但是如何在工业现场的连铸过程中同时控制不锈钢铸坯表面形成的振痕及铸坯凝固组织，这是困扰发明人多年的技术难题，也是困扰超声波技术应用于连铸工序的重大难题。

发明内容

1.发明要解决的技术问题