结晶器永磁搅拌方坯初始凝固坯壳制备实验装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种结晶器永磁搅拌方坯初始凝固坯壳制备实验装置与方法，该装置，包括控制系统、坩埚、对坩埚进行加热的加热炉、对坩埚内钢液实现永磁搅拌的永磁搅拌模块、结晶器以及与结晶器匹配的拉坯模块，所述结晶器配套有结晶器铜模，所述控制系统分别与加热炉、永磁搅拌模块和拉坯模块电连接。本申请的装置与方法，能够模拟结晶器在不同永磁搅拌条件下的方坯初始凝固坯壳制备，具有结构简单，维护简便，成本低廉，磁场模式多元化的优点，提高了铸坯质量的可调控性，改善了铸坯质量。可用于研究结晶器永磁搅拌对方坯初始凝固坯壳的影响，用于探究不同钢种最佳的结晶器永磁搅拌条件，为结晶器永磁搅拌的工业化应用提供指导。为结晶器永磁搅拌的工业化应用提供指导。为结晶器永磁搅拌的工业化应用提供指导。

【技术实现步骤摘要】
结晶器永磁搅拌方坯初始凝固坯壳制备实验装置与方法


[0001]本专利技术属于坯壳制备
，具体涉及一种结晶器永磁搅拌方坯初始凝固坯壳制备实验装置及方法。

技术介绍

[0002]铸坯的表面和内部缺陷与结晶器内钢液的流动状态密切相关，研究表明,铸坯近80％的表面缺陷起源于结晶器。因此，控制和改善结晶器内钢液的流动对提高铸坯质量,尤其是表面质量，至关重要。结晶器电磁搅拌能够加强钢液在浇注期间和凝固初始的流动，强化结晶器内的钢水传热，降低钢液过热度，进而实现凝固坯表面(坯壳)质量的控制，得到冶金工作者的广泛关注。
[0003]然而，电磁搅拌需要大功率变频电流以产生交变磁场，设备复杂、能耗高、维护成本高；同时为防止线圈过热，需要使用流动水冷却，一方面，冷却水带走线圈焦耳热，会浪费电能；另一方面，尽管使用高质量的冷却水，线圈的使用寿命仍然较短，不超过一年，需要经常替换。随着磁性材料性能的不断提升，永磁搅拌已成为电磁搅拌的一种有效替代方法。研究表明，永磁搅拌的电能消耗仅为电磁搅拌的十分之一。因此，发展永磁搅拌技术，对企业降低能源消耗、节约生产运行成本具有重要意义。
[0004]小方坯高碳帘线钢凝固末端永磁搅拌试验结果表明，凝固末端永磁搅拌能够降低小方坯中的碳偏析，节能效果显著。专利CN108580803A公开了一种炼钢连铸机铸坯凝固末端永磁搅拌器，通过液压马达驱动永磁体旋转实现钢坯液芯搅拌的目的。然而，结晶器永磁搅拌技术的应用鲜有报道。技术专利CN212419548U公开了一种炼钢连铸机铸坯结晶器，在结晶器外置永磁搅拌器，采用液压马达驱动永磁体旋转实现搅拌。上述专利磁场运动模式单一，只是将永磁搅拌与电磁搅拌进行简单替换，未能解决实际生产问题的需求。
[0005]为研究结晶器永磁搅拌对初始凝固坯壳的影响，最理想的方法应该是工业现场实验或者小型中试连铸机实验，但是，这类方法面临着实验危险性高，原料消耗大，能耗高，影响正常生产流程，实验成本过高等众多问题。此外，部分研究人员通过建立数学模型来模拟永磁搅拌在结晶器初始凝固中的作用，但是，这类方法是建立在一定假设基础上的，是需要全面准确的边界条件和物性参数的，这些因素都会影响模拟结果的正确性，且模拟结果往往难以全面准确解释结晶器内包含复杂的、多相的、瞬时的“三传一反”现象的初始凝固坯壳的形成问题。为了切实研究结晶器永磁搅拌对钢液初始凝固的影响，实现结晶器永磁搅拌的工业化落地应用，亟需一种新思路和新方法。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种结晶器永磁搅拌方坯初始凝固坯壳制备实验装置与方法，能够模拟结晶器在不同永磁搅拌条件下的方坯初始凝固坯壳制备，具有结构简单，维护简便，成本低廉，磁场模式多元化的优点，以便提高铸坯质量的可调控性，改善铸坯质量。可用于研究结晶器永磁搅拌对方坯初始凝固坯壳的影响，用于探究不同钢种最
佳的结晶器永磁搅拌条件，为结晶器永磁搅拌的工业化应用提供指导。
[0007]本专利技术通过以下技术手段解决上述问题：
[0008]第一方面，本专利技术涉及一种结晶器永磁搅拌方坯初始凝固坯壳制备实验装置，包括控制系统、用于盛放熔化钢液的坩埚、对坩埚进行加热的加热炉、对坩埚内钢液实现永磁搅拌的永磁搅拌模块、结晶器以及与结晶器匹配的拉坯模块，所述结晶器配套有结晶器铜模，所述控制系统分别与加热炉、永磁搅拌模块和拉坯模块电连接。
[0009]进一步，所述加热炉配套有发热体和热电偶。
[0010]进一步，所述坩埚包括套接装配的外锅体和内锅体，所述热电偶置于外锅体和内锅体之间。
[0011]进一步，还包括驱动结晶器铜模振动的结晶器铜模振动电机，所述结晶器铜模振动电机与控制系统电连接。
[0012]第二方面，本专利技术涉及一种采用上述装置制备方坯初始凝固坯壳的实验方法，包括如下步骤：
[0013]1)在坩埚中盛放所需实验用钢20
‑
25kg，将坩埚置于加热炉中，根据实验钢种及实验需求，调节永磁模块的永磁体的高度，实现坩埚处磁场强度控制；
[0014]2)启动加热炉熔化实验用钢，保持温度在所用钢种液相线温度30
‑
70℃以上；启动永磁搅拌，调节搅拌速度，确保钢液的成分与温度均匀；随后加入与钢种配套的结晶器保护渣到钢水中，待其完全熔化后形成结晶器保护渣层，并测量结晶器保护渣层的温度；
[0015]3)将结晶器铜模缓慢插入熔池，启动结晶器铜模振动电机，驱动结晶器铜模按设定的振动频率与振动幅度振动，结晶器保护渣层在结晶器铜模上快速冷却形成保护渣膜，随着结晶器铜模继续插入，钢液在包裹了保护渣膜的结晶器铜模上快速凝固；
[0016]4)当结晶器铜模下行到设定位置后，结晶器铜模停止向下运动，停留1
‑
10秒钟，结晶器表面钢液凝固形成的初始凝固坯壳厚度达到1
‑
6mm，启动拉坯模块带动凝固坯壳向下运动，同时新的钢液与结晶器铜模接触，拉出一定长度的初始凝固坯壳，期间始终保持永磁搅拌模块运行；在拉出初始凝固坯壳的过程中，关闭结晶器铜模振动电机；
[0017]5)结晶器铜模带动初始凝固坯壳一起向上运动脱离坩埚内的熔池，切割后得到结晶器永磁搅拌方坯初始凝固坯壳；最后关闭结晶器永磁搅拌模块。
[0018]进一步，所述结晶器铜模振幅为1
‑
6mm，振频为50
‑
350次/分钟。
[0019]进一步，所述初始凝固坯壳长度在300
‑
800mm。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]本申请的装置及方法，通过事先调节好永磁体的位置，调节结晶器处的磁场强度和磁场分布情况，可通过控制永磁体的转速、转向，实现结晶器所在位置磁场的多元化控制，通过对结晶器永磁搅拌的真实模拟，满足不同钢种不同结晶器永磁搅拌条件下的初始凝固坯壳的研究需求，可用于探究不同钢种最佳的结晶器永磁搅拌条件，为结晶器永磁搅拌的工业化应用提供充分的借鉴。常规的永磁体位置固定的永磁搅拌装置，可控参数单一，难以满足不同熔体的搅拌需求，难以探究出最佳的永磁搅拌条件，不利于提供合适的确切的工业化应用方案。本专利申请的装置及方法实验过程方便，设备操作简易，模拟过程稳定可靠，实验费用较低，为结晶器永磁搅拌的工业现场实验提供真实模拟，避免浪费过多能源，为结晶器永磁搅拌的工业化应用提供强大支撑。
附图说明
[0022]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。
[0023]图1为本专利技术的一种结晶器永磁搅拌方坯初始凝固坯壳制备实验装置的优选实施例的结构示意图。
[0024]图中：1—永磁搅拌模块；2—可调节高度支撑；3—外锅体；4—热电偶；5—发热体；6—结晶器保护渣层；7—钢液；8—内锅体；9—拉坯模块；10—结晶器；11—控制系统。
具体实施方式
[0025]下面通过实施例对本专利技术进一步详细说明。通过这些说明，本专利技术的特点和优点将变得更为清楚明确。显然,所描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结晶器永磁搅拌方坯初始凝固坯壳制备实验装置，其特征在于：包括控制系统、用于盛放熔化钢液的坩埚、对坩埚进行加热的加热炉、对坩埚内钢液实现永磁搅拌的永磁搅拌模块、结晶器以及与结晶器匹配的拉坯模块，所述结晶器配套有结晶器铜模，所述控制系统分别与加热炉、永磁搅拌模块和拉坯模块电连接。2.根据权利要求1所述的结晶器永磁搅拌方坯初始凝固坯壳制备实验装置，其特征在于：所述加热炉配套有发热体和热电偶。3.根据权利要求2所述的结晶器永磁搅拌方坯初始凝固坯壳制备实验装置，其特征在于：所述坩埚包括套接装配的外锅体和内锅体，所述热电偶置于外锅体和内锅体之间。4.根据权利要求3所述的结晶器永磁搅拌方坯初始凝固坯壳制备实验装置，其特征在于：还包括驱动结晶器铜模振动的结晶器铜模振动电机，所述结晶器铜模振动电机与控制系统电连接。5.一种采用如权利要求4所述的装置制备方坯初始凝固坯壳的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在坩埚中盛放所需实验用钢20
‑
25kg，将坩埚置于加热炉中，根据实验钢种及实验需求，调节永磁模块的永磁体的高度，实现坩埚处磁场强度控制；2)启动加热炉熔化实验用钢，保持温度在所用钢种液相线温度30
‑
70℃以上；启动永磁搅拌，调节搅拌速度，确保钢液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾杰，彭健飞，王万林，朱晨阳，杨任一，袁帅杰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：