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专利名称：一种通过超声波抑制水口堵塞的方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202310024641.X

专利申请（专利权）人：鞍钢股份有限公司
权利人地址：辽宁省鞍山市铁西区环钢路1号

专利发明（设计）人：杨光,朱晓雷,廖相巍,贾吉祥,彭春霖,杨骥,范思鹏,金喆

专利摘要：本发明涉及一种通过超声波抑制水口堵塞的方法，该方法是在中间包与结晶器衔接的水口外壁的两侧各安装一组可产生超声波的一体化防堵塞装置，钢水自中间包通过水口流入结晶器，本发明通过合理调整两组超声波的频率和功率，强化超声波的耦合叠加，避免了单独的超声波场强度不足、衰减严重，进而强化超声波的空化作用和机械振动。可改善高铝钢、铝镇静钢、稀土钢以及不锈钢连铸过程中水口阻塞。浇铸炉次大于20炉不堵塞。将发明的超声波装置安装在中包水口，可替代传统的水口处吹氩气技术，也降低了对水口本身的加工和设计的要求，节约了成本。本发明促进中包上水口附近夹杂物的上。跣〖性游锍叽，从而提高钢液纯净度。

主权利要求：
1.一种通过超声波抑制水口堵塞的方法，其特征在于，该方法是在中间包与结晶器衔接的水口外壁的两侧各安装一组可产生超声波的一体化防堵塞装置，所述的防堵塞装置包括实心半圆环结构(2)、中空圆柱结构(3)、超声波探头(4)、变幅杆(6)、换能器(7)，所述中空圆柱结构(3)与实心半圆环结构一体连接，所述实心半圆环结构内圆弧与水口外圆弧相匹配，所述中空圆柱结构内部依次连接有超声波探头(4)、变幅杆(6)、换能器(7)，所述换能器(7)通过导线(8)连接超声波发生器(9)，所述超声波探头(4)表面覆盖有耐火涂层(5)；钢水自中间包通过水口流入结晶器；具体包括如下步骤：
1)中间包开浇前20s～40s，打开超声波发生器，使两组超声波探头的功率均调制至850～900W，频率至25～30KHz；
2)浇铸开始后，调整其中一组超声波发生器使其超声波探头功率为：P1＝A×180W，并使其超声波探头频率为：F1＝A×15KHz；
式中：矫正系数A＝[C×20+Si×13+Mn×4+Al×40+(Cr+Mo)×1.5+Ni×15+(Nb+Ti)×4+Re×12+Cu×0.5]×10，式中化学元素代表的是所要浇铸钢水中相应化学元素的含量；
调整另外一组超声波发生器使其超声波探头功率为：P2＝P1×1.3W，并使其超声波探头频率为：F2＝F1×(0.75～0.85)KHz；
3)当中间包内钢水液面高度为中间包高度的1/4～1/3时，分别调整两组超声波探头功率至500～600W，频率至20～30KHz，直到浇铸过程结束后，关闭超声波发生器。
2.根据权利要求1所述的一种通过超声波抑制水口堵塞的方法，其特征在于，所述防堵塞装置的安装位置距离中间包上水口底部1cm～15cm。
3.根据权利要求2所述的一种通过超声波抑制水口堵塞的方法，其特征在于，所述防堵塞装置的安装位置距离中间包上水口底部8cm～15cm。
4.根据权利要求1所述的一种通过超声波抑制水口堵塞的方法，其特征在于，所述实心半圆环结构(2)和中空圆柱结构(3)是由如下重量份数的原料制备而成：鳞片石墨30～35份、菱镁矿粉20～30份、二氧化硅5～10份、氧化镁15～20份、添加剂5～15份、环氧树脂8～
10份。
5.根据权利要求1所述的一种通过超声波抑制水口堵塞的方法，其特征在于，所述耐火涂层(5)是由如下重量份数的原料制备而成：氧化铝20～40份、氧化钙30～45份、硅溶胶液
30～35份、膨润土0～3份；将上述原料混匀后涂抹在超声波探头(4)表面，在520℃～600℃温度下烘干1h～2h。
6.根据权利要求1所述的一种通过超声波抑制水口堵塞的方法，其特征在于，所述超声波探头(4)为铜或钛，或铜钛合金材质。 说明书 : 一种通过超声波抑制水口堵塞的方法技术领域[0001] 本发明属于冶金连铸技术领域，具体涉及一种通过超声波抑制水口堵塞的方法。背景技术[0002] 连铸过程中，中间包水口阻塞是困扰冶金工作者的一大难题。首先，水口结瘤或阻塞会造成液面波动，进而间接或直接的影响最终产品的质量；其次，水口堵塞也会降低金属收得率，不利于控制成本；更重要的是，水口结瘤或堵塞会限制连续浇铸炉次数量，影响炼钢与连铸之间的正常生产节奏，从而影响大生产的效率。[0003] 作为连铸过程中衔接中包和结晶器的关键组件，中间包水口发挥重要作用，其包括上水口和浸入式水口两部分，上水口安装在中间包底部，通过与整体塞棒的上下移动来配合控制钢水的流量；浸入式水口与上水口连接。连铸过程中，大包中钢液流经中间包，依次通过上水口、浸入式水口，最终到达结晶器。水口堵塞机理如下：(1)钢水通过水口内壁时会与耐火材料发生反应，这会导致水口表面的光滑度下降，为后期水口“结瘤”提供有利条件。(2)冶炼、精炼过程中脱氧形成的高熔点夹杂物在浇注过程中进入水口通道并“结瘤”。例如，生产铝镇静钢或高铝钢时，铝与钢中的氧反应势必会产生氧化铝夹杂物，其在连铸温度下呈固态，很容易在中间包水口处聚集引起堵塞。另外，浇注温度低时容易造成冷钢堵塞。[0004] 为解决此问题，目前各钢厂和科研单位主要从促进夹杂物有效排除和夹杂物改性进行了大量研究。目前的中间包水口多为铝锆碳材质并采用吹氩气技术，以避免水口堵塞。水口需选用透气材质并设置气隙。其技术缺陷是：1)制造工艺复杂；2)水口气孔率高，强度相对较低，透气材质易出现裂纹，钢水易沿气隙通过吹氩气道流出，造成事故。3)吹氩管道与水口接口易漏气，水口为多孔材料也会导致吹氩效率较低，有效吹氩流量不足。[0005] 就此问题，本发明又提出了一种利用超声波防止水口堵塞的新思路。发明内容[0006] 本发明提供了一种通过超声波抑制水口堵塞的方法，在中间包的水口外壁上安装两组一体化装置，装置本体由实心半圆环结构和中空圆柱结构组成，中空圆柱结构内部依次安装一系列超声波发生装置，在浇铸过程中，通过调整两组超声波的频率和功率，强化超声波的耦合叠加，进而强化超声波的空化作用和机械振动效应，利于提高夹杂物的上浮排除效率。本发明在代替了中间包水口吹氩的同时，解决了高铝钢、铝镇静钢、不锈钢以及稀土钢浇铸时水口堵塞问题，实现连续浇注炉次大于20炉。[0007] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：[0008] 一种通过超声波抑制水口堵塞的方法，该方法是在中间包与结晶器衔接的水口外壁的两侧各安装一组可产生超声波的一体化防堵塞装置，钢水自中间包通过水口流入结晶器，结晶器内钢水表面放置有保护渣；具体包括如下步骤：[0009] 1)中间包开浇前20s～40s，打开超声波发生器，使两组超声波探头的功率均调制至850～900W，频率至25～30KHz；[0010] 2)浇铸开始后，调整其中一组超声波发生器使其超声波探头功率为：P1＝A×180W，并使其超声波探头频率为：F1＝A×15KHz；[0011] 式中：A＝[C×20+Si×13+Mn×4+Al×40+(Cr+Mo)×1.5+Ni×15+(Nb+Ti)×4+RE×12+Cu×0.5]×10，式中化学元素为钢水中化学元素含量；[0012] 调整另外一组超声波发生器使其超声波探头功率为：P2＝P1×1.3W，并使其超声波探头频率为：F2＝F1×(0.75～0.85)KHz；根据结晶器液面情况在频率范围内调整；[0013] 3)当中间包内钢水液面高度为中间包高度的1/4～1/3时，分别调整两组超声波探头功率至500～600W，频率至20～30KHz，直到浇铸过程结束后，关闭超声波发生器。[0014] 所述防堵塞装置的安装位置距离中间包上水口底部1cm～15cm。[0015] 作为优。龇蓝氯爸玫陌沧拔恢镁嗬胫屑浒纤诘撞8cm～15cm。[0016] 所述的防堵塞装置包括实心半圆环结构、中空圆柱结构、超声波探头、变幅杆、换能器，所述中空圆柱结构与实心半圆环结构一体连接，所述实心半圆环结构内圆弧与水口外圆弧相匹配，所述中空圆柱结构内部依次连接有超声波探头、变幅杆、换能器，所述换能器通过导线连接超声波发生器，所述超声波探头表面覆盖有耐火涂层。[0017] 所述实心半圆环结构和中空圆柱结构是由如下重量份数的原料制备而成：鳞片石墨30～35份、菱镁矿粉20～30份、二氧化硅5～10份、氧化镁15～20份、添加剂5～15份、环氧树脂8～10份。添加剂为粘土、石英砂、白云石中的一种或几种组合。[0018] 所述耐火涂层是由如下重量份数的原料制备而成：氧化铝20～40份、氧化钙30～45份、硅溶胶液30～35份、膨润土0～3份；将上述原料混匀后涂抹在超声波探头(4)表面，在520℃～600℃温度下烘干1h～2h。[0019] 所述超声波探头为铜或钛，或铜钛合金材质。[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0021] 1)本发明通过优化工艺步骤，合理调整两组超声波的频率和功率，强化超声波的耦合叠加，避免了单独的超声波场强度不足、衰减严重，进而强化超声波的空化作用和机械振动。可改善高铝钢、铝镇静钢、稀土钢以及不锈钢连铸过程中水口阻塞。浇铸炉次大于20炉不堵塞。[0022] 2)将发明的超声波装置安装在中包水口，可替代传统的水口处吹氩气技术，也降低了对水口本身的加工和设计的要求，节约了成本。[0023] 3)本发明促进中包上水口附近夹杂物的上。跣〖性游锍叽，从而提高钢液纯净度。附图说明[0024] 图1是本发明的防堵塞装置的结构示意图；[0025] 图2是本发明的防堵装置应用于水口的正视截面图；[0026] 图3是防堵装置应用于水口的局部正视截面图放大图；[0027] 图4是防堵装置应用于水口的局部俯视截面图。[0028] 图中：1、防堵塞装置；2、实心半圆环结构；3、中空圆柱结构；4、超声波探头；5、耐火涂层；6、变幅杆；7、换能器；8、导线；9、超声波发生器；10、中间包；11、水口；12、结晶器。具体实施方式[0029] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0030] 一种通过超声波抑制水口堵塞的方法，该方法是在中间包与结晶器衔接的水口外壁的两侧各安装一组可产生超声波的一体化防堵塞装置，钢水自中间包通过水口流入结晶器，结晶器内钢水表面放置有保护渣；具体包括如下步骤：[0031] 1)中间包开浇前20s～40s，打开超声波发生器，使两组超声波探头的功率均调制至850～900W，频率至25～30KHz；[0032] 2)浇铸开始后，调整其中一组超声波发生器使其超声波探头功率为：P1＝A×180W，并使其超声波探头频率为：F1＝A×15KHz；[0033] 式中：A＝[C×20+Si×13+Mn×4+Al×40+(Cr+Mo)×1.5+Ni×15+(Nb+Ti)×4+RE×12+Cu×0.5]×10，式中化学元素为钢水中化学元素含量；[0034] 调整另外一组超声波发生器使其超声波探头功率为：P2＝P1×1.3W，并使其超声波探头频率为：F2＝F1×(0.75～0.85)KHz；根据结晶器液面情况在频率范围内调整；[0035] 3)当中间包内钢水液面高度为中间包高度的1/4～1/3时，分别调整两组超声波探头功率至500～600W，频率至20～30KHz，直到浇铸过程结束后，关闭超声波发生器。[0036] 如图1?4所示，所述的防堵塞装置1包括实心半圆环结构2、中空圆柱结构3、超声波探头4、变幅杆6、换能器7，所述中空圆柱结构3与实心半圆环结构一体连接，所述实心半圆环结构内圆弧与水口外圆弧相匹配，所述中空圆柱结构内部依次连接有超声波探头4、变幅杆6、换能器7，所述换能器7通过导线8连接超声波发生器9，所述超声波探头4表面覆盖有耐火涂层5。使用时，将两组防堵塞装置1的实心半圆环结构2对扣在水口的外部。[0037] 所述防堵塞装置1的安装位置距离中间包10上水口底部1cm～15cm。[0038] 作为优。龇蓝氯爸1的安装位置距离中间包10上水口底部8cm～15cm。[0039] 所述实心半圆环结构2和中空圆柱结构3是由如下重量份数的原料制备而成：鳞片石墨30～35份、菱镁矿粉20～30份、二氧化硅5～10份、氧化镁15～20份、添加剂5～15份、环氧树脂8～10份。添加剂为粘土、石英砂、白云石中的一种或几种组合。[0040] 所述耐火涂层5是由如下重量份数的原料制备而成：氧化铝20～40份、氧化钙30～45份、硅溶胶液30～35份、膨润土0～3份；将上述原料混匀后涂抹在超声波探头4表面，在520℃～600℃温度下烘干1h～2h。[0041] 所述超声波探头4为铜或钛，或铜钛合金材质。[0042] 实施例1：[0043] 选取Q355NH稀土钢为浇铸对象，成分如表1；[0044] 表1实施例1钢水成分[0045] C Si Mn P S Al RE Cu0.18％ 1.5％ 1.2％ 0.028％ 0.023％ 0.04％ 0.11％ 0.3％[0046] 其中间包连铸步骤如下：[0047] 目标钢种经转炉冶炼、LF炉精炼，成分合格后在大包内就位等待开浇；防堵塞装置1安装位置距离中间包底部8cm。[0048] 按照钢种成分计算如下参数：矫正系数A＝[C×20+Si×13+Mn×4+Al×40+(Cr+Mo)×1.5+Ni×15+(Nb+Ti)×4+RE×12+Cu×0.5]×10；其中一组防堵塞装置的探头功率为P1＝A×180W，探头频率为F1＝A×15KHz；另一组防堵塞装置的探头功率为P2＝P1×1.3W，探头频率为F2＝F1×(0.75～0.85)KHz；计算得A＝3.097；P1＝557.46W；F1＝46.455KHz；P2＝724.698W；F2＝34.8～39.5KHz。[0049] 中间包开浇前20s，同时打开两组防堵塞装置，使超声波探头的功率至850W，频率至27KHz。[0050] 浇注开始后，调整其中一组防堵塞装置，使其超声波探头功率为P1＝557.46W；超声波探头频率为F1＝46.455KHZ。调整另外一组防堵塞装置，使其超声波探头功率为P2＝724.7W；超声波探头频率为F2＝35.6KHz；浇铸过程中，根据结晶器液面情况，小幅度调节第二组探头的频率F2，调节范围为34.8～39.5KHz。[0051] 当中间包内钢水液面高度为中间包高度的1/4时，调整第一组防堵塞装置的超声波探头功率P1至500W，频率F1至30KHz；再调整第二组防堵塞装置的探头功率P2至600W，F2频率至20KHz，直到浇铸过程结束后，关闭超声波发生器。[0052] 从应用效果来看，将本发明应用于中包水口，使得Q355NH稀土钢连续浇注23炉次不结瘤，连浇炉数大幅提升，装置热稳定性良好，探头表面涂层无脱落，无腐蚀。[0053] 实施例2：[0054] 选取430铁素体不锈钢为浇铸对象，成分如表2；[0055] 表2实施例2钢种成分[0056]C Si Mn P S Al Ni Cr0.10％ 0.6％ 1.0％ 0.032％ 0.025％ 0.04％ 0.4％ 17.5％[0057] 其中间包连铸步骤如下：[0058] 目标钢种经电炉初炼工序、钢包炉精炼工序，成分合格后在大包内就位；防堵塞装置安装位置距离中间包底部10cm。[0059] 按照钢种成分计算如下参数：矫正系数A＝[C×20+Si×13+Mn×4+Al×40+(Cr+Mo)×1.5+Ni×15+(Nb+Ti)×4+RE×12+Cu×0.5]×10；其中一组装置的探头功率P1＝A×180W，探头频率F1＝A×15KHz；另一组装置的探头功率P2＝P1×1.3W，探头频率F2＝F1×(0.75～0.85)KHz；计算得A＝4.765；P1＝857.7W；F1＝71.475KHz；P2＝1115.01W；F2＝53.606～60.754KHz[0060] 中间包开浇前25s，同时打开两组装置，使超声波探头的功率至900W，频率至30KHz。[0061] 浇注开始后，调整第一组装置，使超声波探头功率P1＝857.7W；超声波探头频率F1＝71.475KHz。调整第二组装置，使超声波探头功率P2＝1115.01W；超声波探头功率F2＝55KHz；浇铸过程中，根据结晶器液面情况，小幅度调节第二组装置探头的频率，调节范围为53.606～60.754KHz。[0062] 当中间包内钢水液面高度为中间包高度的1/3时，调整第一组装置的探头功率P1至600W，频率F1至25KHz；再调整第二组装置的探头功率P2至550W，频率F2至20KHz，直到浇铸过程结束后，关闭超声波发生器。[0063] 从应用效果来看，将本发明应用于中包水口，使得430铁素体不锈钢连续浇注24炉次不结瘤，连浇炉数大幅提升，装置热稳定性良好，探头表面涂层无脱落，无腐蚀。[0064] 实施例3：[0065] 选取高铝钢38CrMoAl为浇铸对象，成分如表3；[0066] 表3实施例3钢种成分[0067]C Si Mn P S Al Cr0.38％ 0.35％ 0.45％ 0.02％ 0.02％ 0.95％ 1.45％[0068] 其中间包连铸步骤如下：[0069] 目标钢种经转炉初炼、LF钢包炉精炼工序，成分合格后在大包内就位；防堵塞装置安装位置距离中间包底部12cm。[0070] 按照钢种成分计算如下参数:矫正系数：A＝[C×20+Si×13+Mn×4+Al×40+(Cr+Mo)×1.5+Ni×15+(Nb+Ti)×4+RE×12+Cu×0.5]×10；其中一组防堵装置的探头功率P1＝A×180W，探头频率F1＝A×15KHz；另外一组装置的探头功率P2＝P1×1.3W；探头频率F2＝F1×(0.75～0.85)KHz；计算得A＝5.41；P1＝973.8W；F1＝81.15KHz；P2＝1265.94W；F2＝60.9～68.98KHz。[0071] 中间包开浇前30s，同时打开两组防堵塞装置，使超声波探头的功率至900W，频率至30KHz。[0072] 浇注开始后，调整第一组防堵塞装置，使超声波探头功率P1＝973.8W；超声波探头频率F1＝81.15KHz。调整第二组防堵塞装置，使超声波探头功率P2＝1265.94W；超声波探头功率F2＝62KHz；浇铸过程中，根据结晶器液面情况，小幅度调节第二组装置探头的频率F2，调节范围为60.9～68.98KHz。[0073] 当中间包内钢水液面高度为中间包高度的1/4时，调整第一组防堵塞装置的探头功率P1至550W，频率F1至30KHz；再调整第二组防堵塞装置的探头功率P2至550W，频率F2至30KHz，直到浇铸过程结束后，关闭超声波发生器。[0074] 从应用效果来看，将本发明应用于中包水口，使得高铝钢38CrMoAl连续浇注20炉次不结瘤，连浇炉数大幅提升，装置热稳定性良好，探头表面涂层无脱落，无腐蚀。

专利地区：辽宁

专利申请日期：2023-01-09

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN115990668B