一种施加同性电荷以抑制浸入式水口内壁结瘤的方法与流程

本发明属于冶金连铸领域，具体涉及一种施加同性电荷以抑制浸入式水口内壁结瘤的方法。

背景技术：

相对于水口材料抗热震性能的显著提高，其结瘤堵塞、挂渣及渣线侵蚀已成为浸入式水口在服役过程中常见的服役失效问题。严重的水口结瘤行为甚至会造成浸入式水口的完全堵塞，进而导致连铸中断的生产事故。

有效的控制和防止在连铸过程中浸入式水口的结瘤问题一直是连铸工艺中一直在探索和完善的课题。目前，主要的控制水口结瘤的方法一般是通过控制脱氧产物氧化铝的生成量；通过钙处理等方式尽量使脱氧产物形成易于上浮的低熔点化合物；适度进行吹气搅拌加速脱氧产物氧化铝夹杂的上浮；减少通过水口耐火材料向钢液供氧以及改变和优化水口内壁结构与材质等方式来控制浸入式水口的结瘤问题。

但在实际生产过程中，上述几种水口结瘤方式均会由于工艺改动较大而严重的提升生产成本。并且在处理钢中铝含量较多的钢时，其水口结瘤的控制效果并没有较为理想的改善。因此，开发一种合理且便捷的防止浸入式水口结瘤技术变得十分重要。

虽然水口结瘤的形成是一个复杂的物理化学过程，涉及的影响因素和条件多且相互影响。但相关研究发现，在浇注过程中，水口内壁与钢液之间存在一定的电势差，并且其数值与浇铸速率呈正相关。并且证明了在浇铸过程中，流经水口内的氧化铝夹杂由于高速的摩擦行为而产生一定的瞬态正电荷的现象。

技术实现要素：

本发明提供一种施加同性电荷以抑制浸入式水口内壁结瘤的方法，能够通过电荷间同性相斥的作用力而有效的抑制水口内壁的结瘤行为。

本发明的技术方案如下：

一种施加同性电荷以抑制浸入式水口内壁结瘤的方法，在浸入式水口内壁施加一稳定的正向电流，使夹杂物在浸入式水口内壁的烧结与粘附行为得到限制，进而抑制水口结瘤，同时使得钢中的夹杂物数量得到改善。

进一步地，所述的施加同性电荷以抑制浸入式水口内壁结瘤的方法，具体步骤为：在铝碳质的原始浸入式水口表面开设凹槽，将金属导线放入所述凹槽内，用高温水泥和耐火棉将所述凹槽密封；所述凹槽宽度在2-3cm，所述金属导线露出的端头与直流电源连接。

进一步地，所述的施加同性电荷以抑制浸入式水口内壁结瘤的方法，其中所述金属导线为钢丝、钼丝或钨丝，具有一定耐高温能力。

进一步地，所述的施加同性电荷以抑制浸入式水口内壁结瘤的方法，其中所述金属导线为纯钼丝，其直径为0.8-1.5mm。

进一步地，所述的施加同性电荷以抑制浸入式水口内壁结瘤的方法，在浇铸前，将浸入式水口进行高温预热烘烤，烘烤时间为2小时。

进一步地，所述的施加同性电荷以抑制浸入式水口内壁结瘤的方法，其中所述直流电源的电流控制在2-5a之间，浇铸速度控制在2.1m/min以内，浇铸温度在1540-1560℃之间。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用在水口壁面施加一稳定的直流电流而形成稳定的电场，使得由于摩擦而产生瞬态电荷的夹杂物颗粒由于相斥力的作用而无法粘附在水口内壁形成粘附挂渣及结瘤物；更无法与水口壁面的渣线夹层及水口自身材料间发生任何化学反应。在水口结瘤得到抑制的同时水口材料也得到了保护，使得连铸生产过程可以安全、稳定且高效的进行。即使正常浇铸作业12h以上，水口内壁渣线依旧相对完好；完全可以增加浇铸炉数，继续扩大单次浇铸产量。同时由于同性电荷产生相斥力的作用也可以是流经水口的夹杂物之间无法相互得到接触，进而无法得到进一步的聚集而长大，使得最终铸坯内部的夹杂物尺寸相对较小的同时铸坯内部整体的夹杂物数量也会得到一定的降低，最终达到提升铸坯质量的效果。

2、在浇铸过程中，通过直流电源对浸入式水口施加稳定的直流电流，其电流大小根据钢中氧化铝夹杂物的含量可控制在2-5a之间。

3、通过本发明的方法，水口结瘤物厚度可以降低12％以上，水口未反应的渣线层可以提升140％以上；虽然水口结瘤物的厚度降低效果并不明显，但是从水口整体形貌的对比可以直观的看出水口自身材料基本为遭受到严重侵蚀，但是未经处理的水口侵蚀严重。通过本发明方法，新生成的水口表层结瘤物性质更加稳定且致密度也有一定提升的同时夹杂物的尺寸和数量均得到了不同程度的改善。

附图说明

图1铝镇静钢10b21浸入式水口截面对比；其中，(a)对比浸入式水口，(b)通入直流电流的试验浸入式水口；

图2铝镇静钢35k浸入式水口截面对比；其中，(a)对比浸入式水口，(b)通入直流电流的试验浸入式水口。

图3铝镇静钢10b21浸入式水口微观形貌对比；其中，(a)对比浸入式水口，(b)通入直流电流的试验浸入式水口。

图4铝镇静钢35k浸入式水口微观形貌对比；其中，(a)对比浸入式水口，(b)通入直流电流的试验浸入式水口。

具体实施方式

一种施加同性电荷以抑制浸入式水口内壁结瘤的方法，具体操作方法如下：

步骤1：在铝碳质原始浸入式水口表面进行开槽，将金属导线埋入浸入式水口内部，用高温水泥和耐火棉密封，防止在浇注过程中金属导线被氧化；金属导线外部延伸至远处用来连接直流电源；金属导线为纯钼丝，直径在1mm以上。

步骤2：在浇铸前将浸入式水口进行高温烘烤，烘烤时间为2小时，之后进行正式浇铸过程。

步骤3：在浇铸过程中，通过直流电源对浸入式水口施加稳定的直流电流，其电流大小根据钢中氧化铝夹杂物的含量控制在2-5a之间；浇铸速度控制在2.1m/min以内，浇铸温度在1540-1560℃之间。

步骤4：待浇铸完成后，将直流电源关闭。

实施例1

选取铝镇静钢10b21为浇铸对象进行试验。在一机八流浇注形式的连铸机上开展实验，选取其中一流对浸入式水口进行施加直流电流处理，另外与其相对应的正常浇注的一流作为对比实验。

在浇铸前，首先在原始铝碳质浸入式水口表面进行开槽处理，之后将1.5mm直径的金属钼导线埋入浸入式水口内部，用高温水泥和耐火棉密封，防止在浇注过程中钼金属线被氧化。而外部延伸至远处用来连接直流电源。待密封完毕后，将水口进行浇铸前的高温预热烘烤，其烘烤时间为2小时。待烘烤完毕后进行正式浇铸，在浇铸过程中，通过直流电流发生器对浸入式水口施加稳定的直流电流，其直流电流强度根据钢中钢中氧化铝夹杂物的含量较多而控制在5a左右。浇注速度为2.0m/min，浇铸温度为1550℃。待浇铸完成后(12炉，约12小时)，将直流电源关闭，并对相应的导线进行拆除。之后将水口取出分析其控制结瘤的效果，其相应水口挂渣及原始尺寸变化结果如表1所示；水口最内层的结瘤物如图1所示。

表1水口挂渣及原始尺寸变化比较/mm

从表1可以看出，经过直流电流保护后，水口壁面的结瘤行为与水口自身均得到了保护。10b21的表层挂渣厚度和中间的结瘤层厚度分别降低了13％和48.45％，总体结瘤厚度降低了38.10％，而水口未反应层和水口原始层提升了231.12％和24.02％。

而利用olympus-dsx500金相显微镜下对采用直流电流技术前后相同视场下的夹杂物统计发现，经过直流电流处理后，大尺寸的夹杂物得到了明显的细化和降低。铸坯内超过10μm大尺寸夹杂物数量降低超过了50％。且在水口边侧的由于可以较早进行凝固，进而使边部形成超过10μm的大尺寸的夹杂物极为困难。

实施例2

选取铝镇静钢swrch35k为浇铸对象进行试验。在一机八流浇注形式的连铸机上开展实验，选取其中一流对浸入式水口进行施加直流电流处理，另外与其相对应的正常浇注的一流作为对比实验。

在浇铸前，首先在原始铝碳质浸入式水口表面进行开槽处理，之后将1.5mm直径的金属钼导线埋入浸入式水口内部，用高温水泥和耐火棉密封，防止在浇注过程中钼金属线被氧化。而外部延伸至远处用来连接直流电源。待密封完毕后，将水口进行浇铸前的高温预热烘烤，其烘烤时间为2小时。待烘烤完毕后进行正式浇铸，在浇铸过程中，通过直流电流发生器对浸入式水口施加稳定的直流电流，其直流电流强度控制在3a左右。浇注速度为2.0m/min，浇铸温度为1550℃。待浇铸完成后(10炉，约10小时)，将直流电源关闭，并对相应的导线进行拆除。之后将水口取出分析其控制结瘤的效果，其相应水口挂渣及原始尺寸变化结果如表2所示；水口最内层的结瘤物如图2所示。

表2水口挂渣及原始尺寸变化比较/mm

从表2可以看出，经过直流电流保护后，水口壁面的结瘤行为与水口自身均得到了保护。swrch35k的表层挂渣厚度、中间的结瘤层厚度以及水口底部结瘤层厚度分别降低了27.66％、5.51％和37.77％，水口内壁总体结瘤厚度降低了12.79％，而水口未反应层和水口原始层提升了141.07％和30.00％。

而利用olympus-dsx500金相显微镜下对采用直流电流技术前后相同视场下的夹杂物统计发现，经过直流电流处理后，夹杂物数量整体趋于稳定的同时夹杂物整体数量也得到了大幅度下降。钢中夹杂物降低幅度达85.33％。且在水口边侧的由于可以较早进行凝固，进而使边部形成超过10μm的大尺寸的夹杂物极为困难。