1.本發(fā)明涉及鋼鐵冶金領(lǐng)域，特別是涉及一種抑制稀土鋼澆鑄過程水口結(jié)瘤的裝置及方法。

背景技術(shù)：

2.稀土元素非?；顫姡c氧、硫有很強的親和力，加入鋼液后可以置換鋼中硫化錳、氧化鋁等夾雜物中的氧和硫，形成稀土夾雜物，這些稀土夾雜物具有良好的形態(tài)，有利于減小對晶粒連續(xù)性的影響，從而提高機械性能。此外這些稀土夾雜物可以吸收鋁酸鹽復(fù)合夾雜中的部分al、ca元素形成鋁酸鹽稀土夾雜，其曲率半徑較大，硬度、彈性模量與基體接近，承受疲勞載荷時與周圍基體配合更加緊密，變形及傳遞應(yīng)力的特性與基體接近，減少了應(yīng)力的集中，并且會吸收一部分的塑性變形，有利于提高鋼材的強度、塑性、沖擊強度、疲勞性能等。而當稀土加入量較高時，富余的稀土將以原子形式存在，主要偏聚于晶界、相界或晶體缺陷處，具有細化鋼液凝固組織以及抑制殘余元素在晶界處的偏聚等作用，并且這些固溶稀土還會與基體形成共晶相以及fe-re金屬間化合物，有利于提高鋼材的淬透性、耐磨性、耐腐蝕性能等。

3.目前，鋼廠一般采用連鑄的方法生產(chǎn)含稀土鋼材。在稀土鋼液連鑄過程中，通過浸入式水口將鋼水從中間包引入結(jié)晶器。浸入式水口一般由鋁碳質(zhì)材料燒制而成，在稀土鋼液澆鑄時，鋼液中的稀土易與水口中的材質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生稀土復(fù)合氧硫化物等結(jié)瘤物質(zhì)，在鋼液的高溫燒結(jié)作用下，結(jié)瘤物與水口內(nèi)壁結(jié)合黏附，形成結(jié)瘤層，堵塞澆鑄通道，導致澆鑄困難，甚至斷澆，影響生產(chǎn)節(jié)奏，降低生產(chǎn)效率。

4.為了防止?jié)茶T過程中的水口結(jié)瘤，出現(xiàn)了很多解決方法，主要有以下幾點：

5.1.目前廣泛使用的水口材質(zhì)是含鋁碳質(zhì)材料，容易與鋼液反應(yīng)生成各種稀土化合物。于是更換水口材質(zhì)，采用難以與鋼水反應(yīng)的材料，如mgo、sio2、zro2等；

6.2.優(yōu)化水口結(jié)構(gòu)，使非金屬夾雜不易附著在水口上；

7.3.水口內(nèi)壁加涂層，抑制鋼水與內(nèi)壁的反應(yīng)；

8.4.水口和塞棒易堵塞部位局部加熱，提高溫度，降低稀土夾雜物的粘度，提高其流動性。

9.公開號為cn 111940716 a的中國專利公開了一種用于防止稀土鋼連鑄水口堵塞的方法該方法通過對水口和塞棒易堵塞部位進行加熱，提高該部位溫度，降低稀土夾雜物的粘度，提高其流動性，并通過動態(tài)調(diào)整塞棒保證正常澆鑄，可獲得良好的改善水口結(jié)瘤和堵塞效果。但是對于稀土鋼，除了高熔點稀土夾雜物黏附導致結(jié)瘤，鋼中的稀土元素也會與水口反應(yīng)，生成稀土鋁酸鹽，導致水口厚度增加。

10.公開號為cn 109732072 b的中國專利公布了一種施加同性電荷以抑制浸入式水口內(nèi)壁結(jié)瘤的方法。在浸入式水口內(nèi)壁施加一穩(wěn)定的正向電流，使得由于摩擦而產(chǎn)生瞬態(tài)電荷的夾雜物顆粒由于相斥力的作用而無法黏附在水口內(nèi)壁形成黏附掛渣及結(jié)瘤物，使夾雜物在浸入式水口內(nèi)壁的燒結(jié)與黏附行為得到限制，進而抑制水口結(jié)瘤。但是同性且連續(xù)

的電流對大尺寸夾雜的去除效果比較明顯，對于小尺寸、密度較高的稀土夾雜物去除效果不理想，需要較大的電流才能起作用。

11.公開號為cn111906266 a的中國專利公開了一種利用脈沖電流抑制稀土鋼澆鑄水口堵塞的方法，特征在于，所述方法包括向稀土鋼液中插入電極，由供電裝置向電極施加脈沖電流，通過脈沖電流干預(yù)水口內(nèi)壁與稀土鋼液界面的侵蝕反應(yīng)，提升水口內(nèi)壁耐稀土鋼液腐蝕性，并進一步阻礙稀土鋼液中夾雜物黏附水口內(nèi)壁。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

12.為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法及其裝置，采用綜合并且可以組配選擇的技術(shù)方案，來抑制稀土鋼澆鑄過程水口結(jié)瘤。通過增加脈沖電流發(fā)生裝置、水口加熱、水口吹氬裝置，改善水口材質(zhì)等技術(shù)手段，減少鋼液與水口的電化學反應(yīng)，改善稀土鋼液與水口的浸潤性，改善鋼液流動狀態(tài)，提高水口的防堵塞效果。

13.為達到上述目的，本發(fā)明采用如下發(fā)明構(gòu)思：

14.稀土鋼澆鑄過程的水口蓄瘤通常與如下的幾個因素相關(guān)：

15.1.由于在澆鑄過程中，水口與鋼液的化學反應(yīng)伴隨著電荷的產(chǎn)生；另一方面，鋼液與水口及夾雜物的摩擦，也伴隨著瞬間電荷的產(chǎn)生，通常稀土氧化物帶正電，水口帶負電，形成了穩(wěn)定的界面電場，進一步吸引帶電粒子，促進了鋼液中夾雜物向水口的遷移，導致水口結(jié)瘤的產(chǎn)生。因此通過在浸入式水口和鋼液之間施加脈沖電場來中和界面電場，施加外電場可以有效消除界面電場，控制水口與鋼液的反應(yīng)，降低夾雜物與鋼液之間的界面張力，從而提高鋼液和氧化物夾雜、鋼液與水口之間的潤濕性，抑制夾雜物在水口的黏附，提高水口的防結(jié)瘤效果。

16.2.水口溫度過低時(接近液相線溫度時)，鋼液的流動性降低，在鋼液流經(jīng)水口時，鋼液的粘滯性較強，稀土夾雜物容易沉積在水口內(nèi)壁，造成水口表面光潔度下降，促進水口結(jié)瘤。

17.3.水口內(nèi)壁一旦有蓄瘤物產(chǎn)生，水口內(nèi)壁的粗糙度明顯增加，夾雜物的沉積速度將大大的增加，因此，如何確保水口內(nèi)壁夾雜物不沉積，保持內(nèi)壁光潔是防止水口蓄瘤的有效措施。

18.4.水口內(nèi)壁材料與鋼液間的化學反應(yīng)是造成水口結(jié)瘤的重要因素。傳統(tǒng)鋁碳質(zhì)水口中c和sio2含量較高，在高溫下會發(fā)生脫碳和脫硅，生成稀土鋁酸鹽，鋁碳質(zhì)水口在高溫下的高溫燒結(jié)反應(yīng)，導致表面光潔度進一步下降，水口內(nèi)壁厚度逐漸增大，導致水口蓄瘤。改善水口材質(zhì)，提高水口與鋼液之間的潤濕性能有效降低水口與鋼液的反應(yīng)。mgo在高溫下與al2o3反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石，制成的水口表面光滑，與鋼液潤濕性好，夾雜物不易附著，且與鋼液大部分成分均不反應(yīng)，可很好地抑制水口結(jié)瘤。

19.為了解決稀土鋼澆鑄時水口結(jié)瘤的問題，本發(fā)明提供了一種綜合的技術(shù)方案，綜合采用四個方面的技術(shù)手段，來抑制稀土鋼澆鑄過程水口結(jié)瘤。

20.本發(fā)明采用原理及方法與現(xiàn)有技術(shù)均不同，通過加入mgo,降低了水口與稀土氧化物的反應(yīng)，同時采用脈沖電流來改善鋼液與水口、夾雜物之間的潤濕性來抑制水口結(jié)瘤，不會因高溫導致大尺寸的稀土夾雜物回到鋼中，造成鋼中缺陷增加，并給出了具體的裝置和

實施例。

21.本發(fā)明采用脈沖電流對小尺寸、密度大的稀土夾雜仍有良好的去除效果，且不需要很大的電荷，有效的控制夾雜物的移動及與水口的反應(yīng)，解決了直流電的耗能大的問題。

22.本發(fā)明采用的脈沖電流參數(shù)與現(xiàn)有技術(shù)完全不同。本發(fā)明采取了綜合手段抑制稀土鋼的水口結(jié)瘤。對于稀土鋼，單獨施加電場，可以控制電荷大的夾雜物，鋁碳質(zhì)水口仍然會與鋼水中的稀土元素反應(yīng)，當稀土添加量較多時，不利于連續(xù)澆鑄，不能完全解決水口結(jié)瘤的問題，本發(fā)明通過在優(yōu)化水口材質(zhì)，降低水口與鋼液的反應(yīng)，提高了水口防結(jié)瘤的能力。

23.根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

24.一種抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法，采用如下至少一種方法，防止稀土鋼在澆鑄時在水口結(jié)瘤，方法如下：

25.a.第一種方法：根據(jù)中間包水口的數(shù)量，設(shè)置n套脈沖電流發(fā)生裝置，其中n為水口數(shù)量，n＝1～10，以浸入式水口為負極，在中間包底部接近水口的部位埋入電極，作為電路的正極，脈沖電流發(fā)生裝置、鋼液，以及正、負極一起構(gòu)成通電回路；澆鑄時施加脈沖電流，控制鋼液與水口材料的反應(yīng)，使得連鑄過程中的夾雜不易附著在水口表面；

26.b.第二種方法：設(shè)置水口加熱裝置，提高水口附近鋼液的溫度，降低稀土氧化物和稀土硫化物夾雜物的粘度；

27.c.第三種方法：設(shè)置水口吹氬裝置，從氬氣通道吹入的氬氣在水口的內(nèi)壁形成向上和向下兩個方向的氣體保護層，隔離鋼液與水口壁的接觸，沖刷水口內(nèi)壁黏附的初生夾雜物，使大顆粒夾雜物上浮去除，提高鋼液流動性，降低鋼液與水口內(nèi)壁的接觸幾率；

28.d.第四種方法：選擇水口材質(zhì)成分，采用不易與鋼液反應(yīng)的材料，提高了鋼液與水口的浸潤性和導電性，防止水口堵塞。提高了水口的防堵塞效果。

29.優(yōu)選地，對于第一種方法：施加脈沖電流，在制水口時將鉬線均勻的埋入水口四周，在水口中部開設(shè)方形凹槽，將所有導電鉬線連接，接入鉬制方形電極，作為脈沖電源負極；在中間包爐底部接近水口鋼液入口的部位開設(shè)凹槽，埋入鉬制方形電極，作為脈沖電源正極；澆鑄時通過鋼液將正負極連通構(gòu)成電回路，對鋼液和水口之間施加脈沖電流，控制電流密度為5～90ma/cm2、脈沖周期為3～90ms，來消除澆鑄過程中水口與鋼液的化學反應(yīng)和伴隨產(chǎn)生的電荷和界面電場，減少水口與鋼液的反應(yīng)，降低夾雜物與鋼液之間的界面張力，提高鋼液和氧化物夾雜、鋼液與水口之間的潤濕性，抑制夾雜物在水口的黏附；優(yōu)選在水口的塞棒中間埋入鉬制的電極，作為脈沖電源正極。脈沖電流密度低于5ma/cm2時，難以抑制界面電場，消除水口與鋼液的電化學反應(yīng)；在超過90ma/cm2的非常大的電流密度下，耗能及裝置成本會增加，通電導線由于發(fā)熱也不能長時間工作。上述脈沖功率周期小于3ms，難以穩(wěn)定控制脈沖電流；超過90ms，會產(chǎn)生稀土與水口反應(yīng)產(chǎn)物的附著，導致浸入式水口材料的脫落和損壞。

30.優(yōu)選地，對于第二種方法：設(shè)置由兩個半圓環(huán)型的加熱筒組成的水口加熱裝置；加熱筒采用二硅化鉬電熱器件進行加熱，兩水口加熱環(huán)包裹在水口外壁，在連鑄過程中對水口及附近的鋼液進行局部加熱，提升水口附近鋼液局部鋼液溫度不超過20℃，消除水口附近鋼液的低溫粘滯區(qū)，改善水口表面的光潔度，降低蓄瘤傾向；

31.優(yōu)選地，對于第三種方法：設(shè)置水口吹氬裝置及氬氣通道，水口吹氬裝置進氣口在

水口本體的中部，在水口內(nèi)腔側(cè)壁設(shè)置四個對稱的吹氬通道，吹氬通道的中心線與水口中心線之間的夾角為不大于5

°

，吹氬流量為不大于5m3/h，從氬氣通道吹入的氬氣在高溫下會急速膨脹，形成向上和向下兩個方向的氣體保護層，隔離鋼液與水口壁的接觸，沖刷水口內(nèi)壁黏附的初生夾雜物，避免鋼液在澆鑄中產(chǎn)生的偏流作用，同時有利于大顆粒夾雜物上浮去除，凈化鋼液，提升潔凈度；

32.優(yōu)選地，對于第四種方法：水口材料的成分和組分質(zhì)量百分比為：c：15～40％，al2o3：30～70％，mgo：5～15％，cao：1～10％，水口材質(zhì)根據(jù)稀土鋼水的成分的差異，或者添加包括zro2，cr2o3的其他氧化物，其他氧化物在水口材料中的含量不超過5％。當水口材料中mgo含量低于5％時，材質(zhì)中al2o3占據(jù)主導，水口與鋼水的潤濕性仍較差，夾雜物還是易黏附，不利于抑制蓄瘤反應(yīng)，結(jié)瘤現(xiàn)象無法得到有效改善。另一方面，如果mgo含量超過15％，則耐火材料的耐熱沖擊性變差，無法避免剝落裂紋，所以將mgo含量控制為5～15％。水口耐材自身反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石致密層，可以抑制c與鋼水的反應(yīng)，降低脫碳層的厚度，為了提高脈沖電流的施加效果，c含量可以設(shè)置的偏高，提高水口的導電性，所以將水口中c含量設(shè)置在15～40％。當c含量低于15％時，水口表面與鋼液之間的潤濕性較差，導電性較低。當c含量大于40％時，更容易發(fā)生脫碳反應(yīng)，導致水口的表面質(zhì)量降低，更利于夾雜物在水口內(nèi)壁黏附。

33.本發(fā)明水口材質(zhì)一方面，增加了鋼液與水口的潤濕性，提高水口導電性，可減少水口與夾雜物的蓄瘤反應(yīng)，另一方面，不降低水口材質(zhì)的高溫熱強度、熱穩(wěn)定性、熱沖擊性。

34.進一步優(yōu)選地，對于第一種方法：脈沖電流為10～70ma/cm2，脈沖電位周期為5～80ms。

35.進一步優(yōu)選地，對于第二種方法：利用連鑄過程水口加熱裝置對水口附近鋼液加熱，使水口附近鋼液局部溫度升高不超過10℃。

36.進一步優(yōu)選地，對于第三種方法：水口本體中部的側(cè)壁上對稱設(shè)置有4個對稱的吹氬通道，氬氣的吹入量為不大于3m3/h，吹氬通道與水口中心線之間的夾角為1～5

°

。

37.進一步優(yōu)選地，對于第四種方法：水口材料的成分和組分質(zhì)量百分比為：c：20～40％，al2o3：35～70％，mgo：5～15％，cao：1～10％，還包括其他氧化物中zro2，cr2o3，其他氧化物總量在水口材料中的含量不超過5％。

38.進一步優(yōu)選地，對于第一種方法：對水口和鋼液施加脈沖電流，脈沖電流的波形為方波或正弦波。

39.優(yōu)選地，適用于稀土元素總含量不超過0.05％的鋼液，避免水口堵塞，所述稀土元素為la、ce、pr、nd中的至少一種；

40.優(yōu)選地，澆鑄過程結(jié)晶器液面波動不超過

±

5mm區(qū)間范圍。

41.進一步優(yōu)選地，對于第一種方法：脈沖電流的為35～40ma/cm2，脈沖電位周期為45-50ms。

42.進一步優(yōu)選地，對于第三種方法：氬氣的吹入量為1.5～2.5m3/h。

43.進一步優(yōu)選地，對于第四種方法：水口材料的成分和組分質(zhì)量百分比為：c：30～40％，al2o3：35～60％，mgo：8-12％，cao：3～8％。

44.更進一步優(yōu)選地，對于第四種方法：水口材料的成分和組分質(zhì)量百分比為：c：30～40％，al2o3：50～60％，mgo：10-12％，cao：5～8％。

45.一種抑制稀土鋼澆鑄過程水口結(jié)瘤的裝置，實施本發(fā)明抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法，其特征在于：包括如下至少一種裝置：

46.設(shè)置套脈沖電流發(fā)生裝置：根據(jù)中間包設(shè)置的浸入式水口的數(shù)量，設(shè)置n套脈沖電流發(fā)生裝置，其中n為浸入式水口數(shù)量，n＝1～10，以浸入式水口為負極，在中間包底部接近水口的部位埋入電極，作為電路的正極，脈沖電流發(fā)生裝置的脈沖電源、稀土鋼液，以及正、負極和導線一起構(gòu)成通電回路；澆鑄時施加脈沖電流，控制稀土鋼液與中間包的浸入式水口的材料的反應(yīng)，使得連鑄過程中的夾雜不易附著在浸入式水口表面；

47.設(shè)置水口加熱裝置：在浸入式水口外部設(shè)置加熱套管，提高浸入式水口附近局部稀土鋼液的溫度，降低稀土氧化物和稀土硫化物夾雜物的粘度；

48.設(shè)置水口吹氬裝置：通過氬氣通道從吹氬口吹入的氬氣在浸入式水口的內(nèi)壁形成向上和向下兩個方向的氣體保護層，隔離稀土鋼液與浸入式水口壁的接觸，沖刷浸入式水口內(nèi)壁黏附的初生夾雜物，使大顆粒夾雜物上浮去除，提高鋼液流動性，降低鋼液與水口內(nèi)壁的接觸幾率；

49.優(yōu)選地，選擇水口材質(zhì)成分，采用不易與稀土鋼液反應(yīng)的材料，提高了稀土鋼液與浸入式水口的浸潤性和導電性，防止水口堵塞，使稀土鋼液進入結(jié)晶器。

50.優(yōu)選地，所述吹氬口設(shè)置在高于結(jié)晶器液面的位置。

51.優(yōu)選地，所述電極設(shè)置在加熱套管的管壁開設(shè)的空洞中。

52.優(yōu)選地，所述氬氣通道為在滑動水口內(nèi)壁開設(shè)的氣體通道。

53.本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點：

54.1.本發(fā)明抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的裝置和方法，綜合采用上述四種種技術(shù)手段之一或者其組合方案，可有效減少鋼液與水口的電化學反應(yīng)，改善稀土鋼液與水口的浸潤性，改善鋼液流動狀態(tài)，提高了水口的防堵塞效果；

55.2.本發(fā)明可適用于含量在0.05％以內(nèi)的含la、ce、pr、nd中的一種或多種稀土的鋼液，可避免水口堵塞，確保連鑄順行，實現(xiàn)多爐連澆，保證連鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定性；且產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異，大于10μm的團簇狀稀土夾雜物顯著減少；

56.3.本發(fā)明可有效避免水口堵塞，保證連鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

附圖說明

57.圖1為本發(fā)明優(yōu)選實施例抑制稀土鋼澆鑄過程水口結(jié)瘤的裝置連接結(jié)構(gòu)示意圖。

58.圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施例的水口加熱及吹氬結(jié)構(gòu)示意圖。

59.圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例的水口加熱及吹氬結(jié)構(gòu)橫截面圖。

具體實施方式

60.以下結(jié)合具體的實施例子對上述方案做進一步說明，本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳述如下：

61.實施例一：

62.在本實施例中，一種抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法，采用如下至少一種方法，防止稀土鋼在澆鑄時在水口結(jié)瘤，方法如下：

63.a.第一種方法：根據(jù)中間包水口的數(shù)量，設(shè)置n套脈沖電流發(fā)生裝置，其中n為水口

數(shù)量，n＝1～10，以浸入式水口為負極，在中間包底部接近水口的部位埋入電極，作為電路的正極，脈沖電流發(fā)生裝置、鋼液，以及正、負極一起構(gòu)成通電回路；澆鑄時施加脈沖電流，控制鋼液與水口材料的反應(yīng)，使得連鑄過程中的夾雜不易附著在水口表面；

64.b.第二種方法：設(shè)置水口加熱裝置，提高水口附近鋼液的溫度，降低稀土氧化物和稀土硫化物夾雜物的粘度；

65.c.第三種方法：設(shè)置水口吹氬裝置，從氬氣通道吹入的氬氣在水口的內(nèi)壁形成向上和向下兩個方向的氣體保護層，隔離鋼液與水口壁的接觸，沖刷水口內(nèi)壁黏附的初生夾雜物，使大顆粒夾雜物上浮去除，提高鋼液流動性，降低鋼液與水口內(nèi)壁的接觸幾率；

66.d.第四種方法：選擇水口材質(zhì)成分，采用不易與鋼液反應(yīng)的材料，提高了鋼液與水口的浸潤性和導電性，防止水口堵塞。

67.本實施例抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的裝置和方法，綜合采用上述四種種技術(shù)手段之一或者其組合方案，可有效減少鋼液與水口的電化學反應(yīng)，改善稀土鋼液與水口的浸潤性，改善鋼液流動狀態(tài)，提高了水口的防堵塞效果。

68.實施例二：

69.本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于：

70.在本實施例中，對于第一種方法：施加脈沖電流，在制水口時將鉬線均勻的埋入水口四周，在水口中部開設(shè)方形凹槽，將所有導電鉬線連接，接入鉬制方形電極，作為脈沖電源負極；在中間包爐底部接近水口鋼液入口的部位開設(shè)凹槽，埋入鉬制方形電極，作為脈沖電源正極；澆鑄時通過鋼液將正負極連通構(gòu)成電回路，對鋼液和水口之間施加脈沖電流，控制電流密度為5～90ma/cm2、脈沖周期為3～90ms，來消除澆鑄過程中水口與鋼液的化學反應(yīng)和伴隨產(chǎn)生的電荷和界面電場，減少水口與鋼液的反應(yīng)，降低夾雜物與鋼液之間的界面張力，提高鋼液和氧化物夾雜、鋼液與水口之間的潤濕性，抑制夾雜物在水口的黏附；

71.在本實施例中，對于第二種方法：設(shè)置由兩個半圓環(huán)型的加熱筒組成的水口加熱裝置；加熱筒采用二硅化鉬電熱器件進行加熱，兩水口加熱環(huán)包裹在水口外壁，在連鑄過程中對水口及附近的鋼液進行局部加熱，提升水口附近鋼液局部鋼液溫度不超過20℃，消除水口附近鋼液的低溫粘滯區(qū)，改善水口表面的光潔度，降低蓄瘤傾向；

72.在本實施例中，對于第三種方法：設(shè)置水口吹氬裝置及氬氣通道，水口吹氬裝置進氣口在水口本體的中部，在水口內(nèi)腔側(cè)壁設(shè)置四個對稱的吹氬通道，吹氬通道的中心線與水口中心線之間的夾角為不大于5

°

，吹氬流量為不大于5m3/h，從氬氣通道吹入的氬氣在高溫下會急速膨脹，形成向上和向下兩個方向的氣體保護層，隔離鋼液與水口壁的接觸，沖刷水口內(nèi)壁黏附的初生夾雜物，避免鋼液在澆鑄中產(chǎn)生的偏流作用，同時有利于大顆粒夾雜物上浮去除，凈化鋼液，提升潔凈度；

73.在本實施例中，對于第四種方法：水口材料的成分和組分質(zhì)量百分比為：c：15～40％，al2o3：30～70％，mgo：5～15％，cao：1～10％，水口材質(zhì)根據(jù)稀土鋼水的成分的差異，或者添加包括zro2，cr2o3的其他氧化物，其他氧化物在水口材料中的含量不超過5％。水口材料提升碳的含量，增加mgo的含量，不加入sio2。水口材質(zhì)一方面，增加了鋼液與水口的潤濕性，提高水口導電性，可減少水口與夾雜物的蓄瘤反應(yīng)，另一方面，不降低水口材質(zhì)的高溫熱強度、熱穩(wěn)定性、熱沖擊性。

74.本實施例抑制稀土鋼澆鑄過程水口結(jié)瘤的方法，提供了一種綜合的技術(shù)方案，來

抑制稀土鋼澆鑄過程水口結(jié)瘤。通過增加脈沖電流發(fā)生裝置、水口加熱、水口吹氬裝置，改善水口材質(zhì)等技術(shù)手段，減少鋼液與水口的電化學反應(yīng)，改善稀土鋼液與水口的浸潤性，改善鋼液流動狀態(tài)，提高水口的防堵塞效果。該技術(shù)可適用于含量在0.05％以內(nèi)的含la、ce、pr、nd中的一種或多種稀土的鋼液，可避免水口堵塞，保證連鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

75.實施例三：

76.本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于：

77.在本實施例中，參見圖1，一種抑制稀土鋼澆鑄過程水口結(jié)瘤的裝置，實施實施例一抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法，包括如下至少一種裝置：

78.設(shè)置套脈沖電流發(fā)生裝置：根據(jù)中間包2設(shè)置的浸入式水口5的數(shù)量，設(shè)置n套脈沖電流發(fā)生裝置，其中n為浸入式水口5數(shù)量，n＝1～10，以浸入式水口5為負極，在中間包2底部接近水口的部位埋入電極7，作為電路的正極，脈沖電流發(fā)生裝置的脈沖電源4、稀土鋼液1，以及正、負極和導線3一起構(gòu)成通電回路；澆鑄時施加脈沖電流，控制稀土鋼液1與中間包2的浸入式水口5的材料的反應(yīng)，使得連鑄過程中的夾雜不易附著在浸入式水口5表面；

79.設(shè)置水口加熱裝置：在浸入式水口5外部設(shè)置加熱套管6，提高浸入式水口5附近局部稀土鋼液1的溫度，降低稀土氧化物和稀土硫化物夾雜物的粘度；

80.設(shè)置水口吹氬裝置：通過氬氣通道9從吹氬口8吹入的氬氣在浸入式水口5的內(nèi)壁形成向上和向下兩個方向的氣體保護層，隔離稀土鋼液1與浸入式水口5壁的接觸，沖刷浸入式水口5內(nèi)壁黏附的初生夾雜物，使大顆粒夾雜物上浮去除，提高鋼液流動性，降低鋼液與水口內(nèi)壁的接觸幾率；

81.或者，選擇水口材質(zhì)成分，采用不易與稀土鋼液1反應(yīng)的材料，提高了稀土鋼液1與浸入式水口5的浸潤性和導電性，防止水口堵塞，使稀土鋼液1進入結(jié)晶器10。

82.本實施例抑制稀土鋼澆鑄過程水口結(jié)瘤的裝置，提供了一種綜合的技術(shù)方案，來抑制稀土鋼澆鑄過程水口結(jié)瘤。通過增加脈沖電流發(fā)生裝置、水口加熱、水口吹氬裝置，改善水口材質(zhì)等技術(shù)手段，減少鋼液與水口的電化學反應(yīng)，改善稀土鋼液與水口的浸潤性，改善鋼液流動狀態(tài)，提高水口的防堵塞效果。該技術(shù)可適用于含量在0.05％以內(nèi)的含la、ce、pr、nd中的一種或多種稀土的鋼液，可避免水口堵塞，保證連鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

83.實施例四：

84.本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于：

85.在本實施例中，參見圖1-圖3，所述吹氬口設(shè)置在高于結(jié)晶器液面的位置。

86.所述電極設(shè)置在加熱套管的管壁開設(shè)的空洞中。

87.所述氬氣通道為在滑動水口內(nèi)壁開設(shè)的氣體通道。

88.本實施例裝置結(jié)構(gòu)緊湊，通過方案組合，可以實現(xiàn)更好的防止水口堵塞的技術(shù)效果，保證連鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

89.實施例五：

90.本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于：

91.本實施例為添加稀土la和ce的連鑄鋼液，生產(chǎn)工藝流程為轉(zhuǎn)爐—lf精煉—rh真空處理—板坯連鑄，目標鋼種成分如表1所示。

92.表1 試驗鋼的化學成分(％)

[0093][0094]

水口材質(zhì)分別采用成分配比為

①

10％mgo、50％al2o3、5％cao和30％c；

②

60％al2o3、5％cao和30％c的原料，在1700℃下燒結(jié)，然后隨爐冷卻，在水口中上部預(yù)留電極接入槽，在水口中部預(yù)留4個吹氬口，按如圖2所示的結(jié)構(gòu)制備本發(fā)明技術(shù)水口。在澆鑄鋼液時，在澆鑄前對水口進行預(yù)熱1.5h，并在水口外側(cè)加裝加熱裝置，水口加熱裝置是兩個半圓加熱筒構(gòu)成，預(yù)熱后安裝在水口外壁。連鑄開始時，采用二硅化鉬電熱元件進行加熱，提高水口溫度，保持加熱溫度高于中間包鋼液溫度25～50℃。利用水口吹氬裝置對水口中部的四個吹氬口進行吹氬，吹氬流量為3m3/h；同時將水口和鋼包底部預(yù)留電極通過高溫導線連接至脈沖電源，通過脈沖電源對水口至鋼液的回路施加脈沖電流。脈沖電流的參數(shù)設(shè)置為：a.平均電流密度為5ma/cm2，脈沖周期為50ms。b.平均電流密度為80ma/cm2，脈沖周期為50ms。c.平均電流密度為40ma/cm2，脈沖周期為50ms。

[0095]

表2. 20mncr5齒輪鋼的試驗情況

[0096][0097]

表3 20crmo齒輪鋼的試驗情況

[0098][0099][0100]

通過試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)鋁碳質(zhì)水口

②

由于水口表面脫碳，導致表面光潔度下降，水口結(jié)瘤現(xiàn)象明顯，無法多爐澆鑄。在施加脈沖電流后，水口結(jié)瘤被抑制。當脈沖電流密度從5ma/cm2增大到40ma/cm2時，水口結(jié)瘤的抑制效果逐漸增大；試驗發(fā)現(xiàn)，當對脈沖電流密度達到80ma/cm2時，水口結(jié)瘤并未被明顯抑制，且能耗過大。

[0101]

本發(fā)明的水口材質(zhì)10％mgo、50％al2o3、5％cao和30％c，脈沖電流的平均電流密度為40ma/cm2，脈沖周期為50ms時，效果最好，實現(xiàn)了多爐連澆，澆鑄過程結(jié)晶器液面波動小于

±

2.8mm，塞棒曲線平穩(wěn)，澆鑄后水口內(nèi)壁未發(fā)現(xiàn)明顯結(jié)瘤物。產(chǎn)品檢測質(zhì)量優(yōu)異，經(jīng)光鏡及掃描電鏡檢測，鋼中基本不存在大于10μm的團簇狀稀土夾雜物，鋼的各項性能指標滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

[0102]

分析此方法對其他鋼中的實施情況，對x80、sphc、重軌鋼進行加稀土冶煉分析。采用的水口材質(zhì)為10％mgo、50％al2o3、5％cao和30％c。脈沖電流的平均電流密度為40ma/cm2，脈沖周期為50ms。按照上述試驗方法進行試驗。

[0103]

表3 20crmo齒輪鋼的試驗情況

[0104][0105]

采用本發(fā)明技術(shù)對多種鋼種進行稀土鋼液連鑄試驗，如x80、sphc、重軌鋼。試驗發(fā)現(xiàn)，每種鋼均可實現(xiàn)多爐連澆，且澆鑄過程結(jié)晶器液面波動小于

±

5mm，塞棒曲線未發(fā)現(xiàn)無明顯變化。澆鑄完畢后，取出水口觀察，澆鑄后水口內(nèi)壁未發(fā)現(xiàn)明顯結(jié)瘤物，由此可見，本發(fā)

明技術(shù)適用于多種鋼種，能夠解決稀土鋼液連鑄過程中的水口結(jié)瘤問題，實現(xiàn)多爐連澆。

[0106]

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進行了說明，但本發(fā)明不限于上述實施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護范圍。技術(shù)特征：

1.一種抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法，其特征在于，采用如下至少一種方法，防止稀土鋼在澆鑄時在水口結(jié)瘤，方法如下：a.第一種方法：根據(jù)中間包水口的數(shù)量，設(shè)置n套脈沖電流發(fā)生裝置，其中n為水口數(shù)量，n＝1～10，以浸入式水口為負極，在中間包底部接近水口的部位埋入電極，作為電路的正極，脈沖電流發(fā)生裝置、鋼液，以及正、負極一起構(gòu)成通電回路；澆鑄時施加脈沖電流，控制鋼液與水口材料的反應(yīng)，使得連鑄過程中的夾雜不易附著在水口表面；b.第二種方法：設(shè)置水口加熱裝置，提高水口附近鋼液的溫度，降低稀土氧化物和稀土硫化物夾雜物的粘度；c.第三種方法：設(shè)置水口吹氬裝置，從氬氣通道吹入的氬氣在水口的內(nèi)壁形成向上和向下兩個方向的氣體保護層，隔離鋼液與水口壁的接觸，沖刷水口內(nèi)壁黏附的初生夾雜物，使大顆粒夾雜物上浮去除，提高鋼液流動性，降低鋼液與水口內(nèi)壁的接觸幾率；d.第四種方法：選擇水口材質(zhì)成分，采用不易與鋼液反應(yīng)的材料，提高了鋼液與水口的浸潤性和導電性，防止水口堵塞。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法，其特征在于：對于第一種方法：施加脈沖電流，在制水口時將鉬線均勻的埋入水口四周，在水口中部開設(shè)方形凹槽，將所有導電鉬線連接，接入鉬制方形電極，作為脈沖電源負極；在中間包爐底部接近水口鋼液入口的部位開設(shè)凹槽，埋入鉬制方形電極，作為脈沖電源正極；澆鑄時通過鋼液將正負極連通構(gòu)成電回路，對鋼液和水口之間施加脈沖電流，控制電流密度為5～90ma/cm2、脈沖周期為3～90ms，來消除澆鑄過程中水口與鋼液的化學反應(yīng)和伴隨產(chǎn)生的電荷和界面電場，減少水口與鋼液的反應(yīng)，降低夾雜物與鋼液之間的界面張力，提高鋼液和氧化物夾雜、鋼液與水口之間的潤濕性，抑制夾雜物在水口的黏附；或者，對于第二種方法：設(shè)置由兩個半圓環(huán)型的加熱筒組成的水口加熱裝置；加熱筒采用二硅化鉬電熱器件進行加熱，兩水口加熱環(huán)包裹在水口外壁，在連鑄過程中對水口及附近的鋼液進行局部加熱，提升水口附近鋼液局部鋼液溫度不超過20℃，消除水口附近鋼液的低溫粘滯區(qū)，改善水口表面的光潔度，降低蓄瘤傾向；或者，對于第三種方法：設(shè)置水口吹氬裝置及氬氣通道，水口吹氬裝置進氣口在水口本體的中部，在水口內(nèi)腔側(cè)壁設(shè)置四個對稱的吹氬通道，吹氬通道的中心線與水口中心線之間的夾角為不大于5

°

，吹氬流量為不大于5m3/h，從氬氣通道吹入的氬氣在高溫下會急速膨脹，形成向上和向下兩個方向的氣體保護層，隔離鋼液與水口壁的接觸，沖刷水口內(nèi)壁黏附的初生夾雜物，避免鋼液在澆鑄中產(chǎn)生的偏流作用，同時有利于大顆粒夾雜物上浮去除，凈化鋼液，提升潔凈度；或者，對于第四種方法：水口材料的成分和組分質(zhì)量百分比為：c：15～40％，al2o3：30～70％，mgo：5～15％，cao：1～10％，水口材質(zhì)根據(jù)稀土鋼水的成分的差異，或者添加包括zro2，cr2o3的其他氧化物，其他氧化物在水口材料中的含量不超過5％。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法，其特征在于：對于第一種方法：脈沖電流為10～70ma/cm2，脈沖電位周期為5～80ms。或者，對于第二種方法：利用連鑄過程水口加熱裝置對水口附近鋼液加熱，使水口附近鋼液局部溫度升高不超過10℃。或者，對于第三種方法：水口本體中部的側(cè)壁上對稱設(shè)置有4個對稱的吹氬通道，氬氣

的吹入量為不大于3m3/h，吹氬通道與水口中心線之間的夾角為1～5

°

?；蛘?，對于第四種方法：水口材料的成分和組分質(zhì)量百分比為：c：20～40％，al2o3：35～70％，mgo：5～15％，cao：1～10％，還包括其他氧化物中zro2，cr2o3，其他氧化物總量在水口材料中的含量不超過5％。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法，其特征在于：對于第一種方法：對水口和鋼液施加脈沖電流，脈沖電流的波形為方波或正弦波。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法，其特征在于：適用于稀土元素總含量不超過0.05％的鋼液，避免水口堵塞，所述稀土元素為la、ce、pr、nd中的至少一種；或者，澆鑄過程結(jié)晶器液面波動不超過

±

5mm區(qū)間范圍。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法，其特征在于：對于第一種方法：脈沖電流的為35～40ma/cm2，脈沖電位周期為45-50ms。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法，其特征在于：對于第三種方法：氬氣的吹入量為1.5～2.5m3/h。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法，其特征在于：對于第四種方法：水口材料的成分和組分質(zhì)量百分比為：c：30～40％，al2o3：35～60％，mgo：8-12％，cao：3～8％。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法，其特征在于：對于第四種方法：水口材料的成分和組分質(zhì)量百分比為：c：30～40％，al2o3：50～60％，mgo：10-12％，cao：5～8％。10.一種抑制稀土鋼澆鑄過程水口結(jié)瘤的裝置，實施權(quán)利要求1所述抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法，其特征在于：包括如下至少一種裝置：設(shè)置套脈沖電流發(fā)生裝置：根據(jù)中間包(2)設(shè)置的浸入式水口(5)的數(shù)量，設(shè)置n套脈沖電流發(fā)生裝置，其中n為浸入式水口(5)數(shù)量，n＝1～10，以浸入式水口(5)為負極，在中間包(2)底部接近水口的部位埋入電極(7)，作為電路的正極，脈沖電流發(fā)生裝置的脈沖電源(4)、稀土鋼液(1)，以及正、負極和導線(3)一起構(gòu)成通電回路；澆鑄時施加脈沖電流，控制稀土鋼液(1)與中間包(2)的浸入式水口(5)的材料的反應(yīng)，使得連鑄過程中的夾雜不易附著在浸入式水口(5)表面；設(shè)置水口加熱裝置：在浸入式水口(5)外部設(shè)置加熱套管(6)，提高浸入式水口(5)附近局部稀土鋼液(1)的溫度，降低稀土氧化物和稀土硫化物夾雜物的粘度；設(shè)置水口吹氬裝置：通過氬氣通道(9)從吹氬口(8)吹入的氬氣在浸入式水口(5)的內(nèi)壁形成向上和向下兩個方向的氣體保護層，隔離稀土鋼液(1)與浸入式水口(5)壁的接觸，沖刷浸入式水口(5)內(nèi)壁黏附的初生夾雜物，使大顆粒夾雜物上浮去除，提高鋼液流動性，降低鋼液與水口內(nèi)壁的接觸幾率；或者，選擇水口材質(zhì)成分，采用不易與稀土鋼液(1)反應(yīng)的材料，提高了稀土鋼液(1)與浸入式水口(5)的浸潤性和導電性，防止水口堵塞，使稀土鋼液(1)進入結(jié)晶器(10)。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種抑制稀土鋼連鑄過程中水口堵塞的方法及其裝置，提供了一種綜合的技術(shù)方案，來抑制稀土鋼澆鑄過程水口結(jié)瘤。通過增加脈沖電流發(fā)生裝置、水口加熱、水口吹氬裝置，改善水口材質(zhì)等技術(shù)手段，減少鋼液與水口的電化學反應(yīng)，改善稀土鋼液與水口的浸潤性，改善鋼液流動狀態(tài)，提高水口的防堵塞效果。本發(fā)明可適用于含量在0.05％以內(nèi)的含La、Ce、Pr、Nd中的一種或多種稀土的鋼液，可避免水口堵塞，保證連鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定性。保證連鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定性。保證連鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：付建勛 沈平 張浩 劉貝貝

受保護的技術(shù)使用者：上海大學

技術(shù)研發(fā)日：2021.12.01

技術(shù)公布日：2022/4/12