一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201410284167.5	申请日：	2014.06.23
公开号：	CN104001881A	公开日：	2014.08.27
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):B22D 11/053申请日:20140623\|\|\|公开
IPC分类号：	B22D11/053; C22C33/04	主分类号：	B22D11/053
申请人：	安徽工业大学
发明人：	王建军; 周俐; 王海军; 常立忠; 蒙李朋
地址：	243002 安徽省马鞍山市花山区湖东路59号
优先权：
专利代理机构：	南京知识律师事务所 32207	代理人：	蒋海军
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内容摘要

本发明公开了一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，属于钢铁冶金技术领域。本发明的步骤为：步骤一、高炉炼铁；步骤二、转炉冶炼并进行精炼；步骤三、超声波连铸，经过步骤二精炼之后的钢水在连铸过程中采用水平连铸结晶器，在水平连铸结晶器上产生超声波振动。本发明中无需依靠结晶器的机械振动，而仅仅依靠超声波振动力使初生坯壳与结晶器内壁自动“脱模”，从而消除或减少不锈钢铸坯表面缺陷的产生；结晶器侧壁上施加的超声波还可以直接穿透到不锈钢铸坯内部，使铸坯内部刚刚结晶形成的金属枝晶断裂，从而在铸坯内部形成大量的异质形核核心，促进铸坯中等轴晶的发展，进而提高后续金属制品的质量。

权利要求书

权利要求书
1.  一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其特征在于，其步骤为：
步骤一、高炉炼铁
高炉铁水的化学成分的质量百分比为：C、3.2～3.8％；Si、0.30～0.50％；P、0.080～0.150％；S、≤0.10％，其余为Fe与不可避免的杂质；
步骤二、转炉冶炼并进行精炼
精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.03～0.08％；Si、0.40～0.72％；Mn、0.36～0.97％；P、≤0.032％；S、≤0.025％；Cr、17.20～18.00％；N、0.04～0.08％；Mo、0.6～0.8％；Nb、0.02～0.04％；Ti、0.09～0.19％，其余为Fe与不可避免的杂质，其中：Ti％≥3×Nb％+1/2×N％；
步骤三、超声波连铸
经过步骤二精炼之后的钢水在连铸过程中采用水平连铸结晶器(3)，在水平连铸结晶器(3)上产生超声波振动。

2.  根据权利要求1所述的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其特征在于：经过步骤二精炼之后的钢水从钢包(1)的底部，流经长水口注入到中间包(2)中，中间包(2)的一侧壁开设有钢水出口，该钢水出口与水平连铸结晶器(3)相连接，所述的水平连铸结晶器(3)的外周设置有结晶器冷却水箱(4)，上述的水平连铸结晶器(3)包括结晶器底部铜板(61)、结晶器顶部铜板(62)、结晶器第一侧铜板(63)和结晶器第二侧铜板(64)，上述的结晶器底部铜板(61)、结晶器顶部铜板(62)、结晶器第一侧铜板(63)、结晶器第二侧铜板(64)围成矩形的结晶器内腔，该结晶器内腔呈水平设置，结晶器内腔的一端与中间包(2)侧壁的钢水出口相连通，结晶器内腔的另一端与外部空间相连通；
所述的结晶器顶部铜板(62)向结晶器底部铜板(61)倾斜设置，该结晶器顶部铜板(62)与水平面的夹角为0.3～0.6°；所述的结晶器底部铜板(61)外侧壁设置有底部超声波导杆(51)，该底部超声波导杆(51)的导波端与结晶器底部铜板(61)外侧壁相接触，该底部超声波导杆(51)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；所述的结晶器顶部铜板(62)外侧壁设置有顶部超声波导杆(52)，该顶部超声波导杆(52)的导波端与结晶器顶部铜板(62)外侧壁相接触，该顶部超声波导杆(52)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；所述的结晶器第一侧铜板(63)外侧壁设置有第一侧超声波导杆(53)，该第一侧超声波导杆(53)的导波端与结晶器第一侧铜板(63)外侧壁相接触，该第一侧超声波导杆(53)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；所述的结晶器第二侧铜板(64)外侧壁设置有第二侧超声波导杆(54)，该第二侧超声波导杆(54)的导波端与结晶器第二侧铜板(64)外侧壁相接触，该第二侧超声波导杆(54)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；上述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)分别与各自的换能器相连，换能器通过电缆与各自的超声波电源相连，其中：
底部超声波导杆(51)使用的超声波功率为P1，P1＝A×200W，
底部超声波导杆(51)使用的超声波频率为F1，F1＝A×23KHz；
式中：
A为超声波系数，A＝(C+Si)/0.5+Mn/3+(Cr+Mo)/10+(Nb+Ti)/2；
顶部超声波导杆(52)使用的超声波功率为P2，P2＝P1×0.83，
顶部超声波导杆(52)使用的超声波频率为F2，F2＝F1×0.94；
第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)使用的超声波功率均为P34，P34＝P1×0.95，
第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)使用的超声波频率均为F34，F34＝F1×1.02。

3.  根据权利要求2所述的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其特征在于：所述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)的冷却采用结晶器冷却水箱(4)内的冷却水进行冷却。

4.  根据权利要求3所述的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其特征在于：所述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)分别与相接触的结晶器底部铜板(61)、结晶器顶部铜板(62)、结晶器第一侧铜板(63)、结晶器第二侧铜板(64)相垂直接触。

5.  根据权利要求3或4所述的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其特征在于：所述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)的长度为各自采用的超声波波长的整数倍或半波长的整数倍。

6.  根据权利要求5所述的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其特征在于：所述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)的材质为铝镁合金或钛合金。

说明书

说明书一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法
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
本发明的目的在于克服现有技术中不锈钢在连铸时铸坯表面易形成明显振痕的不足，提供了一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，采用本发明的技术方案，不仅可以解决不锈钢在工业现场连铸过程中出现的铸坯表面振痕，而且能够改善铸坯凝固组织。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其步骤为：
步骤一、高炉炼铁
高炉铁水的化学成分的质量百分比为：C、3.2～3.8％；Si、0.30～0.50％；P、0.080～0.150％；S、≤0.10％，其余为Fe与不可避免的杂质；
步骤二、转炉冶炼并进行精炼
精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.03～0.08％；Si、0.40～0.72％；Mn、0.36～0.97％；P、≤0.032％；S、≤0.025％；Cr、17.20～18.00％；N、0.04～0.08％；Mo、0.6～0.8％；Nb、0.02～0.04％；Ti、0.09～0.19％，其余为Fe与不可避免的杂质，其中：Ti％≥3×Nb％+1/2×N％；
步骤三、超声波连铸
经过步骤二精炼之后的钢水在连铸过程中采用水平连铸结晶器，在水平连铸结晶器上产生超声波振动。
优选地，经过步骤二精炼之后的钢水从钢包的底部，流经长水口注入到中间包中，中间包的一侧壁开设有钢水出口，该钢水出口与水平连铸结晶器相连接，所述的水平连铸结晶器的外周设置有结晶器冷却水箱，上述的水平连铸结晶器包括结晶器底部铜板、结晶器顶部铜板、结晶器第一侧铜板和结晶器第二侧铜板，上述的结晶器底部铜板、结晶器顶部铜板、结晶器第一侧铜板、结晶器第二侧铜板围成矩形的结晶器内腔，该结晶器内腔呈水平设置，结晶器内腔的一端与中间包侧壁的钢水出口相连通，结晶器内腔的另一端与外部空间相连通；
所述的结晶器顶部铜板向结晶器底部铜板倾斜设置，该结晶器顶部铜板与水平面的夹角为0.3～0.6°；所述的结晶器底部铜板外侧壁设置有底部超声波导杆，该底部超声波导杆的导波端与结晶器底部铜板外侧壁相接触，该底部超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；所述的结晶器顶部铜板外侧壁设置有顶部超声波导杆，该顶部超声波导杆的导波端与结晶器顶部铜板外侧壁相接触，该顶部超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；所述的结晶器第一侧铜板外侧壁设置有第一侧超声波导杆，该第一侧超声波导杆的导波端与结晶器第一侧铜板外侧壁相接触，该第一侧超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；所述的结晶器第二侧铜板外侧壁设置有第二侧超声波导杆，该第二侧超声波导杆的导波端与结晶器第二侧铜板外侧壁相接触，该第二侧超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；上述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆分别与各自的换能器相连，换能器通过电缆与各自的超声波电源相连，其中：
底部超声波导杆使用的超声波功率为P1，P1＝A×200W，
底部超声波导杆使用的超声波频率为F1，F1＝A×23KHz；
式中：
A为超声波系数，A＝(C+Si)/0.5+Mn/3+(Cr+Mo)/10+(Nb+Ti)/2；
顶部超声波导杆使用的超声波功率为P2，P2＝P1×0.83，
顶部超声波导杆使用的超声波频率为F2，F2＝F1×0.94；
第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆使用的超声波功率均为P34，P34＝P1×0.95，
第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆使用的超声波频率均为F34，F34＝F1×1.02。
优选地，所述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆的冷却采用结晶器冷却水箱内的冷却水进行冷却。
优选地，所述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆分别与相接触的结晶器底部铜板、结晶器顶部铜板、结晶器第一侧铜板、结晶器第二侧铜板相垂直接触。
优选地，所述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆的长度为各自采用的超声波波长的整数倍或半波长的整数倍。
优选地，所述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆的材质为铝镁合金或钛合金。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，在连铸过程中采用水平连铸结晶器，在水平连铸结晶器上产生超声波振动，且水平连铸结晶器四侧壁的波导杆采用特定的功率和频率，从而使得在水平连铸结晶器的侧壁上施加超声波振动，在水平连铸结晶器的内壁和初生坯壳之间产生一个张力，无需依靠结晶器的机械振动，而仅仅依靠超声波振动力使初生坯壳与结晶器内壁自动“脱模”，从而消除或减少不锈钢铸坯表面缺陷的产生；结晶器侧壁上施加的超声波还可以直接穿透到不锈钢铸坯内部，使铸坯内部刚刚结晶形成的金属枝晶断裂，从而在铸坯内部形成大量的异质形核核心，促进铸坯中等轴晶的发展，进而提高后续金属制品的质量；
(2)本发明的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，使得在工业现场超声波振动式结晶器成功使用，必将推动相关的连铸新技术研究，推动水平连铸技术发展，降低连铸机的高度，节约大量投资，对促进连铸技术的发展具有重要意义。
附图说明
图1为本发明中水平连铸系统的结构示意图；
图2为本发明中水平连铸结晶器的截面结构示意图。
示意图中的标号说明：1、钢包；2、中间包；3、水平连铸结晶器；4、结晶器冷却水箱；51、底部超声波导杆；52、顶部超声波导杆；53、第一侧超声波导杆；54、第二侧超声波导杆；61、结晶器底部铜板；62、结晶器顶部铜板；63、结晶器第一侧铜板；64、结晶器第二侧铜板。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1和图2，本实施例中的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其步骤为：
步骤一、高炉炼铁
高炉铁水的化学成分的质量百分比为如下均可：C、3.2～3.8％；Si、0.30～0.50％；P、0.080～0.150％；S、≤0.10％，其余为Fe与不可避免的杂质。具体在本实施例中高炉铁水的化学成分的质量百分比为：C、3.5％；Si、0.40％；P、0.120％；S、0.10％，其余为Fe与不可避免的杂质。
步骤二、转炉冶炼并进行精炼
在转炉冶炼过程中，通过氧枪向转炉中吹氧气，开始吹氧冶炼枪位为1500mm，吹氧8min后，提高枪位60mm，同时降低吹氧压力至0.70MPa，总吹氧时间为12min。在吹氧的初期和中期，将氧气的流量控制为25000Nm3/h，在以吹入氧气的总量为基准，吹氧量为89％时，将氧气的流量控制为20000Nm3/h。钢水精炼采用LF精炼：经过转炉冶炼过的钢水进行LF精炼，其中LF精炼过程全程吹氩，进LF精炼站的前期控制氩气为48L/min，中后期控制氩气为22L/min，后期软吹控制为9L/min，本实施例的吹氩制度可有效去除钢液内的气体，避免连铸过程中的铸坯表面缺陷产生。将精炼好的过热度为35℃的钢水通过行车调至连铸工位的钢包回转台，通过长水口注入到中间包2中，中间包覆盖剂各成分的质量百分含量为：CaO+SiO2为71％、Al2O3为7.0％、MgO为8.0％、Na2O为3.0％、碳为0.5％、轻质耐火材料为6.0％、粘结剂为2.0％、水分为0.3％，余量为不可避免的杂质，并将钢水送入水平连铸结晶器3中，本实施例中的中间包覆盖剂能够保证钢水在中间包2内不受外界气氛的侵入，尤其是可以避免气体进入钢液，可进一步避免连铸过程中的铸坯表面缺陷产生。
精炼后钢水的化学成分的质量百分比为如下均可：C、0.03～0.08％；Si、0.40～0.72％；Mn、0.36～0.97％；P、≤0.032％；S、≤0.025％；Cr、17.20～18.00％；N、0.04～0.08％；Mo、0.6～0.8％；Nb、0.02～0.04％；Ti、0.09～0.19％，其余为Fe与不可避免的杂质，其中：Ti％≥3×Nb％+1/2×N％。本发明中采用的这种不锈钢钢种成分，有利于在连铸过程中通过超声波处理达到消除或减少不锈钢铸坯表面缺陷的目的，尤其是其中的Ti、Nb及N的成分控制。具体在本实施例中精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.05％；Si、0.52％；Mn、0.67％；P、0.028％； S、0.022％；Cr、17.60％；N、0.06％；Mo、0.7％；Nb、0.03％；Ti、0.15％，其余为Fe与不可避免的杂质。
步骤三、超声波连铸
经过步骤二精炼之后的钢水在连铸过程中采用水平连铸结晶器3，在水平连铸结晶器3上产生超声波振动，具体在本实施例中如图1和图2所示：经过步骤二精炼之后的钢水从钢包1的底部，流经长水口注入到中间包2中，中间包2的一侧壁开设有钢水出口，该钢水出口与水平连铸结晶器3相连接，所述的水平连铸结晶器3的外周设置有结晶器冷却水箱4，上述的水平连铸结晶器3包括结晶器底部铜板61、结晶器顶部铜板62、结晶器第一侧铜板63和结晶器第二侧铜板64，上述的结晶器底部铜板61、结晶器顶部铜板62、结晶器第一侧铜板63、结晶器第二侧铜板64围成矩形的结晶器内腔，该结晶器内腔呈水平设置，结晶器内腔的一端与中间包2侧壁的钢水出口相连通，结晶器内腔的另一端与外部空间相连通。
本实施例中的结晶器顶部铜板62向结晶器底部铜板61倾斜设置，该结晶器顶部铜板62与水平面的夹角为0.5°，本发明中设计结晶器顶部铜板62与水平面呈一定夹角，是因为钢水在凝固过程中会产生收缩，在自身重力的作用下会与结晶器顶部铜板62自动分离，如果结晶器顶部铜板62不向结晶器底部铜板61倾斜一定角度，则难以将顶部超声波导杆52的超声波导入到水平连铸结晶器3内部，从而导致水平连铸结晶器3上侧壁的超声波工艺参数无法控制。如图2所示，结晶器底部铜板61外侧壁设置有底部超声波导杆51，该底部超声波导杆51的导波端与结晶器底部铜板61外侧壁相接触，该底部超声波导杆51的另一端穿过结晶器冷却水箱4；所述的结晶器顶部铜板62外侧壁设置有顶部超声波导杆52，该顶部超声波导杆52的导波端与结晶器顶部铜板62外侧壁相接触，该顶部超声波导杆52的另一端穿过结晶器冷却水箱4；所述的结晶器第一侧铜板63外侧壁设置有第一侧超声波导杆53，该第一侧超声波导杆53的导波端与结晶器第一侧铜板63外侧壁相接触，该第一侧超声波导杆53的另一端穿过结晶器冷却水箱4；所述的结晶器第二侧铜板64外侧壁设置有第二侧超声波导杆54，该第二侧超声波导杆54的导波端与结晶器第二侧铜板64外侧壁相接触，该第二侧超声波导杆54的另一端穿过结晶器冷却水箱4；上述的底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54分别与各自的换能器相连，换能器通过电缆与各自的超声波电源相连。为了对导波杆进行适当的冷却，本实施例中的底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54的冷却采用结晶器冷却水箱4内的冷却水进行冷却。此外，本实施例中的底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54分别与相接触的结晶器底部铜板61、结晶器顶部铜板62、结晶器第一侧铜板63、结晶器第二侧铜板64相垂直接触；底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54的长度为各自采用的超声波波长的整数倍或半波长的整数倍；底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54的材质为钛合金。
本实施例的不锈钢浇注温度为1535℃，拉速为1.1m/min，连铸过程中的超声波工艺参数控制如下：
底部超声波导杆51使用的超声波功率为P1，P1＝A×200W，
底部超声波导杆51使用的超声波频率为F1，F1＝A×23KHz；
式中：A为超声波系数，A＝(C+Si)/0.5+Mn/3+(Cr+Mo)/10+(Nb+Ti)/2；
顶部超声波导杆52使用的超声波功率为P2，P2＝P1×0.83，
顶部超声波导杆52使用的超声波频率为F2，F2＝F1×0.94；
第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波功率均为P34，P34＝P1×0.95，
第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波频率均为F34，F34＝F1×1.02。具体在本实施例中精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.05％；Si、0.52％；Mn、0.67％；P、0.028％；S、0.022％；Cr、17.60％；N、0.06％；Mo、0.7％；Nb、0.03％；Ti、0.15％，其余为Fe与不可避免的杂质。因此，超声波系数A＝(C+Si)/0.5+Mn/3+(Cr+Mo)/10+(Nb+Ti)/2＝(0.05+0.52)/0.5+0.67/3+(17.60+0.7)/10+(0.03+0.15)/2＝3.28，由此可得：
底部超声波导杆51使用的超声波功率为P1，P1＝A×200W＝656W；
底部超声波导杆51使用的超声波频率为F1，F1＝A×23KHz＝75KHz；
顶部超声波导杆52使用的超声波功率为P2，P2＝P1×0.83＝544W；
顶部超声波导杆52使用的超声波频率为F2，F2＝F1×0.94＝71KHz；
第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波功率均为P34＝P1×0.95＝623W；
第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波频率均为F34，F34＝F1×1.02＝77KHz。
在连铸机正常浇注时，合上超声波电源，将超声波输出功率和频率调至本实施例计算的值，底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54就可以在水平连铸结晶器3侧壁上产生强烈的冲击作用，消除了水平连铸结晶器3内钢水凝固坯壳与内壁的粘结，同时在铸坯内部形成大量的异质形核核心，促进铸坯中等轴晶的发展。本实施例中的不锈钢钢坯出水平连铸结晶器3后，用冷却水喷在不锈钢钢坯上，进行强制快速冷却，将中间包2内的钢液全部拉成一根钢坯后，结束浇注。
总所周知，为了减轻结晶器振动给不锈钢铸坯带来的缺陷，改善铸坯表面质量，减小振痕深度，人们一直都在对结晶器的振动进行深入细致的研究。但是，结晶器振动方式的改进解决不了铸坯固有的振动缺陷，所以人们一直在不断地开发新型结构的结晶器。本发明提出的基于超声波振动式的水平连铸结晶器3突破了传统的机械振动的限制，本发明通过对大量实验数据的分析总结确定了超声波系数的具体计算方式，而且从水平连铸结晶器3的各个侧壁综合控制超声波的工艺参数，是将超声波振动应用于工业连铸生产的一项新的结晶器振动技术，它有利于促进没有振痕等表面缺陷的无缺陷连铸坯生产。此外，水平连铸结晶器3侧壁上施加的超声波还可以直接穿透到不锈钢铸坯内部，使铸坯内部刚刚结晶形成的金属枝晶断裂，从而在铸坯内部形成大量的异质形核核心，促进铸坯中等轴晶的发展，进而提高后续金属制品的质量。本实施例的不锈钢铸坯经表面缺陷检测，几乎没有发现振痕，且改善了凝固组织，提高了铸坯质量。
实施例2
本实施例的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其步骤同实施例1，不同之处在于：
步骤一中高炉铁水的化学成分的质量百分比为：C、3.2％；Si、0.50％；P、0.080％；S、0.10％，其余为Fe与不可避免的杂质。
步骤二中精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.03％；Si、0.72％；Mn、0.36％；P、0.032％；S、0.025％；Cr、17.20％；N、0.08％；Mo、0.6％；Nb、0.04％；Ti、0.19％，其余为Fe与不可避免的杂质。
步骤三的超声波连铸过程中，结晶器顶部铜板62向结晶器底部铜板61倾斜设置，该结晶器顶部铜板62与水平面的夹角为0.3°，且底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54的材质为铝镁合金。
具体在本实施例中精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.03％；Si、0.72％；Mn、0.36％；P、0.032％；S、0.025％；Cr、17.20％；N、0.08％；Mo、0.6％；Nb、0.04％；Ti、0.19％，其余为Fe与不可避免的杂质。因此，超声波系数A＝(C+Si)/0.5+Mn/3+(Cr+Mo)/10+(Nb+Ti)/2＝3.52，由此可得：
底部超声波导杆51使用的超声波功率为P1，P1＝A×200W＝704W；
底部超声波导杆51使用的超声波频率为F1，F1＝A×23KHz＝81KHz；
顶部超声波导杆52使用的超声波功率为P2，P2＝P1×0.83＝584W；
顶部超声波导杆52使用的超声波频率为F2，F2＝F1×0.94＝76KHz；
第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波功率均为P34，P34＝P1× 0.95＝669W；
第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波频率均为F34，F34＝F1×1.02＝83KHz。
本实施例的不锈钢铸坯经表面缺陷检测，几乎没有发现振痕，且改善了凝固组织，提高了铸坯质量。
实施例3
本实施例的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其步骤同实施例1，不同之处在于：
步骤一中高炉铁水的化学成分的质量百分比为：C、3.8％；Si、0.30％；P、0.150％；S、0.10％，其余为Fe与不可避免的杂质。
步骤二中精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.08％；Si、0.40％；Mn、0.97％；P、0.030％；S、0.024％；Cr、18.00％；N、0.04％；Mo、0.8％；Nb、0.02％；Ti、0.09％，其余为Fe与不可避免的杂质。
步骤三的超声波连铸过程中，结晶器顶部铜板62向结晶器底部铜板61倾斜设置，该结晶器顶部铜板62与水平面的夹角为0.6°。
具体在本实施例中精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.08％；Si、0.40％；Mn、0.97％；P、0.030％；S、0.024％；Cr、18.00％；N、0.04％；Mo、0.8％；Nb、0.02％；Ti、0.09％，其余为Fe与不可避免的杂质。因此，超声波系数A＝(C+Si)/0.5+Mn/3+(Cr+Mo)/10+(Nb+Ti)/2＝3.22，由此可得：
底部超声波导杆51使用的超声波功率为P1，P1＝A×200W＝644W；
底部超声波导杆51使用的超声波频率为F1，F1＝A×23KHz＝74KHz；
顶部超声波导杆52使用的超声波功率为P2，P2＝P1×0.83＝534W；
顶部超声波导杆52使用的超声波频率为F2，F2＝F1×0.94＝70KHz；
第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波功率均为P34，P34＝P1×0.95＝612W；
第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波频率均为F34，F34＝F1×1.02＝76KHz。
本实施例的不锈钢铸坯经表面缺陷检测，几乎没有发现振痕，且改善了凝固组织，提高了铸坯质量。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 104001881 A (43)申请公布日 2014.08.27 C N 1 0 4 0 0 1 8 8 1 A (21)申请号 201410284167.5 (22)申请日 2014.06.23 B22D 11/053(2006.01) C22C 33/04(2006.01) (71)申请人安徽工业大学地址 243002 安徽省马鞍山市花山区湖东路 59号 (72)发明人王建军周俐王海军常立忠蒙李朋 (74)专利代理机构南京知识律师事务所 32207 代理人蒋海军 (54) 发明名称一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法 (57) 摘要本发明公开。

2、了一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，属于钢铁冶金技术领域。本发明的步骤为：步骤一、高炉炼铁；步骤二、转炉冶炼并进行精炼；步骤三、超声波连铸，经过步骤二精炼之后的钢水在连铸过程中采用水平连铸结晶器，在水平连铸结晶器上产生超声波振动。本发明中无需依靠结晶器的机械振动，而仅仅依靠超声波振动力使初生坯壳与结晶器内壁自动“脱模”，从而消除或减少不锈钢铸坯表面缺陷的产生；结晶器侧壁上施加的超声波还可以直接穿透到不锈钢铸坯内部，使铸坯内部刚刚结晶形成的金属枝晶断裂，从而在铸坯内部形成大量的异质形核核心，促进铸坯中等轴晶的发展，进而提高后续金属制品的质量。 (51)Int.。

3、Cl. 权利要求书2页说明书8页附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书2页说明书8页附图1页 (10)申请公布号 CN 104001881 A CN 104001881 A 1/2页 2 1.一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其特征在于，其步骤为：步骤一、高炉炼铁高炉铁水的化学成分的质量百分比为：C、3.23.8；Si、0.300.50；P、0.080 0.150；S、0.10，其余为Fe与不可避免的杂质；步骤二、转炉冶炼并进行精炼精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.030.08；Si、0.400.72；Mn、 0.3。

4、60.97；P、0.032；S、0.025；Cr、17.2018.00；N、0.040.08；Mo、 0.60.8；Nb、0.020.04；Ti、0.090.19，其余为Fe与不可避免的杂质，其中： Ti3Nb+1/2N；步骤三、超声波连铸经过步骤二精炼之后的钢水在连铸过程中采用水平连铸结晶器(3)，在水平连铸结晶器(3)上产生超声波振动。 2.根据权利要求1所述的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其特征在于：经过步骤二精炼之后的钢水从钢包(1)的底部，流经长水口注入到中间包(2)中，中间包(2)的一侧壁开设有钢水出口，该钢水出口与水平连铸结晶器(3)相连接，所述的水平连。

5、铸结晶器(3)的外周设置有结晶器冷却水箱(4)，上述的水平连铸结晶器(3)包括结晶器底部铜板(61)、结晶器顶部铜板(62)、结晶器第一侧铜板(63)和结晶器第二侧铜板(64)，上述的结晶器底部铜板(61)、结晶器顶部铜板(62)、结晶器第一侧铜板(63)、结晶器第二侧铜板(64)围成矩形的结晶器内腔，该结晶器内腔呈水平设置，结晶器内腔的一端与中间包 (2)侧壁的钢水出口相连通，结晶器内腔的另一端与外部空间相连通；所述的结晶器顶部铜板(62)向结晶器底部铜板(61)倾斜设置，该结晶器顶部铜板 (62)与水平面的夹角为0.30.6；所述的结晶器底部铜板(61)外侧壁设置有底部超声波导杆。

6、(51)，该底部超声波导杆(51)的导波端与结晶器底部铜板(61)外侧壁相接触，该底部超声波导杆(51)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；所述的结晶器顶部铜板(62)外侧壁设置有顶部超声波导杆(52)，该顶部超声波导杆(52)的导波端与结晶器顶部铜板(62) 外侧壁相接触，该顶部超声波导杆(52)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；所述的结晶器第一侧铜板(63)外侧壁设置有第一侧超声波导杆(53)，该第一侧超声波导杆(53)的导波端与结晶器第一侧铜板(63)外侧壁相接触，该第一侧超声波导杆(53)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；所述的结晶器第二侧铜板(64)外侧壁设置有第二侧超声波导。

7、杆(54)，该第二侧超声波导杆(54)的导波端与结晶器第二侧铜板(64)外侧壁相接触，该第二侧超声波导杆(54)的另一端穿过结晶器冷却水箱(4)；上述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)分别与各自的换能器相连，换能器通过电缆与各自的超声波电源相连，其中：底部超声波导杆(51)使用的超声波功率为P1，P1A200W，底部超声波导杆(51)使用的超声波频率为F1，F1A23KHz；式中： A为超声波系数，A(C+Si)/0.5+Mn/3+(Cr+Mo)/10+(Nb+Ti)/2；顶部超声波导杆(52)使用的超声波功率为。

8、P2，P2P10.83，顶部超声波导杆(52)使用的超声波频率为F2，F2F10.94；权利要求书CN 104001881 A 2/2页 3 第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)使用的超声波功率均为P34，P34 P10.95，第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)使用的超声波频率均为F34，F34 F11.02。 3.根据权利要求2所述的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其特征在于：所述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)的冷却采用结晶器冷却水箱(4)内的冷却水进行冷却。 4。

9、.根据权利要求3所述的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其特征在于：所述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)分别与相接触的结晶器底部铜板(61)、结晶器顶部铜板(62)、结晶器第一侧铜板(63)、结晶器第二侧铜板(64)相垂直接触。 5.根据权利要求3或4所述的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其特征在于：所述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)的长度为各自采用的超声波波长的整数倍或半波长的整数倍。 6.根据权利要求5所述的一种基于超声波。

10、振动式结晶器的不锈钢生产方法，其特征在于：所述的底部超声波导杆(51)、顶部超声波导杆(52)、第一侧超声波导杆(53)、第二侧超声波导杆(54)的材质为铝镁合金或钛合金。权利要求书CN 104001881 A 1/8页 4 一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法技术领域 0001 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 0002 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。

11、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。 0003 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。 0004 在不锈钢连铸生产时，结晶。

12、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0.50.7mm。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。

13、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3.54.0mm，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。 0005 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。

14、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：100010000W/m 2 ，频率为1560KHz，该申请案中的技术方案是基于实验室说明书CN 104001881 A 2/8页 5 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。

15、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。 0006 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：2005100390。

16、30.4，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。

17、，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 0007 1.发明要解决的技术问题 0008 本发明的目的在于克服现有技术中不锈钢在连铸时铸坯表面易形成明显振痕的不足，提供了一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，采用本发明的技术方案，不仅可以解决不锈钢在工业现场连铸过程中出现的铸坯表面振痕，而且能够改善铸坯凝固组织。 0009 2.技术方案 0010 为达到上述目的，本发明提供的技术方案为： 0011 本发明的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其步骤为： 0012 步骤一、高炉炼铁 0013 高炉铁水的化学成分的质量百分比为：C、3.23.8；Si、0.300。

18、.50；P、 0.0800.150；S、0.10，其余为Fe与不可避免的杂质； 0014 步骤二、转炉冶炼并进行精炼 0015 精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.030.08；Si、0.400.72； Mn、0.360.97；P、0.032；S、0.025；Cr、17.2018.00；N、0.040.08； Mo、0.60.8；Nb、0.020.04；Ti、0.090.19，其余为Fe与不可避免的杂质，其中：Ti3Nb+1/2N； 0016 步骤三、超声波连铸 0017 经过步骤二精炼之后的钢水在连铸过程中采用水平连铸结晶器，在水平连铸结晶器上产生超声波振动。 0018 优选地，。

19、经过步骤二精炼之后的钢水从钢包的底部，流经长水口注入到中间包中，说明书CN 104001881 A 3/8页 6 中间包的一侧壁开设有钢水出口，该钢水出口与水平连铸结晶器相连接，所述的水平连铸结晶器的外周设置有结晶器冷却水箱，上述的水平连铸结晶器包括结晶器底部铜板、结晶器顶部铜板、结晶器第一侧铜板和结晶器第二侧铜板，上述的结晶器底部铜板、结晶器顶部铜板、结晶器第一侧铜板、结晶器第二侧铜板围成矩形的结晶器内腔，该结晶器内腔呈水平设置，结晶器内腔的一端与中间包侧壁的钢水出口相连通，结晶器内腔的另一端与外部空间相连通； 0019 所述的结晶器顶部铜板向结晶器底部铜板倾斜设置，该结晶器。

20、顶部铜板与水平面的夹角为0.30.6；所述的结晶器底部铜板外侧壁设置有底部超声波导杆，该底部超声波导杆的导波端与结晶器底部铜板外侧壁相接触，该底部超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；所述的结晶器顶部铜板外侧壁设置有顶部超声波导杆，该顶部超声波导杆的导波端与结晶器顶部铜板外侧壁相接触，该顶部超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；所述的结晶器第一侧铜板外侧壁设置有第一侧超声波导杆，该第一侧超声波导杆的导波端与结晶器第一侧铜板外侧壁相接触，该第一侧超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；所述的结晶器第二侧铜板外侧壁设置有第二侧超声波导杆，该第二侧超声波导杆的导波端与结晶器第二侧铜板外。

21、侧壁相接触，该第二侧超声波导杆的另一端穿过结晶器冷却水箱；上述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆分别与各自的换能器相连，换能器通过电缆与各自的超声波电源相连，其中： 0020 底部超声波导杆使用的超声波功率为P1，P1A200W， 0021 底部超声波导杆使用的超声波频率为F1，F1A23KHz； 0022 式中： 0023 A为超声波系数，A(C+Si)/0.5+Mn/3+(Cr+Mo)/10+(Nb+Ti)/2； 0024 顶部超声波导杆使用的超声波功率为P2，P2P10.83， 0025 顶部超声波导杆使用的超声波频率为F2，F2F10.94； 00。

22、26 第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆使用的超声波功率均为P34，P34 P10.95， 0027 第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆使用的超声波频率均为F34，F34 F11.02。 0028 优选地，所述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆的冷却采用结晶器冷却水箱内的冷却水进行冷却。 0029 优选地，所述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆分别与相接触的结晶器底部铜板、结晶器顶部铜板、结晶器第一侧铜板、结晶器第二侧铜板相垂直接触。 0030 优选地，所述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声。

23、波导杆的长度为各自采用的超声波波长的整数倍或半波长的整数倍。 0031 优选地，所述的底部超声波导杆、顶部超声波导杆、第一侧超声波导杆、第二侧超声波导杆的材质为铝镁合金或钛合金。 0032 3.有益效果 0033 采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果： 0034 (1)本发明的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，在连铸过程中采说明书CN 104001881 A 4/8页 7 用水平连铸结晶器，在水平连铸结晶器上产生超声波振动，且水平连铸结晶器四侧壁的波导杆采用特定的功率和频率，从而使得在水平连铸结晶器的侧壁上施加超声波振动，在水平连铸结晶器的内壁和初生。

24、坯壳之间产生一个张力，无需依靠结晶器的机械振动，而仅仅依靠超声波振动力使初生坯壳与结晶器内壁自动“脱模”，从而消除或减少不锈钢铸坯表面缺陷的产生；结晶器侧壁上施加的超声波还可以直接穿透到不锈钢铸坯内部，使铸坯内部刚刚结晶形成的金属枝晶断裂，从而在铸坯内部形成大量的异质形核核心，促进铸坯中等轴晶的发展，进而提高后续金属制品的质量； 0035 (2)本发明的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，使得在工业现场超声波振动式结晶器成功使用，必将推动相关的连铸新技术研究，推动水平连铸技术发展，降低连铸机的高度，节约大量投资，对促进连铸技术的发展具有重要意义。附图说明 0036 图1为。

25、本发明中水平连铸系统的结构示意图； 0037 图2为本发明中水平连铸结晶器的截面结构示意图。 0038 示意图中的标号说明：1、钢包；2、中间包；3、水平连铸结晶器；4、结晶器冷却水箱；51、底部超声波导杆；52、顶部超声波导杆；53、第一侧超声波导杆；54、第二侧超声波导杆；61、结晶器底部铜板；62、结晶器顶部铜板；63、结晶器第一侧铜板；64、结晶器第二侧铜板。具体实施方式 0039 为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。 0040 实施例1 0041 结合图1和图2，本实施例中的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其步骤为： 0042 步骤一、。

26、高炉炼铁 0043 高炉铁水的化学成分的质量百分比为如下均可：C、3.23.8；Si、0.30 0.50；P、0.0800.150；S、0.10，其余为Fe与不可避免的杂质。具体在本实施例中高炉铁水的化学成分的质量百分比为：C、3.5；Si、0.40；P、0.120；S、0.10，其余为Fe与不可避免的杂质。 0044 步骤二、转炉冶炼并进行精炼 0045 在转炉冶炼过程中，通过氧枪向转炉中吹氧气，开始吹氧冶炼枪位为1500mm，吹氧 8min后，提高枪位60mm，同时降低吹氧压力至0.70MPa，总吹氧时间为12min。在吹氧的初期和中期，将氧气的流量控制为25000Nm 3 /h，在。

27、以吹入氧气的总量为基准，吹氧量为89时，将氧气的流量控制为20000Nm 3 /h。钢水精炼采用LF精炼：经过转炉冶炼过的钢水进行LF 精炼，其中LF精炼过程全程吹氩，进LF精炼站的前期控制氩气为48L/min，中后期控制氩气为22L/min，后期软吹控制为9L/min，本实施例的吹氩制度可有效去除钢液内的气体，避免连铸过程中的铸坯表面缺陷产生。将精炼好的过热度为35的钢水通过行车调至连铸工位的钢包回转台，通过长水口注入到中间包2中，中间包覆盖剂各成分的质量百分含量为： CaO+SiO 2 为71、Al 2 O 3 为7.0、MgO为8.0、Na 2 O为3.0、碳为0.5、轻质耐火材。

28、料说明书CN 104001881 A 5/8页 8 为6.0、粘结剂为2.0、水分为0.3，余量为不可避免的杂质，并将钢水送入水平连铸结晶器3中，本实施例中的中间包覆盖剂能够保证钢水在中间包2内不受外界气氛的侵入，尤其是可以避免气体进入钢液，可进一步避免连铸过程中的铸坯表面缺陷产生。 0046 精炼后钢水的化学成分的质量百分比为如下均可：C、0.030.08；Si、0.40 0.72；Mn、0.360.97；P、0.032；S、0.025；Cr、17.2018.00；N、0.04 0.08；Mo、0.60.8；Nb、0.020.04；Ti、0.090.19，其余为Fe与不可避免的杂。

29、质，其中：Ti3Nb+1/2N。本发明中采用的这种不锈钢钢种成分，有利于在连铸过程中通过超声波处理达到消除或减少不锈钢铸坯表面缺陷的目的，尤其是其中的Ti、 Nb及N的成分控制。具体在本实施例中精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.05； Si、0.52；Mn、0.67；P、0.028；S、0.022；Cr、17.60；N、0.06；Mo、0.7；Nb、0.03； Ti、0.15，其余为Fe与不可避免的杂质。 0047 步骤三、超声波连铸 0048 经过步骤二精炼之后的钢水在连铸过程中采用水平连铸结晶器3，在水平连铸结晶器3上产生超声波振动，具体在本实施例中如图1和图2所示：经过步骤。

30、二精炼之后的钢水从钢包1的底部，流经长水口注入到中间包2中，中间包2的一侧壁开设有钢水出口，该钢水出口与水平连铸结晶器3相连接，所述的水平连铸结晶器3的外周设置有结晶器冷却水箱4，上述的水平连铸结晶器3包括结晶器底部铜板61、结晶器顶部铜板62、结晶器第一侧铜板63和结晶器第二侧铜板64，上述的结晶器底部铜板61、结晶器顶部铜板62、结晶器第一侧铜板63、结晶器第二侧铜板64围成矩形的结晶器内腔，该结晶器内腔呈水平设置，结晶器内腔的一端与中间包2侧壁的钢水出口相连通，结晶器内腔的另一端与外部空间相连通。 0049 本实施例中的结晶器顶部铜板62向结晶器底部铜板61倾斜设置，该结晶。

31、器顶部铜板62与水平面的夹角为0.5，本发明中设计结晶器顶部铜板62与水平面呈一定夹角，是因为钢水在凝固过程中会产生收缩，在自身重力的作用下会与结晶器顶部铜板62自动分离，如果结晶器顶部铜板62不向结晶器底部铜板61倾斜一定角度，则难以将顶部超声波导杆52的超声波导入到水平连铸结晶器3内部，从而导致水平连铸结晶器3上侧壁的超声波工艺参数无法控制。如图2所示，结晶器底部铜板61外侧壁设置有底部超声波导杆51，该底部超声波导杆51的导波端与结晶器底部铜板61外侧壁相接触，该底部超声波导杆51 的另一端穿过结晶器冷却水箱4；所述的结晶器顶部铜板62外侧壁设置有顶部超声波导杆 52，该顶部。

32、超声波导杆52的导波端与结晶器顶部铜板62外侧壁相接触，该顶部超声波导杆 52的另一端穿过结晶器冷却水箱4；所述的结晶器第一侧铜板63外侧壁设置有第一侧超声波导杆53，该第一侧超声波导杆53的导波端与结晶器第一侧铜板63外侧壁相接触，该第一侧超声波导杆53的另一端穿过结晶器冷却水箱4；所述的结晶器第二侧铜板64外侧壁设置有第二侧超声波导杆54，该第二侧超声波导杆54的导波端与结晶器第二侧铜板64外侧壁相接触，该第二侧超声波导杆54的另一端穿过结晶器冷却水箱4；上述的底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54分别与各自的换能器相连，换能器通过电。

33、缆与各自的超声波电源相连。为了对导波杆进行适当的冷却，本实施例中的底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54的冷却采用结晶器冷却水箱4内的冷却水进行冷却。此外，本实施例中的底部超声波说明书CN 104001881 A 6/8页 9 导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54分别与相接触的结晶器底部铜板61、结晶器顶部铜板62、结晶器第一侧铜板63、结晶器第二侧铜板64相垂直接触；底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆 54的长度为各自采用的超声波波长的整数倍或半波长的整数。

34、倍；底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54的材质为钛合金。 0050 本实施例的不锈钢浇注温度为1535，拉速为1.1m/min，连铸过程中的超声波工艺参数控制如下： 0051 底部超声波导杆51使用的超声波功率为P1，P1A200W， 0052 底部超声波导杆51使用的超声波频率为F1，F1A23KHz； 0053 式中：A为超声波系数，A(C+Si)/0.5+Mn/3+(Cr+Mo)/10+(Nb+Ti)/2； 0054 顶部超声波导杆52使用的超声波功率为P2，P2P10.83， 0055 顶部超声波导杆52使用的超声波频率为F2，F2F1。

35、0.94； 0056 第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波功率均为P34，P34 P10.95， 0057 第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波频率均为F34，F34 F11.02。具体在本实施例中精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.05；Si、 0.52；Mn、0.67；P、0.028；S、0.022；Cr、17.60；N、0.06；Mo、0.7；Nb、0.03； Ti、0.15，其余为Fe与不可避免的杂质。因此，超声波系数A(C+Si)/0.5+Mn/3+(Cr+M o)/10+(Nb+Ti)/2(0.05+0.52)/0.5+0.67/3+(1。

36、7.60+0.7)/10+(0.03+0.15)/23.28，由此可得： 0058 底部超声波导杆51使用的超声波功率为P1，P1A200W656W； 0059 底部超声波导杆51使用的超声波频率为F1，F1A23KHz75KHz； 0060 顶部超声波导杆52使用的超声波功率为P2，P2P10.83544W； 0061 顶部超声波导杆52使用的超声波频率为F2，F2F10.9471KHz； 0062 第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波功率均为P34 P10.95623W； 0063 第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波频率均为F34，F34 F11.0。

37、277KHz。 0064 在连铸机正常浇注时，合上超声波电源，将超声波输出功率和频率调至本实施例计算的值，底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54就可以在水平连铸结晶器3侧壁上产生强烈的冲击作用，消除了水平连铸结晶器3内钢水凝固坯壳与内壁的粘结，同时在铸坯内部形成大量的异质形核核心，促进铸坯中等轴晶的发展。本实施例中的不锈钢钢坯出水平连铸结晶器3后，用冷却水喷在不锈钢钢坯上，进行强制快速冷却，将中间包2内的钢液全部拉成一根钢坯后，结束浇注。 0065 总所周知，为了减轻结晶器振动给不锈钢铸坯带来的缺陷，改善铸坯表面质量，减小振痕深度，人们一。

38、直都在对结晶器的振动进行深入细致的研究。但是，结晶器振动方式的改进解决不了铸坯固有的振动缺陷，所以人们一直在不断地开发新型结构的结晶器。本发明提出的基于超声波振动式的水平连铸结晶器3突破了传统的机械振动的限制，本发明通过对大量实验数据的分析总结确定了超声波系数的具体计算方式，而且从水平连铸结晶器说明书CN 104001881 A 7/8页 10 3的各个侧壁综合控制超声波的工艺参数，是将超声波振动应用于工业连铸生产的一项新的结晶器振动技术，它有利于促进没有振痕等表面缺陷的无缺陷连铸坯生产。此外，水平连铸结晶器3侧壁上施加的超声波还可以直接穿透到不锈钢铸坯内部，使铸坯内部刚刚结晶。

39、形成的金属枝晶断裂，从而在铸坯内部形成大量的异质形核核心，促进铸坯中等轴晶的发展，进而提高后续金属制品的质量。本实施例的不锈钢铸坯经表面缺陷检测，几乎没有发现振痕，且改善了凝固组织，提高了铸坯质量。 0066 实施例2 0067 本实施例的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其步骤同实施例1，不同之处在于： 0068 步骤一中高炉铁水的化学成分的质量百分比为：C、3.2；Si、0.50；P、0.080； S、0.10，其余为Fe与不可避免的杂质。 0069 步骤二中精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.03；Si、0.72；Mn、 0.36；P、0.032；S、0.025。

40、；Cr、17.20；N、0.08；Mo、0.6；Nb、0.04；Ti、0.19，其余为Fe与不可避免的杂质。 0070 步骤三的超声波连铸过程中，结晶器顶部铜板62向结晶器底部铜板61倾斜设置，该结晶器顶部铜板62与水平面的夹角为0.3，且底部超声波导杆51、顶部超声波导杆52、第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54的材质为铝镁合金。 0071 具体在本实施例中精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.03；Si、 0.72；Mn、0.36；P、0.032；S、0.025；Cr、17.20；N、0.08；Mo、0.6；Nb、0.04； Ti、0.19，其余为Fe与不可避免的杂质。因。

41、此，超声波系数A(C+Si)/0.5+Mn/3+(Cr+M o)/10+(Nb+Ti)/23.52，由此可得： 0072 底部超声波导杆51使用的超声波功率为P1，P1A200W704W； 0073 底部超声波导杆51使用的超声波频率为F1，F1A23KHz81KHz； 0074 顶部超声波导杆52使用的超声波功率为P2，P2P10.83584W； 0075 顶部超声波导杆52使用的超声波频率为F2，F2F10.9476KHz； 0076 第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波功率均为P34，P34 P10.95669W； 0077 第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使。

42、用的超声波频率均为F34，F34 F11.0283KHz。 0078 本实施例的不锈钢铸坯经表面缺陷检测，几乎没有发现振痕，且改善了凝固组织，提高了铸坯质量。 0079 实施例3 0080 本实施例的一种基于超声波振动式结晶器的不锈钢生产方法，其步骤同实施例1，不同之处在于： 0081 步骤一中高炉铁水的化学成分的质量百分比为：C、3.8；Si、0.30；P、0.150； S、0.10，其余为Fe与不可避免的杂质。 0082 步骤二中精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.08；Si、0.40；Mn、 0.97；P、0.030；S、0.024；Cr、18.00；N、0.04；Mo、0.。

43、8；Nb、0.02；Ti、0.09，其余为Fe与不可避免的杂质。说明书CN 104001881 A 10 8/8页 11 0083 步骤三的超声波连铸过程中，结晶器顶部铜板62向结晶器底部铜板61倾斜设置，该结晶器顶部铜板62与水平面的夹角为0.6。 0084 具体在本实施例中精炼后钢水的化学成分的质量百分比为：C、0.08；Si、 0.40；Mn、0.97；P、0.030；S、0.024；Cr、18.00；N、0.04；Mo、0.8；Nb、0.02； Ti、0.09，其余为Fe与不可避免的杂质。因此，超声波系数A(C+Si)/0.5+Mn/3+(Cr+M o)/10+(Nb+Ti)。

44、/23.22，由此可得： 0085 底部超声波导杆51使用的超声波功率为P1，P1A200W644W； 0086 底部超声波导杆51使用的超声波频率为F1，F1A23KHz74KHz； 0087 顶部超声波导杆52使用的超声波功率为P2，P2P10.83534W； 0088 顶部超声波导杆52使用的超声波频率为F2，F2F10.9470KHz； 0089 第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波功率均为P34，P34 P10.95612W； 0090 第一侧超声波导杆53、第二侧超声波导杆54使用的超声波频率均为F34，F34 F11.0276KHz。 0091 本实施例的不锈钢铸坯经表面缺陷检测，几乎没有发现振痕，且改善了凝固组织，提高了铸坯质量。说明书CN 104001881 A 11 1/1页 12 图1 图2 说明书附图CN 104001881 A 12 。

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