CN102672125A - 一种梯度钢铁材料的连铸设备和连铸方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种梯度钢铁材料的连铸设备和连铸方法。所述连铸设备包括：结晶器；喷枪，用于将合金球/合金块加入钢水中；电磁线圈，位于结晶器的外部上端，对所述合金球/合金块施加电磁力。根据本发明的连铸设备和连铸方法可以得到表面组分和内部组分不同的钢铁材料，并且可以避免环境污染，并降低了生产成本。

Description

一种梯度钢铁材料的连铸设备和连铸方法

技术领域

本发明涉及一种钢铁材料的连铸设备和连铸方法，更具体地讲，本发明涉及一种梯度钢铁材料的连铸设备和连铸方法。

背景技术

材料的表面处理是指通过机械、物理或者化学的方法使材料表面或者表层具有特殊性能的处理过程。例如通过热侵镀、热喷涂、化学热处理的方法来提高材料的耐蚀性、耐磨性等。在钢铁材料中通常使用的表面处理技术有渗碳、渗氮、碳氮共渗等技术，这些表面处理技术尤其应用于齿轮钢、轴承钢、耐磨钢等材料，使钢材表面具有高硬度和高耐磨性，而心部具有较高的韧性和强度。然而化学热处理存在着许多不可避免的缺点，以渗碳为例，除了环境污染、资源消耗、成本增加之外，还可能引起内部氧化、晶粒粗化、析出网状碳化物等缺陷。如果钢铁材料具有一定的成分梯度，则可以减少或者省略某些表面处理工艺，因此梯度钢铁材料的生产具有一定的经济意义和社会意义。

钢包喷粉是属于投资少、见效快的炉外精炼方法之一，主要利用载气将“冶金物料”通过喷枪载入钢水深处，用于钢水脱氧、脱硫或者增碳等炉外精炼过程。

连铸，即连续铸钢，是不断地将精炼后的钢水加入到结晶器中，并凝固成型后从结晶器下方拉出的钢水成型技术。如果能够在连铸过程中生产出梯度钢铁材料，则可以节约资源并且降低成本。

综上，需要一种提供梯度钢铁材料的方法，以克服化学处理等方法带来的环境污染等问题。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，提供了一种能够降低成本并且避免环境污染的梯度钢铁材料的连铸设备和连铸方法。

本发明的梯度钢铁材料的连铸设备包括：结晶器；喷枪，用于将合金球/合金块加入钢水中；电磁线圈，位于结晶器的外部上端，对所述合金球/合金块施加电磁力。

本发明还提供了一种梯度钢铁材料的连铸方法，所述连铸方法使用上述连铸设备进行连铸，当利用所述连铸设备进行连铸时，由于电磁线圈产生的电磁力，合金球/合金块在沿着结晶器内周的钢水中熔化。

优选地，采用惰性气体作为载体利用喷枪喷射合金球/合金块。所述钢水的过热度为10℃至15℃。

根据本发明的连铸设备和连铸方法可以得到表面组分和内部组分不同的钢铁材料，并且可以避免环境污染，并降低了生产成本。

附图说明

通过参照附图对本发明进行详细地描述，本发明的特征和优点将变得更加明显。

图1是示出根据本发明实施例的梯度钢铁材料的连铸设备的剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来详细描述本发明的实施例。

图1是示出根据本发明实施例的梯度钢铁材料的连铸设备的剖视图。在图1中，标号1为钢水，标号2为钢渣，标号3为结晶器，标号4为电磁线圈，标号5为合金球/合金块，标号6为喷枪，标号7为高溶质含量外层，标号8为溶质梯度层，标号9为芯层。

根据本发明实施例的梯度钢铁材料的连铸设备包括：结晶器3，结晶器3内装有钢水1和钢渣2；喷枪6，将合金球/合金块5加入钢水1中；电磁线圈4，位于结晶器3的外部上端。

在利用上述连铸设备进行连铸时，利用电磁线圈4产生的磁场在钢水中产生旋转电磁力，从而钢水在结晶器内旋转。通过喷枪6向钢水中注入合金球/合金块5，由于钢水在电磁场的作用下旋转，因此喷入的合金球/合金块5沿着结晶器3的内周均匀分布。即，喷入的合金球/合金块5在电磁力的作用下快速向钢水1和结晶器3的界面移动。进入钢水1中的合金球/合金块5吸收钢水的热量熔化。

由于合金球/合金块5中某些元素的含量较高，从而合金球/合金块5可以改变钢水的局部成分，形成有一定溶质浓度梯度的钢水。例如，合金球/合金块5可以含有较高含量的碳。为了满足钢铁材料冶炼的需求，可以任意选择合金球/合金块5的成分。

另外，由于合金球/合金块5吸收热量，所以将降低结晶器内周部分的钢水的温度，并且合金球/合金块5达到钢水表面时完全熔化，没有时间进行充分地扩散，所以在结晶器3的内周位置处凝固形成具有一定浓度梯度的铸坯。即，在靠近结晶器内表面的位置，形成高溶质含量外层7，在结晶器3的中心部分形成芯层9，在高溶质含量外层7和芯层9之间形成溶质梯度层8。

此外，如果合金球/合金块5的密度大于钢水1的密度，则合金球/合金块5会向结晶器3的底部运动，同时不断吸收热量溶解，最后形成在靠近结晶器3内壁的位置处的化学成分与在结晶器3的中心部分的化学成分不同的钢坯。

优选地，合金球/合金块5的密度大于钢水的密度，从而合金球/合金块能够顺利地向下运动。另外，优选地，合金球/合金块5为近似球形，其中，合金球/合金块5的表面积与体积的比值在0.3～0.6cm-1的范围内。一般来说，表面积与体积的比值越大，说明相同体积的合金球/合金块5与钢水的接触面积就越大，溶解速度就越快。

根据本发明，喷枪6的横截面积为合金球/合金块5的最大截面面积的2倍至3倍，并且使用惰性气体作为载体喷射合金球/合金块。

优选地，钢水的过热度为10℃至15℃。

为了在钢铁材料的外周均匀地形成梯度，可以使用多个电磁线圈4和多个喷枪6，从而形成外表面均匀地具有化学成分梯度的钢坯。

根据本发明的梯度钢铁材料的连铸设备和连铸方法，通过在结晶器的外部设置电磁线圈4，使得利用喷枪6喷入的合金球/合金块5沿着结晶器3的内周溶解在钢水中，从而可以控制连铸后得到的钢铁材料的表面成分，即，使钢铁材料的表面组分和内部组分不同。因此，根据本发明的连铸方法可以得到具有梯度的化学成分的钢铁材料。

与现有技术中通过化学热处理方法等对钢铁材料的表面进行处理的方法相比，根据本发明的连铸方法可以避免环境污染，并且降低了生产成本。本发明的梯度钢铁材料的连铸方法得到的钢铁材料可以用于齿轮钢、轴承钢等。

虽然已经以示例的方式示出和描述了本发明，但是本发明的范围不受上述实施例的限定，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改和改变。

Claims (4)

1.一种梯度钢铁材料的连铸设备，其特征在于所述连铸设备包括：

结晶器；

喷枪，用于将合金球/合金块加入钢水中；

电磁线圈，位于结晶器的外部上端，对所述合金球/合金块施加电磁力。

2.一种梯度钢铁材料的连铸方法，其特征在于所述连铸方法使用根据权利要求1所述的连铸设备进行连铸，当利用所述连铸设备进行连铸时，由于电磁线圈产生的电磁力，合金球/合金块在沿着结晶器内周的钢水中熔化。

3.根据权利要求2所述的梯度钢铁材料的连铸方法，其特征在于采用惰性气体作为载体利用喷枪喷射合金球/合金块。

4.根据权利要求2所述的梯度钢铁材料的连铸方法，其特征在于所述钢水的过热度为10℃至15℃。

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