抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法及其装置

1.本发明涉及钢铁冶金领域，特别是涉及一种抑制稀土钢浇铸过程水口结瘤的装置及方法。

背景技术：

2.稀土元素非常活泼，与氧、硫有很强的亲和力，加入钢液后可以置换钢中硫化锰、氧化铝等夹杂物中的氧和硫，形成稀土夹杂物，这些稀土夹杂物具有良好的形态，有利于减小对晶粒连续性的影响，从而提高机械性能。此外这些稀土夹杂物可以吸收铝酸盐复合夹杂中的部分al、ca元素形成铝酸盐稀土夹杂，其曲率半径较大，硬度、弹性模量与基体接近，承受疲劳载荷时与周围基体配合更加紧密，变形及传递应力的特性与基体接近，减少了应力的集中，并且会吸收一部分的塑性变形，有利于提高钢材的强度、塑性、冲击强度、疲劳性能等。而当稀土加入量较高时，富余的稀土将以原子形式存在，主要偏聚于晶界、相界或晶体缺陷处，具有细化钢液凝固组织以及抑制残余元素在晶界处的偏聚等作用，并且这些固溶稀土还会与基体形成共晶相以及fe-re金属间化合物，有利于提高钢材的淬透性、耐磨性、耐腐蚀性能等。

3.目前，钢厂一般采用连铸的方法生产含稀土钢材。在稀土钢液连铸过程中，通过浸入式水口将钢水从中间包引入结晶器。浸入式水口一般由铝碳质材料烧制而成，在稀土钢液浇铸时，钢液中的稀土易与水口中的材质发生反应，产生稀土复合氧硫化物等结瘤物质，在钢液的高温烧结作用下，结瘤物与水口内壁结合黏附，形成结瘤层，堵塞浇铸通道，导致浇铸困难，甚至断浇，影响生产节奏，降低生产效率。

4.为了防止浇铸过程中的水口结瘤，出现了很多解决方法，主要有以下几点：

5.1.目前广泛使用的水口材质是含铝碳质材料，容易与钢液反应生成各种稀土化合物。于是更换水口材质，采用难以与钢水反应的材料，如mgo、sio2、zro2等；

6.2.优化水口结构，使非金属夹杂不易附着在水口上；

7.3.水口内壁加涂层，抑制钢水与内壁的反应；

8.4.水口和塞棒易堵塞部位局部加热，提高温度，降低稀土夹杂物的粘度，提高其流动性。

9.公开号为cn 111940716 a的中国专利公开了一种用于防止稀土钢连铸水口堵塞的方法该方法通过对水口和塞棒易堵塞部位进行加热，提高该部位温度，降低稀土夹杂物的粘度，提高其流动性，并通过动态调整塞棒保证正常浇铸，可获得良好的改善水口结瘤和堵塞效果。但是对于稀土钢，除了高熔点稀土夹杂物黏附导致结瘤，钢中的稀土元素也会与水口反应，生成稀土铝酸盐，导致水口厚度增加。

10.公开号为cn 109732072 b的中国专利公布了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黏附在水口内壁形成黏附挂渣及结瘤物，使夹杂物在浸入式水口内壁的烧结与黏附行为得到限制，进而抑制水口结瘤。但是同性且连续

的电流对大尺寸夹杂的去除效果比较明显，对于小尺寸、密度较高的稀土夹杂物去除效果不理想，需要较大的电流才能起作用。

11.公开号为cn111906266 a的中国专利公开了一种利用脉冲电流抑制稀土钢浇铸水口堵塞的方法，特征在于，所述方法包括向稀土钢液中插入电极，由供电装置向电极施加脉冲电流，通过脉冲电流干预水口内壁与稀土钢液界面的侵蚀反应，提升水口内壁耐稀土钢液腐蚀性，并进一步阻碍稀土钢液中夹杂物黏附水口内壁。

技术实现要素：

12.为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法及其装置，采用综合并且可以组配选择的技术方案，来抑制稀土钢浇铸过程水口结瘤。通过增加脉冲电流发生装置、水口加热、水口吹氩装置，改善水口材质等技术手段，减少钢液与水口的电化学反应，改善稀土钢液与水口的浸润性，改善钢液流动状态，提高水口的防堵塞效果。

13.为达到上述目的，本发明采用如下发明构思：

14.稀土钢浇铸过程的水口蓄瘤通常与如下的几个因素相关：

15.1.由于在浇铸过程中，水口与钢液的化学反应伴随着电荷的产生；另一方面，钢液与水口及夹杂物的摩擦，也伴随着瞬间电荷的产生，通常稀土氧化物带正电，水口带负电，形成了稳定的界面电场，进一步吸引带电粒子，促进了钢液中夹杂物向水口的迁移，导致水口结瘤的产生。因此通过在浸入式水口和钢液之间施加脉冲电场来中和界面电场，施加外电场可以有效消除界面电场，控制水口与钢液的反应，降低夹杂物与钢液之间的界面张力，从而提高钢液和氧化物夹杂、钢液与水口之间的润湿性，抑制夹杂物在水口的黏附，提高水口的防结瘤效果。

16.2.水口温度过低时(接近液相线温度时)，钢液的流动性降低，在钢液流经水口时，钢液的粘滞性较强，稀土夹杂物容易沉积在水口内壁，造成水口表面光洁度下降，促进水口结瘤。

17.3.水口内壁一旦有蓄瘤物产生，水口内壁的粗糙度明显增加，夹杂物的沉积速度将大大的增加，因此，如何确保水口内壁夹杂物不沉积，保持内壁光洁是防止水口蓄瘤的有效措施。

18.4.水口内壁材料与钢液间的化学反应是造成水口结瘤的重要因素。传统铝碳质水口中c和sio2含量较高，在高温下会发生脱碳和脱硅，生成稀土铝酸盐，铝碳质水口在高温下的高温烧结反应，导致表面光洁度进一步下降，水口内壁厚度逐渐增大，导致水口蓄瘤。改善水口材质，提高水口与钢液之间的润湿性能有效降低水口与钢液的反应。mgo在高温下与al2o3反应生成镁铝尖晶石，制成的水口表面光滑，与钢液润湿性好，夹杂物不易附着，且与钢液大部分成分均不反应，可很好地抑制水口结瘤。

19.为了解决稀土钢浇铸时水口结瘤的问题，本发明提供了一种综合的技术方案，综合采用四个方面的技术手段，来抑制稀土钢浇铸过程水口结瘤。

20.本发明采用原理及方法与现有技术均不同，通过加入mgo,降低了水口与稀土氧化物的反应，同时采用脉冲电流来改善钢液与水口、夹杂物之间的润湿性来抑制水口结瘤，不会因高温导致大尺寸的稀土夹杂物回到钢中，造成钢中缺陷增加，并给出了具体的装置和

实施例。

21.本发明采用脉冲电流对小尺寸、密度大的稀土夹杂仍有良好的去除效果，且不需要很大的电荷，有效的控制夹杂物的移动及与水口的反应，解决了直流电的耗能大的问题。

22.本发明采用的脉冲电流参数与现有技术完全不同。本发明采取了综合手段抑制稀土钢的水口结瘤。对于稀土钢，单独施加电场，可以控制电荷大的夹杂物，铝碳质水口仍然会与钢水中的稀土元素反应，当稀土添加量较多时，不利于连续浇铸，不能完全解决水口结瘤的问题，本发明通过在优化水口材质，降低水口与钢液的反应，提高了水口防结瘤的能力。

23.根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：

24.一种抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法，采用如下至少一种方法，防止稀土钢在浇铸时在水口结瘤，方法如下：

25.a.第一种方法：根据中间包水口的数量，设置n套脉冲电流发生装置，其中n为水口数量，n＝1～10，以浸入式水口为负极，在中间包底部接近水口的部位埋入电极，作为电路的正极，脉冲电流发生装置、钢液，以及正、负极一起构成通电回路；浇铸时施加脉冲电流，控制钢液与水口材料的反应，使得连铸过程中的夹杂不易附着在水口表面；

26.b.第二种方法：设置水口加热装置，提高水口附近钢液的温度，降低稀土氧化物和稀土硫化物夹杂物的粘度；

27.c.第三种方法：设置水口吹氩装置，从氩气通道吹入的氩气在水口的内壁形成向上和向下两个方向的气体保护层，隔离钢液与水口壁的接触，冲刷水口内壁黏附的初生夹杂物，使大颗粒夹杂物上浮去除，提高钢液流动性，降低钢液与水口内壁的接触几率；

28.d.第四种方法：选择水口材质成分，采用不易与钢液反应的材料，提高了钢液与水口的浸润性和导电性，防止水口堵塞。提高了水口的防堵塞效果。

29.优选地，对于第一种方法：施加脉冲电流，在制水口时将钼线均匀的埋入水口四周，在水口中部开设方形凹槽，将所有导电钼线连接，接入钼制方形电极，作为脉冲电源负极；在中间包炉底部接近水口钢液入口的部位开设凹槽，埋入钼制方形电极，作为脉冲电源正极；浇铸时通过钢液将正负极连通构成电回路，对钢液和水口之间施加脉冲电流，控制电流密度为5～90ma/cm2、脉冲周期为3～90ms，来消除浇铸过程中水口与钢液的化学反应和伴随产生的电荷和界面电场，减少水口与钢液的反应，降低夹杂物与钢液之间的界面张力，提高钢液和氧化物夹杂、钢液与水口之间的润湿性，抑制夹杂物在水口的黏附；优选在水口的塞棒中间埋入钼制的电极，作为脉冲电源正极。脉冲电流密度低于5ma/cm2时，难以抑制界面电场，消除水口与钢液的电化学反应；在超过90ma/cm2的非常大的电流密度下，耗能及装置成本会增加，通电导线由于发热也不能长时间工作。上述脉冲功率周期小于3ms，难以稳定控制脉冲电流；超过90ms，会产生稀土与水口反应产物的附着，导致浸入式水口材料的脱落和损坏。

30.优选地，对于第二种方法：设置由两个半圆环型的加热筒组成的水口加热装置；加热筒采用二硅化钼电热器件进行加热，两水口加热环包裹在水口外壁，在连铸过程中对水口及附近的钢液进行局部加热，提升水口附近钢液局部钢液温度不超过20℃，消除水口附近钢液的低温粘滞区，改善水口表面的光洁度，降低蓄瘤倾向；

31.优选地，对于第三种方法：设置水口吹氩装置及氩气通道，水口吹氩装置进气口在

水口本体的中部，在水口内腔侧壁设置四个对称的吹氩通道，吹氩通道的中心线与水口中心线之间的夹角为不大于5

°

，吹氩流量为不大于5m3/h，从氩气通道吹入的氩气在高温下会急速膨胀，形成向上和向下两个方向的气体保护层，隔离钢液与水口壁的接触，冲刷水口内壁黏附的初生夹杂物，避免钢液在浇铸中产生的偏流作用，同时有利于大颗粒夹杂物上浮去除，净化钢液，提升洁净度；

32.优选地，对于第四种方法：水口材料的成分和组分质量百分比为：c：15～40％，al2o3：30～70％，mgo：5～15％，cao：1～10％，水口材质根据稀土钢水的成分的差异，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过5％。当水口材料中mgo含量低于5％时，材质中al2o3占据主导，水口与钢水的润湿性仍较差，夹杂物还是易黏附，不利于抑制蓄瘤反应，结瘤现象无法得到有效改善。另一方面，如果mgo含量超过15％，则耐火材料的耐热冲击性变差，无法避免剥落裂纹，所以将mgo含量控制为5～15％。水口耐材自身反应生成镁铝尖晶石致密层，可以抑制c与钢水的反应，降低脱碳层的厚度，为了提高脉冲电流的施加效果，c含量可以设置的偏高，提高水口的导电性，所以将水口中c含量设置在15～40％。当c含量低于15％时，水口表面与钢液之间的润湿性较差，导电性较低。当c含量大于40％时，更容易发生脱碳反应，导致水口的表面质量降低，更利于夹杂物在水口内壁黏附。

33.本发明水口材质一方面，增加了钢液与水口的润湿性，提高水口导电性，可减少水口与夹杂物的蓄瘤反应，另一方面，不降低水口材质的高温热强度、热稳定性、热冲击性。

34.进一步优选地，对于第一种方法：脉冲电流为10～70ma/cm2，脉冲电位周期为5～80ms。

35.进一步优选地，对于第二种方法：利用连铸过程水口加热装置对水口附近钢液加热，使水口附近钢液局部温度升高不超过10℃。

36.进一步优选地，对于第三种方法：水口本体中部的侧壁上对称设置有4个对称的吹氩通道，氩气的吹入量为不大于3m3/h，吹氩通道与水口中心线之间的夹角为1～5

°

。

37.进一步优选地，对于第四种方法：水口材料的成分和组分质量百分比为：c：20～40％，al2o3：35～70％，mgo：5～15％，cao：1～10％，还包括其他氧化物中zro2，cr2o3，其他氧化物总量在水口材料中的含量不超过5％。

38.进一步优选地，对于第一种方法：对水口和钢液施加脉冲电流，脉冲电流的波形为方波或正弦波。

39.优选地，适用于稀土元素总含量不超过0.05％的钢液，避免水口堵塞，所述稀土元素为la、ce、pr、nd中的至少一种；

40.优选地，浇铸过程结晶器液面波动不超过

±

5mm区间范围。

41.进一步优选地，对于第一种方法：脉冲电流的为35～40ma/cm2，脉冲电位周期为45-50ms。

42.进一步优选地，对于第三种方法：氩气的吹入量为1.5～2.5m3/h。

43.进一步优选地，对于第四种方法：水口材料的成分和组分质量百分比为：c：30～40％，al2o3：35～60％，mgo：8-12％，cao：3～8％。

44.更进一步优选地，对于第四种方法：水口材料的成分和组分质量百分比为：c：30～40％，al2o3：50～60％，mgo：10-12％，cao：5～8％。

45.一种抑制稀土钢浇铸过程水口结瘤的装置，实施本发明抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法，其特征在于：包括如下至少一种装置：

46.设置套脉冲电流发生装置：根据中间包设置的浸入式水口的数量，设置n套脉冲电流发生装置，其中n为浸入式水口数量，n＝1～10，以浸入式水口为负极，在中间包底部接近水口的部位埋入电极，作为电路的正极，脉冲电流发生装置的脉冲电源、稀土钢液，以及正、负极和导线一起构成通电回路；浇铸时施加脉冲电流，控制稀土钢液与中间包的浸入式水口的材料的反应，使得连铸过程中的夹杂不易附着在浸入式水口表面；

47.设置水口加热装置：在浸入式水口外部设置加热套管，提高浸入式水口附近局部稀土钢液的温度，降低稀土氧化物和稀土硫化物夹杂物的粘度；

48.设置水口吹氩装置：通过氩气通道从吹氩口吹入的氩气在浸入式水口的内壁形成向上和向下两个方向的气体保护层，隔离稀土钢液与浸入式水口壁的接触，冲刷浸入式水口内壁黏附的初生夹杂物，使大颗粒夹杂物上浮去除，提高钢液流动性，降低钢液与水口内壁的接触几率；

49.优选地，选择水口材质成分，采用不易与稀土钢液反应的材料，提高了稀土钢液与浸入式水口的浸润性和导电性，防止水口堵塞，使稀土钢液进入结晶器。

50.优选地，所述吹氩口设置在高于结晶器液面的位置。

51.优选地，所述电极设置在加热套管的管壁开设的空洞中。

52.优选地，所述氩气通道为在滑动水口内壁开设的气体通道。

53.本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

54.1.本发明抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的装置和方法，综合采用上述四种种技术手段之一或者其组合方案，可有效减少钢液与水口的电化学反应，改善稀土钢液与水口的浸润性，改善钢液流动状态，提高了水口的防堵塞效果；

55.2.本发明可适用于含量在0.05％以内的含la、ce、pr、nd中的一种或多种稀土的钢液，可避免水口堵塞，确保连铸顺行，实现多炉连浇，保证连铸生产的稳定性；且产品质量优异，大于10μm的团簇状稀土夹杂物显著减少；

56.3.本发明可有效避免水口堵塞，保证连铸生产的稳定性。

附图说明

57.图1为本发明优选实施例抑制稀土钢浇铸过程水口结瘤的装置连接结构示意图。

58.图2为本发明优选实施例的水口加热及吹氩结构示意图。

59.图3为本发明优选实施例的水口加热及吹氩结构横截面图。

具体实施方式

60.以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

61.实施例一：

62.在本实施例中，一种抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法，采用如下至少一种方法，防止稀土钢在浇铸时在水口结瘤，方法如下：

63.a.第一种方法：根据中间包水口的数量，设置n套脉冲电流发生装置，其中n为水口

数量，n＝1～10，以浸入式水口为负极，在中间包底部接近水口的部位埋入电极，作为电路的正极，脉冲电流发生装置、钢液，以及正、负极一起构成通电回路；浇铸时施加脉冲电流，控制钢液与水口材料的反应，使得连铸过程中的夹杂不易附着在水口表面；

64.b.第二种方法：设置水口加热装置，提高水口附近钢液的温度，降低稀土氧化物和稀土硫化物夹杂物的粘度；

65.c.第三种方法：设置水口吹氩装置，从氩气通道吹入的氩气在水口的内壁形成向上和向下两个方向的气体保护层，隔离钢液与水口壁的接触，冲刷水口内壁黏附的初生夹杂物，使大颗粒夹杂物上浮去除，提高钢液流动性，降低钢液与水口内壁的接触几率；

66.d.第四种方法：选择水口材质成分，采用不易与钢液反应的材料，提高了钢液与水口的浸润性和导电性，防止水口堵塞。

67.本实施例抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的装置和方法，综合采用上述四种种技术手段之一或者其组合方案，可有效减少钢液与水口的电化学反应，改善稀土钢液与水口的浸润性，改善钢液流动状态，提高了水口的防堵塞效果。

68.实施例二：

69.本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

70.在本实施例中，对于第一种方法：施加脉冲电流，在制水口时将钼线均匀的埋入水口四周，在水口中部开设方形凹槽，将所有导电钼线连接，接入钼制方形电极，作为脉冲电源负极；在中间包炉底部接近水口钢液入口的部位开设凹槽，埋入钼制方形电极，作为脉冲电源正极；浇铸时通过钢液将正负极连通构成电回路，对钢液和水口之间施加脉冲电流，控制电流密度为5～90ma/cm2、脉冲周期为3～90ms，来消除浇铸过程中水口与钢液的化学反应和伴随产生的电荷和界面电场，减少水口与钢液的反应，降低夹杂物与钢液之间的界面张力，提高钢液和氧化物夹杂、钢液与水口之间的润湿性，抑制夹杂物在水口的黏附；

71.在本实施例中，对于第二种方法：设置由两个半圆环型的加热筒组成的水口加热装置；加热筒采用二硅化钼电热器件进行加热，两水口加热环包裹在水口外壁，在连铸过程中对水口及附近的钢液进行局部加热，提升水口附近钢液局部钢液温度不超过20℃，消除水口附近钢液的低温粘滞区，改善水口表面的光洁度，降低蓄瘤倾向；

72.在本实施例中，对于第三种方法：设置水口吹氩装置及氩气通道，水口吹氩装置进气口在水口本体的中部，在水口内腔侧壁设置四个对称的吹氩通道，吹氩通道的中心线与水口中心线之间的夹角为不大于5

°

，吹氩流量为不大于5m3/h，从氩气通道吹入的氩气在高温下会急速膨胀，形成向上和向下两个方向的气体保护层，隔离钢液与水口壁的接触，冲刷水口内壁黏附的初生夹杂物，避免钢液在浇铸中产生的偏流作用，同时有利于大颗粒夹杂物上浮去除，净化钢液，提升洁净度；

73.在本实施例中，对于第四种方法：水口材料的成分和组分质量百分比为：c：15～40％，al2o3：30～70％，mgo：5～15％，cao：1～10％，水口材质根据稀土钢水的成分的差异，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过5％。水口材料提升碳的含量，增加mgo的含量，不加入sio2。水口材质一方面，增加了钢液与水口的润湿性，提高水口导电性，可减少水口与夹杂物的蓄瘤反应，另一方面，不降低水口材质的高温热强度、热稳定性、热冲击性。

74.本实施例抑制稀土钢浇铸过程水口结瘤的方法，提供了一种综合的技术方案，来

抑制稀土钢浇铸过程水口结瘤。通过增加脉冲电流发生装置、水口加热、水口吹氩装置，改善水口材质等技术手段，减少钢液与水口的电化学反应，改善稀土钢液与水口的浸润性，改善钢液流动状态，提高水口的防堵塞效果。该技术可适用于含量在0.05％以内的含la、ce、pr、nd中的一种或多种稀土的钢液，可避免水口堵塞，保证连铸生产的稳定性。

75.实施例三：

76.本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

77.在本实施例中，参见图1，一种抑制稀土钢浇铸过程水口结瘤的装置，实施实施例一抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法，包括如下至少一种装置：

78.设置套脉冲电流发生装置：根据中间包2设置的浸入式水口5的数量，设置n套脉冲电流发生装置，其中n为浸入式水口5数量，n＝1～10，以浸入式水口5为负极，在中间包2底部接近水口的部位埋入电极7，作为电路的正极，脉冲电流发生装置的脉冲电源4、稀土钢液1，以及正、负极和导线3一起构成通电回路；浇铸时施加脉冲电流，控制稀土钢液1与中间包2的浸入式水口5的材料的反应，使得连铸过程中的夹杂不易附着在浸入式水口5表面；

79.设置水口加热装置：在浸入式水口5外部设置加热套管6，提高浸入式水口5附近局部稀土钢液1的温度，降低稀土氧化物和稀土硫化物夹杂物的粘度；

80.设置水口吹氩装置：通过氩气通道9从吹氩口8吹入的氩气在浸入式水口5的内壁形成向上和向下两个方向的气体保护层，隔离稀土钢液1与浸入式水口5壁的接触，冲刷浸入式水口5内壁黏附的初生夹杂物，使大颗粒夹杂物上浮去除，提高钢液流动性，降低钢液与水口内壁的接触几率；

81.或者，选择水口材质成分，采用不易与稀土钢液1反应的材料，提高了稀土钢液1与浸入式水口5的浸润性和导电性，防止水口堵塞，使稀土钢液1进入结晶器10。

82.本实施例抑制稀土钢浇铸过程水口结瘤的装置，提供了一种综合的技术方案，来抑制稀土钢浇铸过程水口结瘤。通过增加脉冲电流发生装置、水口加热、水口吹氩装置，改善水口材质等技术手段，减少钢液与水口的电化学反应，改善稀土钢液与水口的浸润性，改善钢液流动状态，提高水口的防堵塞效果。该技术可适用于含量在0.05％以内的含la、ce、pr、nd中的一种或多种稀土的钢液，可避免水口堵塞，保证连铸生产的稳定性。

83.实施例四：

84.本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

85.在本实施例中，参见图1-图3，所述吹氩口设置在高于结晶器液面的位置。

86.所述电极设置在加热套管的管壁开设的空洞中。

87.所述氩气通道为在滑动水口内壁开设的气体通道。

88.本实施例装置结构紧凑，通过方案组合，可以实现更好的防止水口堵塞的技术效果，保证连铸生产的稳定性。

89.实施例五：

90.本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

91.本实施例为添加稀土la和ce的连铸钢液，生产工艺流程为转炉—lf精炼—rh真空处理—板坯连铸，目标钢种成分如表1所示。

92.表1 试验钢的化学成分(％)

[0093][0094]

水口材质分别采用成分配比为

①

10％mgo、50％al2o3、5％cao和30％c；

②

60％al2o3、5％cao和30％c的原料，在1700℃下烧结，然后随炉冷却，在水口中上部预留电极接入槽，在水口中部预留4个吹氩口，按如图2所示的结构制备本发明技术水口。在浇铸钢液时，在浇铸前对水口进行预热1.5h，并在水口外侧加装加热装置，水口加热装置是两个半圆加热筒构成，预热后安装在水口外壁。连铸开始时，采用二硅化钼电热元件进行加热，提高水口温度，保持加热温度高于中间包钢液温度25～50℃。利用水口吹氩装置对水口中部的四个吹氩口进行吹氩，吹氩流量为3m3/h；同时将水口和钢包底部预留电极通过高温导线连接至脉冲电源，通过脉冲电源对水口至钢液的回路施加脉冲电流。脉冲电流的参数设置为：a.平均电流密度为5ma/cm2，脉冲周期为50ms。b.平均电流密度为80ma/cm2，脉冲周期为50ms。c.平均电流密度为40ma/cm2，脉冲周期为50ms。

[0095]

表2. 20mncr5齿轮钢的试验情况

[0096][0097]

表3 20crmo齿轮钢的试验情况

[0098][0099][0100]

通过试验结果发现，传统铝碳质水口

②

由于水口表面脱碳，导致表面光洁度下降，水口结瘤现象明显，无法多炉浇铸。在施加脉冲电流后，水口结瘤被抑制。当脉冲电流密度从5ma/cm2增大到40ma/cm2时，水口结瘤的抑制效果逐渐增大；试验发现，当对脉冲电流密度达到80ma/cm2时，水口结瘤并未被明显抑制，且能耗过大。

[0101]

本发明的水口材质10％mgo、50％al2o3、5％cao和30％c，脉冲电流的平均电流密度为40ma/cm2，脉冲周期为50ms时，效果最好，实现了多炉连浇，浇铸过程结晶器液面波动小于

±

2.8mm，塞棒曲线平稳，浇铸后水口内壁未发现明显结瘤物。产品检测质量优异，经光镜及扫描电镜检测，钢中基本不存在大于10μm的团簇状稀土夹杂物，钢的各项性能指标满足产品质量要求。

[0102]

分析此方法对其他钢中的实施情况，对x80、sphc、重轨钢进行加稀土冶炼分析。采用的水口材质为10％mgo、50％al2o3、5％cao和30％c。脉冲电流的平均电流密度为40ma/cm2，脉冲周期为50ms。按照上述试验方法进行试验。

[0103]

表3 20crmo齿轮钢的试验情况

[0104][0105]

采用本发明技术对多种钢种进行稀土钢液连铸试验，如x80、sphc、重轨钢。试验发现，每种钢均可实现多炉连浇，且浇铸过程结晶器液面波动小于

±

5mm，塞棒曲线未发现无明显变化。浇铸完毕后，取出水口观察，浇铸后水口内壁未发现明显结瘤物，由此可见，本发

明技术适用于多种钢种，能够解决稀土钢液连铸过程中的水口结瘤问题，实现多炉连浇。

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上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。技术特征：

1.一种抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法，其特征在于，采用如下至少一种方法，防止稀土钢在浇铸时在水口结瘤，方法如下：a.第一种方法：根据中间包水口的数量，设置n套脉冲电流发生装置，其中n为水口数量，n＝1～10，以浸入式水口为负极，在中间包底部接近水口的部位埋入电极，作为电路的正极，脉冲电流发生装置、钢液，以及正、负极一起构成通电回路；浇铸时施加脉冲电流，控制钢液与水口材料的反应，使得连铸过程中的夹杂不易附着在水口表面；b.第二种方法：设置水口加热装置，提高水口附近钢液的温度，降低稀土氧化物和稀土硫化物夹杂物的粘度；c.第三种方法：设置水口吹氩装置，从氩气通道吹入的氩气在水口的内壁形成向上和向下两个方向的气体保护层，隔离钢液与水口壁的接触，冲刷水口内壁黏附的初生夹杂物，使大颗粒夹杂物上浮去除，提高钢液流动性，降低钢液与水口内壁的接触几率；d.第四种方法：选择水口材质成分，采用不易与钢液反应的材料，提高了钢液与水口的浸润性和导电性，防止水口堵塞。2.根据权利要求1所述抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法，其特征在于：对于第一种方法：施加脉冲电流，在制水口时将钼线均匀的埋入水口四周，在水口中部开设方形凹槽，将所有导电钼线连接，接入钼制方形电极，作为脉冲电源负极；在中间包炉底部接近水口钢液入口的部位开设凹槽，埋入钼制方形电极，作为脉冲电源正极；浇铸时通过钢液将正负极连通构成电回路，对钢液和水口之间施加脉冲电流，控制电流密度为5～90ma/cm2、脉冲周期为3～90ms，来消除浇铸过程中水口与钢液的化学反应和伴随产生的电荷和界面电场，减少水口与钢液的反应，降低夹杂物与钢液之间的界面张力，提高钢液和氧化物夹杂、钢液与水口之间的润湿性，抑制夹杂物在水口的黏附；或者，对于第二种方法：设置由两个半圆环型的加热筒组成的水口加热装置；加热筒采用二硅化钼电热器件进行加热，两水口加热环包裹在水口外壁，在连铸过程中对水口及附近的钢液进行局部加热，提升水口附近钢液局部钢液温度不超过20℃，消除水口附近钢液的低温粘滞区，改善水口表面的光洁度，降低蓄瘤倾向；或者，对于第三种方法：设置水口吹氩装置及氩气通道，水口吹氩装置进气口在水口本体的中部，在水口内腔侧壁设置四个对称的吹氩通道，吹氩通道的中心线与水口中心线之间的夹角为不大于5

°

，吹氩流量为不大于5m3/h，从氩气通道吹入的氩气在高温下会急速膨胀，形成向上和向下两个方向的气体保护层，隔离钢液与水口壁的接触，冲刷水口内壁黏附的初生夹杂物，避免钢液在浇铸中产生的偏流作用，同时有利于大颗粒夹杂物上浮去除，净化钢液，提升洁净度；或者，对于第四种方法：水口材料的成分和组分质量百分比为：c：15～40％，al2o3：30～70％，mgo：5～15％，cao：1～10％，水口材质根据稀土钢水的成分的差异，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过5％。3.根据权利要求1所述抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法，其特征在于：对于第一种方法：脉冲电流为10～70ma/cm2，脉冲电位周期为5～80ms。或者，对于第二种方法：利用连铸过程水口加热装置对水口附近钢液加热，使水口附近钢液局部温度升高不超过10℃。或者，对于第三种方法：水口本体中部的侧壁上对称设置有4个对称的吹氩通道，氩气

的吹入量为不大于3m3/h，吹氩通道与水口中心线之间的夹角为1～5

°

。或者，对于第四种方法：水口材料的成分和组分质量百分比为：c：20～40％，al2o3：35～70％，mgo：5～15％，cao：1～10％，还包括其他氧化物中zro2，cr2o3，其他氧化物总量在水口材料中的含量不超过5％。4.根据权利要求1所述抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法，其特征在于：对于第一种方法：对水口和钢液施加脉冲电流，脉冲电流的波形为方波或正弦波。5.根据权利要求1所述抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法，其特征在于：适用于稀土元素总含量不超过0.05％的钢液，避免水口堵塞，所述稀土元素为la、ce、pr、nd中的至少一种；或者，浇铸过程结晶器液面波动不超过

±

5mm区间范围。6.根据权利要求3所述抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法，其特征在于：对于第一种方法：脉冲电流的为35～40ma/cm2，脉冲电位周期为45-50ms。7.根据权利要求3所述抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法，其特征在于：对于第三种方法：氩气的吹入量为1.5～2.5m3/h。8.根据权利要求3所述抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法，其特征在于：对于第四种方法：水口材料的成分和组分质量百分比为：c：30～40％，al2o3：35～60％，mgo：8-12％，cao：3～8％。9.根据权利要求8所述抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法，其特征在于：对于第四种方法：水口材料的成分和组分质量百分比为：c：30～40％，al2o3：50～60％，mgo：10-12％，cao：5～8％。10.一种抑制稀土钢浇铸过程水口结瘤的装置，实施权利要求1所述抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法，其特征在于：包括如下至少一种装置：设置套脉冲电流发生装置：根据中间包(2)设置的浸入式水口(5)的数量，设置n套脉冲电流发生装置，其中n为浸入式水口(5)数量，n＝1～10，以浸入式水口(5)为负极，在中间包(2)底部接近水口的部位埋入电极(7)，作为电路的正极，脉冲电流发生装置的脉冲电源(4)、稀土钢液(1)，以及正、负极和导线(3)一起构成通电回路；浇铸时施加脉冲电流，控制稀土钢液(1)与中间包(2)的浸入式水口(5)的材料的反应，使得连铸过程中的夹杂不易附着在浸入式水口(5)表面；设置水口加热装置：在浸入式水口(5)外部设置加热套管(6)，提高浸入式水口(5)附近局部稀土钢液(1)的温度，降低稀土氧化物和稀土硫化物夹杂物的粘度；设置水口吹氩装置：通过氩气通道(9)从吹氩口(8)吹入的氩气在浸入式水口(5)的内壁形成向上和向下两个方向的气体保护层，隔离稀土钢液(1)与浸入式水口(5)壁的接触，冲刷浸入式水口(5)内壁黏附的初生夹杂物，使大颗粒夹杂物上浮去除，提高钢液流动性，降低钢液与水口内壁的接触几率；或者，选择水口材质成分，采用不易与稀土钢液(1)反应的材料，提高了稀土钢液(1)与浸入式水口(5)的浸润性和导电性，防止水口堵塞，使稀土钢液(1)进入结晶器(10)。

技术总结

本发明公开了一种抑制稀土钢连铸过程中水口堵塞的方法及其装置，提供了一种综合的技术方案，来抑制稀土钢浇铸过程水口结瘤。通过增加脉冲电流发生装置、水口加热、水口吹氩装置，改善水口材质等技术手段，减少钢液与水口的电化学反应，改善稀土钢液与水口的浸润性，改善钢液流动状态，提高水口的防堵塞效果。本发明可适用于含量在0.05％以内的含La、Ce、Pr、Nd中的一种或多种稀土的钢液，可避免水口堵塞，保证连铸生产的稳定性。保证连铸生产的稳定性。保证连铸生产的稳定性。

技术研发人员：付建勋 沈平 张浩 刘贝贝

受保护的技术使用者：上海大学

技术研发日：2021.12.01

技术公布日：2022/4/12