本发明涉及连铸领域，具体涉及一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法。
背景技术：
连铸作为一种高效率且低成本的冶金技术，目前已经广泛地应用于大多数钢种的冶炼与生产。并且随着连铸技术的不断进步与完善，连铸坯的生产质量与连铸速度等均得到了显著提升。
在连铸过程中，浸入式水口作为连接结晶器与中间包的关键性功能耐火材料，起着引导钢液流向和防止钢液二次氧化等作用。然而，在水口外部渣线处，由于水口受到熔渣与钢液的交替接触与相互作用会使水口渣线部位不断地发生侵蚀与熔解，进而导致水口渣线部位的厚度不断减少。在高拉速与大流量的钢液浇铸过程中，水口渣线的侵蚀速率直接关系着水口的使用寿命与单次连铸生产的浇铸总量。并且如果生产中水口渣线侵蚀十分严重，过薄的水口厚度还会导致水口在浇铸时发生断裂，这不仅会直接影响现场的生产安全。
现阶段，针对浸入式水口渣线严重侵蚀问题，研究人员所提出的解决办法更多是局限于水口渣线材质与结构的改进、优化保护渣成分、调节结晶器液面波动幅度以及其他连铸参数等。虽然这些方法可以在一定程度上缓解水口渣线侵蚀速率，但是其适用浇铸条件相对单一，且实际改善效果非常有限。
因此，如何开发出一种可以广泛适用于多种浇铸条件且可有效解决水口渣线严重侵蚀的技术方法已经成为了连铸工艺进步与发展的关键性技术难题之一。如果可以解决这一技术限制与技术缺陷，则可对现有连铸生产效率与连铸水平带来全新的发展与提升。
技术实现要素：
本发明提供一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，利用该方法可以有效地保护浸入式水口渣线材料，延缓浸入式水口渣线的侵蚀速率，大幅度提升连浇时间和工作效率。
本发明的技术方案如下：
一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，包括以下步骤：
步骤1、浇铸前准备：
(1)浸入式水口开槽埋线：预先对浸入式水口外部进行开槽处理，并将高温金属导线均匀地缠绕在开槽内部；
(2)石墨棒开槽接线：预先将石墨棒进行开槽处理，之后将高温金属导线均匀地缠绕在开槽内部；
步骤2、将石墨棒安装自动升降装置并固定于结晶器上方：将接线后的石墨棒安置于可以自动升降的装置内，随后再将自动升降装置固定于结晶器上方，保证浇铸过程中实时调整石墨棒的插入位置与深度；
步骤3、构建电场回路：
在浸入式水口与石墨棒安装高温导线处涂覆高温耐火泥以防止氧化，之后利用外延导线将浸入式水口和石墨棒与外加电源进行连接，其中浸入式水口连接电源负极，石墨棒连接电源正极；
步骤4、应用电场控制渣线侵蚀：
在连铸过程中，将石墨棒稳定地插入并安置于保护渣的熔化层，之后利用外加电源全程对整个闭合回路进行通电处理从而抑制浸入式水口渣线的侵蚀。
上述的一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，其优选方案为，步骤1浸入式水口开槽位置为浸入式水口渣线上方距离渣线30-55cm，开槽宽度1.0-2.0cm，开槽深度0.8-1.7cm。
上述的一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，其优选方案为，步骤1选用的高温金属导线为具有高熔点的金属导线，包括金属铂、金属钼、金属钽或金属铁，优选金属钼或金属铂，导线直径为0.5-2.0mm。
上述的一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，其优选方案为，步骤1中，所述石墨棒直径为3-8cm，石墨棒长度为1.0-1.6m。开槽位置为距石墨棒顶端3-5cm处，开槽宽度1.0-2.0cm，开槽深度0.3-0.8cm。
上述的一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，其优选方案为，步骤3所述的外延导线的选用为步骤1所述高温金属导线或其他耐高温导线，优选金属铁线。
上述的一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，其优选方案为，步骤4所述的石墨棒插入深度为所浇铸钢种的保护渣熔化层内，并可根据石墨棒的侵蚀速度进行相应的伸缩与调整。
上述的一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，其优选方案为，步骤4所述的外加电源为稳压直流电源，输出电场强度根据不同浇铸条件下的侵蚀速率进行相应调整，其中电流输出大小为5-50a，输出电源为6-36v。
本发明的有益效果为：
本发明与其他技术发明相比，创造性地提出利用外加电场的技术方法解决浸入式水口渣线严重侵蚀问题，并且本发明的增益之处在于：
(1)利用牺牲外加石墨棒的方式来保护渣线的工艺操作方法相对简单，普适性更强。并且连铸过程中保护渣厚度区间较大，插入石墨棒后也不会对结晶器内部钢液流动状态与保护渣的使用性能带来任何不利的影响。同时，由于石墨的不断氧化亦可为保护渣进行二次供碳，有效地提升原有保护渣的碳含量，这不仅有利于保护渣为水口的补碳与使用，还有助于防止水口自身脱碳严重带来的恶化渣线侵蚀以及水口渣线耐材发生脱落进入钢液等不利影响。
(2)可自动升降的固定装置可以有效地调节连铸过程中石墨棒的实时位置，一旦浇铸时间过长亦或是某钢种侵蚀速率过快而导致石墨棒被完全侵蚀，则可以通过调节石墨棒的实时位置进行及时补充，实时保护水口渣线的安全与稳定性。并且由于固定装置的稳定性与灵活性，使得其所占用的连铸空间极小，这还可以确保浇铸时并不会给实时添加保护渣带来任何干扰和影响。
(3)利用本发明所述的外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，其渣线侵蚀率比原工艺侵蚀率低60％以上，连铸过程中的单次浇铸时长可以提升20％以上，生产效率得到了有效的改善和提升。
附图说明
图1为本发明所述施加电场方式及其相应设备安装示意图。
其中：1-结晶器；2-钢液；3-保护渣；4-浸入式水口；5-中间包；6-塞棒；7-石墨棒；8-自动升降装置；9-外延导线；10-外加电源。
具体实施方式
一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，具体实施方式可以按以下步骤进行：
步骤1、浇铸前准备：
(1)浸入式水口4开槽埋线：预先对浸入式水口4外部进行开槽处理，并将高温金属导线均匀地缠绕在开槽内部；其中所述开槽位置为浸入式水口4渣线上方距离渣线30-55cm，开槽宽度1.0-2.0cm，开槽深度0.8-1.7cm，所用高温金属导线为具有高熔点的金属导线，包括金属铂、金属钼、金属钽、金属铁等，优选金属钼或金属铂，导线直径为0.5-2.0mm。
(2)石墨棒7开槽接线：预先将石墨棒7进行开槽处理，之后将高温金属导线均匀地缠绕在开槽内部；其中所述石墨棒7直径为3-8cm，石墨棒7长度为1.0-1.6m，开槽位置为距石墨棒7顶端3-5cm处，开槽宽度1.0-2.0cm，开槽深度0.3-0.8cm，所用高温金属导线为具有高熔点的金属导线，包括金属铂、金属钼、金属钽、金属铁等，优选金属钼或金属铂，导线直径为0.5-2.0mm。
步骤2、将石墨棒7安装自动升降装置8并固定于结晶器1上方：将接线后的石墨棒7安置于可以自动升降的装置8内，随后再将自动升降装置8固定于结晶器1上方，保证浇铸过程中实时调整石墨棒7的插入位置与深度；
步骤3、构建电场回路：
将安装好高温导线的浸入式水口4与石墨棒7外部涂覆耐高温无机耐火材料进行隔热并防止氧化，之后利用外延导线9将浸入式水口4和石墨棒7与外加电源10进行连接，其中浸入式水口4连接电源负极，石墨棒7连接电源正极；其中外延导线9的选用为步骤1所述高温金属导线或其他耐高温导线，优选金属铁线。
步骤4、应用电场控制渣线侵蚀：
在连铸过程中，将石墨棒7稳定地插入并安置于保护渣3的熔化层，之后利用外加电源10全程对整个闭合回路进行通电处理从而抑制浸入式水口4渣线的侵蚀，其中所述的石墨棒7插入深度为所浇铸钢种的保护渣3熔化层内，并可根据石墨棒7的侵蚀速度进行相应的伸缩与调整。并且所述的外加电源10为稳压直流电源，输出电场强度可根据不同浇铸条件下的侵蚀速率进行相应调整，其中电流输出大小为5-50a，输出电源为6-36v。
根据熔渣离子结构理论，熔化后的保护渣是带电荷的离子群聚团组成。因此在浇铸时熔渣可以被看作是一种高温的电解质存在于结晶器内。而本发明创造性地利用外加电场可以使含碳水口渣线-熔融保护渣-石墨棒之间形成了一个稳定电解槽。在连铸过程中，通过牺牲正极的石墨进行脱碳与渣线侵蚀等氧化反应，而负极的水口渣线则是进行还原反应并且有效地抑制渣线材料被保护渣侵蚀。而且在负极，由于电场的作用也使得水口内壁可以形成一层稳定的、高粘度且高致密性的保护渣膜，这层保护渣膜可以有效地防止水口中的碳以及其他材料与保护渣的直接接触，进而有效地阻碍和抑制了保护渣中的成分向保护渣膜内部乃至水口渣线的扩散与迁移，从而降低水口渣线的侵蚀速率。并且该保护性渣膜在电场的作用下几乎不会与水口渣线材料发生反应，仅是稳定的形成并存在于渣线外部，最终使得水口渣线得到了有效的保护。
以下为具体实施例：
实施例1
本实施例以某双流超低碳板坯连铸为对象，实验过程中，一流水口采取正常浇铸作为对照组，另一流水口则采用外加电场控制的方式进行浇铸作为实验组。对于实验组而言，在浇铸前，需预先对水口外部进行开槽处理，并将高温金属导线均匀的缠绕在开槽内部。其中所述开槽位置为浸入式水口渣线上方距离渣线40cm，开槽宽度1.5cm，开槽深度1.3cm。所选用的高温金属导线为具有高熔点的金属导线金属钼，导线直径为1.5mm。之后再将所使用的石墨棒进行开槽，之后将高温金属导线均匀的缠绕在开槽内部。其中所述石墨棒直径为5cm，石墨棒长度为1.4m。开槽位置为距石墨棒顶端3cm处，开槽宽度1.5cm，开槽深度0.5cm。所选用的高温金属导线为具有高熔点的金属导线金属钼，导线直径为1.0mm。而后再将接线后的石墨棒安置于可以自动升降的装置内。而后再将升降装置固定于结晶器上方。以便在浇铸过程中可以实时调整石墨棒的插入位置与深度。在水口与石墨棒安装高温导线处涂覆高温耐火泥以防止氧化。之后利用外延导线将水口和石墨棒与电源进行连接。其中浸入式水口连接电源负极，石墨棒连接电源正极。其中所述的外延导线选用金属铁线。最后在连铸过程中，将石墨棒稳定地插入并安置与保护渣的熔化层，之后利用外加电源全程对整个闭合回路进行通电处理从而抑制水口渣线的侵蚀。其中所述的石墨棒插入深度为所浇铸钢种的保护渣熔化层内，并可根据石墨棒的侵蚀速度进行相应的伸缩与调整。并且所述的外加电源为稳压直流电源。其中电流输出20a，输出电源为18v。
在浇铸过程中，与正常浇铸的水口及其附近液面对比，经电场调控的水口附近液面平稳，未出现明显波动。在约6.5小时浇铸完成后，正常浇铸的水口渣线部位已经形成严重的缩颈与侵蚀。而电场调控后的水口渣线部位变化并不明显，并且将水口剖开后发现水口渣线内部依旧保持原貌，渣线整体侵蚀极少且水口外壁存在一层均匀的渣膜。经测量，与正常浇铸下相比，在电场调控后，水口渣线侵蚀率低78.6％。
实施例2
本实施例仍以实施例1中所述的某双流超低碳板坯连铸为对象，实验过程中，两流流水口均采用外加电场控制的方式进行浇铸作为实验组。与实施例1中未施加电场的对比流进行对比实验，浇铸过程中，所有操作过程不变，仅仅是将原有的连铸过程中的浇铸时间从6.5小时提升至8.5小时。
在浇铸过程中，与正常浇铸的水口及其附近液面对比，经电场调控的水口附近液面仍十分平稳，未出现明显波动。在浇铸完成后，两流水口渣线变化依旧不太明显，将水口剖开后发现水口渣线内部也相对保持原貌，渣线整体侵蚀较少且水口外壁存在一层均匀的渣膜。经测量，与正常浇铸下相比，在电场调控下不仅浇铸时间提升了30.8％，水口渣线侵蚀率比正常浇铸下低60.2％。
实施例3
本实施例以某钢厂一机八流的低碳钢小方坯连铸为实验对象，实验过程中，第2流水口采取正常浇铸作为对照组，另一端的第7流水口则采用外加电场控制的方式进行浇铸作为实验组。对于实验组而言，在浇铸前，需预先对水口外部进行开槽处理，并将高温金属导线均匀地缠绕在开槽内部。其中所述开槽位置为浸入式水口渣线上方距离渣线35cm，开槽宽度1.5cm，开槽深度1.5cm。所选用的高温金属导线为具有高熔点的金属导线金属钼，导线直径为1.0mm。之后再将所使用的石墨棒进行开槽，之后将高温金属导线均匀地缠绕在开槽内部。其中所述石墨棒直径为5cm，石墨棒长度为1.2m。开槽位置为距石墨棒顶端4cm处，开槽宽度1.5cm，开槽深度0.5cm。所选用的高温金属导线为具有高熔点的金属导线金属钼，导线直径为1.0mm。而后再将接线后的石墨棒安置于可以自动升降的装置内。而后再将升降装置固定于结晶器上方。以便在浇铸过程中可以实时调整石墨棒的插入位置与深度。在水口与石墨棒安装高温导线处涂覆高温耐火泥以防止氧化。之后利用外延导线将水口和石墨棒与电源进行连接。其中浸入式水口连接电源负极，石墨棒连接电源正极。其中所述的外延导线选用金属铁线。最后在连铸过程中，将石墨棒稳定地插入并安置与保护渣的熔化层，之后利用外加电源全程对整个闭合回路进行通电处理从而抑制水口渣线的侵蚀。其中所述的石墨棒插入深度为所浇铸钢种的保护渣熔化层内，并可根据石墨棒的侵蚀速度进行相应的伸缩与调整。并且所述的外加电源为稳压直流电源。其中电流输出28a，输出电源为20v。
在浇铸过程中，与正常浇铸的水口及其附近液面对比，经电场调控的水口附近液面平稳，未出现明显波动。在约10小时浇铸完成后，正常浇铸的水口渣线部位已经形成严重的缩颈与侵蚀。而电场调控后的水口渣线部位变化并不明显，并且将水口剖开后发现水口渣线内部依旧保持原貌，渣线整体侵蚀极少且水口外壁存在一层均匀的渣膜。经测量，与正常浇铸下相比，在电场调控后，水口渣线侵蚀率低65.8％。
1.一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、浇铸前准备：
(1)浸入式水口开槽埋线：预先对浸入式水口外部进行开槽处理，并将高温金属导线均匀地缠绕在开槽内部；
(2)石墨棒开槽接线：预先将石墨棒进行开槽处理，之后将高温金属导线均匀地缠绕在开槽内部；
步骤2、将石墨棒安装自动升降装置并固定于结晶器上方，保证浇铸过程中实时调整石墨棒的插入位置与深度；
步骤3、构建电场回路：
在浸入式水口与石墨棒安装高温导线处涂覆高温耐火泥以防止氧化，之后利用外延导线将浸入式水口和石墨棒与外加电源进行连接，其中浸入式水口连接电源负极，石墨棒连接电源正极；
步骤4、应用电场控制渣线侵蚀：
在连铸过程中，将石墨棒稳定地插入并安置于保护渣的熔化层，之后利用外加电源全程对整个闭合回路进行通电处理从而抑制浸入式水口渣线的侵蚀。
2.根据权利要求1所述的一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，其特征在于，步骤1浸入式水口开槽位置为浸入式水口渣线上方距离渣线30-55cm，开槽宽度1.0-2.0cm，开槽深度0.8-1.7cm。
3.根据权利要求1所述的一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，其特征在于，步骤1选用的高温金属导线为具有高熔点的金属导线，包括金属铂、金属钼、金属钽或金属铁，导线直径为0.5-2.0mm。
4.根据权利要求1所述的一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，其特征在于，步骤1中，所述石墨棒直径为3-8cm，石墨棒长度为1.0-1.6m。开槽位置为距石墨棒顶端3-5cm处，开槽宽度1.0-2.0cm，开槽深度0.3-0.8cm。
5.根据权利要求1所述的一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，其特征在于，步骤3所述的外延导线的选用高温金属导线或其他耐高温导线。
6.根据权利要求1所述的一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，其特征在于，步骤4所述的石墨棒插入深度为所浇铸钢种的保护渣熔化层内，并可根据石墨棒的侵蚀速度进行相应的伸缩与调整。
7.根据权利要求1所述的一种利用外加电场控制浸入式水口渣线侵蚀的方法，其特征在于，步骤4所述的外加电源为稳压直流电源，输出电场强度根据不同浇铸条件下的侵蚀速率进行相应调整，其中电流输出大小为5-50a，输出电源为6-36v。
技术总结