專利名稱：一種梯度鋼鐵材料的連鑄設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鋼鐵材料的連鑄設備，更具體地講，本實用新型涉及一種梯度鋼鐵材料的連鑄設備。
背景技術：
材料的表面處理是指通過機械、物理或者化學的方法使材料表面或者表層具有特殊性能的處理過程。例如通過熱侵鍍、熱噴涂、化學熱處理的方法來提高材料的耐蝕性、耐磨性等。在鋼鐵材料中通常使用的表面處理技術有滲碳、滲氮、碳氮共滲等技術，這些表面處理技術尤其應用于齒輪鋼、軸承鋼、耐磨鋼等材料，使鋼材表面具有高硬度和高耐磨性，而心部具有較高的韌性和強度。然而化學熱處理存在著許多不可避免的缺點，以滲碳為例，除了環境污染、資源消耗、成本增加之外，還可能引起內部氧化、晶粒粗化、析出網狀碳化物等缺陷。如果鋼鐵材料具有一定的成分梯度，則可以減少或者省略某些表面處理工藝，因此·梯度鋼鐵材料的生產具有一定的經濟意義和社會意義。鋼包噴粉是屬于投資少、見效快的爐外精煉方法之一，主要利用載氣將“冶金物料”通過噴槍載入鋼水深處，用于鋼水脫氧、脫硫或者增碳等爐外精煉過程。連鑄，即連續鑄鋼，是不斷地將精煉后的鋼水加入到結晶器中，并凝固成型后從結晶器下方拉出的鋼水成型技術。如果能夠在連鑄過程中生產出梯度鋼鐵材料，則可以節約資源并且降低成本。綜上，需要一種提供梯度鋼鐵材料的連鑄設備，以克服化學處理等方法帶來的環境污染等問題。
實用新型內容為了克服現有技術中的問題，提供了一種能夠降低成本并且避免環境污染的梯度鋼鐵材料的連鑄設備。本實用新型的梯度鋼鐵材料的連鑄設備包括結晶器；噴槍，用于將合金球/合金塊加入鋼水中；電磁線圈，位于結晶器的外部上端，對所述合金球/合金塊施加電磁力。根據本實用新型的連鑄設備可以得到表面組分和內部組分不同的鋼鐵材料，并且可以避免環境污染，并降低了生產成本。
通過參照附圖對本實用新型進行詳細地描述，本實用新型的特征和優點將變得更加明顯。圖I是示出根據本實用新型實施例的梯度鋼鐵材料的連鑄設備的剖視圖。
具體實施方式
在下文中，將參照附圖來詳細描述本實用新型的實施例。[0012]圖I是示出根據本實用新型實施例的梯度鋼鐵材料的連鑄設備的剖視圖。在圖I中，標號I為鋼水，標號2為鋼洛,標號3為結晶器,標號4為電磁線圈,標號5為合金球/合金塊，標號6為噴槍,標號7為高溶質含量外層,標號8為溶質梯度層，標號9為芯層。根據本實用新型實施例的梯度鋼鐵材料的連鑄設備包括結晶器3，結晶器3內裝有鋼水I和鋼洛2 ;噴槍6,將合金球/合金塊5加入鋼水I中；電磁線圈4,位于結晶器3的外部上端。在利用上述連鑄設備進行連鑄時，利用電磁線圈4產生的磁場在鋼水中產生旋轉電磁力，從而鋼水在結晶器內旋轉。通過噴槍6向鋼水中注入合金球/合金塊5,由于鋼水在電磁場的作用下旋轉，因此噴入的合金球/合金塊5沿著結晶器3的內周均勻分布。即，噴入的合金球/合金塊5在電磁力的作用下快速向鋼水I和結晶器3的界面移動。進入鋼水I中的合金球/合金塊5吸收鋼水的熱量熔化。由于合金球/合金塊5中某些元素的含量較高，從而合金球/合金塊5可以改變 鋼水的局部成分，形成有一定溶質濃度梯度的鋼水。例如，合金球/合金塊5可以含有較高含量的碳。為了滿足鋼鐵材料冶煉的需求，可以任意選擇合金球/合金塊5的成分。另外，由于合金球/合金塊5吸收熱量，所以將降低結晶器內周部分的鋼水的溫度，并且合金球/合金塊5達到鋼水表面時完全熔化，沒有時間進行充分地擴散，所以在結晶器3的內周位置處凝固形成具有一定濃度梯度的鑄坯。即，在靠近結晶器內表面的位置，形成高溶質含量外層7，在結晶器3的中心部分形成芯層9，在高溶質含量外層7和芯層9之間形成溶質梯度層8。此外，如果合金球/合金塊5的密度大于鋼水I的密度，則合金球/合金塊5會向結晶器3的底部運動，同時不斷吸收熱量溶解，最后形成在靠近結晶器3內壁的位置處的化學成分與在結晶器3的中心部分的化學成分不同的鋼坯。優選地，合金球/合金塊5的密度大于鋼水的密度，從而合金球/合金塊能夠順利地向下運動。另外，優選地，合金球/合金塊5為近似球形，其中，合金球/合金塊5的表面積與體積的比值在O. 3 O. 6CHT1的范圍內。一般來說，表面積與體積的比值越大，說明相同體積的合金球/合金塊5與鋼水的接觸面積就越大，溶解速度就越快。根據本實用新型，噴槍6的橫截面積為合金球/合金塊5的最大截面面積的2倍至3倍，并且使用惰性氣體作為載體噴射合金球/合金塊。優選地，鋼水的過熱度為10至15。為了在鋼鐵材料的外周均勻地形成梯度，可以使用多個電磁線圈4和多個噴槍6，從而形成外表面均勻地具有化學成分梯度的鋼坯。根據本實用新型的梯度鋼鐵材料的連鑄設備，通過在結晶器的外部設置電磁線圈4，使得利用噴槍6噴入的合金球/合金塊5沿著結晶器3的內周溶解在鋼水中，從而可以控制連鑄后得到的鋼鐵材料的表面成分，即，使鋼鐵材料的表面組分和內部組分不同。因此，利用根據本實用新型的連鑄設備可以得到具有梯度的化學成分的鋼鐵材料。與現有技術中通過化學熱處理方法等對鋼鐵材料的表面進行處理的方法相比，利用根據本實用新型的連鑄設備可以避免環境污染，并且降低了生產成本。利用本實用新型的梯度鋼鐵材料的連鑄設備得到的鋼鐵材料可以用于齒輪鋼、軸承鋼等。雖然已經以示例的方式示出和描述了本實用新型，但是本實用新型的范圍不受上述實施例的限定，在不脫離本實用新型的范圍的情況下，可以對上述實施例進行各種修改 和改變。
權利要求1 一種梯度鋼鐵材料的連鑄設備，其特征在于所述連鑄設備包括結晶器；噴槍，用于將合金球/合金塊加入鋼水中；電磁線圈，位于結晶器的外部上端，對所述合金球/合金塊施加電磁力。
專利摘要本實用新型提供了一種梯度鋼鐵材料的連鑄設備。所述連鑄設備包括結晶器；噴槍，用于將合金球/合金塊加入鋼水中；電磁線圈，位于結晶器的外部上端，對所述合金球/合金塊施加電磁力。根據本實用新型的連鑄設備可以得到表面組分和內部組分不同的鋼鐵材料，并且可以避免環境污染，并降低了生產成本。
文檔編號B22D11/108GK202667581SQ20122018032
公開日2013年1月16日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者劉成寶, 朱京軍, 李法興 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司