《金属熔体中夹杂物和气泡高效电磁净化技术与装备》

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该项目属于冶金工程技术领域。高端金属材料中夹杂物和气泡对材料性能影响巨大,许多高端金属材料的开发都取决于这类缺陷的控制水平。如,高能粒子加速器用低含气高导电无氧铜代表着导电铜材的尖端,是国家重大科学装置、高档电真空等领域的关键材料,一直以来我国均依赖进口;另—方面,高档汽车外板代表着钢板的最高水平,其优质品率稳定提升一直是难题。造成这些问题的核心是金属熔体中微小夹杂物和气泡难以去除,这也一直是世界冶金界的重大技术难题。虽然已有吹气精炼等方法在去除大夹杂物等方面发挥作用,但对微小尺寸以及凝固两相区中夹杂物与气泡仍收效甚微,亟需开发新技术。

该项目则首先从理论上阐明了电磁场去除金属熔体中和凝固两相区中夹杂物与气泡的新机制,进而发明了凝固两相区电磁净化、中间包熔体电磁净化、结晶器内流场(夹杂物行为)综合评价方法及其多模式电磁净化技术和装备,解决了金属材料连铸中的熔体和凝固两相区深度净化难题,取得了显著的效益。该发明为提升金属材料品质生产提供了全新技术方案,推广应用前景广阔。

1、凝固两相区中夹杂物与气泡电磁净化技术与装备。夹杂和气泡最终是因在凝固两相区被捕获而产生缺陷,但国内外一直缺乏净化该区域的手段。该发明利用电磁场驱动夹杂物和气泡使其脱离两相区,从而净化材料,为此克服了高频电磁场屏蔽问题,研发了首台连铸电磁结晶器,解决了凝固两相区内净化的重大难题。所生产无氧铜的气体含量为目前国际最先进水平的一半,电导率高达101%IACS,已全面取代进口用于我国高能加速器等重大科学装置建设,并出口美国。所生产铜铬锆合金坯电导率达78%IACS,抗拉强度600Mpa,性能显著优于世界先进水平。使得我国高端铜材的生产彻底摆脱了进口限制。

2、连铸结晶器内流场(夹杂物行为)综合评价方法及多模式电磁净化装备与技术。该发明提出了反映熔体流动对渣、气卷入、冲入下部、滞留坏壳等影响的综合评价指数,解决了连铸结晶器内流场如何评价这一长期困扰世界冶金界难题。进而发明磁力线导引技术和多模式电磁场发生器,实现了结晶器内流场和夹杂气泡缺陷的主动控制,且电耗显著降低,全面超越新日铁技术。该发明在宝山钢铁股份有限公司成功应用于高档汽车外板的生产,铸坯表面缺陷大幅减少,产品稳定性提升,冷轧板次品率降低60.3%。

3、连铸中间包钢液电磁净化技术。在连铸中间包的钢包下注区施加交变电磁场,促进微小夹杂物迅速聚合长大,随后利用电磁场结合中间包结构优化形成全域平稳环流,使已长大的夹杂物充分上浮,从而大幅净化钢液;研制了首台钢连铸电磁净化中间包,实现了中间包净化钢液技术的重大突破。该发明成功应用于太原钢铁公司和宝钢不锈钢公司的连铸生产,累计生产不锈钢数千吨。使用该技术后,夹杂物数量减少56.7%,净化效率提高3倍。

该项目取得相关专利21项,其中授权发明专利13项。研制和应用电磁场发生装置16套。技术发明在宝钢、太钢、上大众鑫等企业得到广泛应用,近三年新增销售额近10亿,经济效益近2亿元。打破了日本、欧洲等企业的垄断。查新表明,该技术属于国内外首创,应用前景十分广阔,是冶金领域一项重大技术突破。

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