连铸结晶器熔融式超声波振动装置技术领域
本发明涉及冶金连铸工程技术领域，特别涉及一种连铸结晶器熔融式超声
波振动装置。
背景技术
凝固过程控制的基本途径是控制冷却速度、强化对流、孕育变质处理三大
类。其中控制冷却速度是获得细晶组织最简单的方法，应用最广。通过强化对
流促进枝晶臂折断、重熔来达到细化晶粒目标的方法很多，如机械搅拌、电磁
搅拌、各种振动等。孕育和变质是通过加入能能够促进形核(孕育)和控制长
大(变质)的添加剂来达到控制凝固组织的目的。
超生细化是一种新兴的细化金属凝固组织的技术。它主要是利用超声处理
过程形成的大量的空化气泡，在超过一定阀值的生涯下放生崩溃并产生冲击波，
在局部熔体中产生瞬时的高温、高压作用。空化泡在崩溃后变成大大小小的许
多气泡，小气泡继续作为核心，使空化泡不断产生、崩溃，并不断地产生冲击
波，这样在超声波空化的作用下，已结晶长大的晶粒被强烈的冲击波击碎，抑
制了晶粒的长大，使晶粒得到了细化。
同时超声在熔体内传播时，由于声波与液体中粘性力的交互作用，有限振幅衰
减使液体内从声源处开始形成一定的声压梯度，导致液体流动，当声压幅超过
一定值时，液体中可以产生一个流体的喷射。此喷流直接离开超声变幅杆的端
面并在整个流体中形成环流(声流)。在声流作用下，也能把结晶长大的晶粒打
碎，抑制晶粒的长大，使晶粒细化，同时已被击碎的晶粒被声流带到金属熔池
各处，使碎晶得到均匀弥散。
超声波发生装置主要由超声波发生器、换能器和变幅杆组成。变幅杆还包括
插入熔池的超声波传振杆(工具头)。超声波冶金在有色金属半连续铸造领域应
用较为成熟，因为铝的熔点较低，660.4℃，而在钢铁连铸领域至今没有工业化
应用。这主要是因为钢浇注时的温度通常大于1500℃，超声波传振杆插入到熔
池之中就融化无法持续生产。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种连铸结晶器
熔融式超声波振动装置，具有结构简单、功能完善、控制系统可靠性高的，能
满足安全生产要求的特点；该装置一方面可以实现超声波振动在连续铸钢中的
工业化长时间应用，另一方面融化的工具头能够极大的降低钢液的过热度和温
度梯度。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种连铸结晶器熔融式超声波振动装置，包括超声波换能器1，连接在超声
波换能器1侧面的超声波发生器2，连接在超声波换能器1下端的变幅杆3，所
述变幅杆3下端为插入结晶器5的钢液6中的超声波传振杆4，所述超声波传振
杆4采用与所浇注钢种相近且添加微量合金元素的铸钢材料制成，制成后的超
声波传振杆4中的微量化学成份及其重量百分比如表1所述：在浇注过程中允
许超声波传振杆4融化到钢液6中。
表1
所述超声波传振杆4与液压缸或气缸7通过连杆机构8相连接，通过液压
缸或气缸7控制超声波传振杆4的运动以补偿融化部分对声波振动的衰减。
通过已知浇注钢液6的温度和测定的超声波传振杆4的热物性参数(包括(固
相线、液相线，导热系数和凝固潜热)，利用传热来计算和试验测试超声波传振
杆4的融化速度和时间；根据浇注钢种的特性和不同超声波传振杆4所计算和
测试融化速度和时间来选择合适的超声波传振杆4进行超声波冶金。
和现有技术相比较，本发明的有益结果如下：
1、本发明装置应用在连续铸钢结晶器内。
2、由于超声波传振杆4采用与所浇注钢种相近且添加微量合金元素的铸钢
材料制成，在浇注过程中允许超声波传振杆4融化到钢液中。该装置一方面可
以实现超声波冶金在连续铸钢中的工业化长时间应用,另一方面融化的工具头能
够极大的降低钢液的过热度和温度梯度，改善铸坯芯部凝固组织。
3、通过液压缸或气缸7控制超声波传振杆4的运动以补偿融化部分对声波
振动的衰减。
4、利用传热来计算和实验测试超声波传振杆4的融化速度和时间，通过控
制声波传振杆4的融化速度来改善铸坯芯部凝固组织。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图。
图2是本发明超声波传振杆与液压缸或气缸的连接示意图。
具体实施方式
下面结合实施例附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种连铸结晶器熔融式超声波振动装置，包括超声波换能
器1，连接在超声波换能器1侧面的超声波发生器2，连接在超声波换能器1下
端的变幅杆3，所述变幅杆3下端为插入结晶器5的钢液6中的超声波传振杆4，
所述超声波传振杆4采用与所浇注钢种相近且添加微量合金元素的铸钢材料制
成，制成后的超声波传振杆4中的微量化学成份及其重量百分比如表1所述：
在浇注过程中允许超声波传振杆4融化到钢液6中。
表1
作为本发明的优选实施方式，所述超声波传振杆4与液压缸或气缸7通过
连杆机构8相连接，通过液压缸或气缸7控制超声波传振杆4的运动以补偿融
化部分对声波振动的衰减。
作为本发明的优选实施方式，通过已知浇注钢液6的温度和测定的超声波
传振杆4的热物性参数(包括(固相线、液相线，导热系数和凝固潜热)，利用传
热来计算和实验测试超声波传振杆4的融化速度和时间；根据浇注钢种的特性
和不同超声波传振杆4所计算融化速度和时间来选择合适的超声波传振杆4进
行超声波冶金。