板坯连铸高磁力电磁搅拌辊PPT课件
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• 按照热模型理论，认为电磁搅拌的作用加速了钢液的流 动，从而改善了热传导条件，使得钢液过热度更容易消 除。而过热度消除并且钢水温度下降到液相线和固相线 之间，更有利于等轴晶的生长，可获得较大的等轴晶区。 由于钢水的冷却速度在结晶器内最快，因此电磁搅拌安 装在结晶器段效果是最好的。
图1 工作原理 在板坯二冷区合适的位置面对面布置一对行波磁场电磁搅 拌器，它们之间会产生一个N-S极始终对应的交变磁场B，并按一 定的速度朝同一方向运动（行波磁场）。该行波磁场B在铸坯内 会感应出感生电流j，而此电流又会与B相互作用，在铸坯的钢液 内产生电磁力F，F的方向始终与行波磁场的运动方向一致。
不改变辊列结构； 使用寿命长
高磁力辊电磁力较大，可适应大部 分钢种的搅拌； 2对并列可适应对所有钢种的搅拌； 不改变扇形段及辊列结构；
可根据不同钢种灵活调整安装位置
缺点
需特制扇形段； 安装位置辊间距加大 会引起鼓肚
电磁力小； 安装位置不可调
使用寿命不长； 维护较麻烦
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4、高磁力电磁搅拌辊技术
第18页能
型号 运行方式 冷却水量
DJST-19025SGZ 连续、交替、间歇 6m3/h
适用断面 电压
180-250*1000-1900 最大400V
技 电流
400A
术 频率
6-20Hz(10Hz)
参 数 有功功率 ≤90kW
绝缘等级 F级
中心推力 85mmFe
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• 在板坯连铸特别是宽厚比大于6以上的板坯连铸中采用 结晶器旋转磁场搅拌，并不合适。那么在板坯连铸结晶 器中会采用哪些技术呢？主要有结晶器电磁制动，结晶 器电磁铸流控制，结晶器电磁加速，结晶器电磁减速等。 它们的主要功能都是控制结晶器中钢液的流场，使钢液 流动平缓，液面保持稳定。这与方圆坯结晶器电磁搅拌 有较大的区别。
• 按照机械模型理论，则认为电磁搅拌引起的钢液运动可 以打断正在生长的柱状晶或抑制柱状晶的生长，从而产 生等轴晶。而柱状晶的生长一般在二冷区才开始，因此 电磁搅拌安装在二冷区比较合适。
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• 看起来上述两个理论似乎存在矛盾，其实不然。 实际上电磁搅拌能产生等轴晶的机理正是基于 上述两个理论同时起作用的结果。在结晶器段 的电磁搅拌可以最大限度地消除温度梯度，减 少过热度；同时它产生的搅拌惯性可以一直延 伸到二冷区从而抑制了柱状晶的生长。而二冷 区电磁搅拌除了能打断柱状晶外也同样可以消 除温度梯度减少过热度。
• 按以上技术设计制造的与常规电磁搅拌辊外形尺寸一样的高磁力 电磁搅拌辊。经测试，工作面磁场强度增加了80%，电磁力增加 了1倍多（见图5），效果相当明显！
图5 常规辊与高磁力辊推力比较 • 搅拌力的增加，使得电磁搅拌辊既具有磁极插入式行波磁场电磁
搅拌器搅拌力大、冶金效果好的优点，又保留了电磁搅拌辊安装 灵 活 、 不 用 改 动 连 铸 机 扇 形第段16结页/构共2的3页优 点 ， 大 大 推 动 了 板 坯 二 冷
• 本文介绍一种专利设计的高磁力电磁搅拌辊， 其外形与常规设计完全相同，但电磁力却是常 规设计的2倍以上！
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• 常规设计的电磁搅拌辊通常采用E字形铁芯，克兰姆环 行绕组形式。其典型结构见图3。
图3 图中序号为：1：绕组、2：E字形铁芯。 • 以上结构的电磁辊存在以下不足之处： a. 铁芯齿占了比较大的体积，使得绕组及铁芯截面所占 比率减小，安匝数及导磁面积小，所以磁场也小。 b. 磁场在铁芯四周发散分布，漏磁大，使得工作面磁场 减小。
• 在方圆坯中一般采用结晶器电磁搅拌解决等轴 晶及表面质量问题，采用二冷末端电磁搅拌解 决中心偏析问题。
• 在板坯中则采用二冷区电磁搅拌解决等轴晶及 中心偏析问题，表面质量问题则采用结晶器铸 流控制技术解决。
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2、板坯二冷区电磁搅拌的作用原 理
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• 二冷区电磁搅拌的工作原理如下图1所示。
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感谢观看！
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• 在板坯连铸中采用得最多的当属二冷区线性行波磁场电 磁搅拌。因为板坯细长条形的坯形非常适合于用线性搅 拌，而线性电磁搅拌产生的钢液流场可以上下延伸5米 左右，影响区域非常大，冶金效果十分明显。
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• 从理论上讲，电磁搅拌可以安装在整个冶金长 度的任何位置。但实际上不同的坯形，不同的 冶金效果需求决定了电磁搅拌的安装位置不可 能任意设定。
单面 适合安转在直弧段 位置不可调 辊列结构不变但连
铸机结构需改变
辊式（高磁力电磁搅拌辊） 4根辊组成两对 扁铜线绕组，克兰姆式 2×400A 一 对：60 -80 mmFe， 两对并列：100-120 mmFe 内外弧双面 可灵活安装在直弧段末及1-6扇形段
几乎不改变扇形段及连铸机的任何
结构
优点
电磁力大，可适应对 所有钢种的搅拌； 可根据不同钢种灵活 调整安装位置； 使用寿命长
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4、高磁力电磁搅拌辊的冶金效果 两钢厂使用高磁力电磁搅拌辊均取得了良好的冶金效果： a)凝固中心获得了很好的等轴晶区，平均等轴晶达到50%以上。 b)中间及中心裂纹基本消除。 c)中心偏析减小到C0.5级。
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6、有无电磁搅拌辊的铸坯低倍对比
无电磁搅拌低倍图
有电磁搅拌低倍图
防护等级 IP68
DJST-18025SGZ 连续、交替、间歇 6m3/h
180-250*1000-1800 最大400V
400A 6-20Hz(10Hz) ≤85kW F级 80mmFe IP68
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3、安装位置
根据连铸机及所搅拌钢种的具体情况，一般选择安装在1-5号扇形段的 第1，7号两对辊位（见图6）。安装位置的选择主要基于现代电磁搅拌冶金理 论的“热模型理论”及“机械模型理论”。对不同的钢种，选择安装的位置 不同。象硅钢、不锈钢这种要求等轴晶率高的钢种一般选择较高的安装位置； 而象船板钢、容器钢等要求中心偏析好的钢种则选择较低的安装位置。安装 位置的确定可参考图7“铸坯凝固曲线计算机模拟图”进行确定。一般要求安 装位置处的铸坯未凝固率大约为35-60%，通过安装位置及搅拌参数的调整可 以得到最佳的搅拌效果。
5、高磁力电磁搅拌辊的应用
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• 下面列举2个使用高磁力电磁搅拌辊的应用实例。
1、连铸机的技术性能
序号 项目
单位 性能与设备参数
1 型式
垂直弯曲型连铸机 全弧型连铸机
2 流数
流1
1
3 弧形半径 m 10
9.5
4 铸坯规格 mm 厚度：180、200、 厚度：180、220 、250 220 、250 （以220 宽度：1000~1800 为主） 宽度：1000~1850
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• 高磁力电磁搅拌辊（发明专利技术），主要针对以上不足采取了 2项设计：
a.将E字形铁芯改为不带齿槽的圆柱形铁芯， b.在搅拌辊除工作面以外的其他面加装磁屏蔽环。其典型结构见图
4
图4 图中序号为：1：磁屏蔽环、2：绕组、3：圆柱形铁芯。 • 将E字形铁芯改为不带齿槽的圆柱形铁芯,可以最大限度地提高绕 组的空间利用率，增加铁芯的导磁面积，从而增加磁场强度，加 大电磁力。 • 在电磁搅拌辊除工作面以外第的15页其/共他2面3页加装磁屏蔽环，可以最大限
• 结晶器电磁搅拌除了能产生等轴晶外，还能使 夹杂物、气泡上浮从而改善铸坯的表面质量； 而二冷区电磁搅拌除了能产生等轴晶外，还能 使铸坯中心的溶质成份均匀，从而改善铸坯的 中心偏析。
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• 电磁搅拌安装在结晶器好还是二冷区好！这主要基于以 下2点： 需要解决的冶金问题的侧重点。 连铸坯的坯形。 如果要解决铸坯的表面质量，那么当然是安装在 结晶器最好，而要解决中心偏析问题则最好安装在二冷 区或二冷末端。 一般来讲，结晶器多采用不会引起液面波动的旋 转磁场搅拌，而线性行波磁场搅拌是不允许使用在结晶 器上的，因为线性搅拌会引起液面剧烈波动。 方圆坯坯形类似于圆或正方形，比较适合采用旋 转搅拌。因此在方圆坯连铸机中采用得最多的是结晶器 旋转磁场电磁搅拌，其次是二冷末端旋转磁场电磁搅拌。 而对于板坯来讲，由于板坯坯形与方圆坯有较大的不同 为细长条形，因此不适合采用旋转搅拌，而比较适合于 板坯的搅拌方式是线性行波磁场搅拌。
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• 从目前使用的三种类型板坯二冷区电磁搅拌来 看，电磁搅拌辊有着安装灵活，不改变辊列结 构，不改变扇形段设计，无需改变即可很方便 安装在现有板坯连铸机上的优点。是其他两种 类型电磁搅拌不可比拟的！但常规设计的电磁 搅拌辊存在电磁力不够的缺点。为了能达到必 要的电磁推力，往往需要多对并列组合使用， 这样给使用维护带来了很大的麻烦！
• 连铸电磁搅拌能有效地改善连铸坯内部的组织结构，减少中心偏析，消除 中心缩孔，大大增加等轴晶率。已成为高效连铸、高品质连铸必不可少的 一种工艺手段。
• 现代理论认为电磁搅拌改善铸坯组织结构的机理主要基于以下三点： 改变凝固过程中热力学条件（即热模型理论）； 改变凝固过程的动力学条件（即“柱状晶切断机械模型”理论）； 改善凝固过程的物质迁移条件（使成份均匀）。
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• 电磁力F推动铸坯内钢液从铸坯的一个窄面向另一个窄面运动，当 运动的钢液碰到窄面后便会沿着拉坯方向上下各形成一个回路(见 图2),从而形成蝴蝶形搅拌场，其上下搅拌区域有2-3倍板宽左右。
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3、板坯二冷区电磁搅拌 常见型式及特点
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• 板坯二冷区电磁搅拌主要有以下三种类型，其主要技术特点列表如下：
类型 感应器数量 感应器绕组 电流 中心电磁推力
作用面 安装位置
对扇形段改造
磁极插入式 2台对置组成一对 铜管绕组，克兰姆式 2×700A 100 mmFe
内外弧双面 可灵活安装在第1-6 扇形段 需特殊扇形段，辊列 结构需改变
辊后式 一台单面安装 铜管绕组，迭绕式 2000A以上 35-60 mmFe
• 按照热模型理论，认为电磁搅拌的作用加速了钢液的流 动，从而改善了热传导条件，使得钢液过热度更容易消 除。而过热度消除并且钢水温度下降到液相线和固相线 之间，更有利于等轴晶的生长，可获得较大的等轴晶区。 由于钢水的冷却速度在结晶器内最快，因此电磁搅拌安 装在结晶器段效果是最好的。
图1 工作原理 在板坯二冷区合适的位置面对面布置一对行波磁场电磁搅 拌器，它们之间会产生一个N-S极始终对应的交变磁场B，并按一 定的速度朝同一方向运动（行波磁场）。该行波磁场B在铸坯内 会感应出感生电流j，而此电流又会与B相互作用，在铸坯的钢液 内产生电磁力F，F的方向始终与行波磁场的运动方向一致。
不改变辊列结构； 使用寿命长
高磁力辊电磁力较大，可适应大部 分钢种的搅拌； 2对并列可适应对所有钢种的搅拌； 不改变扇形段及辊列结构；
可根据不同钢种灵活调整安装位置
缺点
需特制扇形段； 安装位置辊间距加大 会引起鼓肚
电磁力小； 安装位置不可调
使用寿命不长； 维护较麻烦
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4、高磁力电磁搅拌辊技术
第18页能
型号 运行方式 冷却水量
DJST-19025SGZ 连续、交替、间歇 6m3/h
适用断面 电压
180-250*1000-1900 最大400V
技 电流
400A
术 频率
6-20Hz(10Hz)
参 数 有功功率 ≤90kW
绝缘等级 F级
中心推力 85mmFe
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• 在板坯连铸特别是宽厚比大于6以上的板坯连铸中采用 结晶器旋转磁场搅拌，并不合适。那么在板坯连铸结晶 器中会采用哪些技术呢？主要有结晶器电磁制动，结晶 器电磁铸流控制，结晶器电磁加速，结晶器电磁减速等。 它们的主要功能都是控制结晶器中钢液的流场，使钢液 流动平缓，液面保持稳定。这与方圆坯结晶器电磁搅拌 有较大的区别。
• 按照机械模型理论，则认为电磁搅拌引起的钢液运动可 以打断正在生长的柱状晶或抑制柱状晶的生长，从而产 生等轴晶。而柱状晶的生长一般在二冷区才开始，因此 电磁搅拌安装在二冷区比较合适。
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• 看起来上述两个理论似乎存在矛盾，其实不然。 实际上电磁搅拌能产生等轴晶的机理正是基于 上述两个理论同时起作用的结果。在结晶器段 的电磁搅拌可以最大限度地消除温度梯度，减 少过热度；同时它产生的搅拌惯性可以一直延 伸到二冷区从而抑制了柱状晶的生长。而二冷 区电磁搅拌除了能打断柱状晶外也同样可以消 除温度梯度减少过热度。
• 按以上技术设计制造的与常规电磁搅拌辊外形尺寸一样的高磁力 电磁搅拌辊。经测试，工作面磁场强度增加了80%，电磁力增加 了1倍多（见图5），效果相当明显！
图5 常规辊与高磁力辊推力比较 • 搅拌力的增加，使得电磁搅拌辊既具有磁极插入式行波磁场电磁
搅拌器搅拌力大、冶金效果好的优点，又保留了电磁搅拌辊安装 灵 活 、 不 用 改 动 连 铸 机 扇 形第段16结页/构共2的3页优 点 ， 大 大 推 动 了 板 坯 二 冷
• 本文介绍一种专利设计的高磁力电磁搅拌辊， 其外形与常规设计完全相同，但电磁力却是常 规设计的2倍以上！
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• 常规设计的电磁搅拌辊通常采用E字形铁芯，克兰姆环 行绕组形式。其典型结构见图3。
图3 图中序号为：1：绕组、2：E字形铁芯。 • 以上结构的电磁辊存在以下不足之处： a. 铁芯齿占了比较大的体积，使得绕组及铁芯截面所占 比率减小，安匝数及导磁面积小，所以磁场也小。 b. 磁场在铁芯四周发散分布，漏磁大，使得工作面磁场 减小。
• 在方圆坯中一般采用结晶器电磁搅拌解决等轴 晶及表面质量问题，采用二冷末端电磁搅拌解 决中心偏析问题。
• 在板坯中则采用二冷区电磁搅拌解决等轴晶及 中心偏析问题，表面质量问题则采用结晶器铸 流控制技术解决。
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2、板坯二冷区电磁搅拌的作用原 理
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• 二冷区电磁搅拌的工作原理如下图1所示。
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感谢观看！
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• 在板坯连铸中采用得最多的当属二冷区线性行波磁场电 磁搅拌。因为板坯细长条形的坯形非常适合于用线性搅 拌，而线性电磁搅拌产生的钢液流场可以上下延伸5米 左右，影响区域非常大，冶金效果十分明显。
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• 从理论上讲，电磁搅拌可以安装在整个冶金长 度的任何位置。但实际上不同的坯形，不同的 冶金效果需求决定了电磁搅拌的安装位置不可 能任意设定。
单面 适合安转在直弧段 位置不可调 辊列结构不变但连
铸机结构需改变
辊式（高磁力电磁搅拌辊） 4根辊组成两对 扁铜线绕组，克兰姆式 2×400A 一 对：60 -80 mmFe， 两对并列：100-120 mmFe 内外弧双面 可灵活安装在直弧段末及1-6扇形段
几乎不改变扇形段及连铸机的任何
结构
优点
电磁力大，可适应对 所有钢种的搅拌； 可根据不同钢种灵活 调整安装位置； 使用寿命长
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4、高磁力电磁搅拌辊的冶金效果 两钢厂使用高磁力电磁搅拌辊均取得了良好的冶金效果： a)凝固中心获得了很好的等轴晶区，平均等轴晶达到50%以上。 b)中间及中心裂纹基本消除。 c)中心偏析减小到C0.5级。
第21页/共23页
6、有无电磁搅拌辊的铸坯低倍对比
无电磁搅拌低倍图
有电磁搅拌低倍图
防护等级 IP68
DJST-18025SGZ 连续、交替、间歇 6m3/h
180-250*1000-1800 最大400V
400A 6-20Hz(10Hz) ≤85kW F级 80mmFe IP68
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3、安装位置
根据连铸机及所搅拌钢种的具体情况，一般选择安装在1-5号扇形段的 第1，7号两对辊位（见图6）。安装位置的选择主要基于现代电磁搅拌冶金理 论的“热模型理论”及“机械模型理论”。对不同的钢种，选择安装的位置 不同。象硅钢、不锈钢这种要求等轴晶率高的钢种一般选择较高的安装位置； 而象船板钢、容器钢等要求中心偏析好的钢种则选择较低的安装位置。安装 位置的确定可参考图7“铸坯凝固曲线计算机模拟图”进行确定。一般要求安 装位置处的铸坯未凝固率大约为35-60%，通过安装位置及搅拌参数的调整可 以得到最佳的搅拌效果。
5、高磁力电磁搅拌辊的应用
第17页/共23页
• 下面列举2个使用高磁力电磁搅拌辊的应用实例。
1、连铸机的技术性能
序号 项目
单位 性能与设备参数
1 型式
垂直弯曲型连铸机 全弧型连铸机
2 流数
流1
1
3 弧形半径 m 10
9.5
4 铸坯规格 mm 厚度：180、200、 厚度：180、220 、250 220 、250 （以220 宽度：1000~1800 为主） 宽度：1000~1850
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• 高磁力电磁搅拌辊（发明专利技术），主要针对以上不足采取了 2项设计：
a.将E字形铁芯改为不带齿槽的圆柱形铁芯， b.在搅拌辊除工作面以外的其他面加装磁屏蔽环。其典型结构见图
4
图4 图中序号为：1：磁屏蔽环、2：绕组、3：圆柱形铁芯。 • 将E字形铁芯改为不带齿槽的圆柱形铁芯,可以最大限度地提高绕 组的空间利用率，增加铁芯的导磁面积，从而增加磁场强度，加 大电磁力。 • 在电磁搅拌辊除工作面以外第的15页其/共他2面3页加装磁屏蔽环，可以最大限
• 结晶器电磁搅拌除了能产生等轴晶外，还能使 夹杂物、气泡上浮从而改善铸坯的表面质量； 而二冷区电磁搅拌除了能产生等轴晶外，还能 使铸坯中心的溶质成份均匀，从而改善铸坯的 中心偏析。
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• 电磁搅拌安装在结晶器好还是二冷区好！这主要基于以 下2点： 需要解决的冶金问题的侧重点。 连铸坯的坯形。 如果要解决铸坯的表面质量，那么当然是安装在 结晶器最好，而要解决中心偏析问题则最好安装在二冷 区或二冷末端。 一般来讲，结晶器多采用不会引起液面波动的旋 转磁场搅拌，而线性行波磁场搅拌是不允许使用在结晶 器上的，因为线性搅拌会引起液面剧烈波动。 方圆坯坯形类似于圆或正方形，比较适合采用旋 转搅拌。因此在方圆坯连铸机中采用得最多的是结晶器 旋转磁场电磁搅拌，其次是二冷末端旋转磁场电磁搅拌。 而对于板坯来讲，由于板坯坯形与方圆坯有较大的不同 为细长条形，因此不适合采用旋转搅拌，而比较适合于 板坯的搅拌方式是线性行波磁场搅拌。
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• 从目前使用的三种类型板坯二冷区电磁搅拌来 看，电磁搅拌辊有着安装灵活，不改变辊列结 构，不改变扇形段设计，无需改变即可很方便 安装在现有板坯连铸机上的优点。是其他两种 类型电磁搅拌不可比拟的！但常规设计的电磁 搅拌辊存在电磁力不够的缺点。为了能达到必 要的电磁推力，往往需要多对并列组合使用， 这样给使用维护带来了很大的麻烦！
• 连铸电磁搅拌能有效地改善连铸坯内部的组织结构，减少中心偏析，消除 中心缩孔，大大增加等轴晶率。已成为高效连铸、高品质连铸必不可少的 一种工艺手段。
• 现代理论认为电磁搅拌改善铸坯组织结构的机理主要基于以下三点： 改变凝固过程中热力学条件（即热模型理论）； 改变凝固过程的动力学条件（即“柱状晶切断机械模型”理论）； 改善凝固过程的物质迁移条件（使成份均匀）。
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• 电磁力F推动铸坯内钢液从铸坯的一个窄面向另一个窄面运动，当 运动的钢液碰到窄面后便会沿着拉坯方向上下各形成一个回路(见 图2),从而形成蝴蝶形搅拌场，其上下搅拌区域有2-3倍板宽左右。
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3、板坯二冷区电磁搅拌 常见型式及特点
第10页/共23页
• 板坯二冷区电磁搅拌主要有以下三种类型，其主要技术特点列表如下：
类型 感应器数量 感应器绕组 电流 中心电磁推力
作用面 安装位置
对扇形段改造
磁极插入式 2台对置组成一对 铜管绕组，克兰姆式 2×700A 100 mmFe
内外弧双面 可灵活安装在第1-6 扇形段 需特殊扇形段，辊列 结构需改变
辊后式 一台单面安装 铜管绕组，迭绕式 2000A以上 35-60 mmFe