连铸方坯末端电磁搅拌工艺实践_朱惠刚
一炼钢1#方坯连铸机凝固末端电磁搅拌成套设备施工方案
一炼钢1#方坯连铸机凝固末端电磁搅拌成套设备施工方案一钢、大型节能技术改造工程施工施工方案编制：侯军审核：吕延京审批：刘鹏华北冶建工程建设有限公司2015 年 1 月 11 日目录1编制依据 (1)2 工程概况 (1)3 施工部署 (3)4 施工总平面布置 (8)5 施工准备 (9)6 主要施工方法 (12)6.1配管 (12)6.2配线 (13)6.3桥架安装 (14)6.4电缆敷设 (15)6.5变压器及空调安装 (16)6.6配电柜安装 (17)6.7电磁搅拌器本体及水路安装 (17)6.8设备试运行 (19)7施工质量保证体系及质量保证措施 (19)8安全方案 (22)8.1安全施工目标 (23)8.2安全生产施工保证体系 (23)8.3安全保证措施 (23)9 施工进度计划及保证措施 (26)9.1施工进度计划 (26)9.2工期保证体系 (26)9.3工期保证措施 (26)10现场文明施工、降低环境污染和噪声的措施 (28)11与业主、监理的配合措施及施工队伍的管理措施 (30)12保修和服务 (31)13 国家现行有关法律法规、技术规范、规程、标准 (32)14 附图与附表 (34)附图-1项目组织机构图 (34)附图-2施工进度网络计划 (35)附图-3质量监督保证体系 (36)附图-4安全文明施工、环境保护监督保证体系 (37)附表-1劳动力计划表 (38)附表-2拟投入的主要施工机械设备表 (39)1编制依据1.1一钢、大型节能技术改造项目施工招标文件（招标编号：HGYC1406-2012017 -SG02）等；1.2国家现行的技术标准、规程、规范；1.3本公司执行的GB/T19001-2008、GB/T24001-2004、GB/T 28001-2011、GB/T50430-2007 整合型管理体系文件；1.4建设部颁发的《建筑工程施工现场管理规定》及地方政府的有关规定；1.5建设部颁布的《工程建设标准强制性条文》；1.6业主对质量、安全、文明施工的有关规定；1.7本单位所具备的施工技术力量和管理能力及长期施工生产中总结、验证的施工方法；1.8 施工现场情况及我公司对本工程的了解；1.9以往同类工程施工经验。
电磁搅拌技术在炼钢连铸机中的应用技术
电磁搅拌技术在炼钢连铸机中的应用技术随着社会经济与科学技术不断的发展与完善，对连铸坯的质量提出了更高要求。
最近几年，建筑行业得到迅猛发展，人们越来越重视连铸坯的质量。
电磁搅拌技术在建筑领域中的应用进一步提高了连铸坯的质量，并且对于降低杂物质量和促进成分融合具有至关重要的作用。
磁场相互作用产生电磁力，对钢水起到搅拌作用。
是通过恒定磁场与运动的导电钢水相互作用，在钢水中产生感应电流，感应电流与磁场相互作用产生电磁力，此电磁力的方向恰好与钢水的运动方向相反，对钢水起制动作用，因此这种搅拌被称为电磁制动。
文章从多个角度就电磁搅拌技术在炼钢连铸机中的应用进行探究。
标签：电磁搅拌技术；连铸机；应用技术随着钢管连铸生产需求不断增加，我国对电磁搅拌连铸工艺的理论研究与实践研究不断加大，并且在各个领域中得到广泛应用。
超纯净钢的开发与应用对铸坯的质量与凝固组织提出了更严格的要求，电磁搅拌技术以其独特被广泛应用，对社会生产生活以及社会经济发展具有积极的促进作用。
1、电磁搅拌技术原理电磁搅拌的工作原理主要是依靠磁场，也就是说当电流变化时，线性感应电机的磁极和另一个极点会产生相同的电磁力，然后开始以恒定角速度切断熔金属，熔体内就会产生相应的感应电流。
当前我国对电磁搅拌技术的理论研究与实践研究还不够成熟，由于多方面因素限制在生产过程中还存在一些问题，并没有发挥出应有的效能。
从本质上来说，电磁搅拌技术就是使用电磁力迫使熔融金属产生平稳移动，减少外界因素对电磁场的影响。
同时使凝固过程熔熔金属的温度与浓度保持均匀，如果在凝固过程中受到其他因素影响或者操作失误等原因导致熔融金属浓度与温度都不符合相应要求，则就降低凝固过程的形核功和临界核半径。
只有保持熔融金属浓度与温度均匀化，才可以增加等轴晶的数量，最终实现晶粒细化的目的。
根据磁场的工作形式，电磁搅拌可以分为直线型与旋转型，结合生产实际情况与生产需求，使用不同的电磁搅拌形式，从根本上保证铸坯内外部分的质量，一般情况下，直线型电磁搅拌磁场方向与坯材表面的宽度保持水平，也就是说在铁芯的定子绕组上连接交流电，通过金属液产生感应电流与电磁转矩，进而提高铸坯质量。
电磁搅拌技术在连铸中的应用
电磁搅拌技术在连铸中的应用近年来，连铸坯的质量越来越受到重视，因而围绕提高连铸坯质量的研究工作也取得了很大的进展。
电磁搅拌技术是电磁流体力学在钢铁工业中最成功的应用之一。
通过定量认识电磁场在多层介质中的传递，控制连铸过程中钢水的流动、传热和凝固，进而降低钢水的过热度、去除夹杂从而扩大等轴晶区，减少成分偏析，减轻中心疏松和中心缩孔。
几十年来，国内外学者对电磁搅拌技术进行了大量的理论及实验研究，并应用于工业生产。
电磁搅拌技术已经成为连铸过程中改善铸坯质量的最重要和最有效的手段之一。
1国内外电磁搅拌技术的发展概况磁流体力学是电磁学，流体力学以及热力学相互交叉的学科，简称MHD(magnetohydrodynamics)，主要研究电磁场作用下，导电金属流体的运动规律。
在磁场里，导体的运动产生电动势，从而产生感应电流，导体本身也产生磁场。
液态金属作为载流导体，在外加磁场的作用下产生了电磁力，这种电磁力的作用促使载流液体流动，同时伴随着三种基本的物理现象——电磁热，电磁搅拌，电磁压力。
这三种现象在材料的冶炼、成形、凝固等工艺中已广泛应用。
连铸钢液电磁搅拌技术已经历几十年的试验研究和发展的过程。
早在上世纪50年代，就由在德国Schorndorf和Huckingen半工业连铸机上。
进行了首例连续铸钢电磁搅拌的试验。
60年代，在奥地利Kapfenberg厂的Boehler连铸机上用于浇铸合金钢。
60年代末一些工作者还进行了结晶器电磁搅拌和二冷区电磁搅拌的实验。
1973年法国的一家工厂率先在其连铸机上安装了电磁搅拌器并投入工业应用，从而奠定了连铸电磁搅拌技术工业应用的基础。
1977年，法国的Rotelec公司开发了小方坯和大方坯结晶器电磁搅拌器并以Magnetogyr-Process 注册商标，将其商品化。
1979年，法国钢研院又在德国Dunkirk厂板坯连铸机上采用了线性搅拌技术，取得良好效果。
进入80年代后，电磁搅拌技术发展更快，特别是日本，发展更为迅速。
电磁搅拌在小方坯中的应用和日常维护
电磁搅拌在小方坯中的应用和日常维护发布时间：2023-07-11T06:04:43.330Z 来源：《科技潮》2023年12期作者：潘孝银[导读] 电磁搅拌（EMS）首先由瑞典发明用于电弧炉炼钢，后来随着在磁流动力学方面的不断深入研究，电磁搅拌技术日渐成熟，开始逐渐应用于感应熔炼炉、钢包精炼炉和连铸机。
江阴兴澄特种钢铁有限公司江苏江阴 214400摘要：电磁搅拌是提升连铸坯质量的有效方法，在我国生产应用过程中相关技术得到了极大的优化，取得了良好的效果，目前电磁搅拌技术仍在不断优化，本文主要介绍电磁搅拌技术在我分厂小方坯连铸机上的应用，如电磁搅拌装置的工作原理，电磁搅拌控制系统结构组成以及实际应用过程中存在的问题和解决措施，希望在以后的生产过程中可以更好的维护好电磁搅拌器，将电磁搅拌故障率降到最低。
关键词：电磁搅拌；磁场强度；线圈前言：电磁搅拌技术在钢厂连铸中得到大范围的应用，技术人员以及生产者意识到连铸技术对钢铁生产起到的作用，加强对连铸坯技术的关注以及研究程度，围绕连铸坯质量进行深入研究，电磁搅拌技术作为钢铁工业成功的连铸技术，依托于电磁流体力学理论，在定量认识电磁场介质传递的情况下，通过连铸过程中对钢水传热、流动、凝固等工作的控制，以此提升连铸技术作用效果，规避成分偏析、中心缩孔等情况出现，电磁搅拌技术是在科学的理论下进行，可以提升铸坯材料的整体质量，但是在其应用过程中依然要不断优化技术短板，比如我厂小方坯连铸机实际生产中根据钢种工艺需要采用差异化的频率和电流，跟踪试验情况良好，铸坯质量稳定。
一、电磁搅拌技术的发展概况电磁搅拌（EMS）首先由瑞典发明用于电弧炉炼钢，后来随着在磁流动力学方面的不断深入研究，电磁搅拌技术日渐成熟，开始逐渐应用于感应熔炼炉、钢包精炼炉和连铸机。
直到1977年，法国钢研院开发了低频电源，在一台四流方坯连铸机上进行了MEMS技术的第一次工业应用，达到了比较成熟的程度而被迅速推广。
凝固末端电磁搅拌技术在特钢连铸上的应用
２ 电磁 搅 拌技 术 特 点
１ ）末端 电磁搅 拌器 安装在 铸坯凝 固区的末端 ， 钢液 在 电磁 力作 用下 ，沿一定 方 向循 环运 动 ，搅拌 铸坯 凝 固末 端糊状 枝 晶两相 区 ，破 坏和 阻碍粗 大柱
固组织 的均匀性 要求 更加严 格 ，为满 足高 附加值 优
特 钢 的生 产质量 要求 ，莱钢 特殊 钢厂针 对生 产钢 种
项 铸 机 型式
目
技术参数 全 弧 形 ，三 点矫 直
Ｒ＝１／ ６３ １ １／ ２
搅拌 流 冲 刷 铸 坯 凝 固 前 沿 而 产 生 负 偏 析 （ 白亮
弧形 半 径／ ｍ
带） ，末端 电磁搅 拌 一般 都 采 用交 替 搅 拌 方式 。 由
铸 机 长 度／ ｍ
流 间距 ／ ｍ ｍ
状 晶的长大 形成 ，使心 部富集 溶质 的糊状 液体 分散 趋于 均 匀 ，同时 产 生 较 多 的结 晶 核 ，扩 大 等 轴 晶
区 ，晶粒 细化 。
特 点 ，对 末端 电磁搅 拌参数 和工艺 参数 进行 了研 究
和优化 ，通过 大量 的生产试 验 ，摸索 出最佳 末端 电 磁 搅拌 参 数 和 工 艺 参 数 ，铸 坯 的 等 轴 晶 率 提 高 到 ３ ． ５ ，中心偏 析 、中心疏松 和缩 孔 明显 减轻 。 ７６ ％
３ ． ２９
１６０ ０
铸 坯规 格 ／ ｍ ｍ 机 数 ×流数
２ ０Ｘ ０ ，１０× ２ ６ ３ ０ ８ ２ ０ ３机 ３流
于连铸机拉速、二冷配水等工艺参数的差异性也使 得铸 坯未凝 固率存 在一 定 的变 化 。因此 ，为稳 定末 端 电磁搅拌 效果 ，在一 定 的电磁搅 拌参数 下 ，保持 拉速 、过热 度 、二冷配 水等工 艺参 数 的稳 定是 非 常
高碳钢连铸结晶器和凝固末端组合电磁搅拌技术
高碳钢连铸结晶器和凝固末端组合电磁搅拌技术一、方坯连铸电磁搅拌技术的基本知识连铸是铸坯在强制冷却下在其运动过程中具有很长液相穴的凝固过程，它受钢水对流运动和传热两个基本物理现象所控制。
液相穴内钢水对流运动对消除过热度、凝固组织和成份偏析有重大的影响。
而钢水对流的驱动力来自注流的动能和外力，前者与浇注方式有关，后者则可以在液相穴的任何位置上外加电磁力即使用电磁搅拌，而后者的影响比前者强得多。
电磁搅拌的实质简单地说是借助在铸坯的液相穴内感生电磁力强化液相穴内钢水的运动。
由此强化钢水的对流、传热和传质过程，从而控制铸坯的凝固过程，对改善铸坯质量起了重大的作用，成为连铸技术的重要一环。
1.1电磁搅拌的意义连铸使用电磁搅拌技术的意义在于：①改善铸坯表面、皮下和内部质量，如：●减少表面和皮下的气孔、针孔、夹杂物和表面裂纹；●减少中心偏析、V形偏析；●减少中心疏松、缩孔和内裂；②放宽连铸工艺条件，如：●过热度；●铸机对中要求；③扩大连铸钢种，如●沸腾钢；●易切钢；●轴承钢和滚珠钢；1.2电磁搅拌的模式①结晶器电磁搅拌（MoldEMS：MEMS）●结晶器区域内电磁搅拌（MEMS）：采用旋转磁场搅拌器，使钢水产生旋转运动。
●跨于结晶器和足辊的电磁搅拌器（M-IEMS）：采用旋转磁场搅拌器，使钢水产生旋转运动。
②铸流电磁搅拌器(StrandEMS：SEMS)●结晶器下口电磁搅拌器(SubMoldEMS：SMEMS)：采用旋转磁场搅拌器，使钢水产生旋转运动。
●足辊下电磁搅拌(IntinialEMS：IEMS)：通常采用旋转磁场搅拌器，使钢水产生旋转运动。
●二冷区电磁搅拌(SecodaryCoolingZoneEMS：SEMS):采用旋转磁场搅拌器或行波磁场搅拌器，使钢水产生旋转运动或直线运动。
在改善白亮带缺陷上，后者比前者好。
③凝固末端电磁搅拌(FinilSolidificationZone：FEMS)通常采用旋转磁场搅拌器，使钢水产生旋转运动。
方坯连铸结晶器电磁搅拌的研究与应用
方坯连铸结晶器电磁搅拌的研究与应用王琪张兴利梁新维赵彻栗金刚（河北钢铁集团承德分公司技术中心）摘要：通过在承钢八流方坯连铸机上进行工业试验，系统的研究了结晶器电磁搅拌对连铸坯缩孔、中心偏析和纯净度的影响。
通过试验的逐步摸索，对电磁搅拌工艺参数逐步优化，明显改善了连铸坯质量。
关键词：结晶器电磁搅拌、连铸、铸坯质量1前言连铸坯的中心缩孔、中心偏析以及夹杂物等问题一直是影响铸坯内部质量的严重缺陷。
电磁搅拌作为控制凝固过程的有效手段在生产中得到了广泛的应用。
根据电磁搅拌的位置可分为结晶器电磁搅拌(M一EMS)、二冷电磁搅拌(S一EMS) 和凝固末端电磁搅拌(F一EMS)。
承钢炼钢厂于2006年引进结晶器电磁搅拌技术，通过在八流方坯连铸机上的使用，研究了结晶器电磁搅拌对连铸坯中心缩孔、中心偏析以及纯净度的影响，并对电磁搅拌参数进行了优化，使得连铸坯质量得到改善，满足了生产高质量品种钢的要求。
2试验方案及方法表1 连铸机主要技术参数2.1试验方案生产工艺流程:100t提钒转炉→100t炼钢转炉→110t LF精炼炉→八机八流方坯连铸机。
试验钢种为45钢，采用电磁搅拌和不采用电磁搅拌进行对比试验，研究铸坯缩孔、中心偏析及组织的变化。
通过改变电磁搅拌参数，对比不同参数下对铸坯质量的影响。
2.2试验方法（1）在连铸机电磁搅拌结晶器各流上分别采用不同参数的电磁搅拌和不采用电磁搅拌，在不同的温度、拉速下截取铸坯试样。
（2）对截取的铸坯试样进行切割、车铣、磨光、酸洗，做低倍检验，研究电磁搅拌对缩孔、偏析等铸坯质量的影响。
（3）对铸坯试样做化学成分分析。
（4）对铸坯试样做夹杂物分析。
3 试验结果和分析试验钢种为45，试验炉次中间包过热度15℃~40℃，拉速1.7m/min~2.0m/min，结晶器进出水温差4.8℃~6.9℃，电磁搅拌工艺参数见表2表2 承钢5＃连铸机生产试验钢的结晶器电磁搅拌器生产技术工艺参数3.1铸坯低倍检验分析结果见表3表3 有电磁搅拌铸坯的低倍检验评级结果后面的数字代表有无电磁搅拌，1代表有电磁搅拌，2代表无电磁搅拌。
特钢连铸电磁搅拌技术实践中的一些问题
图# 不同碳含量的电磁搅拌的选择
图% 电磁搅拌对等轴晶宽度的影响
! " ! 改善中心偏析 图!表示不同电磁搅拌对中碳钢和高碳钢中心偏 析的影响。由图可见， 单一电磁搅拌的中心偏析率比 多段组合搅拌的要高得多。实践表明， 对高碳钢连铸 一般宜采用多段组合搅拌， 目前在线使用比较普遍的 是 (23 ； 对于碳含量大于# 4/ ( * ’的超高碳钢如轴 承钢宜采用三段组合搅拌， 但从经济性考虑， 目前多数 仍采用 (23 。 4/ ( * 需要指出 的 是， 实 践 表 明， 目前单独使用 * / ( * 已不 多 见， 因为 ( 的 效 果 已 基 本 上 含 盖 了 / ( * ， 而又不会出现白亮带的宏观缺陷。单独使用 * / ( * 只有与 ( 3 / ( *不会有什么效果， / ( *配合组成组合 搅拌， 才能显出其应有的作用。 ! 结晶器电磁搅拌是一项系统工程 而且会对铸机和连铸工艺产生一些影响， 为此应 ( / ( *不仅是电磁搅拌器或电磁搅拌工艺参数的事， 当把 ( / ( *看作一项系统工程。 , " # ( / ( *改变了结晶器内钢水的流动和温度分布 , " # " # 结晶器内钢水流动图案 图,表示在 ( 在( 结晶器内的钢水受 / ( *作用下结晶器内钢水的流动图案。由图可见， / ( *作用下， ! 6 $
图’ 水口侵蚀情况
!搅拌位置要合适； 这就要求 $ 再通过 ) "必须有较宽的细等轴晶区， % $ &能产生宽的等轴晶区， % $ & 细化等轴晶使之致 密地充填到凝固末端； 确保 ) #拉速要恒定， % $ &位置有一定宽度的液芯； ／ ， 这就要求恰当调整电磁搅拌工艺参数； $凝固末端的钢水流速应控制在 +, ( % . / $ & 使白亮带的影响尽可能轻微一些。 &实施交替搅拌， * " . ) % $ &的位置 断面、 拉速、 二冷强度有关， 因此， 确定 ) % $ &的位置对效果好坏十分重要。凝固末端的位置与钢种、 采用凝固模型加上实际测定找准 ) ) % $ &的位置不是一件容易的事。结合铸机实际， % $ &的位置是一个可 行的办法。下面引录国外三个公司的资料供参考： 对( 液芯厚度为# 对. 则为* / 0 1 2 3 4 5公司： 6 7 ( 6 8 8， % ! 8 8； ! 7 . ! 8 8， % ’ 8 8； 日本大同特钢： 对 /! 其凝固率为； " 9 :的钢种， " 9 % " ’ 韩国浦项公司： 对. ， 液芯厚度为* 对( 则为* * 7 # 8 8， & 6 ! 8 8； 9 7 ( 9 8 8， * 8 8。 由上述资料分析， ／ ／ 。 ) % $ &置的液芯厚度大约为铸坯厚度的( # % ( ! * " # 搅拌强度和有效作用长度 多次实践表明， 铸坯的中心疏松甚至比不搅拌还严重， 这就要求搅拌强度适当 ) % $ &的搅拌强度过强， 弱一点， 但有效作用长度长一点， 即长距离的弱搅拌。 # ’ .
连铸生产中的电磁搅拌技术
连铸生产中的电磁搅拌技术随着连铸技术的应用和发展，连铸坯的质量越来越受到重视。
近年来，超纯净钢的开发和应用对铸坯的质量、凝固组织和成分均匀化提出了更高的要求。
电磁搅拌技术对提高铸坯的等轴晶率、细化凝固组织、降低夹杂物含量并促进成分均匀化、改善铸坯内部、表面和次表面质量具有重要作用。
1.电磁搅拌的工作原理电磁搅拌的工作原理十分简单，如同由两相或三相电流驱动的、能产生交变磁场的线性感应马达。
电流发生相变时，磁场从一极到达另一极，并同时产生电磁推力，将液态钢水向磁场运动的方向推动。
这样，可以通过电流相位变化来选择方向，也可以通过电流密度和频率来调整推力大小。
2.电磁搅拌装置2.1电磁搅拌装置的分类电磁搅拌装置可分为水平旋转搅拌器和线性搅拌器两大类。
而线性搅拌器又可细分为垂直、水平线性搅拌器。
水平旋转搅拌器围绕铸流设置，其运转象一个异步旋转电机的定子，驱动钢液水平旋转，多用于园坯、方坯和小矩形坯。
垂直线性搅拌器靠近铸流侧，其运转象一个线性异步电机的定子，钢水沿垂直方向旋转运动，适合于大断面的矩形坯；水平线性搅拌器安装在铸坯侧，其运转象一个平直定子，在板坯内弧侧熔池内产生水平方向的磁场，推动钢水运动。
2.2电磁搅拌装置的布置电磁搅拌装置的布置位置有四种∶中间包加热用电磁搅拌(H—EMS)、结晶器电磁搅拌(M—EMS)、冷却段电磁搅拌(S—EMS)和凝固段电磁搅拌(F—EMS)。
?H—EMS∶使连铸过程中钢水的过热度保持在30~40摄氏度，其突出特点是利用非金属夹杂物与金属液之间导电性的差异，实现两者的分离。
1996年日本川崎制铁水岛厂在浇铸不锈钢时采用了此技术，生产的铸坯总氧含量低于0.001%，比采用传统中间包生产的铸坯减小2倍，夹杂物减少一半，不锈钢热轧和冷轧板卷缺陷减少了60%；?M--EMS∶一般安装在结晶器下部，用于减少表面缺陷、皮下夹杂物、针孔和气孔，改善凝固组织，降低表面粗糙度，增加热送率，扩大钢种。
方坯4号机结晶器电磁搅拌应用实践
个 重要 研究 课 题 ，从 已 有 的 研 究成 果 看 ，其
作 用主要 包括 ３方面 ： （ ）改变 柱状 晶 生产 方 １
向 ； （ ）促 进柱 状 晶 向等 轴 晶转 变 ； （ ）细 ２ ３
化 宏观 晶粒组织 ｜ ｉ ｌ 。 其 作 用机 理 为 ：电磁 搅 拌 所 引起 的 旋 转 运
维普资讯
１ ４
柳
钢 科
技
２０ ０８年第 ３ 期
方坯 ４号机结晶器 电磁搅拌应用实践
钟 钊 韦军尤
（ 炉炼钢 厂 ） 转 ‘摘
实践。 关键词 连铸 方坯 结晶器 电磁搅 拌
要
介 绍在 方坯 ４号 机使 用结 晶器 电磁 搅拌 装置 ，改 善品 种钢 内部 质量 并满 足 轧制要 求 的
（ ｏ ｖｒ ｒ ｔｅ ｋｎ ｌ ｔ Ｃ ｎ ｅｔ ｅｌ ｉｇＰａ ） ｅ Ｓ ｍａ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｉ － ｕ ｄ ｅｅ ｔ — ｇ ｅ ｉ ｓｉ ｉ ｇ ｕ ｉ ｕ ｅ ｎ Ｎｏ４ Ｂ ｌ ｔＣ ｓｅ ｎ ｈ ｒ ｃｉｅ ｆ ｒ ｓ ｒ ｃ ｈ ｎ ｍｏ ｌ ｌ ｃｒ ｍａ ｎ ｔ ｔ ｒｎ ｎ ｔ ｓ ｄ ｉ ． ｉ ｅ ａ ｔ ｒａ ｄ ｔｅ ｐ ａ ｔ ｏ ｃ ｒ ｌ ｃ ｏ
使 用电搅 后铸坯 低 倍见 图 １ 。
表 Ｉ
各钢 种 生产 参数
■■ ■
ｉ ｒ ｖｎ ｎｅ ｎ ｌｑ ｌｔ ｆｓ ｅ ｉ ｌｓｅ ｌｔ ｅ ｈ ｏ ｌｎ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔｗｅ ｅ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｍｐ ｏ ｉｇ ｉ ｔｒ ａ ｕａｉｙ ｏ ｐ ｃａ ｔ ｅ ｏ ｍｅ ｔｔ ｅ ｒ ｌｉ ｇ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ．
Ｋｅ ｏ ｄ Ｃｏ ｔ ｕ ｕ ａ ｔ ｇ Ｂ ｌ ｔ Ｍｏ ｌ Ｅ ｅ ｔ — ｇ ｅ ｉ ｔ ｒｎ ｙＷ ｒ ｓ ｎ ｉ ｏ ｓ Ｃ ｓｉ ｉ ｅ ｎ ｎ ｌ ｕｄ ｌ ｃｒ － ｎ ｔ Ｓ ｉ ｉ ｇ ｏ ｍａ ｃ ｒ
电磁搅拌技术在合金钢连铸机中的研究与应用
电磁搅拌技术在合金钢连铸机中的研究与应用张秀荣(特殊钢厂)摘 要:介绍了电磁搅拌工艺技术的工艺流程和工艺原理,通过试验确定电磁搅拌应用优越性,使用后获得了良好冶金效果,铸坯质量显著提高。
关键词:合金钢连铸 电磁搅拌装置 组织 质量0 前言特殊钢厂第二连铸车间是2002年建成投产的合金钢连铸车间,主要生产优质结构钢、合金结构钢、齿轮钢、轴承钢、锚链用钢等特殊钢种,年生产能力为40万t 。
随着连铸生产技术的不断发展,对铸坯质量的要求也越来越高。
提高合金钢市场竞争力,尤其是轴承钢、齿轮钢、R4级海洋系泊链钢等特殊钢中的市场占有份额和知名度,已经成为合金钢连铸生产过程中的最重要问题之一。
电磁搅拌技术的开发研究应用势在必行,它是提高连铸坯质量的重要保证手段。
电磁搅拌技术是改善金属凝固组织,提高产品质量的有效手段。
自20世纪60年代以来,电磁搅拌(E M S)作为一项新技术在世界主要发达国家开始应用于连铸生产中,我国自20世纪70年代初开始研究此项技术,至今已取得较大突破。
因此合理采用E M S 技术能有效细化铸坯晶粒,减少中心偏析和中心疏松,大大提高等轴晶率,并最终提高合金钢连铸坯的质量和成材率。
1 技术研究1.1电磁搅拌安装工艺流程图图1 电磁搅拌安装工艺流程作者简介:张秀荣(1977-),女,2000年毕业于山东广播电视大学机械设计与制造专业。
现为特殊钢厂炼钢检修车间机械工程师,主要从事设备技术管理工作。
1.2 旋转磁场电磁搅拌线圈主要技术参数(表1)表1 旋转磁场电磁搅拌线圈主要技术参数结晶段型号:DJ M R-2630W 凝固末端型号:DJ FR -2630视在容量:436kVA 视在容量:400kVA 线电压:420V 线电压:420V 电流:600A 绝缘等级:F 级电流:550A 绝缘等级:F 级频率:2~4.5H z频率:8~16H z铜套中心磁感应强度幅值 500GS内圈中心磁感应强度幅值 600G S冷却水压力:0.3~0.7M Pa 冷却水压力:0.3~0.7M Pa 冷却水流量:24m 3/h 冷却水流量:24m 3/h 外型尺寸:外径 1120mm 、内径 740mm 、高530mm外型尺寸:外径 780mm 、内径 460mm 、高760mm1.3 工艺原理电磁搅拌技术是为了改善铸坯质量,其原理为:当连铸坯(导体)经过电磁搅拌器(运动着的磁场)时,在铸坯内产生感应电流,此感应电流与运动磁场相互作用,在铸坯内产生电磁力,此电磁力可以对铸坯内的液体搅拌。
电磁搅拌在钢水连铸中的应用
电磁技术在连铸中的应用摘要：介绍了电磁技术的产生及发展,以及电磁技术在连铸过程中的应用,包括电磁搅拌、电磁制动、软接触电磁连铸技术，总结了前人的研究，分析了电磁连铸的优点与不足，以便连铸工作者们参考。
关键词：电磁搅拌连铸1 前言19世纪以来，钢铁工业出现了最重要的三大技术，连续铸钢就是其一。
连续铸钢工艺的出现带来了节能降耗，降低生产成本，减轻环境负荷，提高金属收得率，实现连铸连轧短流程生产工艺，还能净化钢液、改善铸坯的组织、细化晶粒、提高钢材成品的质量[1-2]。
目前世界上先进国家的钢铁连铸比几乎达到的100%，我国的钢铁企业总体连铸比也达到了95%以上[3]。
刚成形的连铸坯要喷水冷却，在运动过程中具有很长的液相穴凝固过程，受钢水运动和传热两个基本物理现象所控制。
液相穴钢水对流运动对减轻成分偏析、改善凝固组织和消除过热度有重大影响[4]。
对钢材质量要求日益严格的今天，炼钢技术也日益提高,作为提高钢材生产率的辅助手段，可以控制钢液流动状态的电磁力在冶金中得到越来越广泛的应用[5]。
电磁流体力学(MHD)是电磁冶金理论的基础，它的发展，带动了电磁连铸技术在冶金工业中的应用和发展。
电磁搅拌最早应用于钢铁的连铸工艺中[6]，主要是由于熔融金属是电的良导体，在磁场和电流作用下，金属熔体产生电磁力，利用电磁力就可以对熔融金属进行非接触性搅拌、传输和形状控制。
电磁冶金技术具有能量的高密度性和清洁性、优越的响应性和可控性、易于自动化以及能量利用率高等特点，被广泛地应用于冶炼、精炼、铸造、连铸、钢水的检测等领域，并已在许多领域取得了重大进展[7]。
在冶金中应用电磁场力，一是应用电磁感应热，如熔炼金属;二是应用其搅拌力以改善材料的性能[8-9]。
2 电磁搅拌2.1 电磁搅拌简介电作用产生电磁力，该电磁力推动钢水运动，从而控制铸坯的凝固过程，达到增大等磁搅拌的实质是借助借助在铸坯液相穴中感生的电磁力，强化钢水的运动[10]。
末端电磁搅拌参数对帘线钢72A铸坯中心碳偏析的影响
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｆ．ＥＭＳ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃａｒｂｏｎ Ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｓｔ Ｂｌｏｏｍ ｏｆ Ｔｙｒｅ—ｃｏｒｄ Ｓｔｅｅｌ ７２Ａ
Ｘｉｅ Ｗｅｎｘｉｎ ａｎｄ Ｘｕ Ｘｉａｏｈｏｎｇ （Ｊｉａｎｇｙｉｎ Ｘｉｎｇｅｈｅｎｇ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ Ｌｔｄ，Ｊｉａｎｇｙｉｎ ２１４４００）
特殊钢 SPECIAL STEEL 2010,31(1)
参考文献(2条)
1.张宏丽;贾光霖;王恩刚 电磁搅拌改善铸坯内部质量的实验研究[期刊论文]-东北大学学报 2001(03) 2.吴夜明;姚留枋 电磁搅拌对铸坯化学成分偏析影响机理[期刊论文]-特殊钢 1999(03)
本文读者也读过(10条) 1. 赵立华.蒋毅.高丽凤.邸永田.薛正学.Zhao Lihua.Jiang Yi.Gao Lifeng.Di Yongtian.Xue Zhengxue 浅析 XGLX82A帘线钢夹杂物的控制[期刊论文]-河北冶金2010(5) 2. 曹红福 连铸复合电磁搅拌对低碳钢碳偏析的影响[期刊论文]-特殊钢2010,31(2) 3. 陶建军.朱惠刚.吴小林.Tao Jianjun.Zhu Huigang.Wu Xiaolin 碳偏析和残余B对20CrMnTiH1齿轮钢淬透性的影 响[期刊论文]-特殊钢2007,28(5) 4. 朱惠刚.缪新德.陶建军.任振海.ZHU Huigang.MIAO Xinde.TAO jianjun.REN Zhenhai 连铸方坯末端电磁搅拌工 艺实践[期刊论文]-连铸2007(6) 5. 张广军.彭继承.张学诚.战东平.姜周华.Zhang Guangjun.Peng Jicheng.Zhang Xuecheng.Zhan Dongping. Jiang Zhouhua 齿轮钢铸坯碳偏析的改善[期刊论文]-特殊钢2010,31(3) 6. 宋保柱.刘宏玉.杜雪峰.程辉.杨洋.王洪利.SONG Bao-zhu.LIU Hong-yu.DU Xue-feng.CHENG Hui.YANG Yang. WANG Hong-li 帘线钢盘条晶界渗碳体腐蚀方法研究[期刊论文]-金属制品2010,36(5) 7. 朱志远.宁林新.王国连.ZHU Zhi-yuan.NING Lin-xin.WANG Guo-lian 板坯氢含量控制和中心碳偏析改善研究 [期刊论文]-钢铁2006,41(10) 8. 牛锡云.刘树海 电磁搅拌对高碳钢小方坯质量的影响[会议论文]-2007 9. 李国忠.陈峰.陈伟庆.冯军.惠荣.LI Guo-zhong.CHEN Feng.CHEN Wei-qing.FENG Jun.HUI Rong M-EMS 对中碳 钢连铸方坯碳偏析的影响[期刊论文]-炼钢2008,24(1) 10. 赖朝彬.辛博.陈伟庆.吕瑞国.吴绍杰.LAI Chao-bin.XIN Bo.CHEN Wei-qing.LV Rui-guo.WU Shao-jie 连铸板 坯二次枝晶臂间距对中心碳偏析的影响[期刊论文]-炼钢2009,25(4)
方坯连铸凝固末端电磁搅拌工艺优化的数值模拟
方坯连铸凝固末端电磁搅拌工艺优化的数值模拟苏旺;姜东滨;罗森;朱苗勇【摘要】利用ANSYS和CFX软件建立了描述160 mm×160 mm方坯连铸凝固末端电磁搅拌过程的数学模型.通过确立钢液黏度与温度的定量关系,考虑凝固时钢液黏度的重要影响,研究了方坯凝固末端糊状区磁场和流场的分布,以及电流强度对凝固前沿钢液最大搅拌速度的影响规律.结果表明:搅拌电流强度每增加100A,铸坯中心磁感应强度增加250×10-4T,切向电磁力增加1 933 N/m3,最大流速增加6.9 cm/s.现场实验检验结果表明:60#钢凝固末端电磁搅拌器安装位置处液芯半径为34.4 mm,最佳电磁搅拌频率为6 Hz,最佳搅拌电流为380 A,此时凝固前沿最大流速为16.5 cm/s,铸坯中心碳偏析得到明显改善,中心碳偏析指数为1.04.【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(034)005【总页数】6页(P673-678)【关键词】方坯连铸;末端电磁搅拌;电磁场;流场;数值模拟【作者】苏旺;姜东滨;罗森;朱苗勇【作者单位】东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110819;东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110819;东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110819;东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TF777.3高碳钢中心偏析和缩孔是影响铸坯质量的主要因素之一.凝固末端电磁搅拌是解决这一问题的有效方法之一.合适的末端电磁搅拌器的安装位置和搅拌强度对改善铸坯中心偏析至关重要［1］.李建超等［2］对82B 钢280 mm ×380 mm 大方坯凝固末端电磁搅拌的电磁场进行模拟，得出不同电流下磁场的变化规律，并采用实验分析铸坯横截面碳偏析的方法，确定了最佳电磁搅拌参数；林顺才等［3］通过ANSYS 软件对82B 钢160 mm×160 mm 方坯末端电磁搅拌电磁场进行模拟，并采用经验公式计算凝固前沿钢液流动速度，确定了搅拌电流强度.事实上，连铸坯凝固末端的电磁搅拌过程十分复杂，电磁场和钢液流动相互作用，凝固末端因钢液温度变化其黏度变化很大.而目前针对末端电磁搅拌电磁场以及末端电磁场与流场的耦合研究很少，大部分研究局限于采用经验公式来计算凝固前沿速度［4-5］.本文采用ANSYS 和CFX 软件，建立了描述某钢厂160 mm×160 mm 方坯末端电磁搅拌过程的数学模型，考察了电磁场和流场的分布规律，并采用现场工业试验分析了不同末端电磁搅拌工艺对铸坯中心碳偏析的影响，最终确定了适合该铸机连铸生产的最佳末端电磁搅拌工艺参数.1 数学模型考虑到末端电磁搅拌过程中电磁场和流场耦合问题的复杂性，在建立数学模型时，本文作如下假设:末端电磁搅拌器所用频率在10 Hz 左右，属于磁准静态场，忽略位移电流；电磁搅拌过程中磁Reynold 准数很小［6］，约为0.01，忽略钢液流动对电磁场的影响；末端流动为稳态不可压缩流动，时变电磁力用时均值代替；糊状区钢液密度和电导率均按常数处理；认为糊状区钢液与凝固坯壳导磁率等同于真空导磁率；凝固末端糊状区按均一黏稠性液体考虑.1.1 电磁场控制方程空间电磁场的分布由Maxwell 方程组(式(1)～式(3))［7］和本构方程描述(式(4)和式(5)).对于本文中的磁准静态场，Maxwell 方程组的微分形式表述如下:式中:E 为电场强度，V/m；B 为磁感应强度，T；H为磁场强度A/m；j 为电流密度，A/m2；t 为时间，s；μ 为磁导率，H/m；σ 为电导率，单位S/m.计算过程中电磁力采用时均值:电磁场边界条件:磁力线平行边界条件，即在空气单元外侧没有磁场存在.采用商业有限元分析软件ANSYS 12.0，对建立的凝固末端电磁搅拌有限元模型进行计算，模型中划分单元数为350 000，如图1 所示.搅拌器内外径分别为380，780 mm，高度630 mm，搅拌器绕组为克兰姆绕组，在12 个绕组上分别加载三相交流电，各相电相位相差120°.图1 末端电磁搅拌模型Fig.1 The final electromagnetic stirring model1.2 流场控制方程流体流动行为由质量守恒定律和动量守恒定律描述.质量守恒定律:动量守恒定律:式中:ρ 为密度，kg/m3；ui(uj)为xi(xj)方向上的速度分量，m/s；xi(xj)为不同坐标方向，m；p 为压强，Pa；μc为层流黏度，Pa·s；Fi为xi方向时均电磁力分量，N/m3；μt为湍流黏度系数，由低Re 数k-ε 模型计算确定［8］.要准确预测固液界面前沿钢液的流动，需要对连铸坯凝固过程中糊状区的黏度进行精确确定.然而糊状区的黏度很难测定，因此本文根据黏度与温度的关系式来推算黏度曲线.糊状区的钢液含有已凝固的枝晶和未凝固的钢液，流动性差，因此将其假设为黏性很高的液体.本文分别采用ANSYS 和CFX 计算电磁场和流场，研究发现当电磁力达到4 000 N/m3，黏度约27 Pa·s 时，糊状区的流速在1.0 mm/s 以下.因此，可将此时糊状区的流动近似为静止状态，将黏度设定为钢液在固相线温度时的黏度.黏度与温度之间的经典关系式可表示为式中Eη是液体黏性流动活化能［9］.由式(9)和过热度为50 ℃时60#钢的黏度和固相线的黏度［9］，可以回归出该钢种黏度随温度变化的关系式:用式(10)计算1 600 ℃时钢液的黏度为0.001 9 Pa·s，与文献［10］的0.002 Pa·s 非常接近.本文采用凝固传热二维切片模型，在现场二冷区冷却条件下，计算连铸坯进入搅拌器时糊状区的平均温度，利用式(10)来计算60#钢的固液糊状区的黏度.模型采用有限体积法离散流动控制方程，电磁力以源项形式加入，采用CFX 有限体积软件计算凝固末端钢液流场.流场边界条件:由于在凝固末端糊状区钢液与铸坯坯壳几乎为相对静止状态，所以设定凝固前沿壁面设定为无滑移边界；糊状区钢液相对静止，设定进出口面为自由表面.2 模拟结果与讨论2.1 电磁场图2 为搅拌器中心磁感计算结果和现场测量值比较，从图中可以看出，计算值和测量值吻合很好，且中心磁感强度与电流基本成线性关系，电流每增加100 A，磁感强度增加约250 ×10-4 T.图3为铸坯中心轴线方向距搅拌器中心不同位置处磁感应分布.从图中可以看到，搅拌器中心位置的磁感应强度较大，远离搅拌器中心位置磁感强度逐渐衰减.同时铸坯中心轴线上的磁感应强度呈“中间大，两头小”分布特征，这与Trindade 计算结果很相似［11］.图2 搅拌器中心磁场计算结果和测量值比较Fig.2 Comparison of magnetic induction intensities calculated and measured value in the center of stirrer 图4 为电流360 A 和频率6 Hz 时，铸坯中心横截面电磁力分布矢量图.从图中可以看出，电磁力呈周向分布，且在铸坯凝固前沿最大，离铸坯中心越近，电磁力越小.同时铸坯横截面的电磁力形成力偶，驱动钢液顺时针旋转，产生旋转流场，冲刷凝固界面前沿.图5 为不同电流下，搅拌器中心横截面切向电磁力分布.从图中可以看出，最大切向电磁力随着电流的增大而增大，电流从340 A增加到400 A，电磁力从3 700 N/m3 变化到4 860 N/m3.Spizer［12］曾提出切向电磁力与径向距离的关系式Fr=0.5B02(ω-v0/r)σr，并由此得到切向电磁力与径向距离成正比关系，本文模拟结果与Spizer 解析结果规律一致.图3 电流对磁感应强度的影响Fig.3 Variations of the magnetic induction intensity at different current intensities图4 搅拌器中心横界面电磁力分布Fig.4 The distribution of electromagnetic force of central cross section图5 不同电流的切向电磁力分布Fig.5 Variations of the tangential electromagnetic force at different current intensities图6 为电流强度控制在300 A 时，频率对电磁力的影响.频率从6 Hz 增加到8 Hz，电磁力从2 950 N/m3增加到3 916 N/m3.由于搅拌器的额定功率为一个定值，当频率增加时，额定电流大幅度下降.因此优化电流强度对凝固末端电磁搅拌效果较为明显.图6 不同频率切向电磁力分布Fig.6 Variations of the tangential electromagnetic force at different frequencies2.2 流场图7 为电磁搅拌器安装在距离弯月面7.8 m时，搅拌参数为400 A 和6 Hz 条件下，搅拌器中心横界面的流场分布图.从图中可以看出，横截面钢液流场呈涡状，中心速度小，边沿速度较大，切向最大速度达到0.18 m/s.该速度可以有效地打断枝晶搭桥，促进柱状晶向等轴晶的转变，细化等轴晶粒，同时冲刷凝固界面前沿，促进凝固前沿富集溶质向内部扩散，能够有效地将凝固前沿的富碳钢液与中心钢液均匀混合，降低中心碳偏析［13］.图7 搅拌器中心横界面流场Fig.7 Computed flow field of central cross section图8 为搅拌器中心横截面切向速度分布.从图中可以看出，随着径向距离的变化，切向速度先增加后减小，其变化规律与电磁力变化不同.这主要是由于在凝固壁面使用了无滑移边界条件，且糊状区的钢液黏度较大，使旋转流动的钢液在凝固壁面处的层流区较大，从而导致最大搅拌速度并没在凝固前沿，而是在距离凝固界面前沿一段距离.从图中还可以看出，随着电流的增加，横截面各处速度都在增加.图9 是电流强度与速度基本成线性变化规律.电流从300 A 变化到400 A，最大搅拌速度从0.11 m/s 增加到0.18 cm/s.图8 搅拌器中心切向速度分布Fig.8 Distribution of tangential velocity in the stirrer center图9 不同电流下搅拌器中心最大速度Fig.9 The maximum velocity in the stirrer center at different current intensities3 现场检验与分析为进一步验证本模型的准确性和合理性以及黏度与温度关系，本文对方坯凝固末端电磁搅拌进行工业实验.实验条件为60#钢末端电磁搅拌实验方案，共进行5 组实验，拉速控制在1.9 m/min，搅拌器频率控制在6 Hz 不变，电流分别为340，350，360，380，400 A，搅拌方式均为连续搅拌.铸坯取样厚度为20 mm，酸洗观察低倍组织，并采用五点法钻屑取样，取样位置在横截面中心点和对角线1/4处钻孔取屑，进行碳硫分析.图10 为不同电流强度情况下的中心碳偏析指数，从图中可以看出，电流从340 A 增至360 A时，中心碳偏析从1.24 降至1.06.电流升到380 A，中心碳偏析最低点为1.04.根据流场计算，搅拌电流为380 A 和6 Hz 时，铸坯横截面的最大切向速度为0.165 m/s.Hideaki 的研究指出凝固末端的电磁搅拌速度最大值应当控制在0.10～0.20 m/s［14］.因此，本文模拟确定的电磁搅拌电流参数从理论上和实际效果上均反映出合理性.图10 不同电流下铸坯中心碳偏析Fig.10 The center carbon segregation index with different current intensities从图10 还可以看出，在电流小于380 A 时，中心碳偏析随着电流的升高的而降低；电流大于380 A时，中心碳偏析随着电流的升高而增加.可以认为中心碳偏析的这种变化规律主要与凝固末端糊状区的流动情况相关.碳在糊状区扩散速度较慢，若使糊状区碳均匀分布，需依靠钢液流动冲刷凝固前沿，加速凝固前沿富集的碳与糊状区内部碳混合.当电流小于380 A 时，凝固前沿的切向速度较小，搅拌区域产生的二次流较小，溶质的不能充分混合.因此随着电流的增加，电磁力增强，在凝固前沿钢液流动速度加快，高碳的钢液与中心低碳钢液混合，有利于溶质的均匀.当电流增加超过380 A时，随着搅拌电流强度的增加，末端铸坯凝固前沿速度继续增加，在搅拌区域中心处形成较大的低压区.如图11 所示，搅拌器上端和下端钢液在压力的作用下，不断补充到此区域中，在铸坯内部形成的二次流.根据实际情况，搅拌器上部糊状区的钢液比下部的温度高，黏性较小，更容易进入低压区.这样高温钢液容易被抽取进入搅拌区域，与搅拌区低温钢液混合，降低糊状区的过冷度.虽然较大的搅拌电流可以使糊状区的溶质混合更加均匀，但会造成搅拌区钢液温度提高，降低糊状区的过冷度，使在出搅拌器后的冷却过程中，糊状区钢液可能仍然按照未搅拌情况凝固，导致中心缩孔和碳偏析增加.图11 搅拌器中心纵截面压力分布图Fig.11 The pressure distribution of central vertical section(a)—360 A，6 Hz；(b)—380 A，6 Hz；(c)—400 A，6 Hz.4 结论1)提出了60#钢的黏度随温度变化关系式.根据糊状区平均温度计算黏度，模型计算的最大流速与Hideaki 的观点相一致.2)60#钢方坯连铸坯凝固末端电磁搅拌，搅拌电流增加100 A，铸坯中心磁感增加250 ×10-4 T，切向电磁力增加1 933 N/m3，最大流速增加0.069 m/s.3)60#钢在拉速为1.9 m/min、比水量为0.47 L/kg、过热度为25～30 ℃的生产条件下，计算液芯半径为34.4 mm，最佳搅拌参数为380 A 和6 Hz，此时凝固前沿的最大切向速度为0.165 m/s，中心碳偏析为1.04.参考文献：【相关文献】［1］Li J C，Wang B F，Ma Y L，et al.Effect of complex electromagnetic stirring on inner quality of high carbon steel bloom［J］.Materials Science and Engineering A，2006，425(1/2):201 -204.［2］李建超，崔建忠，王宝峰，等.大方坯连铸凝固末端电磁搅拌的数值模拟和试验分析［J］.金属热处理，2007，32(8):69 -71.(Li Jian-chao，Cui Jian-zhong，Wang Bao-feng，etal.Numerical simulation and test analysis of F-EMS for continuous casting bloom［J］.Metallurgy and Heat Treatment，2007，32(8):69 -71.)［3］林顺财，陈伟庆，张森林，等.小方坯凝固末端电磁搅拌的磁场数值模拟［J］.钢铁研究学报，2008，20(12):18 -21.(Lin Shun-cai，Chen Wei-qing，Zhang Sen-lin，et al.Magnetic field numerical simulation of F-EMS in billet continuous casting［J］.Journal of Iron and Steel Research，2008，20(12):18 -21.)［4］Ayata K，Mori T，Fujimoto T，et al.Improvement of macrosegregation in continuously cast bloom and billet by electromagnetic stirring［J］.Transactions ISIJ，1984，24(11):931 -939.［5］Suzuki K，Shinsho Y，Murata K，et al.Hot model experiments on electromagnetic stirring at about crater end of continuously cast bloom［J］.Transactions ISIJ，1984，24(11):940 -949.［6］Chung S I，Shin Y H，Yoon J K.Flow characteristics by induction and gas stirring in ASEA-SKF ladle［J］.ISIJ International，1992，32(12):1287 -1296.［7］Szekely J.Fluid flow phenomena in metals processing［M］.New York:Academic，1979:175 -203.［8］Launder B E，Spalding D B.The numerical computation of turbulent flows［J］.Computer Methodsin Applied Mechanics and Engineering，1974(3):269 -289. ［9］陈襄武.钢铁冶金物理化学［M］.北京:冶金工业出版社，1990:199 -200.(Chen Xiang-wu.Physical chemistry of the iron and steel metallurgy［M］.Beijing:Metallurgical Industry Press，1990:199 -200.)［10］朱苗勇.现代冶金工艺学［M］，北京:冶金工业出版社，2011:156 -157.(Zhu Miao-yong.Modern metallurgy technology［M］.Beijing:Metallurgical Industry Press，2011:156 -157.)［11］Trindade L B，Vilela A C F，Filho A F F，et al.Numerical model of electromagnetic stirring for continuous casting billets［J］.IEEE Transactions on Magnetics，2002，38(6):3658 -3660.［12］Spizer K H，Dubke M，Schwerdtfeger K.Rotational electromagnetic stirring in continuous casting of round strands［J］.Metallurgical Transactions B，1986，17(1):119 -131.［13］Oh K S，Chang Y W.Macrosegregation behavior in continuously cast high carbon steel blooms and billets at the final stage of solidification in combination stirring［J］.ISIJ International，1995，35(7):866 -875.［14］Mizukami K，Komatsu M，Kitagawa K，et al.Effect of electromagnetic stirring at the final stage of solidification of continuously cast strand［J］.Tetsu-to-Hagane，1984，70(2):194 -200.。
电磁搅拌技术在板坯连铸中的应用
（ Steelw orks，Hebei Jingye Group，Pingshan，Hebei，050400） Abstract： It is introduced the principle of electromagnetic stirring technique as w ell as types and application condition of stirrer． After it being used in secondary cooling region of slab continuous casting，w ider isometric crystallographic zone gets in center of slab，central porosity and segregation are reduced，the surface and internal quality of slab improved． Key Words： electromagnetic stirring technique； slab； continuous casting； application
铸机在二冷区应用双辊电磁搅拌器后，铸坯中心获得了较宽的等轴晶带，减少了中心疏松和中心偏析，
改善了铸坯表面及内部质量，取得了较好效果。
关键词： 电磁搅拌技术； 板坯； 连铸； 应用
中图分类号：TF777． 1
文献标识码：B
文章编号：1006 － 5008（2012）05 － 0037 － 02
APPLICATION OF ELECTROM AGNETIC STIRRING IN SLAB CONTINUOUS CASTING
metallurgicresultthreekindsmold搅拌位置冶金效果适应钢种ems增加等轴晶率减少表面和皮下的气孔针孔夹杂物坯壳均匀化改善中心疏松中心偏析低合金钢弹簧钢冷轧钢中高碳钢等ems扩大等轴晶率减少内裂改善中心偏析减少中心疏松和缩孔不锈钢工具钢ems细化等轴晶有效改善中心偏析中心疏松和缩孔弹簧钢轴承钢特殊高碳钢控制系统的组成辊式电磁搅拌控制系统主要由供电变压器及高低压配电ipc逆变电源辊式电磁搅拌器冷却水循环装置及远程监控操作五部分组成图1
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# 35#
连铸方坯末端电磁搅拌工艺实践
朱惠刚 缪新德 陶建军 任振海
( 江阴兴澄特种钢铁有限公司, 江阴 214429)
摘 要 在开发 SW R S82B、GC r15线材过程中, 合理地运用了连 铸方坯末端 电磁搅拌, 并对 凝固末 端位置 的选 择、搅拌电流的选择、拉速对中心碳偏析的影响进行了阐述。 关键词 连铸方坯, 末端电磁搅拌, 中心碳偏析 中图分类号 TF777. 2 文献标识码 B
表 1 铸坯经末端电磁搅拌后低倍组织
炉号
样本数
白亮带范围
( 片样 ) (长 @宽 @带宽 ) ( mm )
缩孔 (级 ) 最小 最大 平均
21129TX 4只
~ 55 @ 60 @ 5
1. 0
4. 0
2. 6
21130TX 4只
~ 60 @ 60 @ 6
0
3. 5
2. 3
21131TX 4只
~ 65 @ 65 @ 6
0
0 2炉 9
0 0 1 炉 4. 5 2炉
9 5炉 22. 7 10 炉 45. 4
采用末端搅拌后
0
0
0
0
0
0
0 0 1 炉 11. 1 0
0 1炉 11. 1 7 炉 77. 8
取样方案: 每炉钢取一片连铸坯片样, 片样上取 分析试样位置见图 2, 其中 C1 为对角线的交点, C2、 C3 分别为 C1 与三个角连线的中点, 用红外碳硫仪测 得各取样点碳数据见表 2。
Practice on F - EM S at a bloom caster
ZHU H u igang, M IAO X inde, TAO jianjun, REN Zhenha i ( Jiangy in X ingcheng Specia l Steel Co., L td., Jiangyin 214429)
从 图 3、图 4 可以看出, 对 GC r15来 说, 方案 A 比方案 B的情况更能减轻中心碳偏析, 在对角线半 径的 1 /2处碳偏析情况也是方案 A 要优于方案 B; 对 82B 来 说, 1. 0m /m in ( 方 案 A ) 拉速的 情况要 比 0. 95m /m in( 方案 B) 的拉速情况更能减轻中心碳偏 析, 在对角线半径的 1 /2 处碳偏析情况两 个方案相 当。
0. 954 0. 981
0. 795
0. 801 0. 766
0. 778 0. 778
0. 777 0. 775
表 3 中心网状 级 % 3. 5级 % 3. 0级 %
出现炉数及所占比例 2. 5 级 2. 0 级 % 1. 5级 %
1. 0级 %
0. 0 级 %
采用末端搅拌前 2 炉 9
2 凝固末端位置的确定
与北京科技大学冶金与生态工程学院合作, 采 用射钉法对 3号连铸机 180mm @ 180mm 方坯在不 同拉速和过热度下的铸坯凝固坯壳厚度进行了测定 和研究。 2. 1 测试原理
连铸机的综合凝固系数、液相穴长度、拉速和铸 坯厚度间存在如下关系: [ 1]
D / 2= K
L v
3 搅拌电流的选择
在 60S i2M n 钢种 上试 验了 4 炉, 采 用了 频 率 18H z, 搅拌电流 150A、200A、250A 3种搅拌参数, 连 铸中间包钢水过热度为 20~ 45e , 拉速均为 1. 1m / m in。结果在 250A 搅拌电流下, 几乎每只铸坯片样 均出现白亮带, 存在较严重的负偏析, 并伴随较严重 的缩孔 (见表 1)。
1引言
随着优特钢技术的不断进步, 钢水的纯净度得 到了很大的提高, 但是高碳钢低倍质量, 尤其是中心 碳偏析成了品种开发的制约因素, 江阴兴澄特种钢 有限公司第三炼钢厂拥有 3座 40t偏心底出钢电弧 炉, 3座 40t钢包精炼炉, 2座 VD 炉, 2台 R 8m 连铸 机, 设备及工艺相对落后。 2006年 初, 第三炼钢厂 在 3号连铸机上装备了末端电磁搅拌器, 成功地开 发了钢缆线 ( SWRS82B ) 、GC r15线材, 本文针对末 端电磁搅拌的应用过程进行阐述, 着重对减轻中心 碳偏析进行探讨。
0
4. 0
2. 6
21132TX 4只
~ 70 @ 70 @ 6
0
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1. 8
4 拉速对中心碳偏析的影响
在 GC r15、82B 钢种 上, 各 试验 6 炉: GC r15 按 0. 85m /m in(方案 A) 与 0. 90m /m in( 方案 B) 两种拉 速进行对比, 82B 按 1. 0m /m in( 方案 A ) 与 0. 95m / m in( 方案 B) 两种拉速进行对比, 连铸中间包钢水 过热度为 20~ 30e , 二冷比水量为 0. 42L /kg, 搅拌 频率 18H z, 搅拌电流 250A, 搅拌周期 12s。
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连
铸
2007年第 61期
方案
A B
表 2 各取样点碳数 据
%
样本数 ( 片样 )
6 6
GC r15
8 2B
成品碳平均值 C 1 点碳平均值 C 2点碳平均值 C 3点碳平均值 成品碳平均值 C 1点碳平均值 C 2 点碳平均值 C 3点碳平均值
0. 962
0. 998 1. 02
0. 952 0. 957
其中 D 为连铸坯厚度 /mm, K 为铸机综合凝固
系数 /mm /m in1 /2; L 为液 相穴长度 /m; v 为拉速 /m /
m in。
共射钉 48次。
由公式 D / 2= K
L v
得到了
82B、GC r15的综合凝
固系数是 28 ~ 32mm /m in1 /2, 根据末端 电磁搅拌 一 般安装在固相率 f S = 0. 7~ 0. 8, 即液相穴末端剩余 液相率 fL = 0. 2~ 0. 3的位置 [ 2] , 从而确定了 3号连 铸机末端电磁搅拌的安装位置。
ABSTRACT F - EM S techno logy w as app lied for SWRS82B and GC r15 stee l production in a b loom caster at Jiangy in X ingcheng Spec ial Stee l Co., L td. E ffects o f end so lid if ication position, stirring current and casting speed on the b loom cen tra l carbon segregation w ere d iscussed. KEY WORDS b loom cast ing, F - EM S, central carbon segregat ion