辊式电磁搅拌器的试验与应用

辊式电磁搅拌器的试验与应用

发表日期：2007-4-10 阅读次数：423

摘要：阐述了武钢第二炼钢厂辊式电磁搅拌器的结构与原理。通过对电磁搅拌安装位置、电流强度、频率等参数的选择，确定了电磁搅拌最佳的工艺参数，同时经过一年多的应用表明，该辊式电磁搅拌器可以明显改善铸坯的凝固组织，提高铸坯的内部质量。

关键词：辊式电磁搅拌；等轴晶率；负偏析率；白亮带

武汉钢铁集团公司第二炼钢厂于2004年在对2号板坯连铸机进行高效化改造的同时，为满足中厚板及硅钢的生产要求，配套引进了法国罗德瑞克公司(ROTELEC)的辊式电磁搅拌装置。该装置于2004年6月24日完成安装、调试工作，并于当日在碳素钢上进行了设备试运行。经过多轮试验，确定了二对电磁搅拌器安装的最佳位置、搅拌频率、电流和搅拌模式，能满足中厚板、硅钢及其它需要电磁搅拌钢种的生产要求。经过一年多的生产，该装置运行正常，具有可靠性高、维护方便等优点。

1 辊式电磁搅拌装置简介

1.1 结构特点

辊式电磁搅拌器又称安装在支承辊内的电磁搅拌器，电磁搅拌器本体感应器线性马达制成辊状形式，安装在无磁性高强度的不锈钢支承辊外套内，支承辊外套直径不小于240mm，厚度25～30mm，其几何特征与常规的连铸机支承辊一样，但辊子的外表面应加工成螺线型凹槽，以限制由于热应力而产生的裂纹和变形。其本体线性马达为固定不动的行波磁场感应器，在加厚的不锈钢外套与辊心间保持动配合间隔，使外套可随铸坯移动而自由转动。感应器由带有2个极的双相绕组和磁铁芯组成。电接头和冷却水由辊子的两端接入接出。使用这种电磁搅拌器，不会干扰原有的二冷气雾冷却系统，感应器与铸坯面很近，故电工效率较高。同时可方便地对安装位置进行优化调整，电磁搅拌器结构见图1。

图1 辊式电磁搅拌器结构图

1.2 辊式电磁搅拌装置的技术参数

辊式电磁搅拌器辊径240mm，辊长1700mm，每个辊重约700kg。冷却水用量每个辊11m3/h。共有4个电磁搅拌辊，2个为一组成对配置在铸流弯曲段、弧线段内外弧的某一位置。感应器为二相直线型，有2个极，每相最大电流400A，频率为2～5Hz。搅拌类型为：三环/双蝶，如图2所示。搅拌模式可以选择连续和交替。搅拌断面为210～250mm×700～1600mm。

图2 搅拌类型

2 试验方法

2.1 铸机主要工艺设备参数

武钢第二炼钢厂改造后的2号连铸机由奥钢联(VAI)提供基本设计，连铸机主要工艺设备参数如下。

机型：直弧形连续弯曲/连续矫直；

结晶器：直形，长900mm；

结晶器振动：液压正弦/非正弦振动；

有效垂直长度：2156mm；

弧形半径：8m；

冶金长度：24.9m；

引锭杆送入：下装；

二冷系统：气雾冷却、动态控制；

断面尺寸：210、230、250mm×700～1600mm；

拉速：0.8～1.5m/min。

2.2 工艺条件

试验过程中的工艺条件如下。

试验钢种：合金中碳钢、中碳钢、高碳钢、电工钢；

过热度：≤35℃；

断面：210㎜×1000、1050、1100、1200、1300mm；

拉速：0.75～1.5m/min；

二冷：按钢种要求分别用强冷、中冷、弱冷等冷却方式；

铸机辊缝：静态或动态软压下控制；

保护渣：按钢种要求分别使用XLC-1、DK-2、BRK-CDl、XLZ-18等。

2.3 试验方案

运用正交试验设计方法对2对EMS的安装位置、EMS电流、频率、搅拌模式进行多因素、多水平正交试验设计，设计了正交实验表L16(45)(见表1)，确定多种方案进行试验。根据试验结果确定最优方案，再在最优方案上进行多次重复试验，确认试验结果和方案。

表1 正交试验设计方案表

2.4 冶金效果的评定

为了评价辊式电磁搅拌装置，根据方案表试验了16个浇次，每浇次6～10炉，每炉取1～2个横断面试样，尺寸为断面乘以70～90mm。试验样经加工后，用快速冷蚀方法进行检验。根据试验样冷蚀结果，对等轴晶率、中心偏析、负偏析率、白亮带级别等项目进行评定。

3 试验及应用结果

经过16次150炉钢的试验，对其结果进行了方差分析，最终确认了最优方案(见表2)，并进行扩大试验和生产应用。截至2005年5月底，辊式电磁搅拌钢产量12万t，占铸机产量的17.67％。经抽样检查分析，生产的铸坯等轴晶率、中心偏析、负偏析率以及白亮带评级等指标都达到当初的目标，后工序未见铸坯质量异常问题，也未出现质量异议等问题，能满足市场需求。

表2 最优试验方案

3.1 等轴晶率

将晶粒的长度和宽度的比值小于3的晶粒层定为等轴晶带，晶粒的长度和宽度的比值大于3的晶粒层定为柱状晶带。以板坯宽度方向从一边起的1/4、1/2(中心)、3/4位置测定等轴晶率，再以这3个值的平均值确定为该试验样的等轴晶率。各钢种的测试结果列于表3，图3为铸坯横断面低倍组织照片。

表3 各钢种筹轴晶率

图3 铸坯横断面低倍组织照片

3.2 铸坯中心偏析、负偏析率、白亮带评级

中心偏析分0、1、2、3级4个级别进行判定，0级为最轻级，3级为严重级，它相当于我国标准的0、C、B、A级。用快速冷蚀方法确认白亮带位置(负偏析位置)，从铸坯宽度方向1/4、1/2(中

心)、3/4处的自亮带区域的中心部位钻取试样做碳分析，求出1/4、1/2(中心)、3/4处3点的负偏析率，以其单片平均值作为该试样的负偏析率。白亮带评级分0、1、2、3级4个级别进行，0级为最轻级，3级为严重级。

根据试验及试生产所取试验样的快速冷蚀检验结果，对铸坯中心偏析、负偏析率、白亮带评级作了部分统计，结果见表4。

表4 中心偏析、负偏析率、白亮带评级

4 结语

(1)根据试验和应用的情况，武钢第二炼钢厂2号机辊式电磁搅拌装置运行正常，电搅的铸坯内部质量提高，等轴晶率、中心偏析、负偏析率和白亮带级别都能满足产品的要求。

(2)辊式电磁搅拌装置的安装位置、电流、频率以及搅拌模式是影响等轴晶率的重要因素。

(3)辊式电磁搅拌装置对二冷系统不干扰，可根据需要在条件允许的情况下，对安装位置进行调整，这是辊式电磁搅拌装置的一大优点。

(4)在电流、频率一定的条件下，辊式电磁搅拌装置的安装位置对冶金效果起关键作用。经过16次试验，最终确认，第一对辊式电磁搅拌装置安装在第1个扇形段处，第二对辊式电磁搅拌装置安装在第2个扇形段处；搅拌频率5Hz；搅拌电流400A；搅拌模式为三环/连续的组合冶金效果最好。