連鑄生產(chǎn)中的電磁攪拌技術(shù)

1、連鑄生產(chǎn)中的電磁攪拌技術(shù)連鑄生產(chǎn)中的電磁攪拌技術(shù)隨著連鑄技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，連鑄坯的質(zhì)量越來越受到重視。近年來，超純凈鋼的開發(fā)和應(yīng)用對鑄坯的質(zhì)量、凝固組織和成分均勻化提出了更高的要求。電磁攪拌技術(shù)對提高鑄坯的等軸晶率、細(xì)化凝固組織、降低夾雜物含量并促進(jìn)成分均勻化、改善鑄坯內(nèi)部、表面和次表面質(zhì)量具有重要作用。1.電磁攪拌的工作原理電磁攪拌的工作原理十分簡單，如同由兩相或三相電流驅(qū)動(dòng)的、能產(chǎn)生交變磁場的線性感應(yīng)馬達(dá)。電流發(fā)生相變時(shí)，磁場從一極

2、到達(dá)另一極，并同時(shí)產(chǎn)生電磁推力，將液態(tài)鋼水向磁場運(yùn)動(dòng)的方向推動(dòng)。這樣，可以通過電流相位變化來選擇方向，也可以通過電流密度和頻率來調(diào)整推力大小。2.電磁攪拌裝置2.1電磁攪拌裝置的分類電磁攪拌裝置可分為水平旋轉(zhuǎn)攪拌器和線性攪拌器兩大類。而線性攪拌器又可細(xì)分為垂直、水平線性攪拌器。水平旋轉(zhuǎn)攪拌器圍繞鑄流設(shè)置，其運(yùn)轉(zhuǎn)象一個(gè)異步旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子，驅(qū)動(dòng)鋼液水平旋轉(zhuǎn)，多用于園坯、方坯和小矩形坯。垂直線性攪拌器靠近鑄流側(cè)，其運(yùn)轉(zhuǎn)象一個(gè)線性異步電機(jī)的定子

3、，鋼水沿垂直方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，適合于大斷面的矩形坯；水平線性攪拌器安裝在鑄坯側(cè)，其運(yùn)轉(zhuǎn)象一個(gè)平直定子，在板坯內(nèi)弧側(cè)熔池內(nèi)產(chǎn)生水平方向的磁場，推動(dòng)鋼水運(yùn)動(dòng)。2.2電磁攪拌裝置的布置電磁攪拌裝置的布置位置有四種∶中間包加熱用電磁攪拌(H—EMS)、結(jié)晶器電磁攪拌(M—EMS)、冷卻段電磁攪拌(S—EMS)和凝固段電磁攪拌(F—EMS)。H—EMS∶使連鑄過程中鋼水的過熱度保持在30~40攝氏度，其突出特點(diǎn)是利用非金屬夾雜物與金屬液之間導(dǎo)電性的差

4、異，實(shí)現(xiàn)兩者的分離。1996年日本川崎制鐵水島廠在澆鑄不銹鋼時(shí)采用了此技術(shù)，生產(chǎn)的鑄坯總氧含量低于0.001%，比采用傳統(tǒng)中間包生產(chǎn)的鑄坯減小2倍，夾雜物減少一半，不銹鋼熱軋和冷軋板卷缺陷減少了60%；MEMS∶一般安裝在結(jié)晶器下部，用于減少表面缺陷、皮下夾雜物、針孔和氣孔，改善凝固組織，降低表面粗糙度，增加熱送率，擴(kuò)大鋼種。適合于冷軋鋼、彈簧鋼、半鎮(zhèn)靜鋼等鋼種的澆鑄；70年代，法國冶金研究院(IRSID)首次在方坯連鑄機(jī)上進(jìn)行了線性電

5、磁攪拌技術(shù)的工業(yè)性試驗(yàn)，使硅鋁鎮(zhèn)靜鋼的皮下質(zhì)量得到了改善。隨后，園坯連鑄的旋轉(zhuǎn)攪拌技術(shù)的研究取得了突破性進(jìn)展。1973年世界首臺板坯連鑄機(jī)二冷段電磁攪拌器在新日鐵君津廠投入使用。同年，法國冶金研究院(IRSID)在西德Eillingen廠的板坯連鑄機(jī)上也使用了電磁攪拌技術(shù)。1977年ASEA提出輥后箱式攪拌的設(shè)想，安裝在鑄流奧氏鋼支持輥后面，沿拉坯方向攪拌鑄流。適用于輥?zhàn)虞亸叫?，攪拌器與板坯的距離小于250毫米的連鑄機(jī)。后來，日本神戶鋼

6、鐵公司在弧形板坯連鑄機(jī)上安裝了直線型電磁攪拌器，新日鐵用結(jié)晶器電磁攪拌裝置(M—EMS)控制鋼液流動(dòng)，大幅度提高了表面質(zhì)量及合格率；鑄坯初期凝殼厚度均勻，因縱裂而引發(fā)的拉漏事故明顯減少。MEMS的原理是∶在結(jié)晶器內(nèi)板坯后方設(shè)置直線運(yùn)動(dòng)式傳感器(Linearinducto)，產(chǎn)生能罩住整個(gè)鑄坯寬度的平行、穩(wěn)定移動(dòng)磁場，以驅(qū)動(dòng)結(jié)晶器內(nèi)彎月面附近的鋼水沿著水平方向旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。現(xiàn)在，新日鐵的板坯連鑄機(jī)上幾乎全部采用了這類M—EMS新裝置。旋轉(zhuǎn)式結(jié)

7、晶器電磁攪拌技術(shù)由新日鐵(NipponSteel)于1981年開發(fā)，廣泛用于新日鐵(NSC)連鑄機(jī)上和神戶鋼(Kobe)Kokogawa的3號連鑄機(jī)上。鋼液的轉(zhuǎn)動(dòng)靠安裝在結(jié)晶器寬邊銅板頂部的2個(gè)水平的攪拌器產(chǎn)生的攪拌實(shí)現(xiàn)，目的在于降低鋼液溫度梯度，有利于鑄坯凝固殼體的均勻生成，并可減少針孔、氣孔和夾雜類的皮下缺陷。目前針對結(jié)晶器上采用旋轉(zhuǎn)電磁攪拌有不同的觀點(diǎn)∶新日鐵認(rèn)為只有將攪拌器安裝在高位，彎月面處才能獲得改善質(zhì)量的效果。Daniel

8、i提出將電磁攪拌器放在結(jié)晶器的中間高度的觀點(diǎn)。這使結(jié)晶器結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)相比，新日鐵較為簡單。20世紀(jì)80年代，日本川崎和瑞典ASEA開發(fā)了結(jié)晶器電磁制動(dòng)裝置。90年代，間歇攪拌器和多頻攪拌器相繼開發(fā)，這標(biāo)志電磁攪拌技術(shù)的發(fā)展和成熟。隨著技術(shù)的進(jìn)步，開發(fā)了組合式電磁攪拌器裝置，與單一的攪拌工藝相比，在改善鑄坯質(zhì)量、減少中心偏析的效果更好。1991年日本鋼管(NKK)引進(jìn)了鋼水能加速或減速離開浸入式水口(SEN)的EMLSEMLA(電磁液面減速

9、電磁液面加速)工藝，還能使結(jié)晶器彎月面處或彎月面下鋼水旋轉(zhuǎn)的EMRS。電磁減速電磁加速是一種專為拉速超過1.8米分的連鑄機(jī)設(shè)計(jì)攪拌系統(tǒng)，此系統(tǒng)由日本鋼管(NKK)公布的。這種多模式的電磁攪拌(MM—EMS)采用4個(gè)線性攪拌器，位于浸入式水口(SEN)的兩邊，兩兩并排安裝在結(jié)晶器寬面支撐板的后面。它們對通過SEN的鋼液進(jìn)行減速或增速(EMLSEMLA)。目的在于對彎月面處鋼水流動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化控制。日本鋼管(NKK)的數(shù)據(jù)顯示，對彎月面處鋼水流