内置式电磁搅拌结晶器在线快速更换解决方案

内置式电磁搅拌结晶器在线快速更换技术，是重庆钢铁股份有限公司炼钢厂的一项发明专利（专利号：200620111638），本文简要介绍了实现内置式电磁搅拌结晶器在线快速更换的技术难点及解决方案。该技术在重钢炼钢厂1#、5#连铸机上已成功使用多年，为企业创造了显著的经济效益，在钢铁冶金企业方坯或圆坯连铸机极具推广价值。

结晶器电磁搅拌对475 mm特厚板坯表层大颗粒夹杂物控制研究

特厚板坯已成为基础建设所依赖的重要钢铁材料,广泛应用于军用和民用领域。铸坯表层大颗粒夹杂物是影响铸坯质量的关键因素之一。在475 mm特厚板坯连铸生产过程中,为探究结晶器电磁搅拌(M-EMS)对铸坯表层夹杂物的影响,进行有M-EMS和无M-EMS的对比试验。采用无水电解法提取试样中的大颗粒夹杂物,计算其数量密度和质量密度。结果表明,与无M-EMS时相比,有M-EMS时铸坯表层各尺寸夹杂物质量密度和数量密度均明显减小,其中,尺寸大于150μm的大颗粒夹杂物减少幅度最大,质量密度由3.817 mg/kg减小至1.511 mg/kg,表明M-EMS能有效控制特厚板坯表层大颗粒夹杂物。对夹杂物进行成分分析,结果表明,夹杂物的来源可能是生产过程中产生的脱氧产物(Al_(2)O_(3)-SiO_(2)或单一的Al_(2)O_(3))、浇注过程中卷入的保护渣(含有Na_(2)O)以及由于钢水冲刷落入钢液中的耐火材料。

宽厚板结晶器电磁搅拌的设计与运用

由于宽厚板对结晶器稳定性的高要求,原有结晶器电磁搅拌技术已难以满足生产宽厚板的要求。为此在宽厚板上采用分段式铁芯磁路设计能增强结晶器水箱的强度和使用稳定性要求。通过数值模拟的方法,对宽厚板铁芯分段式结晶器电磁搅拌的磁路结构进行计算和设计,考察了铁芯饱和尺寸和最大电流作用下的结晶器内磁场分布特征。通过一年的使用数据,使用宽厚板电磁搅拌、厚板探伤降级率、厚板夹渣降级率、厚板气泡降级率及热轧卷渣封锁率都有显著的下降,表面质量改善较好。

IF钢板坯结晶器电磁搅拌数值模拟与工艺实践

针对高拉速IF钢铸坯夹杂与气泡缺陷封闭率偏高的问题,通过数值模拟研究了水口浸入深度和拉速对结晶器流场的影响,结果表明,在结晶器电磁搅拌电流为600 A、频率3.5 Hz工况下,随着拉速增高,自由液面活跃指数呈现先增大后减小再增大的趋势,在拉速1.05 m/min附近,最高达0.67,在1.6 m/min附近,最低达0.35,流场均匀性指数略有降低,最佳的自由液面活跃指数为0.5±0.05;当拉速低于1.0 m/min时,随着水口浸入深度的增加,自由液面活跃指数逐步增大至0.40,当拉速大于1.0 m/min时,随着水口浸入深度增加,自由液面活跃指数逐步降低,当拉速大于1.4 m/min时,随着水口浸入深度的增加,自由液面活跃指数大幅下降至0.37;IF钢结晶器电磁搅拌工艺优化后,铸坯夹杂与气泡缺陷封闭率均值下降4%,取得了显著的效果。

结晶器电磁搅拌对Q355NE Φ800 mm圆坯凝固组织及偏析的影响

以钢厂Φ800 mm圆坯连铸机为研究对象,研究结晶器电磁搅拌电流和频率对电磁扭矩以及Q355NE钢圆坯等轴晶率和碳偏析的影响规律。研究发现,电磁扭矩随着结晶器电磁搅拌(M-EMS)电流的增加而增加,且增加幅度逐渐加大。电流越高,频率对电磁扭矩的增强效果越显著。电流在0~200 A时,等轴晶率随电流和电磁扭矩的增加而增加,且等轴晶率和电磁扭矩呈线性关系。电流为150 A时出现皮下负偏析,相比较于电流为50 A,电流为150 A时出现了更为严重的晶间转变正偏析。

大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场与流场的数值模拟

建立了描述大方坯连铸结晶器电磁搅拌过程的电磁场和流场三维数学模型,并分别用有限元、有限体积法进行数值求解,对电磁场计算结果进行了实测检验.结果表明,电磁力在水平面上呈周向分布,铸坯边缘上的切向电磁力在搅拌器中心横截面上最大,在结晶器出口处有一峰值.钢液在横截面内旋转流动,而在纵截面内形成4个旋涡.在铸坯内,从水口向下吐出的钢水与向上回流的钢水流股相冲突,使流股侵入深度变浅,同时使流股向四周发散,从而有利于传热.励磁电流强度与频率对电磁力和流场均有影响.

结晶器电磁搅拌对连铸坯质量的影响

在宝钢连铸机工业化试验的基础上 ,系统地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。试验结果表明 ,结晶器电磁搅拌可有效地改善连铸坯的中心缩孔 ,在高过热度浇铸条件下 (大于 35℃ ) ,改善缩孔的效果明显。结晶器电磁搅拌能有效地改善高碳钢的中心偏析 ,降低铸坯中全氧 ,能有效地去除钢水中的氧化物夹杂。电磁搅拌强度的增加对去除钢水中的氧化物夹杂有利。

结晶器电磁搅拌对45钢方坯凝固结构的影响研究

通过在160 mm×200 mm连铸机上进行的试验,研究了结晶器电磁搅拌对45钢方坯凝固结构的影响。研究表明,同一频率下,随搅拌电流强度的增加,铸坯的等轴晶率明显增加;电流强度不变时,随着频率的增加,等轴晶率基本保持不变;并讨论了衡量电磁搅拌效果的指标问题,通过分析磁感应强度、电磁扭矩与电磁搅拌参数的关系可以得出,铸坯等轴晶率变化趋势与电磁扭矩变化趋势有良好的一致性,电磁扭矩比磁感应强度更有效地反映电磁搅拌效果,前者更真实地衡量了电磁搅拌对钢液的搅拌强度,随着搅拌强度的提高,铸坯等轴晶率提高。通过研究,优化了结晶器电磁搅拌工艺,使铸坯等轴晶率达60%以上,改善了中心碳偏析,降低了疏松及缩孔程度。

结晶器电磁搅拌改善重轨钢连铸坯内部质量的试验研究

针对攀钢大方坯连铸机投产初期重轨钢连铸电磁搅拌冶金效果不明显的问题,开展了优化重轨钢连铸结晶器电磁搅拌工艺参数的现场试验,对比研究了电磁搅拌电流对重轨钢铸坯中心疏松、中心偏析、等轴晶率等内部质量的影响,制定了满足攀钢重轨钢连铸工艺要求的电磁搅拌工艺制度。生产应用表明,重轨钢连铸坯内部质量明显提高,铸坯中心区等轴晶率由18.8%增至36.2%,中心疏松≤1.5级,中心偏析≤1.0级,中心缩孔≤1.0级,连铸坯轧成重轨的内部质量和力学性能能够满足时速350 km高速铁路用钢轨的要求。

结晶器电磁搅拌电流对大方坯质量影响试验

进行了结晶器电磁搅拌电流对大方坯的内部质量影响的试验研究。结果表明:搅拌电流由250A增至500A时,大方坯中心区等轴晶率由18.80%增至36.24%,中心疏松全部控制在1.5级以下,中心偏析评级全部控制在1.5级以下,大方坯凝固组织的致密性和均匀性明显增加,大方坯中大型夹杂总量较低,促进夹杂物上浮。

二次冷却和结晶器电磁搅拌对高碳钢中心缩孔的影响

通过对二次冷却配水和结晶器电磁搅拌(M-EMS)参数进行优化,解决方坯连铸浇注70~#钢出现的较严重的中心缩孔问题.结果表明,二次冷却比水量为0.83L/kg,结晶器电磁搅拌参数为电流强度200A/频率4Hz,并采用考虑过热度和冷却水温的二冷控制模型进行优化二次冷却配水,铸坯的缩孔等级可控制在1.0以下.

过热度及结晶器电磁搅拌对连铸坯凝固组织及偏析影响的热模拟研究

利用热模拟装置进行了不同过热度及结晶器电磁搅拌(mould electromagnetic stirring,M-EMS)参数下GCr15轴承钢的连铸试验,以研究过热度及M-EMS耦合作用对铸锭凝固组织和偏析的影响。结果表明:随着过热度的降低及搅拌电流的增大,铸锭的等轴晶率(EGR)提高,混晶率(MGR)降低。弱电磁搅拌及低过热度时,铸锭中心碳偏析严重。随着过热度的提高及搅拌电流的增大,碳元素的最大偏析比及偏析比极差均先减小后增大。根据试验结果,GCr15轴承钢最优的电磁连铸工艺参数为:过热度44℃,电磁搅拌电流和频率分别为300 A和5 Hz。

结晶器电磁搅拌对60钢铸坯质量的影响

对60钢(0.57%～0.62%C)采用结晶器电磁搅拌工艺前后的150 mm×150 mm铸坯质量进行了系统研究,并优化了电磁搅拌工艺。结果表明,采用较强结晶器电磁搅拌强度(250 A)、低过热度(≤250℃)浇铸工艺能显著改善铸坯质量,60钢铸坯中心等轴晶面积比率由平均27.65%增加到52.58%,中心碳偏析指数由1.07降至1.01,铸坯夹杂物含量和尺寸明显减少,钢水中的氧化物夹杂得到有效去除。

重轨钢连铸结晶器电磁搅拌技术应用研究

针对大方坯连铸机投产初期重轨钢连铸电磁搅拌冶金效果不明显的问题,开展了优化重轨钢连铸结晶器电磁搅拌工艺参数的现场试验,对比研究了电磁搅拌电流强度对重轨钢铸坯中心疏松、中心偏析、等轴晶率等内部质量的影响,制定了满足攀钢重轨钢连铸工艺要求的电磁搅拌工艺制度。生产应用表明,重轨钢连铸坯内部质量明显提高,铸坯中心区等轴晶率由18．8％增至36．2％,中心疏松≤1．5级,中心偏析≤1．0级,中心缩孔≤1．0级,中心碳偏析指数≤1．05,连铸坯轧成重轨的内部质量和力学性能能够满足350 km/h高速铁路用钢轨的要求。

360mm×450mm方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

根据麦克斯韦电磁理论,建立了360 mm×450 mm方坯连铸结晶器电磁旋转搅拌的数学模型,分析了结晶器内电磁场、电磁力的分布特征以及电流(300～700 A)、搅拌频率(2.0～3.0 Hz)对电磁场和电磁力的影响。结果表明,旋转磁场在结晶器搅拌区域内产生电磁力,使钢液在水平方向形成旋转流动;磁感应强度与搅拌电流成线性关系,在低频率搅拌条件下频率对电磁搅拌强度的影响较小。

结晶器电磁搅拌电流对Φ650mm大圆坯内部质量的影响

通过铸坯低倍组织宏观检验方法和金属原位统计分布分析技术，以钢厂生产的35钢（0．35％C）为例，研究了结晶器电磁搅拌电流（200～450A，3Hz）对φ650mm大断面连铸圆坯等轴晶率、致密度和碳偏析度的影响。结果表明，搅拌频率3Hz时，结晶器电磁搅拌电流由200A增加至450A时，等轴晶率由24．2％提高至56．8％，同时铸坯各区域致密度呈现逐渐增大的趋势，其中铸坯中心区域致密度增加明显，由0．8649增至0．9376；随着搅拌电流的增加，铸坯碳偏析度呈现逐渐减轻的趋势。综合考虑各因素，当结晶器电磁搅拌电流为450A，频率为3Hz，铸坯等轴晶比例最大，铸坯内部质量最好。

连铸结晶器电磁搅拌技术

阐述了连铸结晶器电磁搅拌的冶金功能、存在问题及相应地改进措施。在此基础上,提出了攀钢新建大方坯连铸机应采用结晶器+凝固末端电磁搅拌(M+F-EMS)的复合型搅拌技术、开展结晶器电磁搅拌工艺参数优化研究的建议。

大方坯结晶器电磁搅拌器结构优化

为改善连铸结晶器内钢液的流动状况,采用有限元法和有限容积法研究了大方坯结晶器电磁搅拌器结构对连铸结晶器内电磁场、流场和温度场分布的影响。结果表明,新型结晶器电磁搅拌器在400 A、3 Hz时产生的电磁力比传统结晶器电磁搅拌器在500 A、3 Hz时产生的电磁力更加均匀,对结晶器内钢液的扰动更强,可提高结晶器内的传热效率,有助于初始凝固坯壳和等轴晶的形成,改善方坯质量。

结晶器电磁搅拌器结构对大方坯内部质量的影响

为改善攀钢2#大方坯连铸机结晶器电磁搅拌的冶金效果,开展了改进连铸结晶器电磁搅拌器结构的现场试验。通过增大连铸结晶器电磁搅拌器外径和高度,减小电磁搅拌器内径,增加电磁搅拌器线圈匝数,结晶器区域电磁感应强度由29.5 mT增至57.2 mT,铸坯中心疏松≤1.0级的比例由90.72%增至96.85%,铸坯无中心缩孔的比例由90.72%增至94.87%,无中心裂纹的比例由61.56%增至72.65%,铸坯中心碳偏析指数由1.10-1.16降至1.05-1.08。

150 mm×150 mm断面小方坯结晶器电磁搅拌磁场与流场耦合的数值模拟研究

以国内某厂150 mm×150 mm断面小方坯结晶器电磁搅拌器为研究对象,建立了描述小方坯结晶器电磁搅拌过程的电磁场与流场耦合的三维数学模型,并采用有限元软件进行求解。研究了电磁搅拌电流和频率对结晶器内钢液流动的影响规律。研究结果表明:随搅拌电流的增大,钢液的切向流速增加,上部环流区缩短,下部旋转流动区域上移并扩大,搅拌电流和频率对钢液流动的影响相反;在电磁搅拌过程中,电磁搅拌使结晶器内钢液产生旋转流动阻止过热钢液下移,减弱冲击深度,使热区明显的上移。