板坯连铸高磁力电磁搅拌辊技术及应用.pdf

板坯连铸高磁力电磁搅拌辊技术及应用 岳阳中科电气有限公司 李爱武、蒋海波 1、概述 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几点：a)改变凝固过程中热力学条件(即热模型 理论)；b)改变凝固过程的动力学条件(即“柱状晶切断机械模型”理论)：c)改善凝固过程的物质迁移条件(使 成份均匀)。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。而按照机械模型理论，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。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。当然，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。 那么究竟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：a)需要解决的冶金问题的侧重点。b) 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。但是这里需要注意一个坯型问题。一般来讲，结晶器只能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。 这也就是说，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 130 磁搅拌有较大的区别。 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。 从原则上讲，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，不同的效果需求决定了电 磁搅拌的安装位置不可能任意设定。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。 2、板坯二冷区电磁搅拌的作用原理 二冷区电磁搅拌的工作原理如图l所示。 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。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5 米左右。 的运动 线 搅拌嚣 8：磁遵