大方坯電磁攪拌應(yīng)用

1、電磁攪拌器對連鑄大方坯、圓坯內(nèi)部質(zhì)量的影響代廷福1 李靖2李恒華2彭立新21.攀枝花鋼鐵(集團(tuán))公司提釩煉鋼廠、2.湖南科美達(dá)電氣有限公司主要內(nèi)容l 前言l 大斷面鑄坯結(jié)晶區(qū)電磁攪拌器的技術(shù)特點(diǎn)l 大方坯連鑄電磁攪拌器的應(yīng)用和實(shí)踐l 結(jié)束語前言近幾年來，隨著京滬、京廣等幾大鐵路干線的提速；隨著西氣東輸、南水北調(diào)及三峽大壩的建設(shè)，需要大量的大方坯、大圓坯用于重軌和無縫鋼管等鋼材的制造。目前大方坯的表面和內(nèi)在質(zhì)量尚存在不少的缺陷，為了提高鑄坯的質(zhì)量電磁攪拌器已成為大方坯連鑄不可多得的輔助設(shè)備。為了適用大方坯、大圓坯連鑄技術(shù)的發(fā)展，我公司和美國GL電磁場軟件公司合作開發(fā)了賽金電磁場計(jì)算法，成功的開發(fā)

2、了適用各種大斷面鑄坯的電磁攪拌成套設(shè)備。近年來湖南科美達(dá)電氣有限公司的大圓坯連鑄結(jié)晶器電磁攪拌已成功應(yīng)用于撫順特鋼股份公司（鑄坯斷面450）和山東墨龍石油機(jī)械有限公司（鑄坯斷面350）；大方坯連鑄結(jié)晶器電磁攪拌已成功應(yīng)用于石家莊鋼鐵股份有限公司電爐廠（鑄坯斷面360×300）、貴陽特殊鋼鐵有限責(zé)任公司（鑄坯斷面400×300）、大冶特殊鋼股份有限公司（鑄坯斷面470×350）、攀枝花鋼鐵(集團(tuán))公司（鑄坯斷面450×360）、河北津西鋼鐵有限公司（鑄坯斷面410×320）和石鹿鋼鐵有限責(zé)任公司（鑄坯斷面510×360）等鋼鐵公司，有效

3、的改善了大斷面鑄坯的中心疏松、中心縮孔、中心偏析、中心裂紋等內(nèi)部缺陷較嚴(yán)重的技術(shù)難題。1、 大斷面鑄坯結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)特點(diǎn)大方坯、大圓坯結(jié)晶區(qū)電磁攪拌器的磁場要穿透多層空氣隙、80mm180mm不同厚度的不銹鋼內(nèi)水套、30mm50mm不同厚度的結(jié)晶器銅管和300mm 600mm不同斷面的鑄坯。磁路帶有極大的電導(dǎo)率對比度，電導(dǎo)率從0突變到107，因此電磁場的計(jì)算難度極大。其次，由于電磁攪拌器安裝位置受到限制，電磁攪拌器的高度一般都小于600mm，而電磁攪拌器的最大內(nèi)徑達(dá)到1000mm，因此電磁攪拌器鐵芯高度與鐵芯內(nèi)徑之比的比值很小，漏磁很大，要使銅管內(nèi)的中心磁感應(yīng)強(qiáng)度的有效值大于500Gs，其

4、難度確實(shí)很大。因此，要準(zhǔn)確計(jì)算出電磁攪拌器的磁場，必須采用最先進(jìn)的賽金電磁場計(jì)算法對電磁攪拌器電磁參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能確保電磁攪拌器的性能最佳，電磁攪拌力最大，電磁攪拌效果最好。下面以湖南科美達(dá)電氣有限公司為攀枝花鋼鐵(集團(tuán))公司制造的450×360大方坯電磁攪拌器為例，分析電磁攪拌器的冶金效果。2、 結(jié)晶區(qū)電磁攪拌器在攀鋼2#大方坯上的應(yīng)用與實(shí)踐2.1試驗(yàn)條件生產(chǎn)工藝：LDLF方坯連鑄；鑄機(jī)：四機(jī)四流全弧形連鑄機(jī)，鑄機(jī)半徑15000mm，流間距200022002000mm，斷面360×450mm2；結(jié)晶器長850mm；電磁攪拌形式：MEMS單一電磁攪拌，電磁攪拌器型號：

5、DJMR4536W；拉速Vc控制在0.40.55m/min，中包過熱度T控制3040范圍內(nèi)，比水量控制0.3-0.5L/kg。 2.2試驗(yàn)方法在1流安裝改進(jìn)后的電磁攪拌器，在2、3、4流上保留安裝改進(jìn)前的電磁攪拌器，電流控制在500-800A范圍內(nèi)進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。分別取樣進(jìn)行低倍組織分析鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。電磁攪拌器差異見表1和圖1。表1 2#方坯結(jié)晶器電磁攪拌器基本參數(shù)電磁攪拌器變壓器容量/kVA額定電流/A額定電壓/V頻率/Hz內(nèi)殼外徑/mm外殼外徑/mm攪拌器長度/mm距結(jié)晶器頂面/mm改進(jìn)前10008003102.49601400560270改進(jìn)后12508004002.49451422600

6、250 圖1 2#方坯結(jié)晶器電磁攪拌器改進(jìn)前后磁場強(qiáng)度2.3試驗(yàn)結(jié)果結(jié)晶器電磁攪拌對鑄坯中心疏松的影響見圖2，由圖2可見，電磁攪拌器結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，鑄坯中心疏松明顯減輕，對于中心疏松1.0級的比例，YQ450NQR1鋼由81.97%增至90%，37Mn2鋼由96.87%增至100%，45#鋼由95.31%增至96.87%，B1鋼由93.33%增至100%。 (a) YQ450NQR1 (b) 37Mn2(c) 45# (d) B1圖2 電磁攪拌器結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后對鑄坯中心疏松的影響結(jié)晶器電磁攪拌器對鑄坯中心偏析的影響見圖3，由圖3可見，電磁攪拌器結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，鑄坯中心偏析有所減輕，YQ450NQR1鑄坯

7、中心偏析1.0級的比例均為100%。(a) YQ450NQR1 (b) 37Mn2(c) 45# (d) B1圖3 電磁攪拌器結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后對鑄坯中心偏析的影響結(jié)晶器電磁攪拌鑄坯中心縮孔的影響見圖4，由圖4可見，電磁攪拌器結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，45#、B1鋼鑄坯中心縮孔明顯減輕，無中心縮孔缺陷的比例45#鋼由85.94%增至96.88%，B1鋼由86.67%增至100%。(a) YQ450NQR1 (b) 37Mn2(c) 45# (d) B1圖4 電磁攪拌器結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后對鑄坯中心縮孔的影響結(jié)晶器電磁攪拌對鑄坯中心裂紋的影響見圖5，由圖5可見，電磁攪拌器結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，鑄坯中心裂紋明顯減輕，無中心裂紋缺陷的Y

8、Q450NQR1、37Mn2鋼鑄坯的比例分別由50.82%增至65%，84.38%增至91.43%。(a) YQ450NQR1 (b) 37Mn2(c) 45# (d) B1圖5 電磁攪拌器結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后對鑄坯中心裂紋的影響沿?cái)嗝娣较蜷g隔20mm分析的中心碳偏析指數(shù)C/C0見圖6，沿鑄坯縱向間隔15mm分析的中心碳偏析指數(shù)C/C0#鋼鑄坯中心碳偏析指數(shù)由1.051.22(平均1.15)降為1.021.09(平均1.06)。 (a) YQ450NQR1 (b) B1 (c) 37Mn2 (d) Q345B圖6 電磁攪拌器結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后對鑄坯橫斷面厚度方向上碳成分分布的影響 (a) YQ450NQR1

9、 (b) 45# (c) B1 (d) 37Mn2圖7 電磁攪拌器結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后對鑄坯中心碳偏析指數(shù)的影響2.4 電磁攪拌工藝參數(shù)確定理論上講，電流一定時， 頻率越小，結(jié)晶器內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，實(shí)際上通過賽金磁場計(jì)算法和磁場實(shí)測表明2Hz3Hz磁場穿透銅管的效率最高，磁場衰減最小，圖8現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)可見，1.5-2.4HZ范圍內(nèi)，相同電流強(qiáng)度對磁感應(yīng)強(qiáng)度影響不大。另外，電磁攪拌體積力與頻率成正比，即FfBm2fI2。對鋼液起作用的是電磁攪拌力，在相同的電流下頻率越高電磁攪拌力越大，因此選擇頻率2.4HZ。圖8 不同頻率下的磁感應(yīng)強(qiáng)度(1) 電流強(qiáng)度對以37Mn2為代表的中碳錳鋼低倍組織的影響在連鑄工

10、藝(Vc=0.400.50m/min，T=3040)基本相同的條件下，電流強(qiáng)度對以37Mn2為代表的中碳錳鋼低倍組織的影響見圖9，典型低倍組織照片的對比見圖10。由圖9可見，電流強(qiáng)度增大，有利于改善鑄坯中心疏松、中心偏析、中心裂紋和中心縮孔缺陷，當(dāng)電流強(qiáng)度由300A增至600A時，鑄坯中心疏松評級 （a）電流強(qiáng)度對鑄坯中心疏松的影響 (b) 電流強(qiáng)度對鑄坯中心偏析的影響 (c) 電流強(qiáng)度對鑄坯中心裂紋的影響 (d) 電流強(qiáng)度對鑄坯中心縮孔的影響圖9 電磁攪拌強(qiáng)度對以37Mn2為代表的中碳錳鋼內(nèi)部缺陷的影響 (a) I=650A (b) I=600A(c) I=500A75mm (d) I=40

11、0A (e) I=300A (f) I=200A圖10 37Mn2鋼典型低倍組織照片(2) 電流強(qiáng)度對以37Mn2為代表的中碳錳鋼成分均勻性的影響沿鑄坯橫斷面方向每間隔20mm圖11 37Mn2鋼成分均勻性圖 圖12 結(jié)晶器銅板厚度與磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系圖3、結(jié)束語結(jié)晶器電磁攪拌強(qiáng)度對大方坯內(nèi)部質(zhì)量有較為明顯的影響，適當(dāng)增大結(jié)晶器電磁攪拌強(qiáng)度有利于改善YQ450NQR1、37Mn2等重點(diǎn)品種鋼的鑄坯中心缺陷，450×360方坯連鑄電磁攪拌器上采用I=600A，f=2.4Hz的電磁攪拌工藝制度所澆YQ450NQR1、37Mn2、42CrMo、B1等重點(diǎn)品種鋼的鑄坯中心疏松1.0級、中心偏析1

12、.0級，中心裂紋，鑄坯中心碳偏析指數(shù)1.051.08(平均1.06)。 表2 電流強(qiáng)度對鑄坯質(zhì)量影響鋼種電流中心疏松中心偏析中心縮孔中心裂紋中間裂紋角部內(nèi)裂YQ450NQR1(n=27)600A 0.51.5 1.0(93%) 01.0 1.0(100%) 01.0 1.0(100%) 01.0 1.0(100%) 01.0 1.0(100%) 01.0 1.0(100%)600A1.0級的比例由93%降至25%0.5級的比例由降87%至50%0級比例由78%降至50%0級比例由50%降至0%0級比例由72%降至37%1.0級的比例降至75%B1(n=15)600A0.51.0 1.0(100

13、%)01.0 1.0(100%) 00 0(100%) 00.5 0.5(100%) 00 0(100%) 00.5 0.5(100%)600A1.0級的比例降至33.33%0級比例由50%降至33.33%0級比例由100%降至33.33%0.5級的比例降至75%Q235B(n=5)600A 0.51.0 1.0(100%) 0.51.0 1.0(100%) 00.5 0.5(100%) 00.5 0.5(100%) 00.5 0.5(100%) 00 0(100%)600A1.0級的比例降至75%1.0級的比例降至66.67%0.5級比例降至67%0級比例分由75%降至0%35CrMo(n=

14、20)600A 0.51.5 1.0(95%) 1.01.0 1.0(100%) 00 .0(100%) 00.5 0.5(100%) 00.5 0.5(100%) 00 0(100%)42CrMo(n=4)600A 1.01.0 1.0(100%) 1.01.0 1.0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%)35Mn2(n=4)600A0.51.0 1.0(100%) 0.51.0 1.0(100%)00.5 0.5(100%) 00.5 0.5(100%) 00 0(100%) 00 0(100%)27SiMn(n=4)600A

15、0.51.0 1.0(100%) 0.51.0 1.0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%)25Mn2(n=6)600A 0.51.0 1.0(100%) 0.51.0 1.0(100%) 00 0(100%) 01.0 1.0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%)25MnV(n=8)600A 0.51.0 1.0(100%) 01.0 1.0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%)20Mn(n=2)600A 0.51.0 1.0(100%) 00.5 0.5(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%)B(n=4)600A 0.50.5 0.5(100%) 00.5 0.5(100%) 00 0(100%) 00.5 0.5(100%)