電磁攪拌器發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

1、電磁攪拌器的調(diào)查報(bào)告目錄 TOC o 1-5 h z 第1章電磁攪拌器的簡(jiǎn)介1.1.1定義1.1.2原理1.1.3安裝模式及分類(lèi) 1.SEMS擴(kuò)大等軸晶率2.FEMS細(xì)化等軸晶2.第2章電磁攪拌器的發(fā)展2.2.1電磁攪拌技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展和應(yīng)用情況 32.2電磁攪拌技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀 5第3章電磁攪拌器的應(yīng)用7.第1章電磁攪拌器的簡(jiǎn)介1.1定義電磁攪拌器，是煉鋼行業(yè)中的一種機(jī)器，具有強(qiáng)化鋼水運(yùn)動(dòng)和推 動(dòng)鋼水運(yùn)動(dòng)的能力。1.2原理電磁攪拌器（Electromagnetic stirring: EMS）的實(shí)質(zhì)是借助在鑄坯液相穴中感生的電磁力，強(qiáng)化鋼水的運(yùn)動(dòng)。具體地說(shuō)，攪拌器激發(fā) 的交變磁場(chǎng)滲

2、透到鑄坯的鋼水內(nèi)， 就在其中感應(yīng)起電流，該感應(yīng)電流 與當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，電磁力是體積力，作用在鋼水體積元上，從而能推動(dòng)鋼水運(yùn)動(dòng)。1.3安裝模式及分類(lèi)根據(jù)電磁攪拌器在鑄機(jī)冶金長(zhǎng)度上的不同安裝位置大致有以下幾種模式：（1） 結(jié)晶器電磁攪拌：Mold Electromagnetic stirring: MEMS攪拌器安裝在結(jié)晶器銅管外面。（2）二冷區(qū)電磁攪拌：Strand Electromagnetic Stirring: SEMS 攪拌器安裝在鑄坯外面。（3）凝固末端電磁攪拌：Final Electromagnetic stirring:FEMS 用于方坯連鑄攪拌器安裝在鑄坯外面。1.4

3、電磁攪拌器的冶金效果1.4.1 MEMS 增加等軸晶率鋼種作用低合金鋼減少表面和皮下的氣孔和針孔彈簧鋼1減少表面和皮下的夾雜物冷軋鋼坯殼均勻化中咼碳鋼稍稍改善中心偏析表11.4.2 SEMS擴(kuò)大等軸晶率鋼種.不銹鋼工具鋼1作用減少內(nèi)裂改善中心偏析減少中心疏松1.4.3 FEMS細(xì)化等軸晶鋼種彈簧鋼軸承鋼作用有效地改善中心偏析有效地改善中心縮孔和疏松第2章電磁攪拌器的發(fā)展連鑄是鋼鐵生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)，鋼材的質(zhì)量在很大程度上取 決于連鑄坯的質(zhì)量。生產(chǎn)實(shí)踐表明，應(yīng)用電磁攪拌技術(shù)能有效改善連 鑄坯的質(zhì)量。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，國(guó)外的電磁攪拌技術(shù)逐漸走向成 熟。80年代中期，國(guó)在引進(jìn)國(guó)外連鑄機(jī)的同時(shí)

4、，也引進(jìn)了一批不同 類(lèi)型的電磁攪拌裝置。但由于種種原因，許多鋼廠電磁攪拌技術(shù)的應(yīng) 用并不理想，造成設(shè)備的閑置。與此同時(shí)，我國(guó)仍在繼續(xù)引進(jìn)國(guó)外的電磁攪拌技術(shù)0在這種情況下，有必要對(duì)現(xiàn)有連鑄用電磁攪拌器的設(shè) 計(jì)、工藝優(yōu)化進(jìn)行廣泛深入的研究與開(kāi)發(fā)，形成國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)、制造、 生產(chǎn)、應(yīng)用的工程化實(shí)施能力，以使國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)擺脫僅能仿制的 困境。在“國(guó)家科技攻關(guān)（雙重）項(xiàng)目”的支持下，連鑄技術(shù)國(guó)家工 程研究中心與相關(guān)單位合作，完成了電磁攪拌器的設(shè)計(jì)、制造，在重 鋼七廠1號(hào)連鑄機(jī)進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，并對(duì)電磁攪拌工藝進(jìn)行了優(yōu)化， 獲得了良好的使用效果，所設(shè)計(jì)和制造的內(nèi)置式結(jié)晶器電磁攪拌器的 性能已達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的水

5、平。2.1電磁攪拌技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展和應(yīng)用情況電磁攪拌器（EMS）是由瑞典ASEA公司首先發(fā)明的。1932年 Dreyfus博士根據(jù)法拉第的電磁感應(yīng)原理，發(fā)現(xiàn)低速移動(dòng)著的感應(yīng)磁 場(chǎng)會(huì)對(duì)鋼水產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪拌作用，于1948年制造出世界上第一臺(tái)電磁 攪拌器并用于電弧爐煉鋼。隨著煉鋼技術(shù)的發(fā)展和成熟，電磁攪拌技 術(shù)逐漸被應(yīng)用于連鑄設(shè)備。20世紀(jì)60年代，奧地利Kapfanberg廠的Beohler連鑄機(jī)開(kāi)始使用電 磁攪拌技術(shù)澆鑄合金鋼。20世紀(jì)70年代，法國(guó)鋼研院（IRSID）首次 在方坯連鑄機(jī)上進(jìn)行了線(xiàn)性電磁攪拌技術(shù)的工業(yè)性試驗(yàn)。 英國(guó)鋼公司（BSC）也進(jìn)行了類(lèi)似試驗(yàn)。電磁攪拌使硅鋁鎮(zhèn)靜鋼的皮下質(zhì)量得

6、到 了改善，試驗(yàn)中由于采用了低頻電磁場(chǎng)，提高了攪拌效率，并采用銅 作為結(jié)晶器材料，很快在生產(chǎn)中得到應(yīng)用。隨后，圓坯連鑄設(shè)備的旋轉(zhuǎn)攪拌技術(shù)研究取得了突破性進(jìn)展。Karl - He in zSpitze等人用模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法研究了圓坯在 旋轉(zhuǎn)攪拌作用下鋼水內(nèi)的電磁場(chǎng)和流場(chǎng)。分析各種情況下的計(jì)算結(jié) 果，討論了攪拌器的內(nèi)徑、長(zhǎng)度、磁感強(qiáng)度、激磁電流的頻率、攪拌 器沿長(zhǎng)度方向的安裝位置對(duì)流場(chǎng)的影響。板坯連鑄機(jī)電磁攪拌技術(shù)開(kāi)發(fā)較晚。1973年世界首臺(tái)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(guó)鋼研院在西德Eillingen廠的板坯連鑄機(jī)上也使用了電磁攪拌技術(shù)。其方法是在 結(jié)晶器寬

7、面銅板后面的冷卻水箱內(nèi)裝有線(xiàn)圈，產(chǎn)生豎直方向的線(xiàn)性攪拌。攪拌后發(fā)現(xiàn)，低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的皮下質(zhì)量明顯改善。1977年 ASEA（現(xiàn)在的ABB）提出輥后箱式攪拌的設(shè)想，安裝在鑄流奧氏體鋼（無(wú) 磁性）支撐輥后面，沿拉坯方向攪拌鑄坯，適用于輥?zhàn)又睆叫?、攪?器與板坯之間距離小于250mm的連鑄機(jī)。后來(lái)，日本神戶(hù)鋼鐵公司在 弧形板坯鑄機(jī)上安裝了直線(xiàn)型電磁攪拌器，同樣改善了鑄坯質(zhì)量。日 本新日鐵公司經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研發(fā)，用結(jié)晶器電磁攪拌裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)M-EMS）控制鋼液流動(dòng)，大幅度提高了板坯表面質(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， 穩(wěn)定了連鑄操 作。現(xiàn)在，新日鐵公司的板坯連鑄機(jī)幾乎全都

8、采用了M -EMS。20世紀(jì)80年代初，日本川崎鋼鐵公司和瑞典 ASEA公司共同開(kāi)發(fā) 了結(jié)晶器電磁制動(dòng)裝置，將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于川崎公司的鑄機(jī)上，獲得良好的冶金效果。20世紀(jì)90年代，間歇攪拌器和多頻攪拌器相繼得到 開(kāi)發(fā)，這標(biāo)志隨著電磁攪拌技術(shù)的發(fā)展和成熟， 該技術(shù)已成為改進(jìn)鑄 坯質(zhì)量的重要手段。隨著技術(shù)的進(jìn)步，人們開(kāi)發(fā)了組合式電磁攪拌技術(shù)。 與單一位置 攪拌相比較，組合式電磁攪拌在改進(jìn)鑄坯質(zhì)量、 減少中心偏析方面的 效果更好。1991年日本NKK引進(jìn)了鋼水能加速或減速離開(kāi)浸入式水 口的EMLS/EMLA （電磁液面減速器/電磁液面加速器）工藝，還有能 使結(jié)晶器彎月面處或彎月面下鋼水旋轉(zhuǎn)的 EMR

9、S。據(jù)報(bào)道，日本神戶(hù)鋼鐵公司研究了一種新型的電磁攪拌技術(shù)，即對(duì)中間包到結(jié)晶器之間的鑄流采用電磁攪拌， 解決了浸入式水口堵塞 的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了在整個(gè)連鑄過(guò)程中低過(guò)熱度澆鑄。 日本新日鐵公司目 前又開(kāi)發(fā)了一種鑄流電磁攪拌，這種鑄流電磁攪拌安裝在足輥以下、 二冷段以上的狹縫里，通過(guò)改進(jìn)等軸晶區(qū)的比率來(lái)減少中心偏析，防止內(nèi)裂的產(chǎn)生。2.2電磁攪拌技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀我國(guó)20世紀(jì)70年代末才開(kāi)始研究電磁攪拌技術(shù)，主要經(jīng)歷了 3個(gè) 階段。（1）20世紀(jì)70年代末至80年代中期，我國(guó)開(kāi)始對(duì)電磁攪拌技術(shù) 進(jìn)行摸索和探討，雖然經(jīng)過(guò)試驗(yàn)及工業(yè)運(yùn)行，但性能不太穩(wěn)定。20世紀(jì)80年代中期，我國(guó)引進(jìn)了一批特殊鋼連鑄

10、機(jī)， 都配有進(jìn)口電磁攪 拌裝置，這雖然對(duì)我國(guó)連鑄電磁攪拌技術(shù)的發(fā)展起到了一定的積極作 用，但也說(shuō)明我國(guó)當(dāng)時(shí)還不具備制造高性能電磁攪拌裝置的能力。（2）20世紀(jì)80年代后期，電磁攪拌得到國(guó)家的高度重視。經(jīng)過(guò)十 多年的努力，我國(guó)電磁攪拌技術(shù)的研究終于取得了重大突破和進(jìn)展。1996年 5月，舞鋼首次在大型厚板坯連鑄機(jī)上成功地使用了國(guó)內(nèi)自行 設(shè)計(jì)研制的SEMS成套裝置，這標(biāo)志著我國(guó)結(jié)束了完全依靠進(jìn)口電磁 攪拌裝置的歷史。這些裝置的研制水平和使用效果達(dá)到了引進(jìn)裝置的 效果。（3）1997年，寶鋼同其它單位合作，成功研制出了寶鋼大板坯 連鑄SEMS，價(jià)格不到引進(jìn)設(shè)備的1/3。寶鋼SEMS的研制成功標(biāo)志著

11、我國(guó)已經(jīng)具備研制高性能電磁攪拌裝置的能力， 且具備了出口競(jìng)爭(zhēng)的 實(shí)力。我國(guó)目前應(yīng)用電磁攪拌器的連鑄設(shè)備有 100多臺(tái)，多為電爐連 鑄，絕大部分是引進(jìn)的，僅有重慶特鋼和寶鋼等使用了國(guó)產(chǎn)電磁攪拌 裝置。由于國(guó)內(nèi)EMS的應(yīng)用研究還不充分，不少?gòu)S家的運(yùn)用效果不夠理 想，主要存在以下問(wèn)題：（1）工藝試驗(yàn)不足，未對(duì)工藝參數(shù)充分優(yōu)化。（2）國(guó)內(nèi)引進(jìn)的EMS多為早期產(chǎn)品，功率不足，使用效果不夠 理想。（3）存在水質(zhì)處理問(wèn)題。由于EMS功率大，電磁線(xiàn)圈多采用水 冷，對(duì)水質(zhì)要求很高，而國(guó)內(nèi)廠家水質(zhì)處理多數(shù)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，造成線(xiàn)圈及接線(xiàn)處絕緣損壞。（4）鋼種不合適。EMS對(duì)高碳鋼、不銹鋼、厚板等特殊鋼種的 作用比較明顯

12、，對(duì)普通鋼效果一般，對(duì)船板鋼和某些低合金鋼強(qiáng)電磁 攪拌后，易產(chǎn)生白亮帶和負(fù)偏析。國(guó)內(nèi)對(duì)EMS的研究和應(yīng)用情況見(jiàn)表 4所示。單位鑄坯制而AmiBtS V.號(hào)300 x20)M + K- EMS訊左右200 x 300M - EMS160 x160Vi + s iris40*602HDx325.3DxWe3!9x4l0M + 1- EMS*45 7i武制230 x250 25()x280M - EMS45-65曲寧轉(zhuǎn)鋼込冶M+ F- EMS54-71)武鋼1550 x21()S- KMS45-63皺山325敢關(guān)門(mén)M-鼻3寶鋼1930 x254)A EMS40左右7 ： M + J-ML給晶#+ -

13、對(duì)足觀電磴攪th表4國(guó)內(nèi)連鑄電磁攪拌器的應(yīng)用實(shí)例第3章電磁攪拌器的應(yīng)用電磁攪拌技術(shù)（AI-EMS ）由于具有無(wú)接觸攪拌特點(diǎn)，使鋁合金成分均勻，縮短熔煉時(shí)間，降低能耗，減少熔體上下部溫差，減少熔渣的產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在鋁熔鑄行業(yè)得到推廣應(yīng)用。在電磁半固態(tài)鑄造合金漿料的制備工藝中電磁攪拌也起到重要的作用。一相電磁攪拌器在鋁熔爐底攪拌等場(chǎng)合應(yīng)用比較多。 相六橋臂的IGBT逆變器電源結(jié)構(gòu)具有全部電壓利用能力，在開(kāi)關(guān)器件額定值相同的情況下，特別是采用非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)時(shí)，理論上其輸出容量是二相四橋壁結(jié)構(gòu)逆變器 的一倍。因此，對(duì)于大型二相電磁攪拌器，采用二相六橋臂低頻逆變 器供電，可以得到更大的電磁供電容量?？傮w而

14、言，方圓坯結(jié)晶器電磁攪拌在國(guó)內(nèi)的使用歷史最長(zhǎng)，技術(shù)上也相對(duì)較為成熟，寶鋼從1996年開(kāi)始在引進(jìn)的方圓坯連鑄機(jī)上就配 置有Dan ieli公司的結(jié)晶器電磁攪拌裝置，自投產(chǎn)以來(lái)使用效果一直非 常不錯(cuò)。寶鋼股份煉鋼廠根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量的要求在不同連鑄機(jī)上分別配 置r目前國(guó)際上主流的各種類(lèi)型電磁攪拌裝置，見(jiàn)表 3。在寶鋼集團(tuán)新 疆八一鋼廠、特鋼及不銹鋼事業(yè)部等子公司內(nèi)也都分別裝配有不同類(lèi) 型的電磁攪拌設(shè)備，這也是產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高下的一個(gè)必然趨 勢(shì)。值得一提的是為高拉速而設(shè)計(jì)的ABB電磁制動(dòng)技術(shù)在寶鋼股份煉 鋼廠及梅鋼公司都得到了應(yīng)用，并且使用結(jié)果也表明電磁制動(dòng)在提高 鑄機(jī)拉速、改善鑄坯表面質(zhì)量和減少內(nèi)部夾雜物等方面都取得了良 好的冶金效果。雖然電磁攪拌在寶鋼各子公司里都得到了廣泛的應(yīng)用，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng) 工藝實(shí)驗(yàn)研究的不斷摸索，也掌握了一些電磁參數(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量之問(wèn)的 相互關(guān)系和影響規(guī)律，但由于各種原因，電磁攪拌技術(shù)的優(yōu)勢(shì)并沒(méi)有 得到充分發(fā)揮。溝址斷護(hù)EmftW律2號(hào)210,230.230 x(900-1930)L3-I4*號(hào)(900-1 750) kDOFMS丁號(hào)ISJ 17(460 x160ift巾算,嶄爐傅導(dǎo)8號(hào)玄方坯血的25豪僧,轉(zhuǎn)覽不新則表5寶鋼股份煉鋼廠電磁攪拌使用狀況作為目前世界上二冷區(qū)電磁攪拌中電磁力最強(qiáng)的設(shè)備，DKS在新日鐵以及國(guó)內(nèi)的武鋼都是生產(chǎn)硅鋼必不可少的冶金設(shè)備