連鑄生產(chǎn)中的電磁攪拌技術

連鑄生產(chǎn)中的電磁攪拌技術隨著連鑄技術的應用和發(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)和應用對鑄坯的質(zhì)量、凝固組織和成分均勻化提出了更高的規(guī)定。電磁攪改善鑄坯內(nèi)部、表面和次表面質(zhì)量具有重要作用。電磁攪拌的工作原理電磁攪拌的工作原理十分簡樸，如同由兩相或三相電流驅(qū)動的、能產(chǎn)生交變磁場的線性感應馬達。電流發(fā)生相變時，磁場從一極到達另一極，并同時產(chǎn)生電磁推也可以通過電流密度和頻率來調(diào)整推力大小。電磁攪拌裝置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分為垂直、水平線性攪拌器。水平旋轉(zhuǎn)攪拌器圍繞鑄流設立，其運轉(zhuǎn)象一個異步旋轉(zhuǎn)電機的定子，驅(qū)動鋼液水平旋轉(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)，其運轉(zhuǎn)象一個線性異步電機的定子，鋼水沿垂直方向旋轉(zhuǎn)運動，適合于大斷面的矩形坯；水平線性攪拌器安裝在鑄坯側(cè)，其運轉(zhuǎn)象一個平直定子，在板坯內(nèi)弧側(cè)熔池內(nèi)產(chǎn)生水平方向的磁場，推動鋼水運動。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∶30~401996年日本川崎制鐵水島廠在澆鑄不銹鋼時采用了此技術，生產(chǎn)的鑄坯總氧含量低于0.001260%；M--EMS∶孔，改善凝固組織，減少表面粗糙度，增長熱送率，擴大鋼種。適合于冷軋鋼、彈簧鋼、半鎮(zhèn)靜鋼等鋼種的澆鑄；S--EMS∶M--EMS適于生產(chǎn)厚板、普板、不銹鋼、工具鋼等鋼種；F--EMS∶一般在澆鑄對碳偏析有嚴格規(guī)定的高碳鋼時使用，安裝在凝固末端附近，可減少中心縮孔和中心偏析，提高拉速，減少壓縮比。板坯連鑄機的電磁攪拌裝置，可安裝在結(jié)晶器內(nèi)或安裝在扇形段。安裝在扇形段時，可采用單環(huán)蝶形攪拌方式，也可以采用雙環(huán)蝶形攪拌方式。雙環(huán)攪拌更有助于將頂部高溫液態(tài)鋼水與底部溫液態(tài)鋼水進行較長距離的互換。安裝于扇形段的電安裝位置可在輥后、輥間或輥內(nèi)。箱式扇形段電磁攪拌是由瑞典ABB(ASEA)提出，是置于輥后。由于連鑄機頂部區(qū)域的輥子輥徑小，攪拌器與板坯的距離短，通常小于250毫米。超過這一距離，就需要非常高的電能，這意味著高昂的運營費用；新日鐵式(NipponSteelType)電磁攪拌是安裝于輥間，這需要對扇形段進行特殊設計，采用小的輔助輥，每側(cè)鑄流2個攪拌器，以使鑄坯內(nèi)部的攪拌力最大；輥內(nèi)內(nèi)置式(In—RollType)，由法國冶金研究院(IRSID)開發(fā)，攪拌器安裝在輥內(nèi)。由于接近鑄坯，因而效率高；用于輥徑較大的連鑄機。假如在鑄流每側(cè)成對使用，其效果等同于新日鐵式(NipponSteelType)電磁攪拌；扇形段電磁攪拌通過增長鑄坯內(nèi)部的等軸晶結(jié)構，減少了中心疏松和中心偏析，從而改善了鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。連鑄機上使用一種攪拌方式比較普遍，但當澆鑄中、高碳鋼以及合金鋼時，有也許碰到鑄速快、過熱度高、鑄坯尺寸小等比較困難或特殊規(guī)定情況，單一的攪拌工藝往往不能使鑄坯形成足夠的等軸晶，中心疏松和中心偏析嚴重。解決的方法是將幾種攪拌方式組合使用。電磁攪拌技術的發(fā)展電磁攪拌器是由瑞典ASEA公司一方面發(fā)明用于電弧爐煉鋼，后來才被用于連鑄。20世紀60年代奧地利開始使用電磁攪拌澆鑄合金鋼。70(IRSID)初次在方坯連鑄機上進行了線性電磁攪拌技術的工業(yè)性實驗，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1973(IRSID)在西德Eillingen1977ASEA250M—EMS)控制鋼液流動，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。M--EMS內(nèi)彎月面附近的鋼水沿著水平方向旋轉(zhuǎn)流動?，F(xiàn)在，新日鐵的板坯連鑄機上幾乎所M—EMS旋轉(zhuǎn)式結(jié)晶器電磁攪拌技術由新日鐵(NipponSteel)于1981年開發(fā)，廣泛用于新日鐵(NSC)連鑄機上和神戶鋼(Kobe)Kokogawa的3號連鑄機上。鋼液的轉(zhuǎn)動靠安裝在結(jié)晶器寬邊銅板頂部的2個水平的攪拌器產(chǎn)生的攪拌實現(xiàn)，目的在于減少鋼液溫度梯度，有助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∶新日鐵認為只有將攪拌器安裝在高位，彎月面處才干獲得改善質(zhì)量的效果。Danieli提出將電磁攪拌器放在結(jié)晶器的中間高度的觀點。這使結(jié)晶器結(jié)構和設計相比，新日鐵較為簡樸。2080年代，日本川崎和瑞典ASEA90減少中心偏析的效果更好。1991(NKK(SEN)的EMLS/EMLA/電磁液面加速)工藝，還能使結(jié)晶器彎月面處或彎月面下EMRS1.8/分的連鑄機設(NKK(MM—EMS)采用4(SENSEN(EMLS/EMLA)(NKK)化控制后產(chǎn)生出來的鑄坯，冷軋成卷后其表面缺陷降到了最低限度。在高澆鑄速度下，啟動電磁減速(EMLS)系統(tǒng)，將鋼液流動減速，這樣與保護渣有關的夾雜物會消失。傳統(tǒng)的EMS(EMRS)/關功能，不能根據(jù)實際的澆鑄條件調(diào)整，EMLS/EMLASEN/插入深度和氬氣流量，實時調(diào)整加速、減速以及工作強度。多EMS針對高拉速下，優(yōu)化的雙環(huán)鋼液流動方式(日本鋼管NKK)速模式(EMLS/EMLA)；針對某種鋼種(0.13%C，0.008%Al(EMRS)模式，減少皮下針孔；加速電磁加速(EMLA)模式。20231POSCO3，20237Kwangyang1～350%以上；低速EMRS0.357～94040%～75日本神戶鋼鐵公司研究了一種新型的電磁攪拌技術，即對中間包到結(jié)晶器之間的鑄流采用攪拌技術，解決了浸入式水口(SEN)堵塞的問題；新日鐵又開發(fā)了一種鑄流電磁攪拌，安裝在足輥以下、二冷段以上的狹縫里，通過改善等軸晶區(qū)比率來減少中心偏析，防止內(nèi)裂的產(chǎn)生。電磁攪拌技術在中國的發(fā)展我國于20世紀70年代末才開始研究電磁攪拌技術，大體經(jīng)歷三個階段∶(1).7080作用，但尚未有制造能力；(2).8019965次在大型厚板坯上成功使用了國內(nèi)自行設計的S--EMS(3).1997年寶鋼成功研制了大板坯連鑄機上使用的S--EMS，價格是引進的1/3，已經(jīng)具有了研制高性能電磁攪拌裝置的能力。10022023(MEMS)，開創(chuàng)了我國板坯連鑄MEMS磁攪拌裝置。由于國內(nèi)MEMS的應用研究還不充足，不少廠家的運用效果不夠抱負。重要存在以下幾個問題∶工藝實驗局限性，未對工藝參數(shù)充足優(yōu)化；國內(nèi)引進的MEMSMEMS功率大，電磁線圈采用水冷，對水質(zhì)規(guī)定很高，而國內(nèi)廠家水解決達不到標準，導MEMS和某些低合金鋼經(jīng)強電磁攪拌后，易產(chǎn)生白亮帶和負偏析。白亮帶是C、P、S、Mn等元素的負偏析，對鋼材質(zhì)量的影響，目前，尚有不同觀點。在有些連鑄機上，象安陽二煉鋼的連鑄機，由于采用內(nèi)置式結(jié)晶器電磁攪拌，它使1.3米分，容易產(chǎn)生菱變，不利于提高產(chǎn)量。近年電磁攪拌技術的技術改造為了跟上國外發(fā)展的步伐，2023年1月，我國邯鄲鋼廠在新建兩臺特殊鋼板坯連鑄機的協(xié)議書里明確寫明，Danieli須為邯鄲鋼廠新建連鑄機推出先進的技術方案和裝備。比如∶采用IN--MO結(jié)晶器和集成在一起的液壓振動裝置，結(jié)晶器在設計上具有裝備電磁制動和電磁攪拌的能力；帶有動態(tài)輕壓下功能的OP—TIMUM扇形段等新技術。按計劃，該兩臺特殊鋼板坯連鑄機在協(xié)議啟同后20個月內(nèi)建成并澆鑄出第一塊鑄坯，也就是說，這兩臺采用先進的直弧機型、垂直長度超過2.6米、基本弧半徑為9.5米、拉坯速度大于2米/分的連鑄機，2023年終實現(xiàn)了澆鑄。2023，Danieli6145002023年終投產(chǎn)。為了使?jié)茶T對產(chǎn)品質(zhì)量有嚴格規(guī)定的鋼種，如軸承鋼，也能滿足內(nèi)3/6負滑脫和正滑脫時間可分別調(diào)整，以適應結(jié)晶器保護渣特性，為其發(fā)明最佳使用條件，保證獲得良好的結(jié)晶器潤滑和鑄坯表面質(zhì)量。較淺的振痕深度(最大可減小50%)，再加上更為均勻的振痕形狀，使低、中、高碳鋼軋材都能獲得更好的表面質(zhì)量。DanieliDanieliZJ214(C=0.005%，Si=0.61%)鋼，703.2/3.7/50BW330(C=0.005%，Si=3.12%)鋼，704.1米/分。值得注意的是，協(xié)議中規(guī)定的最高拉速4.2米/分，是在最近拉的硅鋼(Si=3.21%)上得以實現(xiàn)。此外，在過去幾年中，我國一些鋼廠所引進的連鑄機(有些連鑄機通過改善或改造)也相繼取得了實效，例如∶*22023(ROTELEC)電流和攪拌模式，通過一年多的生產(chǎn)，該裝置運營正常，能滿足中厚板、硅鋼及其它需要電磁攪拌鋼種的規(guī)定。內(nèi)部質(zhì)量提高，等軸晶率、中心偏析、負偏析率和白亮帶級別都能滿足產(chǎn)品的規(guī)定。*濟鋼自2023年以來，對石橫特鋼連鑄機改造后成效顯著，他們?yōu)榱藬U大鋼種、解除鋼坯中心偏析和V型偏析，減少和消除中心疏松和縮孔，增設了內(nèi)置式結(jié)晶器電磁攪拌和末端電磁攪拌。由于電磁攪拌是借助鑄坯液相穴中感生的電磁力的作用，強制鋼水運動，從而改善鋼水在凝固過程中的流動、傳動和合金元素的均勻分布，改善了鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。濟鋼通過摸索，總結(jié)出以下經(jīng)驗∶對于結(jié)晶器電磁攪拌，因銅管及坯殼相對較簿，電磁場穿透力小，所以頻率須小些，且攪拌力根據(jù)不同鋼種而有所不同；末端電磁攪拌因坯殼較厚，鋼水的黏度很大，攪拌力應當大些，電流就應當大些。*20號管坯鋼為主。MEMS82管坯鋼一次低倍組織合格率，二煉鋼廠通過研究，決定使用結(jié)晶器電磁攪拌技術(MEMS)來改善鑄坯表面質(zhì)量和內(nèi)部結(jié)構。安陽第二煉鋼廠矩形連鑄機，在使用了MEMS提高無縫管的正品率；顯減小，中心粗大等軸晶區(qū)明顯擴大，中心縮孔基本消除；電磁攪拌是改善鑄坯質(zhì)量、擴大連鑄品種的一種有效手段。(MEMS(SEMS)而成為主流，對改善鑄坯質(zhì)量起到了重要作用。但在特鋼連鑄上的應用還不盡人意。要使MEMS在應用上有成效，不僅MEMS機理和冶金機理結(jié)合上，對MEMS并用于特鋼連鑄實踐，取得較好的效果。(1).MEMS技術是一項系統(tǒng)工程。實踐證明，必須根據(jù)結(jié)晶器的特點，尋求MEMS最佳的安裝位置和最佳的攪拌工藝參數(shù)，才干取得較好的效果；采用MEMS2Cr13采用MEMS后，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量也有較大提高。鑄坯等軸晶率的平均值達成50%上，最高達63%，有效地改善了中心縮孔和中心偏析、中心疏松，特別是消除了鑄坯內(nèi)部的白亮帶，解決了長期困擾齒輪鋼鑄坯質(zhì)量難題。TiCrMEMS部質(zhì)量達成的效果是有難度的，采用MEMSFEMS6R6機。該連鑄機的投產(chǎn)徹底改變了攀鋼型線品種的質(zhì)量，提高了攀鋼產(chǎn)品在市場中的競爭力。通過與多家外商交流和技術的比較，攀鋼最終選擇ABB公司的MEMS(旋轉(zhuǎn)交R16350毫米x470來做了大量的工藝性實驗和研究，特別是連鑄特鋼過程中應用結(jié)晶器電磁攪拌技術(MEMS)，其目的是使鋼液產(chǎn)生強制流動，使鑄坯的高溫區(qū)與低溫區(qū)充足混合，加快過熱度的導出，并折斷樹技晶，增長結(jié)晶核心及等軸晶數(shù)量，有效地控制樹技晶”搭橋”現(xiàn)象，使鑄坯中心碳偏析、中心疏松、縮孔得到改善。大冶特鋼認為∶對低倍組織的影響。在溫度、拉速、配水等工藝參數(shù)一致的情況下，使用MEMS的鑄坯低倍縮孔缺陷有明顯改善，中心偏析也有所改善。從鑄坯橫斷面酸洗的實物看，無MEMS(MEMS對偏析的影響。使用MEMS0.95~1.06；未使用MEMS0.914~1.081。大冶特鋼認為，采用結(jié)晶器電磁攪拌技術(MEMS)，顯著提高了軸承鋼連鑄坯的冶金質(zhì)量。2Cr133Cr134Cr13不銹鋼成功地應用于連鑄生產(chǎn)中，但在連鑄過程中易出現(xiàn)鑄坯表面凹坑、縮孔和中(MEMS)用于連鑄凝固初期，可顯著改善鑄坯凝固組織、提高鑄坯質(zhì)量而受到國內(nèi)外冶金行業(yè)的高度重視。特別是在特鋼品種上成為應用最為廣泛的連鑄電磁攪拌技術。但在傳統(tǒng)的觀點，認為由于該類鋼種黏度較大，結(jié)晶器電磁攪拌對其效果不明顯。為了提高馬氏體不銹鋼連2023(SEMS)，以求擴大連鑄品種，提高鑄坯質(zhì)量。實驗結(jié)果表白∶50%，57%。有效地改善了鑄坯的疏松限度；12%，表面凹坑數(shù)量和深度減少；結(jié)晶器電磁攪拌在一定限度上，有助于消除過熱度高的不良影響。國內(nèi)很多小方坯連鑄的生產(chǎn)廠家，在連鑄機上采用了結(jié)晶器電磁攪拌技術，重要因素是由于∶結(jié)晶器電磁攪拌可以改善小方坯連鑄坯的表面質(zhì)量，也可以改善小方坯連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。一般情況，在結(jié)晶器中、上部的電磁攪拌，對于改善連鑄坯的表面質(zhì)量效果顯著，特別是生產(chǎn)低碳鋼、低硅鋼是有必要的。在結(jié)晶器中、下部的電磁攪設計了結(jié)晶器電磁攪拌，效果很好。