（无线电物理专业论文）连铸钢坯的环抱挤压型纵向电磁搅拌.pdf

ab s t r a c t a l o n g w i t h t h e a p p l i c a t i o n a n d d e v e l o p m e n t o f t h e w o r l d w i d e c o n t i n u o u s c a s t i n g t e c h n o l o g y t h e q u a l i t y o f t h e c o n t i n u o u s c a s t i n g b i l l e t s u b j e c t s t o a w o r l d w i d e m o r e a n d m o r e o f h i g h v a l u e b u t t h e s t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e c o n t i n u o u s c a s t i n g b i l l e t i s t h a t t h e c o l u m n a r c ry s t a l s a r e s p e c i a l l y fl o u r i s h i n g r e s u l t i n g in t h u s p h e n o m e n o n o f t h e c e n t r a l p i p e p o r o s i t y a n d t h e c e n t r a l e l e m e n t s s e g r e g a t i o n a n d s o o n b u t t h e e l e c t r o m a g n e t i c s t ir r i n g t e c h n o l o g y h a s t h e i m p o r t a n c e o f i n c r e a s i n g t h e c a s t i n g b l a n k s r a t e o f t h e e q u i a x e d c ry s t a l s t h i n n i n g t h e c o a g u l a t e d o r g a n i z a t i o n s r e d u c i n g t h e d i r t y c o n t e n t a n d p r o m o t i n g t h e c o m p o s i t i o n s u n i f o r m i n t h e s m a l l s q u a re b i l l e t s c o n t i n u o u s c a s t i n g t h e r o t a t i n g fi e l d e l e c t r o m a g n e t i c s t i r r i n g t e c h n o l o g y i s a d o p t e d w i d e l y b u t i t s s t i r r i n g e ff e c t i s n o t o b v i o u s e n o u g h th e m o l t e n s t e e l s h o r i z o n t a l r e v o l u t i o n c a n r e d u c e th e g e n e r a t i n g o f t h e c o l u m n a r c ry s t a l s b u t d i s a d v a n t a g in g i n t h e l o n g i t u d i n a l e q u i a x e d c ry s t a l s g e n e r a t i n g a n d t h e c e n t r i f u g a l f o r c e g e n e r a t e d b y t h e m o l t e n s t e e l s h o r i z o n t a l r e v o l u t i o n c a n e v e n a g gr a v a t e 由 c a s t i n g b i l l e t s c e n t r a l p i p e a n d p o r o s i t y a n d c e n t r a l e l e m e n t s s e gr e g a t i o n w e d e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e d a c o n t i n u o u s c a s t i n g b i l l e t s t e e l s a m p l e x u s e x t r u s i o n l o n g it u d i n a l e l e c t r o m a g n e t i c s t ir r i n g t e c h n o l o g y t h i s t e c h n o l o g y a v a i l a b l y i m p r o v e d t h e c a s t i n g b i l l e t s i n n e r h i s t o l o g y i m p r o v e d t h e c a s t i n g b i l l e t s s u r f a c e d q u a l i ty a n d m a d e t h e n o n m e t a l l i c i n c l u s i o n i n s i d e t h e m o l t e n s t e e l r i s e u p o b v i o u s l y r e d u c e d t h e c e n t r al p o r o s i ty a n d t h e c e n t r a l e l e m e n t s s e gr e g a t i o n b a s i c a ll y e r a s e d t h e c e n t r a l p i p e a n d t h e c r a c k l e i t c a n i n c r e a s e t h e r a t e o f t h e e q u i a x e d c r y s t a l s o v e r c a m e伽t r a d i t i o n al r o t a t i n g fi e l d e l e c t r o m a g n e t i c s t i r r i n g t e c h n o l o g y s d i s a d v a n t a g e s t h e p a p e r s u m m a r i z e d t h e e l e c t r o m a g n e t i c s t i r r i n g t e c h n o l o g y s d e v e l o p m e n t f u n c t i o n s a n d i t s a p p l i c a t io n a t h o m e a n d o v e r s e a s a n al y z e d t h e t r a d i t i o n a l r o t a t i n g fi e l d e l e c t r o m a g n e t i c s t i r r i n g t e c h n o l o g y s c h a r a c t e r i s t i c s e m p h a s i z e d a n d a n al y z e d t h e c o n t i n u o u s c a s t i n g b i l l e t s t e e l s a m p l e x u s e x t r u s i o n l o n g i t u d i n a l e l e c t r o m a g n e t i c s t ir r i n g t e c h n o l o g y t h e r e s u l t s o f t h i s e x p e r i m e n t s h o w t h a t t h i s t e c h n o l o g y i s e x c e l l e n t a n d a v a i l a b l e k e y wo r d s a e l e c t r o ma g n e t i c s t i r r i n g l o n g i t u d i n a l ii 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了 解南开大学关于收集 保存 使用学位论文的规定 同意如下各项内容 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版 并采用影印 缩印 扫描 数字化或其它手段保存论文 学校有权提供目 录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务 学校有权按有关规定向国家有 关部门 或者机构送交论文的复印件和电子版 在不以赢利为目 的的前 提下 学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动 学位论文作者签名 l 卜 t yj 麦本狂 名 白 经指导教师同意 本学位论文属于保密 在年解密后适用 本授权书 指导教师签名 学位论文作者签名 解密时间 年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师指导下 进行 研究工作所取得的成果 除文中己 经注明引用的内 容外 本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的 已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体 均已 在文中以明 确方式标明 本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担 学 位 论 文 作 者 签 名 浓 你 凡仁 回 年 s 月 8 a 第一章研究背景 第一章研究背景 钢水凝固成型有两种方法 传统的模铸和连铸 模铸是把钢水直接浇注在钢 锭模中 让钢水自 然凝固形成 铸坯 这是非连续式的生 产方式 t 而连铸则是 通 过连续铸机将钢水转变成连续的长条型钢坯 再通过气割切割成一段段钢坯 2 7 随着科技进步的不断推进 模铸逐渐被淘汰 连铸技术日 益普及 连铸取代模 铸是炼钢生产流程中一次巨大的技术变革 目 前世界上有不少产钢国家的连铸 比已 接近饱和程度 连铸机的 机型己 基本定型化 改进方向 是使连铸机的结构 和辅助设备具有更高的综合性能 操作过程具有自 动化 可控性和安全性达到 更高的 水 平 目 的 在于 进一步发 挥连铸机的 生产 潜力 进一步提高 铸坯的 质量 3 提高连铸机生产率主要的 措施有 提高浇注速度 提高连铸机作业率和提 高连浇炉数 钢铁连铸的优越性有以下几点 1 节省工序 缩短流程 2 提 高金属收得率 3 降低能量消耗 4 生产过程机械化和自 动化程度高 5 连 铸钢种扩大 产品 质量日 益提高 随着连铸技术的快速发展 国际钢材市场的竞争日 益激烈 连铸坯的质量 越来越受到高度重视 已 经成为连铸生产中首要的问题 因而围绕提高连铸坯 质量的 研究 工作也 取得了 很大的 进展 连铸的电 磁搅拌 e l e c t r o m a g n e t i c s t i r r i n g 简称 e ms 技术因其能显著改善铸坯质量而在国内外受到高度重视并得到广泛 应用与快速发展 在钢的连铸过程中应用电磁搅拌技术的目 的是使钢液产生强 制流动 使铸坯的高温区与低温区充分棍合 加快过热度的导出 并折断树枝 晶 增加结晶核心及等轴晶的数量 从而改善凝固组织 提高铸坯的质量 在金属半固态成形技术的推动下 电磁搅拌技术在7 0 年代末期被广泛地应 用在了半固态金属浆料的制备中 利用电磁感应力将凝固熔液中析出的树枝晶 打碎 从而在一定程度上提高了钢坯的质量 电磁搅拌的方法不污染金属 所 以金属浆料比较纯净 也不会卷入气体 对于电磁参数的控制也十分的方便灵 活 是半固态坯料工业化生产的主要方法 电磁搅拌会使金属的凝固组织发生 很大变化 就凝固条件而言 电磁搅拌作用会使液态金属的温度场和浓度场的 分布变得非常均匀 可以消除钢液凝固时柱状晶的生成 从而获得均匀而细小 的铸态组织 目前应用电磁搅拌技术制备低熔点合金半固态坯料己实现了产业 第一章研究背景 化 譬如美国的a l u m a x 公司 德国的e f u 公司 瑞士的a l u s u i s s e l o n z a 公司和 法国 的p e c h in e y 公 司 近年来 在钢铁材料的冶炼上 电磁搅拌技术也日益受到了人们的极大重 视 日 本的 学 者对高 速钢s k h 5 1 的电 磁搅拌技术 进行了 探讨 5 结果证明 经 过电磁搅拌后 高速钢的初晶组织呈球形 碳化物的分布较为均匀 元素的偏 析减轻了 而且对提高高速钢的性能也是非常有利的 巴西的学者对电磁搅拌 流变成形不锈钢的 微观结构和腐蚀机理进行了深入的研究q 杨卯生等 7 1 利用自 制的高熔点半固态电磁搅拌装置对 6 0 s i 2 m n钢半固态电磁搅拌力场及它对组织 转变的影响进行了理论分析和实验研究 结果表明 电磁搅拌的功率和频率直 接影响电磁搅拌力 进而对金属熔体的流动形态有明显的影响 在一定的频率 范围内 如果搅拌的功率加大 则搅拌力也随之增加 当搅拌功率达到一定值 时 如果继续加大搅拌功率 就会导致电 磁搅拌装置发热 并且会恶化6 0 s i 2 m n 钢半固态组织的转变效果 其适宜的频率范围为2 0 5 0 h z 如果频率太高 屏 蔽和钢熔体粘滞效应就会增大 这将导致搅拌力下降 如果频率太低 涡漩电 流就会减小 同样也会导致搅拌力的下降 电磁搅拌力作用下的金属熔体的流 动形态是由一个集中的大漩涡和较多的小漩涡构成的 这种流动形态在宏观上 可促使钢液的温度场和浓度场的均匀化 微观上则增加局部紊流密度 促使树 枝晶 组 织向 球状晶 组织转变 邢书明 s 在 1 9 9 9 年利用电 磁搅拌技术进行了 半固 态挤压抗磨白口 铁的电磁搅拌试验研究 随后对难变形钢铁材料的半固态连铸 技术进行了研究 并提出了半固态连铸过程稳定性的三个判据和一套半固态连 铸工艺设计的 准则 此外 国内外的诸多学者也对电磁搅拌下轻合金的组织结构进行了广泛的 研究 朱明 原 d 等人 研究了电 磁搅拌 对z l 1 0 1 a铝合金显 微组织的 影响 阐明了 不同 搅拌工艺条件下z l 1 0 1 a铝合金的显微组织的变化规律 他们认为电 磁搅拌 的 作用与合金凝固 速度的良 好匹配是得到理想非树枝晶组织的关键 康世维c id 对电磁搅拌条件下凝固的亚共晶 共晶合金组织进行研究后发现 电磁搅拌可 使a l s i 亚共晶 共晶的 宏观组织中的等轴晶明显细化 a a l 显微组织中由 树枝 状变成球状 a a l 二次树枝晶臂变宽 s i 相间距变宽 a 1 s i 共晶的合金显微组 织随搅拌电 压的增加而增加 使得s i 片变长且s i 片变得有规则 并且分枝减少 s i 相间距增大等等 杨必成等人 el l 研究了不同电 磁搅拌的频率和不同的 冷却速 度对m g a l 9 s i 合金凝固 组织的影响 比 较了 搅拌和不搅拌两种工艺下得到的不 第一章研究背景 同 组织 结果 表明 电 磁搅 拌能完 全抑制 树枝晶的形成 提高 搅拌 频率能 使a m g 趋于等轴化 而且延长搅拌时间不会改变晶粒形貌 只能使组织变得更加粗大 此外 电 磁搅拌还能 促 进凝固 过程中m g 2 s i 相的形核 以 上这些研究表明 电 磁搅拌技术已 经成为目 前半固态加工领域的 研究焦 点 但由 于该技术目 前还不是十分的成熟 况且在工艺的实现方面还有一定的 困难 因此目 前在国内 还未实现电磁搅拌的产业化 仍然需要人们对其进行更 加深入透彻的研究与探索 第一节电磁搅拌技术综述 1 1 1 电磁搅拌技术及特点 电磁场技术在材料加工领域的运用 应归功于研究电 磁场与导电流体间相 互 作 用的 电 磁 流 体 力 学 a 2 1 m a g n e t i c h y d r o d y n a m i c s 简 称m m 的 发 展 电 磁 流体力学是研究电磁和流体流动之间相互关系的科学 涉及电 动力学 磁动力 学和流体力学等许多方面 在对金属流体施加电磁场时 由 于熔融的金属是良 好的导电体 根据电磁感应原理 可以在金属流体中产生电磁力的作用 电磁 力具有非接触地对金属流体产生加热 搅拌等功能 所以 m h d技术已 广泛应 用于冶炼 精练 连铸和铸造等诸多冶金领域 在铸造过程中 通过电 磁力可以改变金属熔体表面形状 传质和流动过程 改善铸锭表面质量和内 部组织结构 从而达到制备优质产品的目 的 1 8 2 3年 法 拉 第 就开 始 测 量 流 体 在 磁 场中 的 流 动 1 9 6 1 年 l m g e n b e r g 13 提出 交 变电 磁场可以使金属流体的组织细化 从而揭开了电磁技术在冶金及材料加工领域 应用的序幕 然而 直至1 9 8 2 年在英国召开的国际力学理论和应用技术联合会 议上才第一次出现了材料电 磁加工的技术术语 近几年来 材料的电磁加工广 泛应用于有色金属和黑色金属的冶金过程及其他材料加工领域 极大地推动了 材料科学的飞速发展 金属半固态流变加工过程中对浆料的制备主要有两种方 法 一种是机械搅拌法 另一种是电 磁搅拌法 采用机械搅拌法时 由 于搅拌 片需要长时间的在液相线温度以上工作 因此对搅拌片的磨损非常严重 这就 增加了生产的成本 同时 搅拌棒容易污染金属 这又给半固态流变过程浆料的 第一章研究背景 制备带来了难以克服的困难 然而对金属熔液采用电 磁搅拌法就不会遇到这种 难 题 电 磁 搅 拌 e l e c t ro m a g n e t ic s t i r r in g 简 称e m s l 是 借 助电 磁 力 强 化 铸 坯内 未凝固金属熔液的流动 从而改变金属熔液在凝固过程中的流动 传热和传质 达到金属熔液的晶粒细化 改善铸坏质量的目的 电磁搅拌是改善铸坯质量的 一种重要手段 它具有以 下几个特点u b 非接触性 电磁搅拌技术是借助电 磁感应实现能量的 无接触转换的 因 而电 磁搅拌装置的感应线圈可以 不与金属熔液直接接触就能将电磁能直接转换 成金属熔液的动能 可控制性 由 于电 磁搅拌装置的感应线圈激发的磁场可以 通过调节感应 电流来进行人为的控制 进而实现对电磁力的人为控制 因此可以人为地控制 金属熔液的流动形态 无污染性 电磁搅拌技术可以非接触式地传递热能和机械能给材料 因 此电磁搅拌技术是一种无污染的加工方法 1 1 2 电磁搅拌的作用 电磁搅拌 e ms 利用电磁感应产生的电 磁作用力来推动液态金属做有规 律的运动 从而借助电 磁力的作用 强化铸坯液相穴中钢水的运动 以改善钢 水凝固过程中的流动 传热和迁移过程 达到改善铸坯质量的目的 电 磁搅拌起到的 效果随电 磁搅拌装置安装位置的 不同而有所不同 见表1 1 表1 1三 种 基 本 形 式的e m s 的 特 性 u e 1 m e mss e ms f e ms 位置结晶器 最好上部结晶器下 糊状区上 糊状区内 形式旋转 最好三相旋转 大断面可以是线 形的 旋转三相 设计低频 高功率 内或外 置 低功率 扁平的小断面工频 大断面 低频 高功率 长的 冶金质量 减少漏钢 提高 注速 内部质量高碳和合金钢中心 偏析 费用高 低高 第一章研究背景 实践证明 在连铸上合理采用电 磁搅拌能有效地改善铸坯的内部组织结构 提高铸坯的表面质量 使钢液中非金属夹杂物上浮 明显减轻中心元素的偏析 和中心疏松 基本消除中心缩孔和裂纹 大大增加等轴晶率 放宽对连铸工艺 的要求 扩大连铸钢种 提高拉速 尤其对中大断面和特殊钢种效果更加明显 6 0 年代日本和欧洲率先在连铸上试用了这一新技术 7 0 年代获得了工业上 的应用 并得到了 普遍认同 随着连铸技术的不断发展和连铸钢种的不断扩大 电磁搅拌技术越来越受到连铸业各界的高度重视 并在生产实际中取得了良 好 的技术和经济效益 可以说连铸电磁搅拌技术的应用促进了高效 优质连铸技 术的 进步 是6 0 年代以 来连铸技术 及电 磁冶 金技术最重要的 发展之一 17 1 由于各种原因 连铸坯的结构特点是柱状晶特别发达 从而造成了中心缩 孔 疏松与中心的元素偏析 大量的研究证明 由于熔液的流动影响凝固过程 的 传热 传质 及其对树枝晶的直接动力作用 所以 对铸坯由 表面开始凝固 直 到中心完全凝固的全过程起着至关重要的作用 而电磁搅拌技术的核心 就是 利用电磁力控制铸坯凝固过程的这种流动现象 以改善铸坯的结构 质量和轧 材性能 在对电磁搅拌技术多年的研究与运用中 人们总结出来了 电 磁搅拌 技术的优点如下 1 扩大和细化了等轴晶带 电磁搅拌通过母液对树枝晶前端的动力折断作用和熔蚀作用 从而造成了 大量的晶枝碎片作晶核 同时加速液心传热 消除过热度 扩大两相区 加速 传质等使等轴晶带扩大 这有利于消除铸坯的内部缺陷 2 改善了铸坯的表面质量 电磁搅拌将高温钢流带到顶端 这有利于保护渣的熔化 从而起到润滑和 清洗夹杂 气泡的作用 而获得致密的 表面 3 减轻了中心缩孔 疏松及夹杂的数量 4 改善了铸坯的中心元素偏析状况 第二节国内外电 磁搅拌技术的研究现状 1 2 1 世界电磁搅拌技术的发展状况 第一章研究背景 随着世界范围内连铸技术的应用和发展 连铸坯的质量越来越受到全球的 高度重视 特别是由于用户对钢材质量越来越高的要求以及国际市场的激烈竞 争 使得提高铸坯的质量成为连铸生产中首要的一个问 题 因而围绕着提高连 铸坯质量的研究工作也取得了 很大的进展 近年来 超纯净钢的开发和应用对 铸坯的质量 凝固组织和成分均匀化提出了更高的要求 电磁搅拌技术对提高 铸坯的等轴晶率 细化凝固组织 降低夹杂物含量并促进成分均匀化具有重要 的作用 电 磁搅拌器 e m s 是由 瑞典 a s e a公司首先发明 的 1 9 3 2年 d r e y f u s 博士根据法拉第电 磁感应的原理 发现低速移动着的感应磁场会对钢水产生强 烈的搅拌作用 于1 9 4 8 年制造出了 世界上第一台电磁搅拌器 并运用在了电弧 炉炼钢上 取得了理想的效果 随着炼钥技术的发展和成熟 电磁搅拌技术逐 渐被应用于连铸设备中 2 0 世纪6 0 年代 奥 地利的k a p f a n b e r g 厂的b e o h l e r 连铸机中 开始大胆地使 用电 磁搅拌技术浇铸合金钢 2 0 世纪7 0 年代 法国钢研院 i r s i d 首次在方坯连铸机上进行了线性电 磁搅拌技术的工业性试验 英国钢公司 b s c 也进行了 类似的试验 电磁搅拌 的引用使得硅铝镇静钢的皮下质量得到了明显的改善 试验中由于采用了 低频 电 磁场 从而提高了 搅拌效率 并且采用铜作为结晶器材料 所以电 磁搅拌技 术很快在生产中得到了应用 随后 圆坯连铸设备的旋转电磁搅拌技术的研究取得了突破性的进展 k a r l h e in z s p i t z e r 等人用模型实 验和数 值模拟的方 法研究了 圆 坯在旋转电 磁搅 拌作用下钢水内的电 磁场和流场 并分析了 各种情况下的计算结果 讨论了 搅 拌器的内 径 长度 磁感应强度 激磁电流的频率以及电磁搅拌器沿长度方向 的安装位置对流场的影响等问题 板坯连铸机的电磁搅拌技术开发较晚 1 9 7 3年 世界上首台板坯连铸机二 冷段电磁搅拌器在新日铁君津厂开始投入了使用 同年 法国钢研院在西德 e i l l i n g 厂的 板坯连铸 机上也使用了 电 磁搅拌技术 他 们的 方 法是 在结晶 器宽面 铜板后面的冷却水箱内 装上线圈 对钢坯熔液产生竖直方向的线性搅拌 搅拌 后发现 低碳铝镇静钢的皮下质量得到了明显的改善 1 9 7 7年 a s e a 网在的 a b b 提出辊后箱式搅拌的设想 安装在铸流奥式体钢 无磁性 的支撑辊后的 面 沿拉坯方向搅拌铸坯 使用的辊子直径小 搅拌器与板坯之间的距离小于 第一章研究背景 2 5 0 的连铸机 后来 日本神户钢铁公司在弧型板坯连铸机上安装了直线型电 磁搅拌器 同样也改善了 钢坯的质量 日 本新日 铁公司经过长期的研发 用结 晶器电磁搅拌装置 简称m e ms 来控制钢液的流动 大幅度提高了板坯表面 的质量及合格率 铸坯初期凝壳厚度均匀 因为纵裂而引发的拉漏事故明显减 少 稳定了 连铸操作 现在 新日 铁公司的板坯连铸机几乎全都采用了m e ms o 2 0 世纪8 0 年代初 日 本川崎钢铁公司和瑞典a s e a公司共同开发了结晶器 电磁制动装置 将这项技术应用于川崎公司的连铸机上 获得了良 好的冶金效 果 2 0 世纪9 0 年代 间歇搅拌器和多频搅拌器相继得到了 开发 这就标志着随 着电 磁搅拌技术的发 展和成熟 该技术已 成为改进铸坯质量的 重要手段 随着技术的进步 人们开发了组合式电磁搅拌技术 与单一位置的搅拌相 比 较 组合式电 磁搅拌在改进铸坯的 质量 减少中心偏析方面的效果更好 1 9 9 1年 日本 n k k 引进了钢液能加速或减速地离开浸入式水口的 e ml s e ml a 电磁液面减速器 电磁液面加速器 工艺 还有能使结晶器弯月 面处或弯月面下钢液旋转的e m r s e u s 1 2 2 我国电磁搅拌技术的发展状况 1 2 2 1 我国电 磁搅拌技术的三个主要发展阶段 国外的电磁搅拌技术已 经得到了广泛的推广应用 并取得了非常好的冶金 效果 而我国在2 0 世纪7 0 年代末才开始研究电 磁搅拌技术 主要经历了3 个 阶段 1 2 0 世纪7 0 年代末至8 0 年代中期 我国开始对电 磁搅拌技术进行摸索 和探讨 虽然经过了 大量的试验及工业上的运行 但电 磁搅拌的性能都不太稳 定 到了2 0 世纪8 0 年代中期的时候 我国 首先引进了 一批特殊钢的 连铸机 连铸机上都配有进口的电 磁搅拌装置 这虽然对我国连铸电 磁搅拌技术的发展 起到了一定的积极作用 但也说明我国当时还不具备制造高性能电磁搅拌装置 的能力 2 2 0 世纪8 0 年代后期 电磁搅拌技术得到了国 家的高度重视 经过十 多年的不断努力 我国电 磁搅拌技术的研究终于取得了 重大的突破和进展 1 9 9 6 年 5月 舞钢首次在大型厚板坯连铸机上成功地使用了国内自 行设计和研制的 第一章研究背景 s e m s 成套装置 这标志着我国结束了完全依靠进口电磁搅拌装置的历史 并且 这些电 磁搅拌装置的 研制水平和使用效果均达到了引进电磁搅拌装置的 搅拌效 果 3 1 9 9 7 年 宝钢同其他单位合作 成功地研制出了 宝钢大板坯连铸上的 s e ms 它的价格还不到引进设备的三分之一 宝钢的大板坯上的s9 e u ss的研制 成功标志着我国己 经初步具备了研制高性能电磁搅拌装置的能力 并且己经具 备了出口 竞争的 实力 1 7 1 2 2 2 我国电 磁搅拌技术存在的问题 目 前 我国应用电磁搅拌器的连铸设备大约有1 0 0 多台 且多为电炉连铸 而且其中的绝大部分都是引进的 只有重庆特钢和宝钢等使用了国产的电 磁搅 拌装置 由于国内对电磁搅拌技术的应用研究还不充分 所以不少厂家对电磁 搅拌装置的运用效果不够理想 这是因为我国的电磁搅拌主要存在以下问题 1 对电 磁搅拌技术的工艺试验不足 未对其工艺参数充分的优化 2 国内引进的电 磁搅拌装置多为早期产品 功率不足 所以 使用效果不 够理想 3 存在水质处理的问题 由 于电磁搅拌的功率大 而电 磁搅拌的线圈多 采用水冷处理 所以对水质的要求很高 而国内厂家的水质处理多数达不到标 准 以 致造成了对线圈 及接线处绝缘的 损坏 4 钢种不合适 电 磁搅拌对高碳钢 不锈钢 厚板坯等特殊钢种的作用 比较明显 但是对普通钢的效果很是一般 而且对船板钢和某些低合金钢经过 强电磁搅拌后 还容易产生白 亮带和负 偏析的 现象 川 1 2 3 当前国内外电磁搅拌器的发展状况 近年来 我国的钢铁产量不断增长 其重要原因之一就是长期以来我们贯 彻了 大力发展对钢铁的连铸生产 近几年 我国的 钢铁工业发展到一亿吨的过 程中 连铸生产起到了十分显著的作用 目 前 因为国际上对钢铁质量的要求 积极采用连铸钢坯的电磁搅拌技术来改善钢的质量 已成为连铸技术研究的一 个热门话题 以大电炉短流程生产工艺为建设思想的各类小型钢厂在我国逐渐增多 而 第一章研究背景 这类 四个一 的短流程钢铁生产线必须强调以连铸为中心 而强调以 连铸为 中心的含义不仅表现在生产节奏的连续性上 更重要的是在最终冶金产品的表 面质量和内在质量方面 不得不高度重视连铸技术的作用 因此 除了需要重 视对保沪渣 耐火材料 二冷配水 全程保护浇注等技术的研究外 还要重视 电磁搅拌装置对提高铸坯质量的研究 正确地选择和应用电磁搅拌装置也是至 关重要的 可以 这样认为 电磁搅拌技术应用于连续铸钢上是连铸技术最重要 的发展之一 随之而来的不仅是铸坯质量的极大提高 而且电磁搅拌技术使得 连铸能适应各种合金钢的生产 从而促进了冶金生产的全连铸化 经过对电 磁搅拌技术4 0 多 年的开发与研究 目 前应用于连铸机上的电 磁搅 拌器大致有如下几种 见图1 1 a 图1 1连铸机上应用的电磁搅拌器种类 1 中间包加热用电磁搅拌器h e ms 这种电磁搅拌器可以使连铸过程中的钢水温度在中间包内始终保持在液相 温度以 上3 0 0 c或4 0 0 c 目 前正被广泛地推广应用 其投资和运行成本比 等 离子加热要小得多 并且使中间包二次冶金的效果更加理想 第一章研究背景 2 结晶器电磁搅拌器me ms 该种电磁搅拌器是目 前各种连铸机都适用的电 磁搅拌装置 由 于它对改善 铸坯的表面质量 细化晶粒和减少铸坯内 部夹杂以 及中心疏松都有着明显的作 用 所以被特别推崇选用 它一般安装在结晶器内的下部 所以不影响液面测 量装置的使用 3 冷却一段电 磁搅拌器s e ms 此种电磁搅拌器只适用于小方坯连铸机的电磁搅拌 它的功能与me ms 类 似 所以 两者不重复采用 但s t e m s 与im e ms 相比 有以 下两点 优势 首先 s t e ms 是安装在结晶器外的一段足辊处的 所以对它的更换与维修要更加方便 其次 在可以获得同样的搅拌效果的情况下 s t e ms所需的功率要小得多 因此在投 资和运行成本上比m e m s 更经济一些 4 冷却二段电 磁搅拌器s 2 e m s 这种电 磁搅拌器是促进铸坯晶粒细化的有效手段 它一般与 me m s或者 s t e ms 一起使用 在大方坯和板坯连铸机上都可以加以选用 5 凝固末端电磁搅伴器f e ms 凝固末端电磁搅拌器一般是在浇注对碳偏析有严格要求的含碳高的钢种时 必须采用的 它的安装位置要靠近凝固末端 一般在液芯直径为 b 0 8 0 m m处 为 佳 并允许调节 t 2 6 3 采用连铸技术