小方坯结晶器电磁搅拌工艺参数完-炼钢
小方坯结晶器电磁搅拌工艺参数选择及效果分析
摘要：采用对比试验研究的方法分析不同电磁搅拌强度下对45钢小方坯铸坯内部质量的影响，试验中采用搅拌电流分别为270、280、290、300 A。其结果表明：电磁搅拌的使用有助于提高铸坯质量,包括皮下气泡、非金属夹杂物、中心偏析、缩孔、角部裂纹的质量等级，电磁搅拌可有效降低高过热度钢连铸铸坯中的氧、氮含量，随着搅拌电流由270A提高到300A，铸坯中心等轴晶比率由24.2％提高到31.5％。
关键词：连铸；结晶器电磁搅拌；内部质量
Process parameters optimization and effects analysis of
billet mold electromagnetic stirring
GAO Hai
（1. School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China；2.Chengde Branch of Hebei Iron & Steel Co., Ltd., Chengde 067102, China；3.Engineering and Technology Research Center of vanadium and titanium HeBei, Chengde 067102, China.）Abstract:The continuous billet internal quality analysis of 45 steel are studied with the different mould electromagnetic stirring current by the comparative method. The result showed electromagnetic stirring improved the level of billet internal quality such as the subcutaneous blebs, nonmetallic inclusions, central segregation, shrinkage cavity and corner cracks, effectively reduced the content of oxygen and nitrogen in the high superheat billet, increased the billet center equiaxed crystal ration from 24.2% to 31.5% with stirring current from 270A to 300A.
Key words: continuous billet；Mould electromagnetic stirring；Internal quality
1 前言
随着连铸技术的快速发展，电磁搅拌技术应用越来越广泛，它的实质是借助在铸坯液相穴内感生的电磁力强化液相穴内钢液的运动，由此强化钢液的对流、传热和传质过程，产生抑制往状品发展、促进成分均匀、央杂物上浮细化、分布均匀的热力学和动力学条件，进而控制铃坯凝固组织，改善铆坯质量。结晶器电磁搅拌是应用最为广泛的连铸电磁搅拌技术，具有减少铸坯表面和皮下气孔、改善铸坯表面质量减少、降低中心缩孔和偏析、提高钢水纯净度等功能。随着公司品种开发的进一步深入，对产品质量的要求越来越高，而铸坯质量作为轧制前的中间产品尤为重要，要求在现有条件下最大幅度地充分发挥出电磁搅拌冶金功能，因此，决定对结晶器电磁搅拌功能进一步优化，提高铸坯表面质量和控制中高碳钢的碳偏析，开展了小方坯连铸结晶器电磁搅拌技术应用研究，采用45钢铸坯为试验钢种进行了试验，重点研究确定电流和频率的最佳值，以及电磁搅拌电流参数的改变对铸坯的内、外部质量影响的研究。[1～2]
2 试验方案
2.1装备及工艺
试验用小方坯连铸机为连铸机，主要参数：铸机类型：八机八流弧形连铸机；断面尺寸：165m m×165mm；拉速范围：1.8～2.2m/min。
结晶器电磁搅拌成套装置由150KV A，380V/380V主电力变压器8台、电源分配柜及冷却水控制柜2面、变频柜8面、纯水内冷结晶器外置式电磁搅拌器8台、冷却水装置1套及监控操作工控机1台构成。其主体设备结晶器电磁搅拌器设备型号：DJMR-540CW，数量：8台，主要技术参数：
结构特点：环形铁芯，克兰姆绕组形式；适应的铸坯截面：165mm×165mm；中心磁感应强度：≥860GS；带结晶器铜管后中心磁感应强度：≥550MΩ；自重：1160Kg。
连铸机电磁搅拌器安装位置距结晶器铜管上口350mm处，搅拌方式为：连续正搅、连续反搅、正反交替搅拌。电磁搅拌器基本参数见表2。
表1：连铸机结晶器电磁搅拌器的设备基本参数
电磁搅拌器电气参数搅拌器尺寸
视在功率电流电压频率中心磁感应强度内径外径高度KVA A V Hz Gs mm mm mm 260 400 380 2-8 ≥860 510 870 505
2.2结晶器电磁搅拌工艺参数优化试验方案
以45#钢为代表，生产工艺路线：铁水——转炉提钒——转炉炼钢——吹氩精炼（包括钢包喂线）——方坯连铸（保护浇注）。在其中1流按不同参数的电磁搅拌设定，其他流不使用电磁搅拌控制，按上述20组参数在设定参数的流上每一组取150mm厚铸坯样一块，对应在其他流上取150mm厚铸坯样一块，酸洗后进行铸坯质量对比。检验项目包括：低倍和硫印检验、碳偏析分析、氮氧含量测定三个部分。
3 试验过程
3.1取样方式
在连铸机上进行电磁搅拌效果的试验钢生产，共进行7炉，在连铸机第1流使用电磁搅拌，第2流为无电磁搅拌进行对比，5＃连铸机生产试验钢的工艺参数见表2。
表2：5＃连铸机生产试验钢的技术工艺参数
编号炉号
中包温度℃拉速结晶器进出
水温差△℃
二次冷却各段流量/L﹒kg-1南中包北中包M/min-1一段二段三段
1 6-3328 1517 1516 1.79 5.6 4.9 5.4 3.5
2 6-3329 1518 1517 1.80 5.8 5 5.5 3.7
3 6-3330 1507 1509 1.93 6.9 4.5 4.96 3.24
4 6-3331 1509 1517 1.69 6.
5 3.94 4.44 2.97
5 6-3332 1505 1499 1.94 6.8 4.31 4.8 2.04
6 6-3878 1515 152
7 1.71 4.
8 5 6.6
7 6-3879 1522 1528 1.74 4.8 5 6.6
3.2试验样精选结果及试验安排
对84块厚度为40mm的连铸坯样进行检查时发现，炉号为6503331编号为4-1、4-2、4-7、4-8的试样没有，其余试样多有重复编号现象，精选后采用12组试样共计36块试样进行对比检验。决定检验的试样中包括6个炉号，基本包括了电磁搅拌试验的工艺情况，能够说明电磁搅拌的试验效果，试样检验分析项目基本情况见表3。
表3：连铸机电磁搅拌试验样精选结果及试验安排
编号流次炉号
搅拌参数
低倍/硫印碳偏析氧氮含量电流电压频率方式
1-1 1 6-3328 300 350 3 反搅√√√1-2 2 6-3328 √√√2-1 1 6-3329 280 325 3 反搅√√√2-2 2 6-3329 √√√3-1 1 6-3330 290 335 3 正搅√√√3-2 2 6-3330 √√√5-1 1 6-3332 290 415 4 正搅√√√
5-2 2 6-3332 √ √ √ 6-1 1 6-3878 270 315 3 反搅 √ √ √ 6-2 2 6-3878 √ √ √ 7-1 1 6-3879 290 335 3 正搅 √ √ √ 7-2 2 6-3879 √ √ √
注：记号为“√”是表示需进行检验的项目。
编号中1-1、1-2，前面的数字代表炉号，1代表炉号为6-3328，依此类推； 后面的数字代表有无电磁搅拌，1代表有电磁搅拌，2代表无电磁搅拌。
试验铸坯锯切为厚度为165mm ×165mm ×40mm 的坯样，按表3所示，每个炉号的试验坯样为4块，2块为有电磁搅拌的铸坯样，从一块铸坯上依次切取，2块铸坯样组织成分变化极小，其中：一块用于加工低倍检验样，一块用于钻取成分分析样和切割出金相样、氧氮气体分析样。另外2块为无电磁搅拌的对比铸坯样，加工过程相同。
4、试验结果及分析
4.1铸坯低倍检验分析结果及讨论 4.1.1铸坯低倍检验分析结果
试验钢铸坯低倍检验的评级结果见表4。
表4：试验钢铸坯低倍检验的评级结果
比较表4中的各项低倍检验评级结果可知：电磁搅拌铸坯试样和无电磁搅拌对比样的中心裂纹、中间裂纹、中心疏松、皮下裂纹无明显变化，皮下气泡、非金属夹杂物、中心偏析、缩孔、角部裂纹有所好转。
4.1.2不同连铸电磁搅拌条件下铸坯等轴晶比率
通过肉眼观察试验铸坯的低倍照片，量出等轴晶区、柱状晶区和边缘激冷层的面积，从而得到等轴晶率的数值，等轴晶率=等轴晶区面积/铸坯面积×100%，试验铸坯样的等轴晶区、柱状晶区和边缘激冷层的比率见图1。
图1：铸坯样的等轴晶区、柱状晶区和边缘激冷层的比率
炉号 中心偏析 中心疏松 皮下气泡 非金
属夹杂物 缩孔
角部裂纹 皮下裂纹 中间裂纹 中心裂纹 电磁
搅拌
6-3328 1 1 - 0.5 1 0 0 1 0 是 1.5 1 - 0.5 1.5 1 0 1 0 否 6-3329 1 1 - 0.5 1 0 0 0 0 是 1 1 - 1 0.5 0 0 0 0 否 6-3330 1 1 - 0.5 0 0 0 1 0 是 1 1 - 1 0 1 0 0 0 否 6-3332 1 1 - 0.5 0.5 1.5 0 0 0 是 1 1 - 1 2 1.5 0 1 0 否 6-3878 1 1 - 0.5 0.5 0 0 0 0 是 1.5 1 1 0.5 1 1 0 0 0 否 6-3879 1 1 - 1 0 0 0 0 0 是 1
1
-
0.5 0 0 0 0 0 否
注：－1表示经过电磁搅拌；－2表示未经电磁搅拌。
根据上表的数据计算可知，有电磁搅拌铸坯样的平均中心等轴晶比率为26.1％，无电磁搅拌铸坯对比样的平均中心等轴晶比率为11.7％，有电磁搅拌铸坯样比无电磁搅拌铸坯对比样的中心等轴晶比率平均高出14.4％，试验铸坯样的等轴晶比率分布图见图1。
结合表2的试验钢生产工艺参数中的钢水过热度和表3连铸结晶器电磁搅拌工艺参数中搅拌电流强度、搅拌频率的数据对铸坯中心等轴晶比率进行对比分析，结果见表5。
表5：不同连铸电磁搅拌条件下有无电磁搅拌铸坯中心等轴晶比率对比
电流强度过热度频率中心等轴晶比率% 比率/A /△℃/Hz 有搅拌无搅拌差值% 270 24 3 24.2 15.3 8.9 280 27 3 25.2 14.4 10.8 290 14 4 25.7 15.9 9.8 290 34 3 23.8 7.7 16.1 300 26 3 31.5 5.4 26.1 中心等轴晶比率平均值26.1 11.7 14.4
试验结果分析表明：使用电磁搅拌的流次, 随着搅拌电流由270A提高到300A，铸坯中心等轴晶比率由24.2％提高到31.5％。
使用电磁搅拌可以提高铸坯中心等轴晶比率,有电磁搅拌铸坯中心等轴晶率比无电磁搅拌的铸坯对比样平均提高了14.4％。
4.2铸坯成分偏析分析结果及讨论
4.2.1铸坯成分偏析结果
将用于加工成分分析铸坯样在钻床上沿内弧侧到外弧侧的中心线上，依次钻取13个直径为8mm的钻孔，深度＞20mm，将钻出的钢屑进行C成分分析，取样位置如表6所示。对试验铸坯碳偏析的分析方法采用偏析度来计算，通过计算每块铸坯从内弧侧到外弧侧各个取样点的元素成分偏析的偏析度，结合冶炼连铸的工艺参数，判断铸坯成分偏析的分布规律。
碳的偏析度计算公式：K＝C/Co 。
其中：C：某一点的碳含量，
Co：铸坯中碳的平均含量。
当K＞1时，为正偏析；K＜1时，为负偏析。
表6：成分分析试样的取样点在铸坯上距离内弧侧的距离
编号1＃2＃3＃4＃5＃6＃7＃距内弧侧距mm 34.5 42.5 50.5 58.5 66.5 74.5 82.5 编号8＃9＃10＃11＃12＃13＃距内弧侧距mm 90.5 98.5 106.5 114.5 122.5 130.5
表7：试验铸坯碳成分偏析分析结果（单位：C％）
炉号6-3328 6-3329 6-3330 6-3332 6-3878 6-3879 编号1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 5-1 5-2 6-1 6-2 7-1 7-2
1 0.46 0.46 0.44 0.46 0.46 0.44 0.44 0.46 0.46 0.45 0.45 0.43
2 0.46 0.45 0.45 0.45 0.45 0.47 0.45 0.46 0.47 0.45 0.4
3 0.45
3 0.47 0.46 0.45 0.45 0.48 0.47 0.43 0.47 0.4
4 0.4
5 0.43 0.44
4 0.49 0.47 0.4
5 0.45 0.4
6 0.4
7 0.46 0.45 0.44 0.44 0.44 0.44
5 0.45 0.4
6 0.43 0.44 0.44 0.48 0.44 0.43 0.48 0.4
7 0.45 0.43
6 0.48 0.4
7 0.45 0.42 0.4
8 0.46 0.43 0.44 0.46 0.45 0.44 0.44
7 0.48 0.45 0.43 0.46 0.46 0.46 0.46 0.44 0.46 0.46 0.48 0.45
8 0.47 0.46 0.46 0.46 0.45 0.48 0.43 0.46 0.46 0.45 0.47 0.45
9 0.44 0.47 0.43 0.46 0.46 0.47 0.45 0.46 0.43 0.45 0.43 0.43
10 0.49 0.47 0.43 0.45 0.47 0.48 0.46 0.45 0.47 0.46 0.48 0.43
11 0.45 0.46 0.46 0.45 0.47 0.46 0.45 0.47 0.44 0.46 0.43 0.43
12 0.46 0.45 0.47 0.44 0.46 0.47 0.44 0.47 0.45 0.47 0.44 0.43
13 0.45 0.45 0.45 0.46 0.45 0.46 0.45 0.47 0.44 0.46 0.43 0.44 平均值0.47 0.46 0.45 0.45 0.46 0.47 0.45 0.46 0.45 0.46 0.45 0.44
4.2.2铸坯成分偏析度分布
根据表7的数据做出有电磁搅拌铸坯碳成分偏析图，见图2。由图可见，在距铸坯内弧侧58.5mm和106.5mm处最容易出现碳的正偏析，两点呈对称状态，距铸坯中心距离为24mm，其中距内弧侧106.5mm处出现最大正偏析；出现负偏析位置距铸坯中心16mm处，距铸坯内弧侧的距离分别为66.5mm和98.5mm，其中距内弧侧98.5mm处出现最大负偏析，铸坯外弧的碳成分偏析度比内弧侧严重。分析认为是铸坯内弧侧冷却强度较大，相应的钢液凝固速度较快，溶质来不及析出，铸坯碳成分偏析受到一定程度的抑制；而外弧侧相对冷却强度较内侧小，并由于电磁搅拌造成未凝固钢液的环流，使得铸坯凝固前沿切断后的细小树枝晶被搅拌漩流向铸坯内部聚集，铸坯最大的碳成分正偏析出现在外弧侧等轴晶与柱状晶交界处，随之向内出现的是以聚集的细小树枝晶为核的等轴晶，由于选份结晶而形成铸坯的最大负偏析。
通过图2中碳成分偏析度与表2给出的对应连铸工艺参数可得：图2中编号为3-1（炉号为6-3330）的钢水浇注过热度为16℃、搅拌频率为3Hz，和编号为5-1（炉号为6-3332）的钢水过热度为14℃、搅拌频率为4Hz的连铸坯中的碳成分偏析最轻。
图2：试验铸坯样碳的偏析度分布图
4.2.3结晶器电磁搅拌对碳偏析度的影响
将有电磁搅拌试验铸坯样与无电磁搅拌对比样的距内弧侧距离分别为98.5mm、106.5mm的碳偏析度计算结果列表，见表8。计算结果表明：有电磁搅拌铸坯在出现最大正偏析位置（距内弧侧106.5mm）的碳偏析度比无电磁搅拌对比样的正偏析严重，在最大负偏析出现的位置（距内弧侧98.5mm）也有同样的现象。
表8：有电磁搅拌试验铸坯样与无电磁搅拌对比样的碳偏析度比较
电磁搅拌距内弧侧的距离(mm) 1-1 2-1 3-1 5-1 6-1 7-1
有98.5 0.94 0.96 1 1 0.96 0.96 106.5 1.04 0.96 1.02 1.02 1.04 1.07
电磁搅拌距内弧侧的距离(mm) 1-2 2-2 3-2 5-2 6-2 7-2
无98.5 1.02 1.02 1 1 0.98 0.98 106.5 1.02 1 1.02 0.98 1 0.98
4.2.4不同连铸电磁搅拌条件下的铸坯中心碳偏析度
结合表2试验钢生产工艺参数中的钢水过热度、拉速和表2连铸结晶器电磁搅拌工艺参数中的搅拌频率数据对铸坯中心碳偏析度进行对比分析（结果见表9）可见，在铸坯中心部位的碳偏析在搅拌电流强度为280A，钢水过热度为27℃时，铸坯中心碳偏析度较小，而在搅拌电流强度为290A，钢水过热度为34℃时，铸坯中心碳偏析度较大。因此，降低钢水过热度和提高电磁搅拌的搅拌频率有利于降低铸坯中碳的偏析度。
表9：不同连铸电磁搅拌条件下的铸坯中心碳偏析度电流强度/A 过热度/△℃拉速/m﹒min-1频率/Hz 铸坯中心碳偏析度％270 24 1.57 3 1.02
280 27 1.8 3 1
290 14 2 4 1.02
290 34 1.8 3 1.07
300 26 1.79 3 1.02
4.3铸坯氧、氮含量检验结果及讨论
4.3.1铸坯氧、氮含量检验结果
将钻取完成分分析样后的铸坯样用线切割机床沿坯样的外弧侧1/4处（距铸坯角部约40mm处）进行线切割，在距铸坯样边部40mm处，切割一个直径为Φ5mm的圆柱样，进
行铸坯全氧全氮分析，结合试验钢生产工艺参数中的钢水过热度、拉速和表4连铸结晶器电磁搅拌工艺参数中的搅拌电流强度、搅拌频率数据对铸坯氧、氮含量进行对比分析，结果见表10。
表10：不同连铸电磁搅拌条件下铸坯的氧、氮含量对比分析 过热度 拉速
搅拌参数 铸坯全氧含量 w ％O 备注 /℃ /m ﹒min -1
电流A 频率Hz 有电磁搅拌 无电磁搅拌 炉号 14 2 290 4 0.0054 0.005 6-3332 16 1.9 290 3 0.0061 0.0064 6-3330 24 1.57 270 3 0.0048 0.0049 6-3878 26 1.79 300 3 0.0059 0.0058 6-3328 27 1.8 280 3 0.0048 0.0046 6-3329 34 1.8 290
3
0.0043 0.0066 6-3879 过热度 拉速
搅拌参数 铸坯全氮含量 w ％N
备注 /℃ /m ﹒min -1
电流A 频率Hz 有电磁搅拌 无电磁搅拌 炉号 14 2 290 4 0.0059 0.0054 6-3332 16 1.9 290 3 0.0052 0.0054 6-3330 24 1.57 270 3 0.0063 0.0066 6-3878 26 1.79 300 3 0.0055 0.0052 6-3328 27 1.8 280 3 0.0053 0.0048 6-3329 34
1.8
290
3
0.0052
0.0073
6-3879
4.3.2铸坯显微夹杂物粒径大小检测结果
用电镜（XJX-200-00251）观察试样的抛光面，是在400倍下观察夹杂物的尺寸、形状、数量及分布情况。每个样观察100（5 20）个视场。表11是试验铸坯金相观测夹杂物尺寸分布统计结果。夹杂物粒径分布是将钢中显微夹杂物按照其粒径大小分为 4 个粒径区间（0~5μm 、5~12.5μm 、12.5~25μm 、＞25μm ）。 从上述统计可知，炉号为6-3879的钢水过热度最高，为34℃，有电磁搅拌铸坯中氧、氮含量比无电磁搅拌的铸坯对比样中的氧、氮含量分别低0.0023％、0.0021％，其余炉次有电磁搅拌铸坯与无电磁搅拌对比样中氧、氮含量变化有增有减，变化幅度较小。6-3879炉次钢水过热度对连铸坯中氧、氮含量影响很大，电磁搅拌可有效降低高过热度钢连铸铸坯中的氧、氮含量。
夹杂物的尺寸普遍较小，有电磁搅拌铸坯样中0～12.5μm 的夹杂物平均占全部夹杂物炉号
0～5μm
5～12.5μm
12.5～25μm
>25μm
电磁
搅拌
6-3328
72.47% 27.00% 0.53% 是
70.17% 28.23% 1.37% 0.23% 否 6-3329
65.83% 32.74% 1.31% 0.12% 是
62.99% 34.54% 2.08% 0.39% 否 6-3330
67.92% 31.75% 0.33% 是
69.15% 30.54% 0.31% 否 6-3332
56.62% 42.01% 1.37% 是
49.29% 46.21% 3.34% 1.16% 否 6-3878
72.43% 26.69% 0.75% 0.13% 是
73.62% 20.42% 5.53% 0.43% 否 6-3879
69.40% 29.27% 0.94% 0.39% 是
28.39% 63.81% 4.84% 2.96% 否
总量的98.50%；无电磁搅拌铸坯对比样中0～12.5μm的夹杂物平均占全部夹杂物总量的96.75%。电磁搅拌使铸坯中>12.5μm的夹杂物占全部夹杂物总量比率有所减小，有电磁搅拌铸坯中12.5～25μm、>25μm的夹杂物占全部夹杂物总量的比率分别比无电磁搅拌的对比铸坯样平均减少2.04％、0.755％，有电磁搅拌铸坯中0～5μm的夹杂物占全部夹杂物总量的比率比无电磁搅拌的对比铸坯样平均增加6.07％，因此认为大颗粒夹杂物在电磁搅拌的作用下能够得到更好的上浮。
5 结论
通过对45＃钢165mm×165mm连铸坯的低倍分析、成分偏析分析、氧氮气体成分分析检测分析，并结合试验钢生产连铸工艺参数和结晶器电磁搅拌工艺参数对检验结果进行了对比分析。结论如下：
（1）电磁搅拌的使用有助于提高铸坯的低倍质量，皮下气泡、非金属夹杂物、中心偏析、缩孔、角部裂纹有所好转，但是对铸坯的中心裂纹、中间裂纹、中心疏松、皮下裂纹无明显改变。
（2）使用电磁搅拌可以提高铸坯中心等轴晶比率，有电磁搅拌铸坯中心等轴晶率比无电磁搅拌的铸坯对比样平均提高了14.4％。使用电磁搅拌的流次，随着搅拌电流由270A提高到300A，铸坯中心等轴晶比率由24.2％提高到31.5％。
（3）降低钢水过热度和提高电磁搅拌的搅拌频率有利于降低铸坯中碳的偏析度。
（4）电磁搅拌有利于大颗粒夹杂物上浮。
参考文献
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[J]．2011，32(2)；63-68．
电磁搅拌
板坯电磁搅拌的现状 摘要:介绍了电磁搅拌技术的原理、电磁搅拌器的分类、电磁搅拌装置的应用条件 关键词:电磁搅拌技术; 板坯; 连铸; 应用 Electromagnetic Stirring of Slabs Abstract: It is introduced the principle of electromagnetic stirring technique as well as types and application condition of stirrer． Key words: electromagnetic stirring; continuous casting of slab; multi-mode EMS 1前言 在连续铸钢发展初期, 钢铁制造者们已认识到钢液的凝固及铸坯质量受液相穴钢液的运动和诸如对流、传热、收缩等基本物理现象的影响。毫无疑问, 电磁搅拌的研究是以优化上述运动和现象以提高钢的质量和消除不利因素等为目标的[1]。 电磁搅拌装置(Electro – Magnetic Stirring)英语缩写为EMS。目前采用电磁搅拌装置已经成为板坯连铸设备为提高铸坯产品质量的重要途径,其作用就是在铸线扇形段上安装多段电磁搅拌用的电磁线圈, 在各段辊内的电磁线圈上施加低压、低频、大电流的交流电源, 电磁力线贯穿铸坯的凝固相(即坯壳部分),在将要冷却凝固的钢水内部产生强磁场,通过钢水内流动的感应电流相互作用, 使液向部分能定向移动及旋转运动,从而对铸坯内的液相钢水进行搅拌,使铸坯内部结晶组织均匀, 提高了板坯的质量[2]。 2 电磁搅拌技术原理及作用 2.1 电磁搅拌技术原理 与已普及的长材产品生产中采用的转式电磁搅拌有所不同, 针对大断面的矩形, 板坯连铸生产采用独特的线形电磁搅拌。其原理十分简单, 如同由两相或三相电流驱动的, 能产生交变磁场的线性感应马达。电流发生相变时磁场从一极到达另一极, 并同时产生电磁推力, 将液态钢水向磁场运动的方向推动。通过电流相位变化选择方向, 通过电流密度和频率调整推力大小[3]。
方坯结晶器断面选取原则
方坯结晶器断面选取原则 2010-10-05 09:20 方坯结晶器的断面尺寸主要是根据冷态铸坯的断面尺寸来确定。在确定了铸坯断面尺寸后，再考虑铸坯收缩量则可定出结晶器断面尺寸。因此确定放坯结晶器尺寸必须先确定铸坯断面尺寸，铸坯断面选择的原则如下： 1、保证轧材尺寸精度 轧钢厂生产时，为了保证轧材尺寸精度，需要合适的坯形和尺寸。如果铸坯形状和尺寸不合适，会增加轧制道次，恶化轧机咬入条件，对轧制不利，甚至无法轧制出要求尺寸的型钢。一般情况下，轧制大断面方、圆钢则要求用大方坯作为坯料。 用矩形坯轧制H型钢时，铸坯宽度与成品宽度之比为1.2~1.4，铸坯厚度与成品高度之比为1.8~2.4。 2、保证轧材质量需要的压缩比 为了使轧材内部组织致密，具有良好的力学性能，不同用途的轧材要求铸坯与其之间有相应的压缩比。对于不同的钢种，铸坯与轧材成品的最小压缩比一般为：碳素钢和低合金钢为6；钢轨钢、不锈钢和耐热钢为8；高速钢和工具钢为10。 3、保证铸坯断面和轧材的质量
A、铸坯断面与轧材质量关系 采用浸入式水口和保护渣实行保护浇注，是为了保证铸坯质量所普遍使用的方法，此时铸坯断面尺寸应不小于120mm×120mm。国内有可浇注90mm×90mm的小方坯连铸机，因无法采用浸入式水口和保护渣浇注，而且由于结晶器内腔太小，液位波动相对较大，不利于生产高品质产品，并易于引发浇注事故，因此目前浇注如此小的铸坯生产厂并不多。 有研究者曾对宽厚比分别为1.2、1.28、1.5、2.0的矩形连铸坯所轧成的钢轨偏析进行了分析，表明生产重轨钢较适宜的铸坯宽厚比为1.28~1.45。这个结果表明，矩形铸坯的宽厚比与轧材质量有一定关系，一般情况下，矩形坯的宽厚比不超过2。 浇注较厚铸坯时，因凝固时间长，发生成分偏析的倾向加重，所浇注的厚度超过200mm时宜采用轻压下或电磁搅拌等控制偏析的措施。 B、铸坯断面与所浇注时间的关系 每炉钢的浇注时间与稳定操作和铸坯质量均有关系。若浇注的时间长，必然要提高开浇温度，钢水过热度大概不利于铸坯内部质量，也会增加漏钢几率，在长时间浇注后钢水温度过低，流动性变差，不利于保证铸坯表面质量。所以各种容量的钢包都有相应的允许时间，可用经
凝固末端电磁搅拌器设计及应用
凝固末端电磁搅拌器设计及应用 岳阳中科电气有限公司李爱武、蒋海波 天津钢管集团有限公司姚家华、刘强 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，减少中心偏析及中心缩孔，大大增加等轴晶率。已成为连铸、特别是品种钢连铸必不可少的一种工艺手段。 连铸电磁搅拌的实质在于借助电磁力的作用来强化铸坯中末凝固钢液的运动，从而改变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。 结晶器电磁搅拌可以明显改善中碳钢、中低合金钢的内部及皮下质量，但对于高碳钢和高合金钢来说，仍存在中心偏析、中心缩孔、中心裂纹等问题，甚至在所谓的糊状区终点处形成“V”形槽即“V”形宏观偏析。尤其对于象不锈钢这样的多合金高合金钢，由于枝晶发达中心裂纹及缩孔非常明显。要解决这些问题必须在凝固末端上电磁搅拌。 2.高碳钢、高合金钢连铸的凝固特征和可能出现的缺陷 高含碳量、高合金含量有使凝固组织恶化的趋势。高碳钢、高合金钢的液相与固相间温度区间较大，凝固间隙长度增加，粘稠区加宽。因此容易形成中心偏析、中心裂纹和中心缩孔。这些缺陷对产品的机械性能和耐腐蚀性能会产生有害的影响。在不锈钢冷轧板中出现单相波纹。 宏观偏析是在凝固末端粘稠区内的溶质富集的钢液由于凝固收缩引起流动、沿粘稠区内枝晶间通道传输、聚集而成的。显然它极大地受粘稠区内钢液流动和传质所控制，有时形成中心偏析，有时形成V形偏析。中心偏析是由于铸坯在凝固过程中倾向于生成柱状晶，产生搭桥现象而产生的。V形偏析形成的原因比较复杂，主要是由粘稠区内等轴晶凝固时产生的收缩力及对钢液的抽吸力和钢液沿树枝晶的渗透引起的，可以用著名的V形偏析凝固模型来解释。偏析的严重程度与凝固时间有关，时间越长越严重。由于高含碳量、高合金含量的钢凝固时间长，因此偏析也就更严重。 3.影响凝固末端电磁搅拌的冶金效果的主要因素及措施 影响凝固末端电磁搅拌的冶金效果的主要因素在于：1）是否有结晶器电磁搅拌作用。2）电磁搅拌器能否提供足够大的电磁推力。3）电磁搅拌作用区域内磁场是否均匀。4）电磁搅拌的作用区域是否足够大。5）搅拌的时机即电磁搅拌的安装位置是否得当。其中第2、3、4个因素取决于凝固末端电磁搅拌器的参数及结构设计，而第1、5个因素则取决于电磁搅拌器与连铸机性能参数及连铸工艺的匹配是否合理。因此，一套电磁搅拌装置要达到最佳的冶金效果，除了要求其本身性能优良外，还要求设计者有较丰富的理论与实践经验。
连铸结晶器总成
结晶器 结晶器(mould) 承接从中间罐注入的钢水并使之按规定断面形状凝固成坚固坯壳的连续铸钢设备。它是连铸机最关键的部件，其结构、材质和性能参数对铸坯质量和铸机生产能力起着决定性作用。开浇时引锭杆头部即是结晶器的活动内底，钢水注入结晶器逐渐冷凝成一定厚度坯壳并被连续拉出，此时，结晶器内壁承受着高温钢水的静压力及与坯壳相对运动的摩擦力等产生的机械应力和热应力的综合作用，其工作条件极为恶劣。为了能获得合格的铸坯，结晶器应满足的基本条件有：(1)具有良好的导热性，以使钢水快速冷凝成形。(2)有良好的耐磨性，以延长结晶器的寿命，减少维修工作量和更换结晶器的时间，提高连铸机的作业率。(3)有足够的刚度，特别在激冷激热、温度梯度大的情况下需有小的变形。(4)结构简单、紧凑，易于制造，拆装方便、调整容易，冷却水路能自行接通、以便于快速更换；自重小，以减小结晶器振动时的惯性力和减少振动装置的驱动功率，并使结晶器振动平稳。 分类按拉坯方向上断面内壁的线型分结晶器的型式有弧形和直形两种；按其总体结构，不论弧形或直形均有套管式和组合式两种。 套管式内壁铜管、内外水套组成的冷却水套和足辊是它的主要构件(图1)。直形或弧形的铜管外面由冷却水套、法兰和密封元件等组成供水、供油系统。为了保证铸坯有规整的外形尺寸，在结晶器底部安装了2～3组足辊，以利于提高拉速和防止铸坯脱方(见鼓肚与菱变)。 图l 弧形套管式结晶器
1一结晶器罩}2一内水套；3一润滑油盖；4一内壁铜管 5一放射源容器；6一盖板；7一外水套；8一进水管； 9一回水管；10一接收装置；l l一水环； 12一足辊；13一定位销 组合式由宽面及窄面4块复合壁板及外框架组成。多用于板坯连铸、大断面方坯连铸及异型坯连铸。组合结晶器的每块复合壁板又由用螺柱联结的内壁铜板(外侧面铣有冷却水沟)和外壁钢制水箱组成。内壁铜板和外壁间构成冷却水缝，以通水冷却。4块复合壁之间用夹紧机构压紧。为了实现结晶器在线调宽以及形成所要求的倒锥度，在结晶器的窄面壁板的上、下部分别装有4组调整装置。当组装好的结晶器及外框架放到振动台架上时，所有进、出水管自行接通。为了更好地保护结晶器的下口、防止过早过快产生大的磨损，紧挨着结晶器下口装有足辊或保护栅板。足辊或保护栅板与结晶器一起振动。结晶器与二冷第一段(直线段或扇形段)通过振动框架直接对中，便于结晶器与二冷第一段的准确定位。二者形成一个整体，可快速吊运。 结构参数和尺寸设计结晶器的结构参数主要有断面尺寸、倒锥度、长度、水缝面积及铜壁的厚度等。 图2板坯组合式结晶器 1～窄面调整机构；2一窄面铜板}3一外框架；4一水管；5一宽面调整机构； 6一宽面铜板；7、8一足辊
连铸电磁搅拌
1.什么叫电磁搅拌(简称EMS)? 大家知道，一个载流的导体处于磁场中，就受到电磁力的作用而发生运动。同样。载流钢水处于磁场中就会产生一个电磁力推动钢水运动，这就是电磁搅拌的原理。 电磁搅拌是改善金属凝固组织，提高产品质量的有效手段。应用于连续铸钢，已显示改善铸坯质量的良好效果。 早在1922年就提出了电磁搅拌的专利。论述了流动对金属结构、致密性、偏析和夹杂物等方面的影响。1952年开始在钢厂连铸机二次冷却区装置电磁搅拌的试验。随着连铸技术的发展，为改善连铸坯质量，人们对电磁搅拌结构、类型、搅拌方式和冶金效果进行广泛深入研究，使电磁搅拌技术日益成熟，得到了广泛的应用。 2.电磁搅拌器有哪几种类型? 电磁搅拌器型式和结构是多种多样的。根据铸机类型、铸坯断面和搅拌器安装位置的不同，目前处于实用阶段的有以下几种类型。 (1)按使用电源来分，有直流传导式和交流感应式。 (2)按激发的磁场形态来分，有：恒定磁场型，即磁场在空间恒定，不随时间变化；旋转磁场型，即磁场在空间绕轴以一定速度作旋转运动；行波磁场型，即磁场在空间以一定速度向一个方向作直线运动；螺旋磁场型，即磁场在空间以一定速度绕轴作螺旋运动。 目前，正在开发多功能组合式电磁搅拌器．即一台搅拌器具有旋转、行波或螺旋磁场等多种功能。 (3)按使用电源相数来分，有两相电磁搅拌器，三相电磁搅拌器。 (4)按搅拌器在连铸机安装位置来分，有结晶器电磁搅拌器、二次冷却区电磁搅拌器、凝固末端电磁搅拌器。 3.电磁搅拌技术有何特点? 与其他搅拌钢水方法(如振动、吹气)相比，电磁搅拌技术有以下特点： (1)通过电磁感应实现能量无接触转换，不和钢水接触就可将电磁能转换成钢水的动能。也有部分转变为热能。 (2)电磁搅拌器的磁场可以人为控制，因而电磁力也可人为控制，也就是钢水流动方向和形态也可以控制。钢水可以是旋转运动、直线运动或螺旋运动。可根据连铸钢钢种质量的要求，调节参数获得不同的搅拌效果。 (3)电磁搅拌是改善连铸坯质量、扩大连铸品种的一种有效手段。 4.什么叫结晶器电磁搅拌(简称M--EMS)，有何作用? 结晶器电磁搅拌器特点：钢水在结晶器内，搅拌器置于结晶器外围。搅拌器内的铁芯所激发的磁场通过结晶器的钢质水套和铜板渗入钢水中，借助电磁感应产生的电磁力，促使钢水产生旋转运动或上下垂直运动。 结晶器铜板的高导电性，使用工频(50Hz)电源，由于集肤效应，磁场在铜层厚度由外向里穿透能力只有几毫米，小于铜壁的厚度，也就是磁场被结晶器铜壁屏蔽不能渗入钢水内，无法搅拌钢水。为此采用低电源频率(2～10Hz)，使磁场穿过铜壁搅拌钢水。 结晶器电磁搅拌作用：1)钢水运动可清洗凝固壳表层区的气泡和夹杂物，改善了铸坯表面质量。2)钢水运动有利于过热度的降低，这样可适当提高钢水过热度，有利于去除夹杂物，提高铸坯清洁度。3)钢水运动可把树枝晶打碎，增加等轴晶核心，改善铸坯内部结构。4)结晶器钢-渣界面经常更新，有利于保护渣吸收上浮的夹杂物。
材料的凝固及结晶
第三章材料的凝固与结晶 第一节凝固的概念第二节金属的结晶和铸锭第三节合金的结晶过程 第一节凝固的概念 目的要求：通过讲授晶体与非晶体的凝固，使学生掌握物质从液态转变为固态所遵循的基本规律． 授课内容： 一，晶体的结晶 二，非晶体的结晶 重点：晶体结晶时过冷现象及热力学条件 难点：晶体与非晶体凝固的不同点 教学方法：课堂讲授并结合多媒体演示 讲授重点内容提要 一，晶体的凝固 物质从液态到固态的转变过程统称为＂凝固＂，如果通过凝固能形成晶体结构，则可称为＂晶体＂．凡纯元素（金属或非金属）的结晶都具有一个严格的＂平衡结晶温度＂（即理论结晶温度Ｔ０），高于此温度（即实际结晶温度Ｔ１）才能进行结晶；两者之差ΔＴ＝Ｔ０－Ｔ１称为过冷度，处于平衡结晶温度时，液体与晶体同时共存，达到可逆平衡． 为什么纯元素的结晶都具有一个严格不变的平衡结晶温度呢？这是因为它们的液体与晶体之间的能量在该温度下能够达到平衡的缘故．这一能量叫做＂自由能（Ｆ）．同一物质的液体与晶体，由于其结构不同，它们在不同温度下的自由能变化是不同的,如图3-1所示． 由此可见，要使液体进行结晶，就必须使其温度低于理论温度，造成液体与晶体间的自由能差：（ΔF=F液－F晶），即具有一定的结晶驱动力才行． 二：非晶体的凝固 若凝固后的物质不是晶体，而是非晶体，那就不能称之为结晶，只能称为凝固．非晶体的凝固与晶体的晶体，都是由液体转化为固体，但本质上又有区别．非晶体的凝固实质上是靠熔体粘滞系数连续加大完成，即非晶体固态可看作粘滞系数很大的＂熔体＂，需在一个温度范围内逐渐完成凝固． 第二节金属的结晶和铸锭
目的要求:通过讲授金属的结晶过程 授课内容: 一:金属的结晶过程 二:金属结晶后的晶粒大小 1:晶粒大小与性能的关系 2:晶粒大小的控制 三:金属铸锭组织 1:表面细晶粒层 2;柱状晶粒层 3:中心等轴晶 重点:凝固的概念,金属结晶的铸锭. 难点:对结晶热力学条件的理解,金属的铸锭组织 讲授重点内容提要: 一:金属的结晶过程 纯金属的结晶过程是在冷却曲线上平台所经历的这段时间内发生的.它是不断形成晶核和晶核不断长大的过程,如图3-3所示.（P38页） 二:金属结晶后的晶粒大小. 1:晶粒大小与性能的关系. 金属结晶后是由许多晶粒组成的多晶体,而晶粒的大小是金属组织的重要标志之一.一般情况下,晶粒愈细小,金属的强度就愈高,塑性和韧性也愈好.表3-1（P39页）说明晶粒大小对纯铁机械性能的影响. 2:晶粒大小的控制 金属结晶后单位体积中晶粒数目Z,取决于结晶时的形核率N(晶核形核数目/S·m㎡)与晶核生长速率G(㎜/s),它们存在着以下的关系:Z∝√N/G,由上可知,当晶粒生长速率G一定时,晶核形核率N愈大,晶粒数目就愈多,反之则愈细. 1):增大过冷度: 金属结晶时的冷却速度愈大,其过冷度便愈大,不同过冷度ΔT对晶核形核率N和生长速率G的影响,如图3-6所示. 2):变质处理: 在液态金属结晶前,加入一些细小的变质剂,使金属结晶时的晶核形核率N
小方坯连铸结晶器的发展现状
联系人:张洪波,唐山(063016)唐钢二炼钢厂收稿日期:1997-06-25 总第101期河北冶金 Total 101 1997年第5期 H EBE I M ET ALLU RGY 1997,Number 5 小方坯连铸结晶器的发展现状 张洪波 摘 要 分析了连铸结晶器型腔形状和结构设计的基本要求,讨论了小方坯连铸结晶器的发展以及取得的工艺效果。 关键词 小方坯 连铸 结晶器 DEVELOPING SITUATION OF BILLET CONTINUOUS CASTING MOULD Zhang H ong bo Abstract T he prinsiple requirements fo r cavity shape and structur e of CC m ould are analysed ,the development and pro cess result of billet CC mould discussed. Key words billet continuo us casting m ould 1 前言 结晶器被称为连铸机的“心脏”,其作用是对钢水提供均匀且快速的冷却,以形成厚度均匀、表面良好的初生坯壳,从而保证连铸生产顺利进行。一般而言,所有连铸的工艺性漏钢,其根源均在结晶器内,在于结晶器和坯壳之间的相互作用。除去其它连铸工艺参数,结晶器本身的型腔形状、结构型式及冷却制度对结晶器和坯壳间的传热与润滑有重大影响。随着高效连铸技术的发展,提高小方坯连铸机的作业效率已成为我国钢铁企业的一个紧迫任务,因此,如何提高与改善小方坯连铸结晶器的冷却效果,则成为连铸技术改进的 一个主要课题。本文回顾了小方坯连铸结晶器的发展过程,以为我国小方坯连铸结晶器的改进与完善提供借鉴。 2 结晶器结构设计的基本技术要求 钢水进入结晶器经过初始凝固后,初生坯壳出现一定的收缩,从而在结晶器和初生坯壳间形成一定的气隙。气隙的出现导致结晶器传热能力的下降,为消除或减少气隙的这种不良影响,结晶器内腔均按钢种的收缩特性,设计成具有一定的倒锥度,可以说,倒锥度结晶器的使用,使连铸过程中的工艺漏钢得到有效的控制,成为连铸技术大规模生产应用的技术之一。
1连铸与电磁搅拌理论
1 连铸与电磁搅拌理论 随着用户对钢材质量提出越来越高的要求，使得提高铸坯质量成为连铸生产中的首要问题。铸坯内部质量在很大程度上取决于铸坯内部是否呈现均匀而致密的等轴晶凝固组织。但是在连铸坯实际凝固过程中，由于钢水冷却速度很快，造成铸坯凝固时柱状晶的发展，往往产生“搭桥”现象，带来缩孔偏析、疏松、夹杂物聚集等缺陷。 由于电磁场的作用具有非接触的特点，特别适合于高温钢水这种特殊场合，连铸机的电磁搅拌(electromagnetic stirring:ems)技术随之应运而生，它可以显著改善铸坯质量，因此在国内外受到高度重视并得到快速发展与广泛应用。目前，炼钢厂连铸机电磁搅拌装置已经成为冶炼高性能品种钢水必不可少的设备。 电磁搅拌的工作原理基于电磁感应定律，载流导体处于磁场中就要受到电磁力的作用而发生运动。就此而言，电磁搅拌的工作原理和异步电机相同, 搅拌器相当于电机的定子，钢水相当于电机的转子。由电磁搅拌器的线圈绕组产生旋转磁场，在导电的钢水中产生感应电流,感应电流与磁场作用产生电磁力,对钢水起到了搅拌作用。连铸电磁搅拌的实质是借助在铸坯液相穴中感生的电磁力来强化钢水的运动。带有电磁搅拌器的结晶器结构形式如图1所示。 2 电磁搅拌对电源的特殊要求 电磁搅拌系统由两大部分组成:电磁搅拌器和变频电源。 钢水之所以能被搅拌，是由于搅拌器线圈激发的交变磁场穿透到铸坯的钢水内，在其中产生感应电流，感应电流与磁场相互作用产生电磁力，电磁力作用在钢水体积元上，从而推动钢水运动。其中感生电磁力与电流强度的平方成正比。电流越大，中心磁感应强度越高。一般情况下，结晶区电磁搅拌器要求中心磁感应强度幅值＞500gs;为保证达到磁感应强度要求，必须要有足够大的电流。这就要求变频电源必须能够长时间提供大电流，通常要在达到400a以上。 电磁搅拌器作用在钢水中的电磁力和钢水搅拌的速度不仅与电流强度有关，而且受电源频率的影响很大。频率的选择主要和结晶器铜管的导磁率、厚度、断面等因素密切相关，它们不仅影响最大电磁力的量值，选择不当还会弱化搅拌功率。一般情况下，为了保证磁场的穿透效果，最佳搅拌频率在1-8hz之间。一般铸坯断面大、结晶器铜管厚的电源频率取低一点;断面小、铜管薄的电源频率取高一点。 由于大电流和钢水的热效应，搅拌器线圈温度较高，为了散热，搅拌器浸泡在冷却水中，这就要求搅拌器线圈的绝缘要很高，进而造成搅拌器线圈造价不菲。为了尽可能延长搅拌器的使用寿命，变频电源要采用低电压、大电流的设计原则，并要有平滑的输出波形，以防止输出电压中的高压峰值对线圈绝缘造成破坏。 综上所述，电磁搅拌配套的变频电源要能够在低电压、低频率、大电流的情况下长时间可靠工作，对电磁搅拌器要提供必要的保护。另外，通常情况下，连铸机启用电磁搅拌时，会有多台大功率变频电源同时工作，这就要考虑避免对电网产生有害影响，影响其它用电设备的正常运行。 3 vacon变频器适于电磁搅拌使用的特点 电磁搅拌电源基本可以分为两类:一是采用分立元件，配合plc或单片机、工控机，组成变频电源;二是采用改装通用型变频器的方法。 很多电源厂家通过攻关，研制出了采用分立元件的变频电源，但是由于国内电力电子技术和产品工艺相对落后，只能采用通用型控制芯片和电子技术，难以制造出高性能的交-直-交模式的专用电源;同时因为元件数目多，而生产没有规模，制造厂缺乏严格的质量控制手段，这种电源的可靠性比大规模生产的通用型变频器要低，故障率偏高，且在出现问题时不易查找到准确的故障点。 采用改装通用型变频器的方法与采用分立元件组装相比，电源的可靠性要高很多，但并不是每一种变频器都适合用来改装。这主要是因为通用型变频器是为控制交流电机而设计的，并不适于用作电磁搅拌电源。 vacon公司的nxp系列变频器，与同类变频器相比较，更为适合改装成电磁搅拌用的变频电源。
结晶器简介全解
结晶器简介 连铸结晶器结构有哪几种型式 按连铸机型式不同，结晶器可分为直的和弧形的两大类。按铸坯规格和形状来分，有小方坯、大方坯、板坯和异形坯结晶器。按结晶器本身结构来说，可分为3种类型：管式结晶器：它是用壁厚为6～12mm的铜管制成所需要的断面，在铜管外面，套有套管以形成5～7mm的冷却水通路，保证冷却水流速为每分钟6～10m。这种结晶器结构简单，制造方便，广泛用于小方坯连铸机上。 整体式结晶器：它是用整块铜锭刨削制成的，在其内腔四周钻有许多小孔用以通冷却水。这种结晶器刚性好，易维护，寿命较长，但制造成本高，耗铜多，近几年已不采用。 组合结晶器：它是由4块铜板组合成所需要的内腔。在20～50㎜的钢板上刨槽，并与一块钢板联结起来，冷却水在槽中通过。大方坯和板坯连铸机都用这种形式的结晶器。 连铸结晶器应具有哪些性能 结晶器是连铸机的重要部件。钢液在结晶器中凝固成型，结成一定厚度的坯壳并被连续拉出进入二次冷却区。 良好的结晶器应具有下列性能： (1)良好的导热性，能使钢液快速凝固。每lkg钢水浇注成坯并冷却到室温，放出的热量约为1340kJ/kg，而结晶器约带走5～10％，即67～134kJ/kg，若板坯尺寸为250×1700mm，拉速为lm/min时，结晶器每分钟带走的热量多达20万kJ。而结晶器长度又较短，一般不超过lm，在这样短的距离内要能带走大量的热量，要求它必须具有良好的导热性能。若导热性能差，会使出结晶器的铸坯坯壳变薄，为防止拉漏，只好降低拉速，因此结晶器具有良好的导热性是实现高拉速的重要前提。 (2)结构刚性要好。结晶器内壁与高温金属接触，外壁通冷却水，而它的壁厚又很薄(仅有10～20mm)，因此在它的厚度方向温度梯度极大，热应力相当可观，其结构必须具有较大的刚度，以适应大的热应力。 (3)装拆和调整方便。为了能快速改变铸坯尺寸或快速修理结晶器，以提高连铸机的生产能力，现代结晶器都采用了整体吊装或在线调宽技术。 (4)工作寿命长。结晶器在高温状况下伴随有铸坯和结晶器内壁之间的滑动摩擦，因此结晶器内壁的材质应有良好的耐磨性和较高的再结晶温度。
连铸电磁搅拌器设计
目录 目录 (1) 一、前言 (1) 二、电磁搅拌的基本知识 (2) （一）、电磁搅拌技术的概述 (2) （二）、电磁搅拌器的组成与主要分类 (2) （三）、电磁搅拌器的工作原理 (3) （四）、电磁搅拌力的计算 (4) （五）、电磁场在铸坯中透入深度 (6) 三、连铸电磁搅拌器设计过程 (7) （一）、电磁搅拌器电源的选择 (7) （二）、电磁搅拌器本体设计 (7) 1、铁芯的设计 (7) 2、线圈的设计 (11) （三）、电磁搅拌器控制系统的设计 (13) 四、课程设计体会 (15) 五、参考文献 (17)
一、前言 （一）、电磁冶金原理与工艺课程设计的目的： 电磁冶金原理与工艺课程设计是高等工业学校材料专业方向学生第一次较全面的对电磁冶金的了解和对电磁搅拌器设计的训练，是电磁冶金原理与工艺课程的一个重要实践环节。其主要目的在于： （1）进一步加深学生所学的理论知识，培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力。 （2）通过课程设计，使学生将所学理论与生产实际相结合，将知识转化为分析和解决生产实际问题的能力。 （3）通过电磁冶金原理与工艺课程设计的训练，使学生对电磁连铸和电磁搅拌有一较完整的概念和全面的认识。并初步掌握电磁搅拌器结构设计和工艺设计的方法，树立正确的工程设计观点。 （4）进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算机和查阅技术资料的能力。 （5）通过创新意识的教育，初步培养学生的革新、创造能力。（二）、电磁冶金原理与工艺课程设计的任务： 电磁冶金原理与工艺课程设计任务是对连铸电磁搅拌器的主组成（电源、电磁搅拌器本体、控制系统等）和电磁搅拌工艺进行分析和设计，并给出相关计算的过程、绘制部分结构的草图，画出连铸电磁搅拌器的总装图，最后编写说明书一份。
电磁搅拌
电磁搅拌 科技名词定义 中文名称：电磁搅拌 英文名称：electromagnetic stirring，EMS 其他名称：EMS技术 定义：利用电磁效应实现熔体的搅拌，熔炼时使温度和成分均匀、连铸时控制凝固过程的工艺。 应用学科：材料科学技术（一级学科）；材料科学技术基础（二级学科）；材料合成、制备与加工（三级学科）；特种冶金（四级学科） 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 目录 定义 原理 模式 效果 编辑本段定义 任何通有电流的导体，都可以在其周围产生磁场的现象，称为电流的磁效应。 闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁力线的运动时，导体中就会产生电流这种现象叫电磁感应。 旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。 三相交流电能够产生旋转磁场。 当旋转磁场半径很大时，就成了直线运动的行（xing）波磁场。 直线搅拌：由行波磁场产生的，使钢水以一定速度向磁场运动方向运动，故称直线搅拌。 钢水的流动方向始终和磁场的运动方向相一致。 编辑本段原理
电磁搅拌器（Electromagneticstirring:EMS）的实质是借助在铸坯液相穴中感生的电磁力，强化钢水的运动。具体地说，搅拌器激发的交变磁场渗透到铸坯的钢水内，就在其中感应起电流，该感应电流与当地磁场相互作用产生电磁力，电磁力是体积力，作用在钢水体积元上，从而能推动钢水运动。 编辑本段模式 根据电磁搅拌器在铸机冶金长度上的不同安装位置大致有以下几种模式 结晶器电磁搅拌：MoldElectromagneticstirring:MEMS搅拌器安装在结晶器铜管外面 二冷区电磁搅拌：StrandElectromagneticStirring:SEMS搅拌器安装在铸坯外面 凝固末端电磁搅拌：FinalElectromagneticstirring:FEMS用于方坯连铸搅拌器安装在铸坯外面 编辑本段效果 搅拌位置冶金效果适用钢种 MEMS 增加等轴晶率低合金钢 减少表面和皮下的气孔和针孔 弹簧钢 减少表面和皮下的夹杂物 冷轧钢 坯壳均匀化 中高碳钢等 稍稍改善中心偏析 SEMS扩大等轴晶率不锈钢 减少内裂 改善中心偏析工具钢 减少中心疏松 FEMS细化等轴晶弹簧钢 有效地改善中心偏析轴承钢 有效地改善中心缩孔和疏松特殊高碳钢
方坯结晶器技术条件(修订稿)
方坯结晶器技术条件（修订稿） 结晶器标准（方坯） 中华人民共和国黑色冶金行业标准 YB／T 0 7 2一19 9 5 方还结晶器技术条件 一 1主题内容与适用范围 本标准规定了方坯连铸机结晶器的性能参数、技术要求、检测方法、检验规则、标志、包装、运输与贮 存。 本标准适用于浇注断面为70 minX70 mm～200 minX200 mm的方坯结晶器。矩形坯结晶器亦可 参照执行。本标准不适用于组合式方坯结晶器。 2引用标准 GB 3 2 4焊缝符号表示法 GB 985气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸 GBll7 3铸造铝合金技术条件 GB／T 1804一般公差线性尺寸的本注公差 GB 3452．IO型橡胶密封圈 GB 60602表面粗糙度比较样块磨、车、篷、铣、插及刨加工表面 GB 6414铸件尺寸公差 GB 10610触针式仪器测量表面粗糙度的规则和方法 GB／T 13306标牌 ZB H93 002弧形方坯连铸机结晶器铜管 YB／T 036．2冶金设备制造通用技术条件铸铁件 YB／T 036．7冶金设备制造通用技术条件锻件 YB／T 036．11冶金设备制造通用技术条件焊接件 YB／T 03617冶金设备制造通用技术条件机械加工件 YB／T 036．18冶金设备制造通用技术条件装配 YB／T 03619冶金设备制造通用技术条件涂装 JB／Z Q40 00．3焊接件通用技术要求 3方还结晶器性能参数 3．1型式：弧形方还结晶器（见图1）或直形方坯结晶器。 3．2浇注半径：R4m～R15m。 3．3铜管长度：700～900 mm。 3．4水冷工作压力：0．50～0．70 MPa。 3．5水冷流量：500 L／min～2 000 L／min。
电磁搅拌器的分类与应用
电磁搅拌器的分类与应用 （一）电磁搅拌器装置 电磁搅拌装置在许多的大型钢铁企业中的到使用，极大的改善了钢铁企业的产品质量。 近年来，随着连铸技术的发展，对连铸坯内部质量提出了更高的要求，而铸坯内部质量在很大程度上取决于铸坯内部是否呈现均匀而致密的等轴晶凝固组织。但是在连铸坯实际凝固过程中，由于冷却速度很快，造成铸坯凝固时柱状晶的发展，往往产生“搭桥”现象，导致铸坯内缩孔偏析、疏松、夹杂物聚集等缺陷产生。 一个载流的导体处于磁场中就要受到电磁力的作用而发生运动。同样，钢水流过磁场，流动的钢水会产生感生电流，感生电流产生的磁场与设定磁场之间的相互作用，会推动钢液运动，这就是电磁搅拌的原理。采用电磁搅拌装置，有利于改善连铸坯的凝固组织，也是改善以及提高铸坯表面的有效措施。 （二）电磁搅拌装置的形式 电磁搅拌装置的形式是多种多样的。根据铸机的类型，铸坯断面和电磁搅拌器安装的位置不同，连铸机常用的有如下几种类型： 1、按感应形式分：有直流传导式、交流感应式和近年来发展起来的永磁式。 2、按激发的磁场形态分：有恒定磁场型，即菜场在空间恒定，不随时间变化；有旋转磁场型，即磁场在空间绕轴以一定的速度作旋转运动；行波磁场型，即磁场在空间以一定的速度向一个方向做直线运动；螺旋磁场型，即磁场在空间以一定速度绕轴做螺旋运动。 目前正在开发多功能组合式电磁搅拌器，即一台搅拌器同时具有旋转、行波或螺旋磁场等多种功能。 3、按使用电源相数分：有两相电源电磁搅拌器，有三相电源电磁搅拌器。 4、按搅拌器在连铸机安装位置分：有结晶器电磁搅拌装置，有二次冷却电磁搅
拌器，有凝固末端电磁搅拌器。 一般公认的就是用第4种分法来说明用什么形式的电磁搅拌装置设备。 （三）电磁搅拌装置的性能，对钢质的影响 1、结晶器电磁搅拌（简称M-EMS或M搅拌） 钢水在结晶器内，电磁搅拌器安装于结晶器外围。电磁搅拌器的铁芯所激发的磁场通过结晶器的钢质水套，和铜套侵入钢水中，借助于电磁感应产生的电磁力，使钢水产生旋转左右或上下垂直运动。 结晶器的电磁搅拌主要改善钢坯的表面质量和皮下质量。图1-2表示结晶器电磁搅拌器引起的冷隔变化。从图中可以看出，在不考虑拉坯频率的情况下，磁通密度较高的地方（在结晶器内壁表面上磁通密度最大），冷隔趋于变浅。这是因为，结晶器内电磁搅拌使得结晶器冷却均匀。事实证明，凝固界面被通过搅拌形成的钢流冲刷和早期形成的凝固坯壳重新熔化，与新进入的钢水混合后再凝固。在进行搅拌的地方，冷隔的深度就变得很浅。因此M搅拌器可以增强结晶器内钢液均匀凝壳的生成，从而导致表面纵裂的消除。 实践证明电源频率取6HZ比较合适。频率没有取下限1HZ的原因是因为频率小于1HZ时搅拌不充分；如果频率超过15HZ，在钢水中衰减严重，结果只能进行表面搅拌，因此不能完全发挥仰制冷隔的作用。 一般有以下几种搅拌方法： 一、单台旋转磁场 电磁搅拌器置于结晶器外围，通以两相低频电流，激发一旋转磁场，使结晶器内钢液产生旋转运动。绕组采用直接水冷，结构简单，冷却效果好。与结晶器水
电磁搅拌器的分类与应用
电磁搅拌器的分类与应用 电磁搅拌器的分类与应用 （一）电磁搅拌装置 电磁搅拌装置在许多的大型钢铁企业中的到使用，极大的改善了钢铁企业的产品质量。 近年来，随着连铸技术的发展，对连铸坯内部质量提出了更高的要求，而铸坯内部质量在很大程度上取决于铸坯内部是否呈现均匀而致密的等轴晶凝固组织。但是在连铸坯实际凝固过程中，由于冷却速度很快，造成铸坯凝固时柱状晶的发展，往往产生“搭桥”现象，导致铸坯内缩孔偏析、疏松、夹杂物聚集等缺陷产生。 一个载流的导体处于磁场中就要受到电磁力的作用而发生运动。同样，钢水流过磁场，流动的钢水会产生感生电流，感生电流产生的磁场与设定磁场之间的相互作用，会推动钢液运动，这就是电磁搅拌的原理。采用电磁搅拌装置，有利于改善连铸坯的凝固组织，也是改善以及提高铸坯表面的有效措施。 （二）电磁搅拌装置的形式 电磁搅拌装置的形式是多种多样的。根据铸机的类型，铸坯断面和电磁搅拌器安装的位置不同，连铸机常用的有如下几种类型： 1、按感应形式分：有直流传导式、交流感应式和近年来发展起来的永磁式。 2、按激发的磁场形态分：有恒定磁场型，即菜场在空间恒定，不随时间变化；有旋转磁场型，即磁场在空间绕轴以一定的速度作旋转运动；行波磁场型，即磁场在空间以一定的速度向一个方向做直线运动；螺旋磁场型，即磁场在空间以一定速度绕轴做螺旋运动。 目前正在开发多功能组合式电磁搅拌器，即一台搅拌器同时具有旋转、行波或螺旋磁场等多种功能。 3、按使用电源相数分：有两相电源电磁搅拌器，有三相电源电磁搅拌器。 4、按搅拌器在连铸机安装位置分：有结晶器电磁搅拌装置，有二次冷却电磁搅拌器，有凝固末端电磁搅拌器。 一般公认的就是用第4种分法来说明用什么形式的电磁搅拌装置设备。 （三）电磁搅拌装置的性能，对钢质的影响 1、结晶器电磁搅拌（简称M-EMS或M搅拌） 钢水在结晶器内，电磁搅拌器安装于结晶器外围。电磁搅拌器的铁芯所激发的磁场通过结晶器的钢质水套，和铜套侵入钢水中，借助于电磁感应产生的电磁力，使钢水产生旋转左右或上下垂直运动。 结晶器的电磁搅拌主要改善钢坯的表面质量和皮下质量。图1-2表示结晶器电磁搅拌器引起的冷隔变化。从图中可以看出，在不考虑拉坯频率的情况下，磁通密度较高的地方（在结晶器内壁表面上磁通密度最大），冷隔趋于变浅。这是因为，结晶器内电磁搅拌使得结晶器冷却均匀。事实证明，凝固界面被通过搅拌形成的钢流冲刷和早期形成的凝固坯壳重新熔化，与新进入的钢水混合后再凝固。在进行搅拌的地方，冷隔的深度就变得很浅。因此M搅拌
3 材料的凝固与结晶
第三章材料的凝固 物质由液态转变为固态的过程称为凝固。物质由液态转变为晶态的过程称为结晶。 物质由一个相转变为另一个相的过程称为相变。因而结晶过程是相变过程。 3.1 纯金属的结晶 一.结晶的热力学条件 结晶的驱动力是实际结晶温度（T 1）下晶体与液体的自由能差ΔGV。而 理论结晶温度（T 0）与实际结晶温度（T 1）的差值称作过冷度（ΔT），即ΔT= T 0 -T 1。 过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。 液体和晶体的自由能-温度曲线 纯金属的冷却曲线 二、纯金属的结晶过程 1、结晶的基本过程 结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成. 液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为晶坯。在T 0以下, 经一段时间后(即孕育期), 一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核。 晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生。晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。 气体、液体、晶体的结构 纯金属结晶过程示意图 气体晶体 液体 2、晶核的形成方式 形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。 由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。 以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。非均匀形核更为普遍。 3、晶核的长大方式 晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。实际金属结晶主要以树枝状长大。 6 三、凝固组织及其控制 1、晶粒度 表示晶粒大小的尺度叫晶粒度。可用晶粒的平均面积或平均直径表示。 工业生产上采用晶粒度等级来表示晶粒大小。 z 标准晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细。通过100倍显微镜下的晶粒大小与标准图对照来评级。 z （一）结晶后的晶粒大小及其控制
辊式电磁搅拌器的试验与应用
辊式电磁搅拌器的试验与应用 发表日期：2007-4-10 阅读次数：423 摘要：阐述了武钢第二炼钢厂辊式电磁搅拌器的结构与原理。通过对电磁搅拌安装位置、电流强度、频率等参数的选择，确定了电磁搅拌最佳的工艺参数，同时经过一年多的应用表明，该辊式电磁搅拌器可以明显改善铸坯的凝固组织，提高铸坯的内部质量。 关键词：辊式电磁搅拌；等轴晶率；负偏析率；白亮带 武汉钢铁集团公司第二炼钢厂于2004年在对2号板坯连铸机进行高效化改造的同时，为满足中厚板及硅钢的生产要求，配套引进了法国罗德瑞克公司(ROTELEC)的辊式电磁搅拌装置。该装置于2004年6月24日完成安装、调试工作，并于当日在碳素钢上进行了设备试运行。经过多轮试验，确定了二对电磁搅拌器安装的最佳位置、搅拌频率、电流和搅拌模式，能满足中厚板、硅钢及其它需要电磁搅拌钢种的生产要求。经过一年多的生产，该装置运行正常，具有可靠性高、维护方便等优点。 1 辊式电磁搅拌装置简介 1.1 结构特点 辊式电磁搅拌器又称安装在支承辊内的电磁搅拌器，电磁搅拌器本体感应器线性马达制成辊状形式，安装在无磁性高强度的不锈钢支承辊外套内，支承辊外套直径不小于240mm，厚度25～30mm，其几何特征与常规的连铸机支承辊一样，但辊子的外表面应加工成螺线型凹槽，以限制由于热应力而产生的裂纹和变形。其本体线性马达为固定不动的行波磁场感应器，在加厚的不锈钢外套与辊心间保持动配合间隔，使外套可随铸坯移动而自由转动。感应器由带有2个极的双相绕组和磁铁芯组成。电接头和冷却水由辊子的两端接入接出。使用这种电磁搅拌器，不会干扰原有的二冷气雾冷却系统，感应器与铸坯面很近，故电工效率较高。同时可方便地对安装位置进行优化调整，电磁搅拌器结构见图1。 图1 辊式电磁搅拌器结构图 1.2 辊式电磁搅拌装置的技术参数 辊式电磁搅拌器辊径240mm，辊长1700mm，每个辊重约700kg。冷却水用量每个辊11m3/h。共有4个电磁搅拌辊，2个为一组成对配置在铸流弯曲段、弧线段内外弧的某一位置。感应器为二相直线型，有2个极，每相最大电流400A，频率为2～5Hz。搅拌类型为：三环/双蝶，如图2所示。搅拌模式可以选择连续和交替。搅拌断面为210～250mm×700～1600mm。
半固态电磁搅拌器
半固态电磁搅拌器 产品简介: 本文介绍半固态电磁搅拌器概述，半固态电磁搅拌器工艺原理，半固态电磁搅拌 器展望以及半固态实验用电磁搅拌器的工作原理，系统组成，系统优点，主要技术参数，系统概况，基本功能，安装注意事项 1、半固态电磁搅拌器概述 自1971年美国麻省理工学院的 D.B.Spencer和M.C.Flemings发明了一种搅动铸造（stir cast）新工艺，即用旋转双桶机械搅拌法制备出Srr15%pb流变浆料以来，半固态金属（SSM）铸造工艺技术经历了20余年的研究与发展。搅动铸造制备的合金一般称为非枝晶组织合金或称部分凝固铸造合金（Partially Solidified Casting Alloys）。由于采用该技 术的产品具有高质量、高性能和高合金化的特点，因此具有强大的生命力。除军事装备上的应用外，开始主要集中用于自动车的关键部件上，例如，用于汽车轮毂，可提高性能、减轻重量、降低废品率。此后，逐渐在其它领域获得应用，生产高性能和近净成型的部件。半固 态金属铸造工艺的成型机械也相继推出。目前已研制生产出从600吨到2000吨的半固态铸造用压铸机，成形件重量可达7kg以上。当前，在美国和欧洲，该项工艺技术的应用较为广泛。半固态金属铸造工艺被认为是21世纪最具发展前途的近净成型和新材料制备技术之一。 2、半固态电磁搅拌器工艺原理 在普通铸造过程中，初晶以枝晶方式长大，当固相率达到0.2左右时，枝晶就形成连续网 络骨架，失去宏观流动性。如果在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌，则使普通铸造成形时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态，悬浮于剩余 液相中。这种颗粒状非枝晶的显微组织，在固相率达0.5-0.6时仍具有一定的流变性，从而可利用常规的成形工艺如压铸、挤压，模锻等实现金属的成形。
结晶器
结晶器 结晶器是承接从中间罐注入的钢水并使之按规定断面形状凝固成坚固坯壳的连续铸钢设备。它是连铸机最关键的部件，其结构、材质和性能参数对铸坯质量和铸机生产能力起着决定性作用。 结晶器一种槽形容器，器壁设有夹套或器内装有蛇管，用以加热或冷却槽内溶液。结晶槽可用作蒸发结晶器或冷却结晶器。为提高晶体生产强度，可在槽内增设搅拌器。结晶槽可用于连续操作或间歇操作。间歇操作得到的晶体较大，但晶体易连成晶簇，夹带母液，影响产品纯度。这种结晶器结构简单，生产强度较低，适用于小批量产品（如化学试剂和生化试剂等）的生产。 按拉坯方向上断面内壁的线型分结晶器的型式有弧形和直形两种；按其总体结构，不论弧形或直形均有套管式和组合式两种。 套管式 内壁铜管、内外水套组成的冷却水套和足辊是它的主要构件。直形或弧形的铜管外面由冷却水套、法兰和密封元件等组成供水、供油系统。为了保证铸坯有规整的外形尺寸，在结晶器底部安装了2～3组足辊，以利于提高拉速和防止铸坯脱方。 组合式
由宽面及窄面4块复合壁板及外框架组成。多用于板坯连铸、大断面方坯连铸及异型坯连铸。组合结晶器的每块复合壁板又由用螺柱联结的内壁铜板（外侧面铣有冷却水沟）和外壁钢制水箱组成。内壁铜板和外壁间构成冷却水缝，以通水冷却。4块复合壁之间用夹紧机构压紧。为了实现结晶器在线调宽以及形成所要求的倒锥度，在结晶器的窄面壁板的上、下部分别装有4组调整装置。当组装好的结晶器及外框架放到振动台架上时，所有进、出水管自行接通。为了更好地保护结晶器的下口、防止过早过快产生大的磨损，紧挨着结晶器下口装有足辊或保护栅板。足辊或保护栅板与结晶器一起振动。结晶器与二冷第一段（直线段或扇形段）通过振动框架直接对中，便于结晶器与二冷第一段的准确定位。二者形成一个整体，可快速吊运。 常见类型 强制循环型 一种晶浆循环式连续结晶器（图1）。操作时,料液自循环管下部加入，与离开结晶室底部的晶浆混合后，由泵送往加热室。晶浆在加