结晶器钢液电磁控制技术的发展

结晶器钢液电磁控制技术的发展（壹佰钢铁网推荐）结晶器内钢液的流动对铸坯的质量有很大影响。结晶器内不合理的钢液流动会导致铸坯产生许多质量缺陷，如铸坯内部的气泡和夹杂物、保护渣的卷入、表面缺陷及拉漏、保护渣覆盖等问题。因此，探明结晶器内流动、传热现象和铸坯各种缺陷的关系，研究结晶器内钢液流动电磁控制技术，对提高铸坯质量具有积极作用。1、结晶器内钢液流动的基本特征钢液由浸入式水口注入结晶器后，形成很强的射流，与结晶器壁碰撞后改变方向，形成向上和向下的两个流股。向上的流股在结晶器自由表面附近形成一个较强的回流，为上部的钢液和保护渣熔化提供热量，并影响自由表面波动，从而影响保护渣的熔化和卷入。而向下流股的冲击深度和涡心高度直接影响钢中夹杂物和气泡的上浮以及热流密度的分布，从而决定了坯壳的均匀生长和生产的顺行。2、结晶器内钢液流动控制的目的2.1、保护渣的合理有效利用合理的结晶器流场，可使熔融的保护渣在结晶器壁与凝固的坯壳之间形成均匀的渣膜，起润滑作用，从而减小了拉坯阻力，防止漏钢事故的发生，使保护渣有效利用。同时还可以改善铸坯传热条件，提高铸坯表面质量。不合理的结晶器流场会将保护渣卷入到熔池内部，有可能被凝固的坯壳前沿捕捉，形成皮下夹渣，影响铸坯质量。2.2、良好的铸坯质量从水口出口出来的高温钢水与结晶器坯壳相碰撞，上、下回流流股冲刷坯壳使其产生不均匀生长，薄弱之处易出现裂纹及表面缺陷，要保证注流合理的冲击深度和冲击压力。同时，通过改变钢液的流动状态打断树枝晶，促进等轴晶粒形成，改善铸坯内部组织结构。2.3、夹杂物的充分上浮进入结晶器的夹杂物，会因水口附近高速流动的钢液粘性夹带作用与钢液进行同步运动，当结晶器冲击深度过大，钢液涡心下移，夹杂物在流场内运动路程增大，降低了夹杂物上浮被保护渣层捕获机会，不利于夹杂物上浮去除。3、结晶器内钢液的电磁控制技术3.1、电磁搅拌结晶器电磁搅拌主要是在钢液凝固初期，通过电磁搅拌的作用，改善钢/渣界面的流动和传热条件，使初始凝固坯壳趋于均匀，提高铸坯的表面质量。工业试验和实验室研究表明：电磁搅拌技术还可提高铸坯等轴晶率，是改善铸坯内部组织结构最有效的手段之一，这也是电磁搅拌技术在连铸生产中得到广泛应用的主要原因。目前，结晶器电磁搅拌应用较多的是方坯连铸。电磁搅拌产生的流动冲刷凝固前沿，打断树枝晶，促进等轴晶粒形成。由于板坯结晶器铜板远较方坯连铸机厚且铜板有磁屏蔽作用，因此要使搅拌器磁场穿透铜板对钢液产生搅拌作用，必须具备低频、大功率的特点，因安装复杂而未能广泛应用。近年来，由于对铸坯质量要求越来越高，板坯结晶器电磁搅拌技术逐渐为各国钢铁企业所重视，寻找导磁能力强而导热性又较好的材料取代铜，以及设计能量可以得到有效利用的搅拌器，成为研究的热点。除此之外，在浸入式水口中段的一定高度上设置旋转磁场，可控制钢液进入结晶器的流态形成旋流运动。水模型研究表明：通过浸入式水口内安装旋转磁场来控制水口出流和结晶器内的流动，其在同等出流流量条件下的冲击深度比直通式水口降低约50%。同时，随着拉速增加，旋流式水口所产生的液面水平流速增速更快，这在生产上利于钢水表面融渣。目前，随着对电磁力作用下结晶器内钢液流动状态研究的进展，采用电磁搅拌来优化结晶器流场成为提高铸坯质量的重要手段。如何匹配连铸工艺参数与电磁搅拌参数，以获得最佳电磁搅拌效果将是有待深入研究的课题。3.2、电磁制动随着连铸拉速的提高，浸入式水口钢液出流的流速不断增大，从水口流出的高温液流对凝固壳的冲击加剧，容易导致坯壳重熔甚至产生拉漏现象，加剧了凝固壳对夹杂物的捕获。在结晶器上设置电磁制动，利用向上的电磁力阻止从浸入式水口流出的钢液并改变其方向，借此减小钢液的穿透深度，促使夹杂物上浮分离，同时，抑制弯月面的波动，防止卷渣。作为稳定结晶器内钢液流动的有效手段，电磁制动主要用于高拉速的薄板坯连铸。早期的电磁制动为单条型电磁制动装置，受安装位置的影响较大。如果磁场位置与水口距离稍远或水口出流角度不合适，会影响制动效果。为此，新开发出流动控制结晶器电磁制动装置，由上下两对条形的磁极组成，上部磁极安装在结晶器液面处以控制液面的波动，下部磁极安装在水口区域以控制下回流的冲击深度，可对结晶器内流场进行全面控制。美国Berkeley公司使用电磁制动后，在拉速为5m/min时，钢液冲击深度由15mm降低至5mm。与不用电磁制动相比，Berkeley厂因保护渣卷入所产生的缺陷减少了90%，纵向裂纹指数减少了80%。国内CSP厂生产实践表明，漏斗型结晶器存在着由于卷渣带来的一系列表面缺陷问题，如增炭、冷弯裂或纵向裂纹等。在CSP铸机上安装电磁制动装置可显著提高铸坯质量。现有的电磁制动技术中，在一定的浇铸条件下，制动力的大小是固定的。将来，电磁制动强度应随结晶器表面钢流速度的变化而动态变化。因此，对结晶器内钢流进行动态监测，以便采取措施将流动控制在最佳状态将成为电磁制动的发展趋势。3.3、软接触电磁连铸电磁软接触连铸技术是利用垂直于铸坯表面的电磁压力，将靠近结晶器内壁附近的钢液向量推离结晶器内壁，使保护渣通道宽度增加，渣液渗流畅通，改善铸坯润滑条件，减小拉坯阻力。对低熔点合金的软接触电磁连铸实验研究表明，利用软接触工艺制造出的铸坯表面质量较传统的连铸工艺有明显改善。同时由于金属在电磁场作用下凝固结晶，内部组织致密，质量也明显提高。目前软接触电磁连铸技术还处于工业试验阶段，尚未在钢的连铸生产中应用。该技术能够有效地改善铸坯的表面质量，细化铸坯的显微组织，因而受到了广泛的重视，相关的工作也取得了较快的发展。4、各种技术的比较研究结晶器流场控制技术，优化结晶器内钢液流动以获得合理流场，对提高连铸生产率，改善铸坯质量，提高钢液清洁度具有积极作用。各种结晶器流场控制技术功能比较见表1。5、结论1）电磁搅拌技术在改善铸坯表面质量及内部组织结构中发挥了重要作用，进一步扩大电磁搅拌技术的应用范围是有待于深入研究的课题。2）电磁制动通过抑制流动的作用，减小冲击深度，促进夹杂上浮，适用于高拉速的连铸工艺。而对于提高铸坯表面质量来说，软接触电磁连铸技术将是今后发展的重要方向。3）在连铸过程中，结合生产实际，将各种技术进行合理组合，有效地发挥各自的优势，将会取得更好的效果。（壹佰钢铁网推荐）