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1、板坯连铸高磁力电磁搅拌辊技术及应用,岳阳中科电气有限公司,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，消除中心缩孔，大大增加等轴晶率。已成为高效连铸、高品质连铸必不可少的一种工艺手段。现代理论认为电磁搅拌改善铸坯组织结构的机理主要基于以下三点： 改变凝固过程中热力学条件（即热模型理论）； 改变凝固过程的动力学条件（即“柱状晶切断机械模型”理论）； 改善凝固过程的物质迁移条件（使成份均匀）。,按照热模型理论，认为电磁搅拌的作用加速了钢液的流动，从而改善了热传导条件，使得钢液过热度更容易消除。而过热度消除并且钢水温度下降到液相线和固相线之间，更有利于等轴晶的生长，可获得较
2、大的等轴晶区。由于钢水的冷却速度在结晶器内最快，因此电磁搅拌安装在结晶器段效果是最好的。按照机械模型理论，则认为电磁搅拌引起的钢液运动可以打断正在生长的柱状晶或抑制柱状晶的生长，从而产生等轴晶。而柱状晶的生长一般在二冷区才开始，因此电磁搅拌安装在二冷区比较合适。,看起来上述两个理论似乎存在矛盾，其实不然。实际上电磁搅拌能产生等轴晶的机理正是基于上述两个理论同时起作用的结果。在结晶器段的电磁搅拌可以最大限度地消除温度梯度，减少过热度；同时它产生的搅拌惯性可以一直延伸到二冷区从而抑制了柱状晶的生长。而二冷区电磁搅拌除了能打断柱状晶外也同样可以消除温度梯度减少过热度。 结晶器电磁搅拌除了能产生等轴晶
3、外，还能使夹杂物、气泡上浮从而改善铸坯的表面质量；而二冷区电磁搅拌除了能产生等轴晶外，还能使铸坯中心的溶质成份均匀，从而改善铸坯的中心偏析。,电磁搅拌安装在结晶器好还是二冷区好！这主要基于以下2点： 需要解决的冶金问题的侧重点。 连铸坯的坯形。 如果要解决铸坯的表面质量，那么当然是安装在结晶器最好，而要解决中心偏析问题则最好安装在二冷区或二冷末端。 一般来讲，结晶器多采用不会引起液面波动的旋转磁场搅拌，而线性行波磁场搅拌是不允许使用在结晶器上的，因为线性搅拌会引起液面剧烈波动。 方圆坯坯形类似于圆或正方形，比较适合采用旋转搅拌。因此在方圆坯连铸机中采用得最多的是结晶器旋转磁场电磁搅拌，其次是二
4、冷末端旋转磁场电磁搅拌。而对于板坯来讲，由于板坯坯形与方圆坯有较大的不同为细长条形，因此不适合采用旋转搅拌，而比较适合于板坯的搅拌方式是线性行波磁场搅拌。,在板坯连铸特别是宽厚比大于6以上的板坯连铸中采用结晶器旋转磁场搅拌，并不合适。那么在板坯连铸结晶器中会采用哪些技术呢？主要有结晶器电磁制动，结晶器电磁铸流控制，结晶器电磁加速，结晶器电磁减速等。它们的主要功能都是控制结晶器中钢液的流场，使钢液流动平缓，液面保持稳定。这与方圆坯结晶器电磁搅拌有较大的区别。 在板坯连铸中采用得最多的当属二冷区线性行波磁场电磁搅拌。因为板坯细长条形的坯形非常适合于用线性搅拌，而线性电磁搅拌产生的钢液流场可以上下延
5、伸5米左右，影响区域非常大，冶金效果十分明显。,从理论上讲，电磁搅拌可以安装在整个冶金长度的任何位置。但实际上不同的坯形，不同的冶金效果需求决定了电磁搅拌的安装位置不可能任意设定。在方圆坯中一般采用结晶器电磁搅拌解决等轴晶及表面质量问题，采用二冷末端电磁搅拌解决中心偏析问题。在板坯中则采用二冷区电磁搅拌解决等轴晶及中心偏析问题，表面质量问题则采用结晶器铸流控制技术解决。,2、板坯二冷区电磁搅拌的作用原理,二冷区电磁搅拌的工作原理如下图1所示。 图1 工作原理 在板坯二冷区合适的位置面对面布置一对行波磁场电磁搅拌器，它们之间会产生一个N-S极始终对应的交变磁场B，并按一定的速度朝同一方向运动（行
6、波磁场）。该行波磁场B在铸坯内会感应出感生电流j，而此电流又会与B相互作用，在铸坯的钢液内产生电磁力F，F的方向始终与行波磁场的运动方向一致。,电磁力F推动铸坯内钢液从铸坯的一个窄面向另一个窄面运动，当运动的钢液碰到窄面后便会沿着拉坯方向上下各形成一个回路(见图2),从而形成蝴蝶形搅拌场，其上下搅拌区域有2-3倍板宽左右。 图2 搅拌钢液流场,3、板坯二冷区电磁搅拌 常见型式及特点,板坯二冷区电磁搅拌主要有以下三种类型，其主要技术特点列表如下：,4、高磁力电磁搅拌辊技术,从目前使用的三种类型板坯二冷区电磁搅拌来看，电磁搅拌辊有着安装灵活，不改变辊列结构，不改变扇形段设计，无需改变即可很方便安装
7、在现有板坯连铸机上的优点。是其他两种类型电磁搅拌不可比拟的！但常规设计的电磁搅拌辊存在电磁力不够的缺点。为了能达到必要的电磁推力，往往需要多对并列组合使用，这样给使用维护带来了很大的麻烦！本文介绍一种专利设计的高磁力电磁搅拌辊，其外形与常规设计完全相同，但电磁力却是常规设计的2倍以上！,常规设计的电磁搅拌辊通常采用E字形铁芯，克兰姆环行绕组形式。其典型结构见图3。 图3 图中序号为：1：绕组、2：E字形铁芯。以上结构的电磁辊存在以下不足之处：a. 铁芯齿占了比较大的体积，使得绕组及铁芯截面所占比率减小，安匝数及导磁面积小，所以磁场也小。b. 磁场在铁芯四周发散分布，漏磁大，使得工作面磁场减小。
8、,高磁力电磁搅拌辊（发明专利技术），主要针对以上不足采取了2项设计：a.将E字形铁芯改为不带齿槽的圆柱形铁芯，b.在搅拌辊除工作面以外的其他面加装磁屏蔽环。其典型结构见图4 图4 图中序号为：1：磁屏蔽环、2：绕组、3：圆柱形铁芯。将E字形铁芯改为不带齿槽的圆柱形铁芯,可以最大限度地提高绕组的空间利用率，增加铁芯的导磁面积，从而增加磁场强度，加大电磁力。在电磁搅拌辊除工作面以外的其他面加装磁屏蔽环，可以最大限度的防止磁场从不作功的方向泄露，从而大大增加工作面的磁场强度，增加电磁力。,按以上技术设计制造的与常规电磁搅拌辊外形尺寸一样的高磁力电磁搅拌辊。经测试，工作面磁场强度增加了80%，电磁力增
9、加了1倍多（见图5），效果相当明显！ 图5 常规辊与高磁力辊推力比较搅拌力的增加，使得电磁搅拌辊既具有磁极插入式行波磁场电磁搅拌器搅拌力大、冶金效果好的优点，又保留了电磁搅拌辊安装灵活、不用改动连铸机扇形段结构的优点，大大推动了板坯二冷区电磁搅拌技术的应用与发展。,5、高磁力电磁搅拌辊的应用,下面列举2个使用高磁力电磁搅拌辊的应用实例。1、连铸机的技术性能,2、高磁力电磁搅拌辊的主要技术性能,3、安装位置 根据连铸机及所搅拌钢种的具体情况，一般选择安装在1-5号扇形段的第1，7号两对辊位（见图6）。安装位置的选择主要基于现代电磁搅拌冶金理论的“热模型理论”及“机械模型理论”。对不同的钢种，选择
10、安装的位置不同。象硅钢、不锈钢这种要求等轴晶率高的钢种一般选择较高的安装位置；而象船板钢、容器钢等要求中心偏析好的钢种则选择较低的安装位置。安装位置的确定可参考图7“铸坯凝固曲线计算机模拟图”进行确定。一般要求安装位置处的铸坯未凝固率大约为35-60%，通过安装位置及搅拌参数的调整可以得到最佳的搅拌效果。 图6 搅拌辊在扇形段的安装 图7 凝固曲线计算机模拟图,4、高磁力电磁搅拌辊的冶金效果 两钢厂使用高磁力电磁搅拌辊均取得了良好的冶金效果： a)凝固中心获得了很好的等轴晶区，平均等轴晶达到50%以上。 b)中间及中心裂纹基本消除。 c)中心偏析减小到C0.5级。,6、有无电磁搅拌辊的铸坯低倍对比 无电磁搅拌低倍图 有电磁搅拌低倍图 经高磁力电磁搅拌辊搅拌后的硅钢低倍图,
