电磁旋流水口连铸技术研究进展

电磁旋流水口技术作为一种全新的结晶器控流技术,其应用情况逐渐被各钢铁企业关注。围绕近几年来电磁旋流水口技术的研究成果,总结和分析了此技术对结晶器内流场和温度分布的影响规律、可供选择的设备结构以及在工业应用中的冶金效果3个方面。电磁旋流水口技术对连铸坯质量的提升效果与结晶器电磁搅拌相当。与结晶器电磁搅拌协同作用后,可进一步细化连铸方、圆坯的凝固组织,减轻宏观偏析缺陷。各钢铁企业可根据实际现场情况,选择不同结构的电磁旋流装置,并配合优化后的水口结构,以满足生产不同钢种连铸坯的质量要求。     

邢钢结晶器电磁搅拌参数优化研究

在邢钢小方坯连铸机上进行试验,系统地研究了国产化结晶器电磁搅拌装置的最佳参数,分析了不同参数对连铸坯碳偏析的影响。试验结果表明,结晶器电磁搅拌改善了铸坯碳偏析现象,有效改善的最小电流为350 A,电流强度达到一定值后,继续增加电流强度对铸坯中心偏析的改善效果不明显。     

末端电磁搅拌电流强度对12Cr1MoVG铸坯内部质量的影响

采用Procast数值模拟软件计算了连铸生产[?]350 mm断面12Cr1MoVG高压锅炉钢的凝固传热过程,结合坯壳实际温度测定验证凝固传热模型,分析铸坯凝固演变过程,确定了末端电磁搅拌合理安装位置。通过试验对比获得了兼顾铸坯偏析及凝固组织均匀性、致密性的电磁搅拌工艺技术参数：结晶器电磁搅拌为350 A、2.4 Hz,末端搅拌为100 A、7 Hz,从而实现了铸坯内部质量的良好控制。     

帘线钢82B小方坯电磁搅拌结晶器多场传输行为

连铸电磁搅拌结晶器内钢液流动、传热、传质和凝固行为十分复杂且对铸坯质量影响巨大,为了进一步揭示电磁搅拌结晶器内多物理场传输行为及其相互影响规律,建立了电磁场作用下三维多物理场耦合连铸凝固模型,模拟研究了结晶器电磁搅拌对帘线钢82B小方坯连铸过程的影响。结果表明,随着搅拌电流强度增大,钢液流动加强;结晶器出口附近铸坯中心纵向流速先减小,进而流速反向,之后反向的流速增大,促进热量散失,加剧了小方坯皮下负偏析,同时促进了钢液池溶质浓度提高。当搅拌电流为280 A时,搅拌器中心铸坯横截面上最大切向速度达到0.23 m/s,距离弯月面1.5 m位置,负偏析低谷碳的质量分数为0.706%,铸坯中心碳的质量分数达到了0.872%。     

凝固末端电磁搅拌对大方坯凝固组织的影响

对某钢厂80帘线钢在结晶器和凝固末端复合电磁搅拌(M+F-EMS)条件下生产的连铸大方坯的凝固组织进行了研究,从微观组织、成分偏析等方面进行了分析,探讨了凝固末端电磁搅拌对铸坯凝固组织的影响。结果表明,凝固末端电磁搅拌可以明显的细化80帘线钢铸坯中心部位凝固组织,减少了铸坯中心疏松和缩孔,降低了铸坯中心碳、硫偏析。     

电磁旋流水口对圆坯结晶器液面波动的控制

在大圆连铸坯生产过程中,过强的结晶器电磁搅拌会造成结晶器液面波动,影响连铸坯的表面和内部质量。将电磁旋流水口技术与结晶器电磁搅拌配合使用,通过调整电磁旋流装置的搅拌方向和电流强度来弱化结晶器电磁搅拌引起的二次流,从而使结晶器液面波动控制在一个较小的范围内。结果显示,当两个电磁装置的搅拌方向相反,电流强度为400 A时,大于±2 mm的液面波动比例由单用结晶器电磁搅拌时的0.62%降至0.13%,在±1 mm～±2 mm范围内的液面波动比例由单用结晶器电磁搅拌时的5.90%降至3.56%。当搅拌方向相同时,对大于±2 mm的液面波动的控制效果不佳。因此,使用与结晶器电磁搅拌方向相反的水口旋流可实现对结晶器液面波动的有效控制。     

电磁搅拌对HRB335铸坯质量影响的试验研究

采用对比试验研究的方法分析不同电磁搅拌强度下对低碳钢大方坯铸坯内部质量的影响,试验中采用搅拌电流分别为200、250、300、350 A.研究结果表明:增大低碳钢HRB335钢连铸结晶器电磁搅拌电流强度可以显著改善铸坯内部质量,铸坯中心区域等轴晶率由21.22%增至26.51%;搅拌电流对HRB335钢铸坯中心偏析、中心疏松等没有明显影响,铸坯横断面碳成分分布均比较均匀.使用结晶器电磁搅拌后,凝固前沿的液相对流会加剧,对以柱状晶生长的凝固前沿进行冲刷和清洗,凝固前沿的液相流动使母液与两相区的液体互相混合,使溶质浓度趋向均匀.     

改善350 mm×470 mm矩形坯宏观偏析研究与实践

宏观偏析水平是衡量矩形坯铸坯质量的重要指标,宏观偏析分为中心偏析和中间偏析。从本钢矩形坯的生产实践出发,针对轻压下、电磁搅拌、二次冷却等工艺进行了大量对比试验。对试验铸坯进行了取样分析,通过检验计算不同工艺的碳偏析指数,总结出了轻压下、电磁搅拌等因素对于铸坯宏观偏析的影响规律：对于中心偏析来说,轻压下对于改善铸坯的中心偏析具有明显的作用,但与总压下量的大小没有显著线性对应关系;铸坯二次冷却越强,中心偏析越大;一定范围内,结晶器电搅电流的增加有助于改善铸坯中心偏析。对于中间偏析来说,轻压下对铸坯的中间偏析改善效果不明显;降低结晶器电磁搅拌电流,可以缩小铸坯中间碳偏析指数范围,改善铸坯的中间偏析。经工艺调整后,本钢矩形坯的中心偏析及中间偏析得到很大改善,轴承钢等高碳钢的中心碳偏析指数能够达到1.10以下,中低碳钢的中间碳偏析指数范围缩窄到0.95～1.05。     

电磁搅拌对GH3030高温合金铸态组织的影响

通过试验研究了电磁搅拌对高温合金GH3030铸坯的凝固组织及凝固过程中溶质分布的影响。GH3030合金的凝固微观组织为单相奥氏体,电磁搅拌可以打碎枝晶、促进形核,明显细化其晶粒,得到组织致密,晶粒细小的凝固组织。没有电磁搅拌的情况下,铸坯的宏观偏析和微观偏析都比较严重。通过施加电磁搅拌,熔体的流动使得熔体内的传热得到改善,凝固前沿温度梯度变小,同时促进溶质富集区液体与熔体其他部分的混合,从而减轻了Cr元素在铸坯中的宏观偏析和微观偏析,使Cr元素分布的更加均匀,铸坯质量得到提高。     

电磁搅拌改善连铸钢坯宏观偏析的研究现状和发展

宏观偏析是连铸钢坯不可避免的凝固缺陷,严重的宏观偏析对钢铁产品力学性能和使用寿命有很大影响。目前,铸坯宏观偏析的控制已经取得了重大进展,许多技术已经在生产过程中得到广泛应用。从试验研究和数值模拟两个方面总结了国内外采用电磁搅拌解决铸坯宏观偏析技术的研究现状,对比了两种研究方法的特点,并对电磁搅拌影响铸坯偏析的因素进行了总结,为后续采用电磁搅拌解决铸坯偏析问题提供参考。     

大方坯皮下负偏析带形成过程的数值模拟

针对某钢厂大方坯连铸过程中铸坯内部质量问题,通过耦合电磁-流动-热-溶质传输,建立多尺度、多物理场的三维数学模型,研究了高碳钢大方坯皮下负偏析带的形成过程。结果表明,铸坯皮下负偏析带是铸坯凝固前沿钢液流速和凝固速率共同作用的结果。对于四孔水口大方坯,铸坯皮下会经历两次负偏析,第一次负偏析是由水口射流造成的,第二次负偏析是由结晶器电磁搅拌造成的。磁搅参数的改变只会影响电磁搅拌影响区的负偏析程度,而不会影响负偏析带在铸坯中的位置及宽度,也不能改善铸坯中心的正偏析度。     

齿轮钢20CrMnTiH连铸大圆坯宏观偏析控制

针对直径为?650 mm的20CrMnTiH齿轮钢大圆坯质量不稳定问题,通过对比结晶器电磁搅拌、二冷比水量等参数,取样分析连铸工艺参数对铸坯低倍组织、碳偏析量的影响。结果表明,结晶器电磁搅拌强度200 A/1.5 Hz、二冷比水量37/26(0.101 L/kg)条件下的铸坯中心等轴晶率较高,且碳元素分布更均匀,碳极差为0.01%,因此,采用该参数可以保持较高的齿轮钢20CrMnTiH的铸坯中心等轴晶率并降低宏观偏析波动的情况。     

电磁搅拌对Incoloy825合金凝固组织和偏析的影响

研究了电磁搅拌对Incoloy825高温合金凝固组织及凝固过程中溶质元素偏析的影响。结果表明,在合金凝固过程中,施加电磁搅拌能够有效细化晶粒组织,同时增加等轴晶比例。当电磁搅拌电流强度由150A增加到300A时,铸坯中晶粒尺寸由300μm减小至210μm,同时等轴晶含量由66.7%增至77.5%。未施加电磁搅拌的Incoloy825高温合金铸坯内部的宏观偏析和微观偏析均比较严重,通过施加电磁搅拌,引起熔体强制对流,使熔体内部传热和传质得到改善,同时增大了冷却速率使二次枝晶臂间距减小,并促进液穴内熔体成分的均匀化,大幅度降低了合金元素的偏析程度。     

电磁场作用下铜板带水平连铸熔体的流动和凝固特征

为了消除铜板带水平连铸中的微气孔、夹杂和柱状晶对接等凝固问题,提出一种基于正交磁场和直流电流相互作用的结晶器内水平电磁搅拌,并在实验室物理模拟实验的基础上,进行现场工业实验。在模拟实验中,用超声波多普勒测速仪测量该电磁搅拌下水平连铸结晶器内金属液的流动规律,并与生产实验中锌白铜板带的凝固特征相互印证,发现搅拌电流达到400A时,板带内部气孔消失,电流达到500A时板带出现等轴晶带,电流达到800A时板带坯偏析率趋于零。     

大方坯连铸凝固末端电磁搅拌的数值模拟和试验分析

通过ANSYS有限元对凝固末端电磁搅拌(F-EMS)进行数值分析,得出凝固末端电磁搅拌的优化工艺参数为电流300 A、频率8 Hz,铸坯中心的磁感应强度能够满足要求.现场冷态测试结果和模拟结果基本吻合.以此为基础为包钢设计并制造出280 mm×380 mm大方坯凝固末端电磁搅拌器.生产试验表明,大方坯凝固末端电磁搅拌能够显著改善铸坯的中心疏松、缩孔等缺陷,减少了碳的偏析.     

150mm×150mm方坯连铸机末端电磁搅拌及拉速对铸坯内部质量的影响

某钢厂生产的150 mm×150 mm小方坯铸坯质量不稳定,主要问题在于铸坯中心碳偏析及横截面低倍不合格率较高。因此在该连铸机上采用末端电磁搅拌设备并进行现场试验。探讨了不同搅拌位置、搅拌频率、电流大小、搅拌方式及铸机拉速对铸坯质量的影响。实验结果表明,在液芯厚度分别为35、60 mm处进行电磁搅拌均会导致中心偏析严重。电磁搅拌频率、电流大小、搅拌方式、拉速也会对铸坯内部质量产生影响。根据实验结果,在该连铸机生产工况下,最佳末搅位置在液芯厚度45 mm处,较为合理的搅拌参数为电流400 A、频率12 Hz、交替搅拌方式。拉速提高不利于铸坯内部质量。     

二次冷却和结晶器电磁搅拌对SWRH82B碳偏析的影响

研究了二冷汽雾冷却和全水冷却条件下拉速、比水量和结晶器电磁搅拌对SWRH82B碳偏析指数的影响。结果表明：二冷汽雾冷却条件下,比水量为1.16和1.25 L/kg时,拉速1.7 m/min与末端电磁搅拌位置最匹配,且随比水量由0.94增大到1.25 L/kg,碳偏析指数由1.17降低到1.10,提高结晶器电磁搅拌电流由250 A到350 A,碳偏析指数改善不明显;对二冷由汽雾冷却向全水冷却实施改造,得出比水量为1.6 L/kg,拉速为1.7 m/min,结晶器电磁搅拌350 A/3Hz为最佳参数,铸坯中心碳偏析平均指数达到最小值1.05。     

方坯连铸永磁搅拌技术的发展现状与展望

电磁搅拌已经成为连铸工艺中改善铸坯质量的重要技术手段。相较于传统的三相交流电磁搅拌(EMS),基于烧结钕铁硼材料的旋转永磁体搅拌(PMS)具有磁感应强度较大、电能消耗低、结构较简单等优点。主要对比了电磁搅拌和永磁搅拌的技术特点,介绍了永磁搅拌在方坯连铸结晶器和凝固末端的应用现状;结晶器内永磁搅拌有效改善了铸坯的表面和内部质量,表面小孔缺陷明显减少,改善铸坯中心疏松和中心碳偏析;而应用于高碳钢连铸凝固末端,随着永磁搅拌磁体转速的增加,铸坯中心碳偏析指数明显降低,同时吨钢电能消耗仅约为传统电磁搅拌的15%。     

高碳钢大圆坯R/2偏析现象形成机理与控制策略的研究

针时某厂高碳钢大圆坯存在的R/2偏析现象,本文基于圆坯宏观偏析与凝固组织之间的对应关系,并结合圆坯凝固特性与连铸工艺,提出了一个R/2偏析形成模型.该模型描述了高碳钢凝固过程等轴晶的形成机理与R/2偏析处液相流动的驱动力,并很好的预测了工业试验中不同电磁搅拌参数和二冷制度下的圆坯R/2偏析特征.由模型可知,适当的电磁搅拌强度与控制铸坯的回温鼓肚是消除R/2偏析的关键.     

铅白铜水平电磁连铸坯宏观组织及宏观偏析的研究

研究了水平电磁连铸铅白铜棒材在不同电流120～200A、不同频率10～50Hz时铸坯宏观组织的变化,并对其机理进行探讨。而且将未加磁场时的铸锭与水平电磁连铸生产的铸锭进行了比较。结果表明,在电磁场的搅拌作用下,铅白铜合金棒材的凝固组织发生了很大的变化,表现在铸坯组织的细化和等轴晶范围与比率的上升,同时抑制了合金元素Pb的宏观偏析;搅拌后宏观组织主要由等轴晶组成,最后凝固区由靠近上表面(中心线上方11.5cm处)下移到铸锭几何中心位置。最终:电磁场频率为25～30Hz搅拌效果略好,电磁场强度在160A效果最好。