连铸电磁冶金技术：第四讲：板坯连铸结晶器电磁制动技术

1 发展背景对连铸生产的要求归结到一点就是高生产率下确保高质量。决定铸坯质量的重要因素之一是结晶器内钢水的流动和传热。结晶器内的流动支配着结晶器内夹杂物和气泡的上浮分离;弯月面附近的流动又支配着保护渣的卷吸及保护渣层熔融和铺展。因此,提高铸坯质量的关键是有效地控制结晶器内钢水的流动。     

电磁制动技术的发展及在板坯连铸结晶器中的应用

总结了板坯连铸结晶器中电磁制动技术的发展、研究状况以及冶金效果。电磁制动技术可以控制结晶器内钢液的流动、稳定弯月面、减少卷渣现象,有利于结晶器内夹杂物的上浮及去除,从而提高铸坯的质量,且为提高铸坯拉速创造了条件。结果表明电磁制动的影响因素有板坯宽度、浇注速度、浸入式水口（SEN）的形状等。     

板坯连铸结晶器电磁控制流动技术

板坯连铸实践表明,结晶器内钢水流动对铸坯质量和产品质量产生重大影响,控制结晶器内钢水流动已成为生产高质量产品和提高生产率的重要技术手段.综述了三类板坯连铸结晶器电磁控制流动(控流)技术的基本内容,对每类电磁控流技术,着重介绍了其配置和电磁力特征、冶金机理和冶金效果及其对最终产品质量的影响等.     

连铸电磁冶金技术：第六讲 板坯连铸结晶器电磁控流技术

众所周知,在连铸过程中的基本要求是提供高洁净的钢水,从而避免由夹杂物造成的表面和内部缺陷。这些夹杂物主要来自保护渣的卷吸和外来氧化铝的浸入等,它们都与结晶器内钢水流动,特别是弯月面下的流动密切相关。然而在连铸过程从浇注开始到浇注终了,浇注条件经历各种各样的变化,为了避免保护渣的卷吸,需要使结晶器内流动控制在最佳的范围内,从而在提高铸坯质量的同时,保持浇注的稳定性。     

连铸结晶器电磁搅拌技术的新发展

对连铸结晶电磁搅拌技术在国内应用及发展现状进行了概述。介绍了为解决结晶器电磁搅拌器安装位置高与弯月面波动的问题,过往国内外采用的一些技术思路,及目前国内重点采用的磁屏蔽新技术和研发出具有自主知识产权、高磁感应强度、高推力的全绕组板坯连铸结晶器电磁搅拌装置。     

板坯连铸结晶器铜板传热行为

采用ANSYS有限元软件,以板坯连铸结晶器铜板传热行为为研究对象,建立板坯连铸结晶器铜板三维有限元模型,进行数值模拟计算,解析铜板温度场的分布,分析了不同工艺参数、镀层和铜板厚度等对铜板温度分布的影响,为结晶器结构的设计、实施漏钢预报和优化实际生产操作提供参考。结果表明:弯月面处的铜板温度比较高,弯月面以上的温度较低;在弯月面附近和镀层连接处温度较高,其他位置温度随着结晶器高度降低而降低;增大拉速、镀层厚度和铜板厚度都会使结晶器热面温度升高。     

电磁连铸复合结晶器内钢液流场的数值模拟

采用数值模拟方法分析了电磁连铸复合式结晶器内的流场。对静磁场磁感应强度不同时组合磁场下的流场进行了比较,在此基础上,分析了电磁连铸复合式结晶器的工作原理。分析结果表明：电磁连铸复合式结晶器不仅具有电磁制动和软接触两种功能,而且能够控制弯月面区域的速率,使其保持在合适的范围内,从而有效地防止了电磁制动结晶器在需要较大制动强度时对弯月面制动过死及软接触结晶器弯月面波动剧易引起卷渣的弊端。     

连铸板坯角部结疤缺陷的研究与实践

对宝钢梅山炼钢厂连铸板坯角部结疤缺陷形成过程与机理进行了研究。通过对板坯结疤的宏观形貌分析和形成全过程的现场跟踪观察，初步判断板坯角部结疤缺陷产生于结晶器内弯月面位置。其原因在于弯月面初生坯壳的破裂、溢流、冷凝过程造成了坯壳角部凝固沟溢流。据此，提出了相应的工艺改进措施，即减少保护渣的烧结性，严格控制结晶器振动偏差，做好结晶器均匀冷却的控制，从而保证结晶器铜板质量及与结晶器内初生坯壳受力相关的设备功能的精度，避免板坯角部结疤缺陷的产生。     

两段式软接触电磁连铸结晶器内弯月面形状的预测

通过理论分析,得到软接触电磁连铸结晶器内部金属液弯月面形状的计算公式,并根据试验结果进行了修正,修正后的公式可较准确地计算两段式无缝结晶器内部金属液的弯月面形状.178 mm两段式结晶器内钢液的弯月面形状计算结果表明,弯月面高度随电源功率和上半段电阻率的增加而增大,随电源频率和结晶器壁厚的增加而减小.通过选择合理的电磁参数和结构参数,利用两段式结晶器有实现软接触电磁连铸的可能性.     

不同浸入式水口250 mm×1800 mm板坯连铸过程模拟

通过水模型物理模拟和数值模拟的方法研究某钢厂3种不同水口在250 mm×1 800 mm板坯连铸过程中对钢液流场、弯月面和温度场的影响。结果表明:1#水口弯月面钢液不够活跃,不利于液渣上浮;2#水口存在结晶器上部温度低,结晶器凝固坯壳薄的问题;3#水口具有能促进液渣层分布均匀,提高结晶器上部温度的优点。250 mm×1 800 mm板坯连铸过程中,3#水口使用效果良好。     

矩形电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为

通过静态热模拟实验,采用低熔点Sn-32%Pb-52%Bi(质量分数)合金作为钢液的模拟介质,研究不同工艺参数下矩形电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为的变化规律。结果表明:由于矩形电磁软接触结晶器本身的结构限制,其弯月面沿周向上的分布具有不均匀性;随电源功率增大,弯月面高度增大,同时波动加剧;实际生产中线圈应尽量靠近结晶器口部位置安装,有利于提高弯月面高度和增强弯月面稳定性;浇注过程中,应该使浇注液面尽可能的控制在线圈中心偏上位置;当电源频率增大时,应该同时适当的提高电流来保证软接触效果。     

板坯连铸结晶器内全幅两段电磁制动弯月面形状的数值模拟

本文建立了全幅两段磁场结晶器钢水流动模型,采用‘Simple’算法,进行钢水流动及弯月面形状的数值模拟。计算结果表明,全幅两段磁场可以有效地制动高速流股,使钢水形成均匀的活塞式流动;并且有效地控制弯月面的波高,从而改善板坯质量并提高拉速。     

软接触电磁连铸结晶器内磁场分布与弯月面行为

通过实验测试和数值模拟的方法研究两段式软接触电磁连铸无缝结晶器结构、线圈位置、电源功率以及弯月面位置等因素对结晶器内高频磁场分布的影响。并采用Sn作为钢液的模拟工质测量了不同实验条件下两段式结晶器内的弯月面高度。研究结果表明:两段式结晶器的透磁效果随着结晶器上半段厚度的减薄而提高;增加电源功率时,可以增大高频磁场在铸坯初始凝固区域的强度及作用范围,有利于弯月面的形成;线圈位置越靠上,越有利于磁感应强度透过结晶器,有助于弯月面高度的增大;当金属液面位于感应线圈高度中心与线圈顶端位置之间时,高频磁场作用于初始凝固区域的有效作用较强,可产生较大的电磁压力,有助于获得高表面质量的铸坯。     

圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内弯月面研究

以低熔点合金Sn-32%Pb-52%Bi作为钢液的模拟介质进行静态热模拟实验,研究在不同工艺参数下圆坯电磁软接触连铸结晶器内弯月面的变化规律.实验结果表明:圆坯中频电磁软接触结晶器内弯月面的变形沿周向上具有均匀性,在分瓣体中心处和切缝处弯月面高度相当,分瓣体中心处弯月面高度较切缝处稍低;随着电源功率增大,弯月面高度增大,弯月面波动加剧,这不利于获得表面质量良好的连铸坯,因此,在本研究的工况下将功率控制在30 kW左右;当初始液面在线圈中心位置时,弯月面的高度最高,在拉坯过程中将自由液面控制在线圈中心高度附近;随着频率的增加,弯月面的高度几乎成线性关系减小,但弯月面区域的波动减小,在综合考虑弯月面高度和波动的前提下,实验使用的频率为2 500Hz.     

方坯连铸结晶器三维传热模拟

采用ANSYS有限元软件,以方坯连铸结晶器为研究对象,基于节点温度传递方法、利用ANSYS接触分析技术建立方坯连铸结晶器三维瞬态传热有限元模型,分析了结晶器内铸坯和结晶器铜壁的三维温度场及结晶器内铸坯坯壳分布规律。结果表明,弯月面区域铜壁温度较低,上口接近水缝内冷却水温度;弯月面下50 mm处结晶器铜壁温度最高,达到157℃;模型计算所得结晶器铜管高温区域形状与实际生产中下线铜管高温过烧区域形状基本一致;铸坯表面偏离角部30 mm处角部影响消失,铸坯表面温度趋于一致。     

《连铸》2004年总目录

综合评述 依靠技术创新确保中国钢铁工业持续高速发展…(l·1) 板坯连铸技术的发展及应用······················,·…(1·4)工艺技术 首钢二炼钢厂板坯连铸机弯曲段与矫直段的改造·,·…(卜7) 超低头板坯连铸机移地改造实践与思考······……(l·ro) 高强度船板钢连铸生产实践·····················……(1·13) 安钢第三炼钢厂板坯连铸机结晶器冷却状况探讨…(卜15) 提高连铸坯质量的实践和探索·,················……(1·17) 薄板坯连铸连轧生产线工艺技术现状与发展…     

方坯软接触电磁连铸结晶器内钢液弯月面行为的热模拟

以低熔点Ｐｂ－Ｓｎ－Ｂｉ合金作为钢液模拟工质,对谐波高频磁场作用下,方坯软接触电磁连铸结晶器内钢液的弯月面行为进行热模拟的实验研究,通过录像手段记录高频磁场作用下非导电石英玻璃容器内液态金属的弯月面行为,并采用“浸镀法”测得不同实验条件下的弯月面形状,掌握了高频磁场作用下液态金属弯月面的波动特性及不同感应线圈实验参数对弯月面行为特征的影响效果,研究表明：方坯结晶器内高频磁场沿结晶器周向的不均匀分布     

高拉速方坯连铸结晶器钢渣界面行为特征

对于高拉速连铸,结晶器内高通钢量下的钢液与保护渣流动行为控制是保证结晶器区合理凝固与冷却控制的重要一环。通过建立三维方坯连铸结晶器内多相流动、传热与凝固耦合数学模型,研究结晶器内高速钢液瞬态流动现象及其对液面波动与保护渣流动的影响。结果表明,结晶器内高速钢液冲击钢渣界面使弯月面处形成明显的凸起,同时导致水口附近界面波动剧烈。液态保护渣的流动行为受液面波动影响较大,不连续的保护渣流入造成了厚度不均匀的固态渣膜形成,不规整的固态渣膜转而又阻碍了液态保护渣的流入。     

中国连铸电磁搅拌技术已进入世界前列

简要回顾中国连续铸钢用电磁搅拌技术发展历程,以方坯连铸凝固末端电磁搅拌器维修、板坯连铸用高推力辊式电磁搅拌器和多极宽板坯结晶器电磁搅拌器的创新研发等3个实例佐证中国连铸用电磁搅拌技术已进入世界前列。     

宽厚板坯连铸结晶器内气液界面波动行为的实验研究

通过物理模拟研究了2200mm×280mm 宽厚板坯连铸结晶器吹氩时其内界面波动行为,考察了吹气量、拉速对结晶器内液面波动的影响。结果表明:结晶器吹氩后,各气量下液面平均波高均增加了1.2倍以上,且液面影响的区域集中在距水口2/3断面宽度范围内,弯月面附近的波动影响则较小。与常规板坯连铸结晶器内液面平均波高随吹气量、拉速的增加而增大的规律不同,本实验中随这两个工艺参数的增加液面平均波高均先增大后减小,并从实验条件下得出了控制液面波动的最佳气量。