1號(hào)板坯連鑄機(jī)二冷區(qū)電磁攪拌技術(shù)

魯 軍 李大吉 王豫東 吾 塔

（新疆八一鋼鐵股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830022）

前言

在連鑄設(shè)備正常運(yùn)行和連鑄工藝穩(wěn)定的前提下，采用二冷區(qū)電磁攪拌，借助電磁力強(qiáng)化鑄坯中液相穴內(nèi)未凝固鋼液的運(yùn)動(dòng)，從而改變鋼水凝固過程中的對(duì)流、傳熱和傳質(zhì)過程，使鋼液的凝固與鑄坯冶金凝固機(jī)理相吻合，從而提高鑄坯等軸晶率，減輕中心偏析、中心縮孔、中心疏松，改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。

板坯連鑄機(jī)二冷區(qū)電磁攪拌要獲得良好的冶金效果，攪拌位置、攪拌區(qū)有效作用長(zhǎng)度和攪拌參數(shù)的選擇至關(guān)重要。而最佳攪拌位置和攪拌區(qū)有效作用長(zhǎng)度的確定需綜合考慮生產(chǎn)鋼種、鑄坯斷面、過熱度、拉坯速度、冷卻制度、冶金長(zhǎng)度和鑄機(jī)結(jié)構(gòu)等。

1 1號(hào)板坯連鑄機(jī)二冷區(qū)電磁攪拌型式

板坯連鑄機(jī)二冷區(qū)電磁攪拌的型式主要有三種，單邊行波磁場(chǎng)型、雙邊行波磁場(chǎng)型和輥式行波磁場(chǎng)型[1]。單邊行波磁場(chǎng)型在內(nèi)弧側(cè)的支撐輥后面沿拉坯方向布置一臺(tái)行波磁攪拌器，激發(fā)垂直向下或向上的行波磁場(chǎng)，內(nèi)弧側(cè)鋼液由凝固前沿向下或向上流動(dòng)，外弧側(cè)鋼液向上或向下流動(dòng)，形成單一的環(huán)流，環(huán)流中心偏向內(nèi)弧。雙邊行波磁場(chǎng)型是在內(nèi)外弧的寬面上沿板寬方向水平布置一對(duì)攪拌器，激發(fā)方向相同水平行進(jìn)的磁場(chǎng)，導(dǎo)致鋼液沿板寬向一個(gè)方向流動(dòng)，沖擊窄面坯殼后分裂成上下兩股流動(dòng)，在有效攪拌區(qū)上下各形成一個(gè)環(huán)流。但上環(huán)流區(qū)相對(duì)下環(huán)流區(qū)鋼液溫度高，粘性小，因而上環(huán)流區(qū)比下環(huán)流區(qū)要大。輥式行波磁場(chǎng)型，又稱電磁攪拌輥型，使用4個(gè)攪拌輥在內(nèi)外弧組成兩對(duì)，若上下兩對(duì)攪拌輥的有效攪拌區(qū)的流動(dòng)方向一致，則形成兩個(gè)蝶形流動(dòng)；若上下兩對(duì)攪拌輥的流動(dòng)方向相反，則在兩對(duì)輥之間形成一個(gè)大的環(huán)流，而在上一對(duì)輥的上方和下一對(duì)輥的下方又各形成一個(gè)小環(huán)流，3個(gè)環(huán)流中心的流速為零。板坯連鑄機(jī)二冷區(qū)電磁攪拌三種型式優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。

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由表1可看出，電磁攪拌輥型安裝靈活，不需改變輥列結(jié)構(gòu)，不需改變扇形段設(shè)計(jì)，是其他兩種類型電磁攪拌不可比擬的。根據(jù)1號(hào)板坯連鑄機(jī)扇形段的輥?zhàn)硬贾脿顩r和二冷區(qū)電磁攪拌型式的生產(chǎn)應(yīng)用反饋，確定1號(hào)板坯連鑄機(jī)二冷區(qū)電磁攪拌采用電磁攪拌輥型式。

電磁攪拌輥將感應(yīng)器做成長(zhǎng)軸形，安裝在非磁性特殊輥套內(nèi)，外形大小與連鑄機(jī)常規(guī)支承輥相近，工作時(shí)輥套隨鑄坯移動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于受輥內(nèi)安裝空間限制，電磁攪拌輥如果采用常規(guī)電磁輥，磁場(chǎng)強(qiáng)度偏小，決定采用岳陽中科發(fā)明的高磁場(chǎng)電磁攪拌輥，以最大限度提高電磁推力。高磁場(chǎng)電磁攪拌輥主要有如下特點(diǎn)：

1)采用無齒槽的圓柱形鐵芯繞組連繞技術(shù)，最大限度提高繞組的空間利用率，增加鐵芯的導(dǎo)磁面積，從而增加磁通密度，加大電磁推力。2)采用在除工作面以外的其他面加裝磁屏蔽環(huán)的專利設(shè)計(jì)，最大限度的防止磁場(chǎng)從不作功的方向泄露，從而大大增加工作面的磁通密度，增加電磁推力。3)采用優(yōu)質(zhì)取向硅鋼Q120B作鐵芯疊片，增加了電磁攪拌輥內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度，改善電磁攪拌輥鐵芯飽和度，降低了電磁攪拌輥本身的損耗。4)電磁攪拌輥輥套采用進(jìn)口高Ni-Cr耐熱耐磨特種不銹鋼制作，確保鑄機(jī)安全正常生產(chǎn)，同時(shí)加強(qiáng)透磁性能。5）輥套盡可能采用大直徑輥套，在寬度方向增加一個(gè)輔助支架，減少輥套的彎曲變形。

2 1號(hào)板坯連鑄機(jī)二冷區(qū)電磁攪拌安裝位置

1號(hào)板坯連鑄機(jī)的拉坯速度如表2所示。

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根據(jù)表2的生產(chǎn)工藝參數(shù)，模擬計(jì)算得出鑄坯凝固曲線，如圖1所示。

圖1 鑄坯凝固曲線

由圖1可看出，在距彎月面約4.1m～6.9m范圍內(nèi)，鑄坯未凝固率在60%～48%之間。根據(jù)現(xiàn)代電磁攪拌冶金原理的“熱模型理論”及“機(jī)械模型理論”，當(dāng)鑄坯未凝固率指標(biāo)在60%～48%之間時(shí)，可以得到最佳的攪拌效果。1號(hào)扇形段的第1對(duì)輥和第7對(duì)輥位位置距彎月面大致在4.1和6.9m處。因此選擇在1號(hào)扇形段的1號(hào)、7號(hào)輥位安裝電磁攪拌輥，如圖2所示。

3 1號(hào)板坯連鑄機(jī)二冷區(qū)電磁攪拌系統(tǒng)組成

1號(hào)板坯連鑄機(jī)二冷區(qū)電磁攪拌系統(tǒng)由供電 (變壓器及高、低壓配電)、變頻電源、電磁攪拌輥、冷卻水裝置及遠(yuǎn)程監(jiān)控操作五部分組成，主要包括以下設(shè)備：

圖2 1號(hào)板坯連鑄機(jī)電磁攪拌扇形段

1)1臺(tái)主干式變壓器，容量：500KVA、原邊電壓：10KV，副邊電壓：400V；2)1面電源分配及工控柜；3)2面變頻電源柜；4)2對(duì)（4根）高磁力電磁攪拌輥 ；5)1套冷卻水裝置；6)1套自動(dòng)制純水裝置；7)1套遠(yuǎn)程監(jiān)控操作系統(tǒng)。10KV高壓電源經(jīng)高壓開關(guān)柜送至主變壓器變壓至400V后送至電源分配柜，電源分配柜進(jìn)行分配后分別送至2個(gè)變頻電源柜，經(jīng)變頻電源柜變頻變壓后輸出一個(gè)頻率在1～16Hz，電流最大400A的低頻電源至電磁攪拌對(duì)輥。一個(gè)變頻電源柜帶一對(duì)輥。電磁攪拌雙輥系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。

冷卻水裝置由自動(dòng)純水制備 、純水箱、純水泵、熱交換器、離子交換柱、磁過濾器、流量調(diào)節(jié)、流量檢測(cè)、壓力檢測(cè)、溫度檢測(cè)及水質(zhì)檢測(cè)等組成。其中純水泵為一備一開。流量調(diào)節(jié)置于電磁攪拌輥之前，可按要求分配每臺(tái)電磁攪拌器本體的用水量。流量檢測(cè)用于對(duì)每臺(tái)電磁攪拌器用水量的遠(yuǎn)程控制，具有流量偏低報(bào)警功能，防止電磁攪拌輥缺水。溫度檢測(cè)用于觀察電磁攪拌輥出水的溫度情況，為流量調(diào)節(jié)提供依據(jù)。水質(zhì)檢測(cè)用于觀察純水塔內(nèi)水的電導(dǎo)率并具報(bào)警功能。對(duì)水系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方和當(dāng)?shù)夭僮鞴δ埽瑢?duì)流量、壓力、溫度、水位、水質(zhì)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)功能。當(dāng)出現(xiàn)不正常時(shí)，向遠(yuǎn)方輸送報(bào)警信息，同時(shí)當(dāng)?shù)剌敵鲇步Y(jié)點(diǎn)，作為報(bào)警信號(hào)或者聯(lián)停逆變系統(tǒng)。

4 二冷區(qū)電磁攪拌對(duì)鑄坯質(zhì)量改善

采用二冷區(qū)電磁攪拌，可以改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量、提高等軸晶率、減少中心偏析。在連鑄機(jī)正常工作下應(yīng)達(dá)到以下考核指標(biāo)：

1)鑄坯內(nèi)部裂紋：用肉眼應(yīng)觀察不到裂紋。經(jīng)低倍檢驗(yàn)，內(nèi)部裂紋保證值見表3。2)鑄坯等軸晶率：等軸晶率定義為鑄坯厚度方向等軸晶線寬度和鑄坯斷面厚度之比。根據(jù)鋼種碳含量不同，等軸晶率的保證值如表4所示。3)鑄坯中心偏析：中心偏析硫印評(píng)級(jí)分A、B、C三類。

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A類：有連續(xù)性偏析帶，分為1.5～4.5級(jí)。B類：有明顯但不連續(xù)的偏析帶，分為1.5～4.5級(jí)。C類：有不連續(xù)不清晰的偏析斑點(diǎn)，分為0～3級(jí)。經(jīng)電磁攪拌后應(yīng)無A類偏析，B類偏析不超過20%，其余應(yīng)為C1.5級(jí)以下的偏析。4)中心疏松和中心縮孔：≥80%試樣為1級(jí)，≤20%試樣為2級(jí)，2級(jí)以上為0。

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[1]向亞云主編.鋼鐵冶煉技術(shù)工藝常見疑難問題解答及處理方法－疑難問題解析十萬個(gè)為什么與怎么辦 [M].中國(guó)科技文化出版社,2005年4月：991.