談電磁攪拌技術(shù)在煉鋼連鑄機(jī)中的應(yīng)用

楊彬斌

摘 要：電磁攪拌技術(shù)是在冶金及鋼鐵制品生產(chǎn)中不可缺少的技術(shù)手段，現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝中根據(jù)這一技術(shù)的基本原理進(jìn)行合理改進(jìn)，使其在實(shí)際生產(chǎn)效果中得到更好的提升。以作用形式作為區(qū)分，可以將電磁攪拌技術(shù)分為幾種不同類(lèi)型，在實(shí)際生產(chǎn)中需按照要求與相應(yīng)條件合理選擇。本研究對(duì)電磁攪拌技術(shù)的作用原理、工作參數(shù)及應(yīng)用效果等展開(kāi)分析，從而發(fā)現(xiàn)目前在煉鋼連鑄機(jī)應(yīng)用中存在的不足，這為日后技術(shù)強(qiáng)化與完善提供了基礎(chǔ)和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電磁攪拌技術(shù);連鑄;應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TF777.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）10-0118-02

0 引言

鋼鐵行業(yè)在近些年的發(fā)展可謂是突飛猛進(jìn)，在激烈競(jìng)爭(zhēng)的國(guó)際市場(chǎng)中，我國(guó)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展較為穩(wěn)定。企業(yè)在生產(chǎn)中要對(duì)技術(shù)的應(yīng)用嚴(yán)格控制，不僅要不斷開(kāi)展新技術(shù)的探索，同時(shí)也要重視對(duì)已存在并應(yīng)用的技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新。連鑄電磁攪拌技術(shù)是一種重要的冶金技術(shù)，雖然在鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)中較為成熟，但仍需要根據(jù)實(shí)際效果加以完善，從而提高鋼鐵制品的生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

1電磁攪拌技術(shù)的基本概述

1.1電磁攪拌技術(shù)的發(fā)展背景

在鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，不同時(shí)期主要應(yīng)用的技術(shù)手段也在不斷發(fā)生變化，其中電磁攪拌技術(shù)的出現(xiàn)就是由于鋼鐵生產(chǎn)所需而產(chǎn)生。這一技術(shù)最早源于瑞典，是根據(jù)電弧爐煉鋼工作中的需要產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)對(duì)工藝的改進(jìn)與創(chuàng)新，這一技術(shù)也在不斷的成熟，最終被廣泛應(yīng)用于煉鋼連鑄機(jī)。連鑄機(jī)在煉鋼過(guò)程中發(fā)揮著不容忽視的作用，這種工藝技術(shù)與傳統(tǒng)煉鋼相比更加簡(jiǎn)單易操作，能夠有效避免一些繁瑣的工序，同時(shí)在最終的產(chǎn)品收得率中也有顯著提升，所以逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)煉鋼方法。煉鋼連鑄機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中不僅能夠達(dá)到節(jié)約金屬材料的目的，同時(shí)也能較大程度上節(jié)省人力資源。電磁攪拌技術(shù)作為在連鑄機(jī)中應(yīng)用的一種重要技術(shù)手段，經(jīng)過(guò)多年在實(shí)際應(yīng)用中的不斷嘗試與發(fā)現(xiàn)，各種類(lèi)型的電磁攪拌器相繼出現(xiàn)，它們的共同目標(biāo)與任務(wù)就是控制鋼液流動(dòng)，從而使產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)出率在現(xiàn)有基礎(chǔ)上得到提高，二冷區(qū)電磁攪拌器、結(jié)晶器電磁攪拌器以及固化終端電磁攪拌器等都是較為常用的類(lèi)型。

1.2電磁攪拌技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及主要應(yīng)用

經(jīng)過(guò)不斷的完善與實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，電磁攪拌技術(shù)的理論研究方面已較為成熟，并在冶金工業(yè)中有著很高的應(yīng)用價(jià)值[1]。近些年在生產(chǎn)制造業(yè)中，產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)正隨著技術(shù)的強(qiáng)化而不斷提升，同時(shí)客戶對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的要求也是不斷推動(dòng)生產(chǎn)方積極改進(jìn)生產(chǎn)工藝與增強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。對(duì)于鋼鐵行業(yè)來(lái)說(shuō)也是如此，其應(yīng)用的電磁技術(shù)也經(jīng)歷著更新與換代。現(xiàn)階段二冷區(qū)電磁攪拌技術(shù)的研究熱度較大，各國(guó)在對(duì)這一技術(shù)的應(yīng)用中對(duì)攪拌方向嘗試各種改變，從而減少板坯夾雜物，提高鋼鐵的得出率與質(zhì)量。出水口堵塞是生產(chǎn)過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，這種現(xiàn)象為鋼鐵行業(yè)帶來(lái)較大煩惱。經(jīng)過(guò)對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)研究與模擬實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，攪拌位置為結(jié)晶器之間時(shí)可以有效帶動(dòng)鋼液順利流出出水口，從而避免堵塞。這一技術(shù)不僅在鋼鐵行業(yè)中起到舉足輕重的作用，同時(shí)在其他金屬生產(chǎn)行業(yè)中也有著廣泛的應(yīng)用。

2連鑄電磁攪拌技術(shù)的形式及原理

2.1兩級(jí)電磁攪拌

兩級(jí)電磁攪拌是出現(xiàn)較早的一種形式，一般用S-EMS來(lái)表示。這種技術(shù)的要點(diǎn)就是將攪拌器安裝于二冷區(qū)內(nèi)，具體的位置是位于結(jié)晶器的下方。對(duì)這一類(lèi)型的攪拌器進(jìn)行細(xì)化區(qū)分還能分為三種，它們之間在設(shè)計(jì)、工作特點(diǎn)上存在較大不同。首先是插入式，這種設(shè)計(jì)對(duì)支撐輥的距離有一定要求，需要在兩個(gè)支撐輥之間插入攪拌器。但是這種攪拌器容易造成鑄坯表面凸起，所以需對(duì)連鑄機(jī)的弧度進(jìn)行及時(shí)調(diào)控。輥后式也是十分常見(jiàn)的一種，這種攪拌器的構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，但是由于攪拌器位置較遠(yuǎn)容易造成效率較低的問(wèn)題，從而在使用這種攪拌器時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程中所需的電功率往往較大，進(jìn)而生產(chǎn)成本過(guò)高。第三種是輥式，它的攪拌器距鑄坯較近，所以能避免工作電功率較大的問(wèn)題。同時(shí)這種攪拌輥具有易于拆卸與安裝的特點(diǎn)，可以根據(jù)不同生產(chǎn)需求來(lái)調(diào)整攪拌速度，生產(chǎn)效率處于較高水平。

2.2模具電磁攪拌

這種攪拌形式也稱(chēng)為結(jié)晶器電磁攪拌，通常用M-EMS來(lái)表示。從名字上可以看出，這種攪拌器的最大特點(diǎn)就是將攪拌器安裝于結(jié)晶器的位置上，對(duì)具體位置進(jìn)一步區(qū)分有內(nèi)置式與外置式兩種。攪拌器帶動(dòng)結(jié)晶器附近的鋼液進(jìn)行流動(dòng)，能夠保證產(chǎn)生凝固的坯殼表面更加均勻，從而提高鑄坯的整體質(zhì)量。內(nèi)置式攪拌器位于結(jié)晶器內(nèi)部，從而與鑄坯的距離很近，所以在工作效率上更具優(yōu)勢(shì)。但是由于其與結(jié)晶器共同使用一套結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，所以對(duì)冷卻水的質(zhì)量要求較高，這在一定程度上增加了生產(chǎn)成本。外置式攪拌器的位置在結(jié)晶器的外部，所以對(duì)冷卻水就沒(méi)有很高的要求，但是由于距鑄坯的距離相對(duì)較遠(yuǎn)，在效率上低于內(nèi)置式。在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)實(shí)際條件與要求合理選擇。

2.3固化終端電磁攪拌

固化終端電磁攪拌用F-EMS來(lái)表示，其攪拌器的位置在二冷區(qū)的末端。這種電磁攪拌裝置與其他類(lèi)型相比具有使用壽命較長(zhǎng)、工作狀態(tài)穩(wěn)定、運(yùn)行安全等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在運(yùn)行過(guò)程中所需要的冷卻水量較小，這在一定程度上節(jié)約了攪拌所需要的成本。這種電磁攪拌形式是在以往傳統(tǒng)類(lèi)型的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)，具有較好的攪拌效果及工作效率，其發(fā)展前景十分可觀。

3電磁攪拌技術(shù)在煉鋼連鑄機(jī)中的應(yīng)用效果

3.1凝固過(guò)程中熱力學(xué)方面

攪拌的基本作用就是為了使鋼液的流動(dòng)速度得到控制，從而使其熱力學(xué)條件得到改變。從物理方面進(jìn)行原理分析，當(dāng)液體處于較高溫度時(shí)，液體無(wú)外界作用力處于靜態(tài)的散熱速度較慢，而利用外界的作用使液體成為流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，則散熱速度可以得到顯著提高。電磁攪拌器就是對(duì)鋼液進(jìn)行外界力的施加，從而加快其內(nèi)部的流動(dòng)。電磁攪拌技術(shù)的應(yīng)用使這一效果得到顯著改善，在提高流速的過(guò)程中降低鋼液的溫度。溫度是等軸晶生長(zhǎng)的重要條件因素，從以往的試驗(yàn)研究中可以發(fā)現(xiàn)，較低溫度下它才能快速生長(zhǎng)。為了加快鋼液中等軸晶可以在較短時(shí)間內(nèi)就能形成，降低鋼液的整體溫度不容忽視，而電磁攪拌則能夠?yàn)槠溥_(dá)到這一目的提供必要條件，同時(shí)電磁攪拌與其他類(lèi)型攪拌技術(shù)相比，內(nèi)部裝置較為簡(jiǎn)單，對(duì)于等軸晶的生長(zhǎng)不會(huì)造成不利影響。另一方面溫度降低還可以使坯殼凝固所需要時(shí)間的縮短，使整個(gè)煉鋼連鑄過(guò)程的工作效率得到顯著提升。

3.2凝固過(guò)程中動(dòng)力學(xué)方面

等軸晶的生長(zhǎng)是煉鋼過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在其形成與生長(zhǎng)的過(guò)程中，很容易受到溫度、壓力等因素的影響。當(dāng)不對(duì)環(huán)境條件進(jìn)行控制時(shí)，容易造成等軸晶的生長(zhǎng)速度不一致、生長(zhǎng)位置不均一的情況，這對(duì)于是否能得到穩(wěn)固的坯殼十分不利。所以想要得到分布排列較為緊密且距離均等較近的等軸晶就要利用電磁攪拌技術(shù)來(lái)加以控制。攪拌可以在動(dòng)力學(xué)方面對(duì)等軸晶的生長(zhǎng)加以干預(yù)，其位置對(duì)攪拌產(chǎn)生的作用力會(huì)產(chǎn)生一定影響，所以對(duì)實(shí)際效果進(jìn)行分析選擇合理的位置尤為關(guān)鍵。當(dāng)攪拌器以一定速度進(jìn)行攪拌時(shí)，對(duì)于在其附近鋼液產(chǎn)生均勻一致的攪拌力，所以可以促進(jìn)這一位置中等軸晶的形成，且可以為這些等軸晶提供一致的生長(zhǎng)條件，最終得到穩(wěn)固性較好的坯殼。

4電磁攪拌的相關(guān)參數(shù)

4.1電源頻率

在電磁攪拌器中，電源頻率是一項(xiàng)重要的參數(shù)，它在攪拌過(guò)程中會(huì)在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行改變，從而間接調(diào)節(jié)電磁力的大小。選擇合適的電源頻率需要根據(jù)實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行不斷的實(shí)驗(yàn)與嘗試，從而在綜合因素的影響下找到最適頻率。在對(duì)電源頻率進(jìn)行設(shè)置的過(guò)程中還要考慮到安全方面，對(duì)于一些大型煉鋼連鑄機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，往往需要較大的電磁攪拌速度，但安全防護(hù)設(shè)備配套不完善等因素的限制造成不能為其提供較大的電源頻率，這時(shí)就要從改變電磁攪拌器的位置以及更換攪拌器類(lèi)型的方面進(jìn)行改進(jìn)，而不能一味增大電源頻率。同時(shí)不同電源頻率也可能會(huì)使電磁攪拌器產(chǎn)生干擾信號(hào)，想要避免干擾信號(hào)對(duì)裝置正常工作的影響，就要利用有效的屏蔽裝置，從而保證電磁攪拌器的工作質(zhì)量。

4.2電磁功率

在實(shí)際生產(chǎn)工作中電磁功率較大會(huì)造成成本過(guò)高，所以就要努力改變相關(guān)影響因素來(lái)降低電磁功率。其中最有效的方法就是提高電流強(qiáng)度，但是較大的電流強(qiáng)度會(huì)引發(fā)產(chǎn)熱等危險(xiǎn)，所以需要加強(qiáng)冷卻設(shè)備的裝置。在以往的實(shí)際案例中，有很多企業(yè)在煉鋼過(guò)程中忽視了對(duì)煉鋼連鑄機(jī)進(jìn)行相應(yīng)冷卻設(shè)備的配套，以至于產(chǎn)生嚴(yán)重的生產(chǎn)安全事故，這種情況的發(fā)生不僅對(duì)企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益受到重創(chuàng)，同時(shí)更是使生產(chǎn)線上工人生命安全的不負(fù)責(zé)，所以加強(qiáng)冷卻裝置等設(shè)備保護(hù)裝置的安裝與完善是企業(yè)應(yīng)當(dāng)重視的內(nèi)容。同時(shí)線圈匝數(shù)與電磁功率也成正比，在合理的范圍內(nèi)降低匝數(shù)也能取得相應(yīng)的效果，這就需要生產(chǎn)技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際的煉鋼效果以及文獻(xiàn)資料查詢等途徑進(jìn)行合理控制。

4.3鋼液物理性質(zhì)

對(duì)于鋼液來(lái)說(shuō)，其所具備的物理性質(zhì)也對(duì)電磁攪拌效果起到影響作用，其中粘度、導(dǎo)電率以及所含的合金元素類(lèi)型等較為重要。根據(jù)這些物理性質(zhì)的不同，對(duì)電磁攪拌器的類(lèi)型以及工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定與調(diào)整，煉鋼質(zhì)量才能得到進(jìn)一步提高。技術(shù)人員在開(kāi)展煉鋼工作時(shí)首先需要對(duì)鋼液的性質(zhì)信息進(jìn)行掌握，通過(guò)分析結(jié)果對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效調(diào)試，這其中就包括對(duì)電磁攪拌器的工作參數(shù)進(jìn)行必要調(diào)整，使其在實(shí)際應(yīng)用中能夠起到更好的工作效果。

5電磁攪拌技術(shù)在煉鋼連鑄機(jī)中應(yīng)用存在的問(wèn)題

技術(shù)創(chuàng)新仍是未來(lái)發(fā)展中的關(guān)鍵問(wèn)題，近些年隨著自動(dòng)化控制系統(tǒng)的出現(xiàn)與應(yīng)用，進(jìn)一步減小煉鋼工作中人員的壓力，許多工序都能通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]。這進(jìn)一步方便了煉鋼連鑄機(jī)中電磁攪拌技術(shù)的控制，通過(guò)控制系統(tǒng)下達(dá)的指令及時(shí)高效改變電磁攪拌器的工作狀態(tài)，從而得到更優(yōu)質(zhì)的鋼鐵產(chǎn)品。鼓勵(lì)新技術(shù)的應(yīng)用是提高電磁攪拌技術(shù)在煉鋼連鑄機(jī)效果的基礎(chǔ)，也是下一步發(fā)展的重要目標(biāo)。

6結(jié)語(yǔ)

鋼鐵是建筑、交通、機(jī)械制造等多種行業(yè)中必不可少的基礎(chǔ)性材料，所以鋼鐵工業(yè)的發(fā)展前景十分可觀。所以將提高電磁攪拌技術(shù)水平作為長(zhǎng)期任務(wù)意義重大，使其在煉鋼過(guò)程中發(fā)揮更好的作用。

參考文獻(xiàn)

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[2] 袁志剛，李建超，王寶峰.電磁攪拌技術(shù)應(yīng)用存在的問(wèn)題及探索[J].重型機(jī)械，2016（1）：16-18.