大方坯电磁搅拌应用

1、电磁搅拌器对连铸大方坯、圆坯内部质量的影响代廷福1 李靖2李恒华2彭立新21.攀枝花钢铁(集团)公司提钒炼钢厂、2.湖南科美达电气有限公司主要内容l 前言l 大断面铸坯结晶区电磁搅拌器的技术特点l 大方坯连铸电磁搅拌器的应用和实践l 结束语前言近几年来，随着京沪、京广等几大铁路干线的提速；随着西气东输、南水北调及三峡大坝的建设，需要大量的大方坯、大圆坯用于重轨和无缝钢管等钢材的制造。目前大方坯的表面和内在质量尚存在不少的缺陷，为了提高铸坯的质量电磁搅拌器已成为大方坯连铸不可多得的辅助设备。为了适用大方坯、大圆坯连铸技术的发展，我公司和美国GL电磁场软件公司合作开发了赛金电磁场计算法，成功的开发

2、了适用各种大断面铸坯的电磁搅拌成套设备。近年来湖南科美达电气有限公司的大圆坯连铸结晶器电磁搅拌已成功应用于抚顺特钢股份公司（铸坯断面450）和山东墨龙石油机械有限公司（铸坯断面350）；大方坯连铸结晶器电磁搅拌已成功应用于石家庄钢铁股份有限公司电炉厂（铸坯断面360×300）、贵阳特殊钢铁有限责任公司（铸坯断面400×300）、大冶特殊钢股份有限公司（铸坯断面470×350）、攀枝花钢铁(集团)公司（铸坯断面450×360）、河北津西钢铁有限公司（铸坯断面410×320）和石鹿钢铁有限责任公司（铸坯断面510×360）等钢铁公司，有效

3、的改善了大断面铸坯的中心疏松、中心缩孔、中心偏析、中心裂纹等内部缺陷较严重的技术难题。1、 大断面铸坯结晶器电磁搅拌技术特点大方坯、大圆坯结晶区电磁搅拌器的磁场要穿透多层空气隙、80mm180mm不同厚度的不锈钢内水套、30mm50mm不同厚度的结晶器铜管和300mm 600mm不同断面的铸坯。磁路带有极大的电导率对比度，电导率从0突变到107，因此电磁场的计算难度极大。其次，由于电磁搅拌器安装位置受到限制，电磁搅拌器的高度一般都小于600mm，而电磁搅拌器的最大内径达到1000mm，因此电磁搅拌器铁芯高度与铁芯内径之比的比值很小，漏磁很大，要使铜管内的中心磁感应强度的有效值大于500Gs，其

4、难度确实很大。因此，要准确计算出电磁搅拌器的磁场，必须采用最先进的赛金电磁场计算法对电磁搅拌器电磁参数进行优化设计，才能确保电磁搅拌器的性能最佳，电磁搅拌力最大，电磁搅拌效果最好。下面以湖南科美达电气有限公司为攀枝花钢铁(集团)公司制造的450×360大方坯电磁搅拌器为例，分析电磁搅拌器的冶金效果。2、 结晶区电磁搅拌器在攀钢2#大方坯上的应用与实践2.1试验条件生产工艺：LDLF方坯连铸；铸机：四机四流全弧形连铸机，铸机半径15000mm，流间距200022002000mm，断面360×450mm2；结晶器长850mm；电磁搅拌形式：MEMS单一电磁搅拌，电磁搅拌器型号：

5、DJMR4536W；拉速Vc控制在0.40.55m/min，中包过热度T控制3040范围内，比水量控制0.3-0.5L/kg。 2.2试验方法在1流安装改进后的电磁搅拌器，在2、3、4流上保留安装改进前的电磁搅拌器，电流控制在500-800A范围内进行对比实验。分别取样进行低倍组织分析铸坯内部质量。电磁搅拌器差异见表1和图1。表1 2#方坯结晶器电磁搅拌器基本参数电磁搅拌器变压器容量/kVA额定电流/A额定电压/V频率/Hz内壳外径/mm外壳外径/mm搅拌器长度/mm距结晶器顶面/mm改进前10008003102.49601400560270改进后12508004002.49451422600

6、250 图1 2#方坯结晶器电磁搅拌器改进前后磁场强度2.3试验结果结晶器电磁搅拌对铸坯中心疏松的影响见图2，由图2可见，电磁搅拌器结构改进后，铸坯中心疏松明显减轻，对于中心疏松1.0级的比例，YQ450NQR1钢由81.97%增至90%，37Mn2钢由96.87%增至100%，45#钢由95.31%增至96.87%，B1钢由93.33%增至100%。 (a) YQ450NQR1 (b) 37Mn2(c) 45# (d) B1图2 电磁搅拌器结构改进前后对铸坯中心疏松的影响结晶器电磁搅拌器对铸坯中心偏析的影响见图3，由图3可见，电磁搅拌器结构改进后，铸坯中心偏析有所减轻，YQ450NQR1铸坯

7、中心偏析1.0级的比例均为100%。(a) YQ450NQR1 (b) 37Mn2(c) 45# (d) B1图3 电磁搅拌器结构改进前后对铸坯中心偏析的影响结晶器电磁搅拌铸坯中心缩孔的影响见图4，由图4可见，电磁搅拌器结构改进后，45#、B1钢铸坯中心缩孔明显减轻，无中心缩孔缺陷的比例45#钢由85.94%增至96.88%，B1钢由86.67%增至100%。(a) YQ450NQR1 (b) 37Mn2(c) 45# (d) B1图4 电磁搅拌器结构改进前后对铸坯中心缩孔的影响结晶器电磁搅拌对铸坯中心裂纹的影响见图5，由图5可见，电磁搅拌器结构改进后，铸坯中心裂纹明显减轻，无中心裂纹缺陷的Y

8、Q450NQR1、37Mn2钢铸坯的比例分别由50.82%增至65%，84.38%增至91.43%。(a) YQ450NQR1 (b) 37Mn2(c) 45# (d) B1图5 电磁搅拌器结构改进前后对铸坯中心裂纹的影响沿断面方向间隔20mm分析的中心碳偏析指数C/C0见图6，沿铸坯纵向间隔15mm分析的中心碳偏析指数C/C0#钢铸坯中心碳偏析指数由1.051.22(平均1.15)降为1.021.09(平均1.06)。 (a) YQ450NQR1 (b) B1 (c) 37Mn2 (d) Q345B图6 电磁搅拌器结构改进前后对铸坯横断面厚度方向上碳成分分布的影响 (a) YQ450NQR1

9、 (b) 45# (c) B1 (d) 37Mn2图7 电磁搅拌器结构改进前后对铸坯中心碳偏析指数的影响2.4 电磁搅拌工艺参数确定理论上讲，电流一定时， 频率越小，结晶器内磁感应强度越大，实际上通过赛金磁场计算法和磁场实测表明2Hz3Hz磁场穿透铜管的效率最高，磁场衰减最小，图8现场实测数据可见，1.5-2.4HZ范围内，相同电流强度对磁感应强度影响不大。另外，电磁搅拌体积力与频率成正比，即FfBm2fI2。对钢液起作用的是电磁搅拌力，在相同的电流下频率越高电磁搅拌力越大，因此选择频率2.4HZ。图8 不同频率下的磁感应强度(1) 电流强度对以37Mn2为代表的中碳锰钢低倍组织的影响在连铸工

10、艺(Vc=0.400.50m/min，T=3040)基本相同的条件下，电流强度对以37Mn2为代表的中碳锰钢低倍组织的影响见图9，典型低倍组织照片的对比见图10。由图9可见，电流强度增大，有利于改善铸坯中心疏松、中心偏析、中心裂纹和中心缩孔缺陷，当电流强度由300A增至600A时，铸坯中心疏松评级 （a）电流强度对铸坯中心疏松的影响 (b) 电流强度对铸坯中心偏析的影响 (c) 电流强度对铸坯中心裂纹的影响 (d) 电流强度对铸坯中心缩孔的影响图9 电磁搅拌强度对以37Mn2为代表的中碳锰钢内部缺陷的影响 (a) I=650A (b) I=600A(c) I=500A75mm (d) I=40

11、0A (e) I=300A (f) I=200A图10 37Mn2钢典型低倍组织照片(2) 电流强度对以37Mn2为代表的中碳锰钢成分均匀性的影响沿铸坯横断面方向每间隔20mm图11 37Mn2钢成分均匀性图 图12 结晶器铜板厚度与磁感应强度关系图3、结束语结晶器电磁搅拌强度对大方坯内部质量有较为明显的影响，适当增大结晶器电磁搅拌强度有利于改善YQ450NQR1、37Mn2等重点品种钢的铸坯中心缺陷，450×360方坯连铸电磁搅拌器上采用I=600A，f=2.4Hz的电磁搅拌工艺制度所浇YQ450NQR1、37Mn2、42CrMo、B1等重点品种钢的铸坯中心疏松1.0级、中心偏析1

12、.0级，中心裂纹，铸坯中心碳偏析指数1.051.08(平均1.06)。 表2 电流强度对铸坯质量影响钢种电流中心疏松中心偏析中心缩孔中心裂纹中间裂纹角部内裂YQ450NQR1(n=27)600A 0.51.5 1.0(93%) 01.0 1.0(100%) 01.0 1.0(100%) 01.0 1.0(100%) 01.0 1.0(100%) 01.0 1.0(100%)600A1.0级的比例由93%降至25%0.5级的比例由降87%至50%0级比例由78%降至50%0级比例由50%降至0%0级比例由72%降至37%1.0级的比例降至75%B1(n=15)600A0.51.0 1.0(100

13、%)01.0 1.0(100%) 00 0(100%) 00.5 0.5(100%) 00 0(100%) 00.5 0.5(100%)600A1.0级的比例降至33.33%0级比例由50%降至33.33%0级比例由100%降至33.33%0.5级的比例降至75%Q235B(n=5)600A 0.51.0 1.0(100%) 0.51.0 1.0(100%) 00.5 0.5(100%) 00.5 0.5(100%) 00.5 0.5(100%) 00 0(100%)600A1.0级的比例降至75%1.0级的比例降至66.67%0.5级比例降至67%0级比例分由75%降至0%35CrMo(n=

14、20)600A 0.51.5 1.0(95%) 1.01.0 1.0(100%) 00 .0(100%) 00.5 0.5(100%) 00.5 0.5(100%) 00 0(100%)42CrMo(n=4)600A 1.01.0 1.0(100%) 1.01.0 1.0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%)35Mn2(n=4)600A0.51.0 1.0(100%) 0.51.0 1.0(100%)00.5 0.5(100%) 00.5 0.5(100%) 00 0(100%) 00 0(100%)27SiMn(n=4)600A

15、0.51.0 1.0(100%) 0.51.0 1.0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%)25Mn2(n=6)600A 0.51.0 1.0(100%) 0.51.0 1.0(100%) 00 0(100%) 01.0 1.0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%)25MnV(n=8)600A 0.51.0 1.0(100%) 01.0 1.0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%)20Mn(n=2)600A 0.51.0 1.0(100%) 00.5 0.5(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%) 00 0(100%)B(n=4)600A 0.50.5 0.5(100%) 00.5 0.5(100%) 00 0(100%) 00.5 0.5(100%)