冶金行業(yè)板坯連鑄結晶器電磁控流技術-全文預覽
【正文】 ①清洗非金屬夾雜物? 圖 10顯示結晶器內(nèi)鋼水攪拌流動的洗凈作用而使鑄坯凈化的過程：? ● 由行波磁場驅(qū)動的鋼水的攪拌流動洗滌被枝晶間捕獲的非金屬夾雜物并防止它們被初始凝固鉤捕獲。2023/3/10 星期三13用心鑄造世界圖 8 水平旋轉攪拌的流動形貌? ②由于 F和 L面的行波磁場方向相反，兩者作用的結果，在鋼水內(nèi)部的磁場分布在局部地方場強為零，其數(shù)目與攪拌器線圈的極數(shù)相同。? 表 1 各種流動控制技術的重要特點第四級2023/3/10 星期三11 三種電磁流動控制技術的主要特點用心鑄造世界MEMS EMBr MMEMS攪拌器配置方式 沿板坯寬面配置兩臺攪拌器 沿板坯寬面配置兩臺制動器 沿板坯寬面配置四臺攪拌器安裝位置 介于彎月面和水口側孔之間 水口側孔吐出的流股主流處 結晶器半高處磁場形態(tài) 行波磁場 恒定直流磁場 行波磁場電 源 低頻、三相 直流 低頻、兩相流動形態(tài) 加速鋼水使其水平旋轉 制動從側孔吐出的流股，使其減速 可使鋼水加速或減速或水平旋轉控制特征 能動控制 被動控制 能動控制對結晶器要求 低電導率的薄銅板 常規(guī)銅板 低電導率薄銅板主要應用范圍 中厚板、低拉速 薄板坯、高拉速 中厚板坯、高拉速? MEMS的流場和電磁力和流動特征? 電磁力的產(chǎn)生? 當電磁攪拌器饋給多相（兩相或三相）交流電時，就在其中激發(fā)向一個方向行進的行波磁場，該磁場不僅有一定的運動速度和強度，而且還有方向的交替變化。該技術先后開發(fā)了三種類型：局部區(qū)域磁場（ EMBr）、全幅一段磁場（ LMF）、全幅二段磁場（ FC mold— Flow control mold），見圖 6。 2023/3/10 星期三7用心鑄造世界圖 4 冷軋板卷表面缺陷頻率和 F值的關系? 主要模式? 從 1980年代初起，對利用電磁力的非接觸控制技術進行了廣泛深入的研究開發(fā)并實用化，其中有代表性的是：? ①1981年新日鐵（ NSC）的基于雙邊行波磁場的結晶器電磁攪拌技術，見圖 5。例如由于向 SEN內(nèi)吹 Ar氣，使SEN兩側的流速有大的振蕩即偏流；由于 SEN底部形狀使從 SEN中的吐出流在時間上也有大的振蕩，因此不僅要求平均流速而且其隨時間的變動都要適當。限制流速的最大值夾雜物和 Ar氣泡的卷吸 彎月面下的流速等 行波磁場的水平電磁攪拌夾雜物和 Ar氣泡的侵入 向下流速和偏流 恒定磁場的電磁制動圖 2 結晶器內(nèi)流動控制的基本現(xiàn)象和控制概念? 板坯結晶器內(nèi)鋼水流動控制的主要目的是：? ①控制彎月面下的水平流速和增加凝固前沿的鋼水流速，減少表面和皮下的夾雜物和氣泡。② 沿窄面的凝固面前沿向上反轉流股使窄面附近的彎月面拱起，引起彎月面波動加劇，導致保護渣卷吸而被初生坯殼的凝固鉤捕獲，形成表面和皮下夾雜；波動的傳播導致保護渣鋪展不勻，易產(chǎn)生，表面和皮下裂紋。前者著眼于控制板坯的表面和皮下質(zhì)量。為滿足這一要求，近年來連鑄技術的發(fā)展要求獲得各種穩(wěn)定澆注生產(chǎn)率的高質(zhì)量板坯的技術，特別致力于減少表面和內(nèi)部缺陷來生產(chǎn)高質(zhì)量的最終產(chǎn)品。尤其是汽車、家用電器、造船、管線、建筑等用鋼量較大的用戶，都要求加工性能好的高質(zhì)量板材的穩(wěn)定供應。? 目前處于實用的結晶器電磁控流技術大致可以分成兩類：一類是利用行波磁場（ AC型）強化鋼水流動的 “攪拌效應 ”如 MEMS和 EMLA/EMLS；另一類是利用恒定磁場（ DC型）制動流股使其減速的 “制動效應 ”如 EMBr、 LMF、 FCMold。由圖可見 ① 從 SEN側孔吐出的流股帶著氣泡和夾雜物高速沖擊窄面，使坯殼重熔，甚至造成漏鋼、表面和皮下裂紋。2023/3/10 星期三4板坯連鑄結晶器鋼水流動控制的重要性用心鑄造世界基本現(xiàn)象 影響因素 控制概念保護渣型夾雜物的產(chǎn)生 彎月面下的流速和彎月面的穩(wěn)定性等。? ③結晶器內(nèi)的流動控制，減輕了結晶器振動引起的初生坯殼端部附近流動的變化，這些流動的微小變化易使氣泡和夾雜物被凝固鉤捕獲；? ④在結晶器 SEN內(nèi)，在澆鑄過程的多數(shù)場合需要吹入 Ar氣，防止 SEN被氧化鋁阻塞，因而，夾雜物、卷入的熔融保護渣和 Ar氣泡受彎月面下流速和 SEN吐出的流速所左右，成為種種內(nèi)部和表面缺陷的重要原因；? ⑤由于結晶器寬度尺寸的變化而產(chǎn)生的流動的變動也是發(fā)生大的缺陷的主要原因。2023/3/10 星期三6 結晶器內(nèi)彎月面波動控制的準數(shù)用心鑄造世界圖 3 板坯結晶器內(nèi)鋼水流動判據(jù)（ F值 ）? 由圖 3可見，測定流般的沖擊角度及其沖擊深度，可以根據(jù)下式定義的彎月面波動指數(shù)? F= （ 1）? 由圖 4可見，當 F值太大時，彎月面下流速和彎月面波動也大，容易發(fā)生卷渣，當 F值太小時，懸浮在結晶器內(nèi)鋼水中的非金屬夾雜物如保護渣和脫氧產(chǎn)物，很容易被凝固面前沿捕獲，這就是 F值位于優(yōu)化區(qū)域外會增加鑄坯的夾雜物缺陷的原因。2023/3/10 星期三8結晶器內(nèi)鋼水流動控制技術的主要模式用心鑄造世界圖 5 板坯結晶器電磁攪拌技術? ②1982年由川崎制鋼（ KSC）和 ASEA（ ABB）基于直流磁場的結晶器電磁制動技術。2023/3/10 星期三10用心鑄造世界圖 7 板坯結晶器多模式電磁控流技術? 三種電磁流動控制技術的主要特點見表 1。2023/3/10 星期三12板坯連鑄結晶器電磁攪拌（MEMS）技術用心鑄造世界? 水平旋轉攪拌的電磁力旋渦和流動特征? ①在兩個寬面即 F（固定）面和 L（可動）面上配置一對行波磁場攪拌器，其行波磁場方向相反，因而流動方向也相反，使鋼水形成一個大環(huán)流，故稱水平旋轉攪拌，見圖 8，在不同的板寬和拉速下，其流動的形貌是相似的，無論在高拉速或低拉速下，沿寬面的流動是均勻的。? ③盡管電磁力呈現(xiàn)旋渦分布，但鋼水表面的流速分布幾乎接近水平旋轉而沒有出現(xiàn)旋渦，這是由于流體的連續(xù)性和慣性效應掩蓋了電磁力旋渦的結果。? ②結晶器中鋼水溫度均勻化和坯殼均勻化? 由于鋼水流動也可使結晶器內(nèi)溫度分布均勻，減少初期凝固殼厚度的偏差，從而使初生坯殼的變形因局部凝固遲后而減輕，起到防止鑄坯縱向裂紋的作用。由圖 13可見，凝固前沿的鋼水流速增加被捕獲的夾雜物數(shù)量減少，即使鋼水內(nèi)含有外來夾雜物或卷吸的保護渣。 圖 14 MEMS對 Si沸騰中碳鋼夾雜物數(shù)量的影響（ 3） MEMS對鑄坯內(nèi)
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