【正文】 液面之間的距離，即減少了SEN的插入深度。當(dāng)攪拌強(qiáng)度過(guò)大，而SEN的插入深度或出孔的下傾角不合適時(shí)，就極易發(fā)生如圖20所示的卷渣。圖20 結(jié)晶器保護(hù)渣被卷入鋼液示意圖1—結(jié)晶器；2—保護(hù)渣；3—結(jié)殼；4—注流；5—凝固殼 結(jié)晶器內(nèi)鋼液連鑄電磁攪拌技術(shù)作為電磁鑄造過(guò)程的一個(gè)重要分支，連鑄電磁攪拌技術(shù) (Electromagnetic Stirring簡(jiǎn)稱(chēng)EMS)是指在連鑄過(guò)程中，通過(guò)在連鑄機(jī)的不同位置處安裝不同類(lèi)型的電磁攪拌裝置，利用所產(chǎn)生的電磁力強(qiáng)化鑄坯內(nèi)金屬液的流動(dòng)，從而改善凝固過(guò)程的流動(dòng)、傳熱及傳質(zhì)條件，以改善鑄坯質(zhì)量的一項(xiàng)電磁冶金技術(shù)。 電磁攪拌器的工作原理電磁攪拌的原理與三相異步電動(dòng)機(jī)相似，當(dāng)攪拌器的三對(duì)定子繞組通入三相交流電后，產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割鑄坯，在鋼水中產(chǎn)生感應(yīng)電流，載流的鑄坯在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生電磁力，從而形成繞鑄坯中心軸線的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)鋼液旋轉(zhuǎn)[34]。圖21為方坯連鑄結(jié)晶器電磁攪拌的示意圖。圖20 方坯連鑄結(jié)晶器電磁攪拌示意圖 電磁攪拌技術(shù)的類(lèi)型[35]盡管電磁攪拌器的形式和結(jié)構(gòu)是多種多樣的，但是經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展優(yōu)勝劣汰，目前處于實(shí)用的幾乎都是交流感應(yīng)式的。根據(jù)鑄機(jī)類(lèi)型、鑄坯斷面和攪拌器安裝位置及鋼水流動(dòng)形態(tài)等的不同，大致有以下幾種類(lèi)型：按攪拌器安裝位置可分為結(jié)晶器電磁攪拌(M—EMS)、二冷區(qū)電磁攪拌(S—EMS)和凝固末端電磁攪拌(F—EMS)。圖 21為不同位置安裝攪拌器的示意圖。結(jié)晶器電磁攪拌：安裝在連鑄機(jī)的結(jié)晶器區(qū)，攪拌器跨于結(jié)晶器和足輥的，也可歸為此類(lèi)。結(jié)晶器電磁攪拌主要是在鋼水凝固初期，通過(guò)電磁攪拌作用，使初凝固殼趨于均勻并促進(jìn)夾雜物的上浮，對(duì)連鑄坯的表面及皮下質(zhì)量有良好的作用。由于結(jié)晶器壁有良好的導(dǎo)電性，當(dāng)交變磁場(chǎng)穿過(guò)結(jié)晶器時(shí)，在結(jié)晶器壁內(nèi)產(chǎn)生很大的渦電流，磁場(chǎng)衰減劇烈，加上磁場(chǎng)橫穿結(jié)晶器壁的阻尼損失，使得電能利用率很低。為了解決這一問(wèn)題，通常采用彌散硬化的銅合金作為結(jié)晶器壁，此外采用低頻供電以增加電磁場(chǎng)的穿透能力，經(jīng)驗(yàn)頻率是1—10Hz。本文所討論的大方坯電磁攪拌即為此種類(lèi)型。二冷區(qū)電磁攪拌：安裝在鑄機(jī)的二冷段，包括足輥下攪拌器(I—EMS)。主要作用是，切斷在結(jié)晶器內(nèi)形成的柱狀晶，擴(kuò)大鑄坯中的等軸晶區(qū)，減輕鑄坯中心偏析，促進(jìn)在鑄坯中特定部位聚集的大型夾雜物的上浮和分離。S—EMS的不足之處是攪拌器安裝在二冷區(qū)，工藝復(fù)雜且易遭損壞。由于攪拌是在凝固前沿的兩相區(qū)進(jìn)行，在鑄坯攪拌部位易出現(xiàn)負(fù)偏析帶，即白亮帶。此外，當(dāng)電磁力處于垂直于鑄坯軸線的平面內(nèi)時(shí)，鑄坯將會(huì)出現(xiàn)V型偏析。S—EMS的經(jīng)驗(yàn)頻率是20—50Hz。圖21 安裝在連鑄機(jī)不同位置的電磁攪拌器凝固末端電磁攪拌：安裝在靠近連鑄坯凝固末端處。能夠通過(guò)攪動(dòng)凝固末端的粘稠區(qū)域，打斷生長(zhǎng)過(guò)快的柱狀晶之間產(chǎn)生的“搭橋”，消除因選分結(jié)晶造成的鋼液中各成分濃度不均勻現(xiàn)象，進(jìn)一步減輕中心偏析、中心疏松和V型偏析的有效措施。由于攪拌是在凝固末期進(jìn)行，得到的等軸晶組織少，攪拌效果不佳，所以經(jīng)常與其他攪拌器結(jié)合使用。凝固末端凝固殼較厚，攪拌器一般采用2—10Hz的低頻供電。 結(jié)晶器電磁攪拌的冶金機(jī)理及效果[36]連鑄過(guò)程，鋼水被銅質(zhì)結(jié)晶器和結(jié)晶器下方的噴淋水強(qiáng)制冷卻，然后凝固成針狀，從表面向中心生長(zhǎng)，一直到鋼液溫度保持在液相線溫度之上時(shí)都是如此。這種形式的凝固組織稱(chēng)作柱狀樹(shù)枝晶。按照小鋼錠結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理，會(huì)導(dǎo)致中心部分的搭橋，阻礙鋼液的補(bǔ)充，從而導(dǎo)致中心縮孔和中心偏析。凝固過(guò)程中，當(dāng)凝固殼受到拉伸形變時(shí)，由于柱狀組織對(duì)柱間裂紋的高敏感性，使得在整個(gè)澆鑄斷面上這種析出物進(jìn)一步增加。電磁攪拌的基本功能是通過(guò)使鋼液產(chǎn)生強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)而起到冰淇淋冷凍機(jī)的作用。這會(huì)使過(guò)熱度更快地消失，同時(shí)，促進(jìn)枝晶的增加，兩種效果都會(huì)抑制柱狀晶的生長(zhǎng)而有利于斷面中心等軸晶組織的形成。很顯然，通過(guò)減少兩種不利因素，即小鋼錠結(jié)構(gòu)和內(nèi)部裂紋，就可以提高連鑄產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量。綜上所述，結(jié)晶器電磁攪拌的冶金機(jī)理主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：力的效應(yīng)和熱的效應(yīng)。圖22概述了M—EMS的冶金機(jī)理和效果。圖22 M—EMS的冶金機(jī)理和效果示意圖 連鑄電磁制動(dòng)技術(shù) 電磁制動(dòng)技術(shù)研發(fā)背景與工作原理在連鑄過(guò)程中，鋼坯的缺陷與結(jié)晶器中鋼液的流動(dòng)有很大關(guān)系。為了提高板坯的質(zhì)量和產(chǎn)量，作為制造高質(zhì)量板壞的關(guān)鍵技術(shù)之一——電磁制動(dòng)技術(shù)越來(lái)越得到廣泛的關(guān)注[37]。在連鑄過(guò)程中，提高鑄速是提高產(chǎn)量的重要手段。隨著鑄速的提高，從水口出流處的鋼液速度大，鋼液射流夾帶非金屬夾雜物首先沖擊結(jié)晶_器窄面的凝固殼，高溫液流容易導(dǎo)致凝固殼的重熔，甚至產(chǎn)生拉漏現(xiàn)象，并且促進(jìn)了凝固殼對(duì)夾雜物的捕獲。另外，鋼液從水口處出來(lái)以后，形成上、下兩個(gè)回流區(qū)，其中，在上回流區(qū)彎月面處速度較大的鋼液夾帶著保護(hù)渣，易造成卷渣事故，下回流區(qū)較大，穿透深度大，導(dǎo)致大量非金屬夾雜物隨著鋼液的流動(dòng)輸運(yùn)至板坯內(nèi)部而不易上浮，形成內(nèi)部缺陷，隨著拉速的增大，更有惡化的趨勢(shì)。另外，由于存在著較大的溫度梯度，易形成發(fā)達(dá)的柱狀晶，而不利于等軸晶的形成。電磁制動(dòng)技術(shù) (Electromagnetic Brake(EMBR))的基本原理如圖23所示[38]。在水口區(qū)域設(shè)置與水口出流垂直的穩(wěn)恒磁場(chǎng)，當(dāng)液態(tài)金屬切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)歐姆定律液態(tài)金屬中將產(chǎn)生感生電流，感生電流與穩(wěn)恒磁場(chǎng)的交互作用又在液態(tài)金屬中產(chǎn)生與流速方向相反的洛侖茲力，從而使液態(tài)金屬的流動(dòng)受到抑制。電磁制動(dòng)對(duì)結(jié)晶器中流體流動(dòng)的影響概括為對(duì)結(jié)晶器中鋼液的兩個(gè)主要循環(huán)流的抑制，通過(guò)對(duì)循環(huán)流的抑制可獲得如下的優(yōu)點(diǎn)：減少了內(nèi)部和皮下夾雜物，消除了保護(hù)渣的卷渣，減少了縱向和橫向裂紋，減小了彎月面處的動(dòng)壓和靜壓波，增加了彎月面處的溫度，消除了窄面處的重熔等。圖23 電磁制動(dòng)原理圖 電磁制動(dòng)技術(shù)在冶金應(yīng)用上的效果在板坯連鑄中，隨著拉坯速度的提高，從浸入式水口噴出的鋼流流速增大，使得鑄型內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流，同時(shí)彎月面波動(dòng)也比較劇烈，容易使夾雜物卷入，而且出水口的射流對(duì)鑄型的窄面的沖擊也很大，有可能使初生凝固殼發(fā)生重熔。而且，出水口出流流股穿透深度增大后，夾雜物不易上浮，而形成夾雜缺陷。針對(duì)上述問(wèn)題，電磁制動(dòng)具有如下優(yōu)點(diǎn)[39]：1．抑制了水口出流對(duì)鑄坯窄面凝固殼的沖擊，減少了拉漏事故的發(fā)生，縮短了下返流的沖擊深度，在水口下方形成活塞流(間歇性和不確定性)，有利于非金屬夾雜物和氣泡的上浮，從而改善鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。2．鋼液上返流對(duì)液面的沖擊減弱，液面波動(dòng)幅度下降。這些，對(duì)于抑制卷渣、提高鑄坯表面質(zhì)量起到積極作用。對(duì)水口偏流的影響也具有抑制作用。3．由于熔鋼浸入深度的減小，促進(jìn)了結(jié)晶器上部的熱交換，使彎月面區(qū)域的鋼液溫度升高，從而有利于低過(guò)熱度澆鑄的施行和鑄坯中心的等軸晶比率的提高。4．提高彎月面下鋼水溫度，使保護(hù)渣熔融充分，增加保護(hù)渣的流動(dòng)性。減少了彎月面以下金屬液體的流速，降低了彎月面的波動(dòng)高度，防止保護(hù)渣等夾雜物被卷入金屬液內(nèi)部，有利于消除夾雜缺陷，減少表面裂紋，改善連鑄坯的表面質(zhì)量。5．EMBR還具有良好的抑制混合功能。在不同鋼種的連鑄生產(chǎn)中，EMBR縮短了鑄坯混合段的長(zhǎng)度，提高了金屬的收得率。結(jié) 論本文通過(guò)對(duì)整個(gè)方坯連鑄流程各個(gè)環(huán)節(jié)流場(chǎng)的研究，最終得到了如下結(jié)論：從大包開(kāi)澆打開(kāi)滑動(dòng)水口，鋼液進(jìn)入中間包，隨著鋼液面下降，大包內(nèi)鋼液變得不穩(wěn)定產(chǎn)生漩渦，可能會(huì)將大包內(nèi)的鋼包覆蓋劑卷入中間包，從而降低鋼液純凈度，通過(guò)鋼包下渣系統(tǒng)可有效減少大包下渣，提高鋼液純凈度。鋼液進(jìn)入中間包后鋼液流場(chǎng)受到中間包內(nèi)部形狀、注流、中間包容量、控流裝置（擋墻、導(dǎo)流擋板、過(guò)濾器和湍流控制器）的影響，不合理的中間包流場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致鋼液二次氧化，耐火材料侵蝕和鋼包渦流卷渣，降低了鋼液純凈度，使鋼液流場(chǎng)不穩(wěn)定，通過(guò)對(duì)中間包進(jìn)行合理優(yōu)化，改進(jìn)存在問(wèn)題，可達(dá)到中間包冶金效果，為鋼液進(jìn)入結(jié)晶器做好準(zhǔn)備。鋼液在結(jié)晶器內(nèi)受到浸入式水口結(jié)構(gòu)參數(shù)，浸入深度，水口安裝角度ɑ，結(jié)晶器寬度，拉坯速度，結(jié)晶器電磁攪拌(即M—EMS)強(qiáng)度E和電磁制動(dòng)技術(shù)等多方面影響，因此，結(jié)晶器是影響最終鋼坯質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)結(jié)晶器進(jìn)行合理優(yōu)化，加入地磁攪拌器，電磁制動(dòng)技術(shù)可達(dá)到提高鑄坯質(zhì)量，減少鑄坯表面和內(nèi)部橫縱裂紋，減少鑄坯內(nèi)夾雜的效果。參考文獻(xiàn)[1] Tamtsu Wakita Keiichiro basic slide gate plate for casting of Ca—alloy treated amp。 High oxygen steel[J].UNITECR，2005，(2)：86—91.[2] [J]. 冶金設(shè)備，2001，129(5)：22—25.[3] 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