【正文】 液面之間的距離，即減少了SEN的插入深度。當攪拌強度過大，而SEN的插入深度或出孔的下傾角不合適時，就極易發(fā)生如圖20所示的卷渣。圖20 結晶器保護渣被卷入鋼液示意圖1—結晶器；2—保護渣；3—結殼；4—注流；5—凝固殼 結晶器內鋼液連鑄電磁攪拌技術作為電磁鑄造過程的一個重要分支，連鑄電磁攪拌技術 (Electromagnetic Stirring簡稱EMS)是指在連鑄過程中，通過在連鑄機的不同位置處安裝不同類型的電磁攪拌裝置，利用所產生的電磁力強化鑄坯內金屬液的流動，從而改善凝固過程的流動、傳熱及傳質條件，以改善鑄坯質量的一項電磁冶金技術。 電磁攪拌器的工作原理電磁攪拌的原理與三相異步電動機相似，當攪拌器的三對定子繞組通入三相交流電后，產生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割鑄坯，在鋼水中產生感應電流，載流的鑄坯在旋轉磁場作用下產生電磁力，從而形成繞鑄坯中心軸線的電磁轉矩，驅動鋼液旋轉[34]。圖21為方坯連鑄結晶器電磁攪拌的示意圖。圖20 方坯連鑄結晶器電磁攪拌示意圖 電磁攪拌技術的類型[35]盡管電磁攪拌器的形式和結構是多種多樣的，但是經過幾十年的發(fā)展優(yōu)勝劣汰，目前處于實用的幾乎都是交流感應式的。根據鑄機類型、鑄坯斷面和攪拌器安裝位置及鋼水流動形態(tài)等的不同，大致有以下幾種類型：按攪拌器安裝位置可分為結晶器電磁攪拌(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。結晶器電磁攪拌：安裝在連鑄機的結晶器區(qū)，攪拌器跨于結晶器和足輥的，也可歸為此類。結晶器電磁攪拌主要是在鋼水凝固初期，通過電磁攪拌作用，使初凝固殼趨于均勻并促進夾雜物的上浮，對連鑄坯的表面及皮下質量有良好的作用。由于結晶器壁有良好的導電性，當交變磁場穿過結晶器時，在結晶器壁內產生很大的渦電流，磁場衰減劇烈，加上磁場橫穿結晶器壁的阻尼損失，使得電能利用率很低。為了解決這一問題，通常采用彌散硬化的銅合金作為結晶器壁，此外采用低頻供電以增加電磁場的穿透能力，經驗頻率是1—10Hz。本文所討論的大方坯電磁攪拌即為此種類型。二冷區(qū)電磁攪拌：安裝在鑄機的二冷段，包括足輥下攪拌器(I—EMS)。主要作用是，切斷在結晶器內形成的柱狀晶，擴大鑄坯中的等軸晶區(qū)，減輕鑄坯中心偏析，促進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)，工藝復雜且易遭損壞。由于攪拌是在凝固前沿的兩相區(qū)進行，在鑄坯攪拌部位易出現(xiàn)負偏析帶，即白亮帶。此外，當電磁力處于垂直于鑄坯軸線的平面內時，鑄坯將會出現(xiàn)V型偏析。S—EMS的經驗頻率是20—50Hz。圖21 安裝在連鑄機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。能夠通過攪動凝固末端的粘稠區(qū)域，打斷生長過快的柱狀晶之間產生的“搭橋”，消除因選分結晶造成的鋼液中各成分濃度不均勻現(xiàn)象，進一步減輕中心偏析、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行，得到的等軸晶組織少，攪拌效果不佳，所以經常與其他攪拌器結合使用。凝固末端凝固殼較厚，攪拌器一般采用2—10Hz的低頻供電。 結晶器電磁攪拌的冶金機理及效果[36]連鑄過程，鋼水被銅質結晶器和結晶器下方的噴淋水強制冷卻，然后凝固成針狀，從表面向中心生長，一直到鋼液溫度保持在液相線溫度之上時都是如此。這種形式的凝固組織稱作柱狀樹枝晶。按照小鋼錠結構的形成機理，會導致中心部分的搭橋，阻礙鋼液的補充，從而導致中心縮孔和中心偏析。凝固過程中，當凝固殼受到拉伸形變時，由于柱狀組織對柱間裂紋的高敏感性，使得在整個澆鑄斷面上這種析出物進一步增加。電磁攪拌的基本功能是通過使鋼液產生強烈的運動而起到冰淇淋冷凍機的作用。這會使過熱度更快地消失，同時，促進枝晶的增加，兩種效果都會抑制柱狀晶的生長而有利于斷面中心等軸晶組織的形成。很顯然，通過減少兩種不利因素，即小鋼錠結構和內部裂紋，就可以提高連鑄產品的內在質量。綜上所述，結晶器電磁攪拌的冶金機理主要表現(xiàn)在兩個方面：力的效應和熱的效應。圖22概述了M—EMS的冶金機理和效果。圖22 M—EMS的冶金機理和效果示意圖 連鑄電磁制動技術 電磁制動技術研發(fā)背景與工作原理在連鑄過程中，鋼坯的缺陷與結晶器中鋼液的流動有很大關系。為了提高板坯的質量和產量，作為制造高質量板壞的關鍵技術之一——電磁制動技術越來越得到廣泛的關注[37]。在連鑄過程中，提高鑄速是提高產量的重要手段。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晶_器窄面的凝固殼，高溫液流容易導致凝固殼的重熔，甚至產生拉漏現(xiàn)象，并且促進了凝固殼對夾雜物的捕獲。另外，鋼液從水口處出來以后，形成上、下兩個回流區(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渣，易造成卷渣事故，下回流區(qū)較大，穿透深度大，導致大量非金屬夾雜物隨著鋼液的流動輸運至板坯內部而不易上浮，形成內部缺陷，隨著拉速的增大，更有惡化的趨勢。另外，由于存在著較大的溫度梯度，易形成發(fā)達的柱狀晶，而不利于等軸晶的形成。電磁制動技術 (Electromagnetic Brake(EMBR))的基本原理如圖23所示[38]。在水口區(qū)域設置與水口出流垂直的穩(wěn)恒磁場，當液態(tài)金屬切割磁力線運動時，根據歐姆定律液態(tài)金屬中將產生感生電流，感生電流與穩(wěn)恒磁場的交互作用又在液態(tài)金屬中產生與流速方向相反的洛侖茲力，從而使液態(tài)金屬的流動受到抑制。電磁制動對結晶器中流體流動的影響概括為對結晶器中鋼液的兩個主要循環(huán)流的抑制，通過對循環(huán)流的抑制可獲得如下的優(yōu)點：減少了內部和皮下夾雜物，消除了保護渣的卷渣，減少了縱向和橫向裂紋，減小了彎月面處的動壓和靜壓波，增加了彎月面處的溫度，消除了窄面處的重熔等。圖23 電磁制動原理圖 電磁制動技術在冶金應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，使得鑄型內產生強烈的湍流，同時彎月面波動也比較劇烈，容易使夾雜物卷入，而且出水口的射流對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。針對上述問題，電磁制動具有如下優(yōu)點[39]：1．抑制了水口出流對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，從而改善鑄坯的內部質量。2．鋼液上返流對液面的沖擊減弱，液面波動幅度下降。這些，對于抑制卷渣、提高鑄坯表面質量起到積極作用。對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，促進了結晶器上部的熱交換，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，使保護渣熔融充分，增加保護渣的流動性。減少了彎月面以下金屬液體的流速，降低了彎月面的波動高度，防止保護渣等夾雜物被卷入金屬液內部，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中，EMBR縮短了鑄坯混合段的長度，提高了金屬的收得率。結 論本文通過對整個方坯連鑄流程各個環(huán)節(jié)流場的研究，最終得到了如下結論：從大包開澆打開滑動水口，鋼液進入中間包，隨著鋼液面下降，大包內鋼液變得不穩(wěn)定產生漩渦，可能會將大包內的鋼包覆蓋劑卷入中間包，從而降低鋼液純凈度，通過鋼包下渣系統(tǒng)可有效減少大包下渣，提高鋼液純凈度。鋼液進入中間包后鋼液流場受到中間包內部形狀、注流、中間包容量、控流裝置（擋墻、導流擋板、過濾器和湍流控制器）的影響，不合理的中間包流場會導致鋼液二次氧化，耐火材料侵蝕和鋼包渦流卷渣，降低了鋼液純凈度，使鋼液流場不穩(wěn)定，通過對中間包進行合理優(yōu)化，改進存在問題，可達到中間包冶金效果，為鋼液進入結晶器做好準備。鋼液在結晶器內受到浸入式水口結構參數(shù)，浸入深度，水口安裝角度ɑ，結晶器寬度，拉坯速度，結晶器電磁攪拌(即M—EMS)強度E和電磁制動技術等多方面影響，因此，結晶器是影響最終鋼坯質量的關鍵環(huán)節(jié)。通過對結晶器進行合理優(yōu)化，加入地磁攪拌器，電磁制動技術可達到提高鑄坯質量，減少鑄坯表面和內部橫縱裂紋，減少鑄坯內夾雜的效果。參考文獻[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]. 冶金設備，2001，129(5)：22—25.[3] 石凱，[A].國際耐火材料學術會議論文，1998.[4] [J].國外耐火材料，1997，(8)：47—49.[5] 史 緒 波 ， 孫 文 立 ， 王 廷 力 等 . 鋼 包 滑 動 水 口 裝 置 ： 中 國 ，[P/ZL].2008—6—11.[6] 熊 銀 成 ， 何 維 祥 ， 史 緒 波 等 . 一 種 鋼 包 滑 動 水 口 機 構 ： 中 國 ，[P/ZL].2008—5—14.[7] Feng K and App1ication of Slide Gate Refractories[J]. 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