CN100479947C - 水平连铸电磁搅拌技术 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水平连铸电磁搅拌技术，它包括对电磁搅拌器进行冷却的水处理系统、产生低频电源的电控系统和可设定和调整搅拌参数的工控系统。电磁搅拌是在结晶器后回温区布置二冷区电磁搅拌器，达到扩大铸坯等轴晶区的目的，再加凝固末端电磁搅拌，以改善铸坯的成分偏析、中心裂纹、分层等组织缺陷，提高铸坯中心等轴晶率(中心等轴晶区直径与铸坯直径百分比)。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢铁冶金技术领域，特别是一种用在水平连续铸钢中的电磁搅拌技术。
背景技术
水平连铸是连续铸钢中一种较特殊的技术，铸坯的运动轨迹为水平线，拉坯时结晶器不振动，而是拉坯机带着铸坯作“拉-反推-停”不同组合的周期运动。水平连铸的主要特点是：中间包与结晶器密封对接，钢水无二次氧化；铸坯不受弯曲及矫直变形，特别适合于裂纹敏感性强的钢种及高合金元素含量钢的浇注。
水平连铸圆管坯的表面质量缺陷主要有冷隔、折皱、纵裂、结疤等，内部质量缺陷主要有中间裂纹、缩孔、中心偏析等。
表面缺陷能及时发现并调整拉坯参数消除，而内部缺陷只有做低倍检验时才能发现，因此，必须采取措施减轻或消除铸坯内部的组织缺陷。
中间裂纹的产生主要原因是钢水过热度较高，在结晶器内形成激冷层不均匀，铸坯出结晶器后采用空冷，传热途径受阻而产生回温，铸坯心部为发达的柱状晶区，同时，柱状晶边界存在较大的微偏析，低熔点的硫化物夹杂容易在该处富集，富集的硫化物夹杂的液态膜在柱状晶边界处特别稳定。该区成为固液两相共存区，处于低韧性、低强度状态。因此，裂纹最容易在柱状晶边界处产生，且将同生长的坯壳一起增长。
中心裂纹出现在铸坯心部的等轴晶区，它的形成与钢在固相线温度附近的高温脆性密切相关，高温脆性区在固相线温度以下30-70℃范围内，由于凝固过程中S、P等元素在枝晶间偏析，形成熔点低于固相线温度的液体薄膜，含S、P较高的晶界在大体积材料的固相线温度下仍处于液态，处于液相的晶界几乎无塑性，即零塑性温度区间。在此温度区间，当坯壳热应力、相变应力、拉坯阻力以及由于结晶器与拉坯辊中心线不重合等原因引起的附加机械应力作用于凝固前沿时，凝固界面就会开裂形成裂纹，之后会进一步扩展。由于凝固前沿富含溶质元素的钢水被“抽吸”进入裂纹，故中心裂纹往往伴随着中心偏析一起出现，中心偏析严重也会导致中心裂纹的产生。
从中间裂纹、中心裂纹及偏析的产生原因可知，要减少或避免此类缺陷的措施有：降低钢水过热度、减少钢中的P、S含量、改善铸坯结晶条件，而过热度和P、S含量的降低是有限度的，因此，有效的措施是采用电磁搅拌技术促使铸坯在结晶过程中缩小柱状晶区，扩大等轴晶区，以减小热应力，减轻或消除中间裂纹、中心裂纹等组织缺陷及成分偏析。
另外，现有的弧形连铸结晶器一般为竖直布置，适合采用结晶器电磁搅拌，在较低钢水过热度的条件下通过电磁搅拌可提高铸坯等轴晶率，并促使钢液中夹杂物上浮而被结晶器保护渣所吸附，对某些要求较高的钢种再加凝固末端电磁搅拌，以改善其成分偏析。而水平连铸的结晶器、拉坯机及切割设备等布置在水平线上，若采用结晶器电磁搅拌，由于钢水过热度较高，通过电磁搅拌产生的等轴晶区相对较小，并且铸坯出结晶器后有一个较大的回温过程，已产生的等轴晶会被熔蚀一部分。同时，钢液中夹杂物若被冲涮到结晶器内，也很难通过电磁搅拌将其排出。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种用在水平连铸圆管坯生产中的电磁搅拌技术，本技术方案不考虑结晶器电磁搅拌，而是在结晶器后回温区布置二冷区电磁搅拌器，达到扩大铸坯等轴晶区的目的，再加凝固末端电磁搅拌，以改善铸坯的成分偏析、中心裂纹、分层等组织缺陷，提高铸坯中心等轴晶率(中心等轴晶区直径与铸坯直径百分比)。本发明的技术方案如下：
一、二冷区电磁搅拌器和凝固末端电磁搅拌器本体布置。水平连铸浇铸的钢种范围较宽，要使电磁搅拌达到预期的效果，关键在于确定电磁搅拌器本体的位置及移动距离。通过对未经电磁搅拌铸坯低倍样组织的分析及相关理论计算，确定二冷段电磁搅拌器本体安装在结晶器后1-3m，移动距离2m；凝固末端电磁搅拌器本体安装在拉坯机前2-6m，移动距离4m。
二、搅拌参数的设计。搅拌参数主要有搅拌电流、电源频率和搅拌方式三种，二冷区电磁搅拌为低电流(0-150A)、较高电源频率(0-20HZ)的单向旋转，有利于降低铸坯心部未凝固钢液的过热度，促使等轴晶的形核、生存和长大，同时有利于将柱状组织转换成树枝状结晶和等轴组织及偏析峰值的降低；二冷区电磁搅拌为双向旋转，不利于将柱状组织转换成树枝状结晶和等轴组织及偏析峰值的降低。
凝固末端电磁搅拌为较强电流(0-300A)、较低电源频率(0-15HZ)的双向旋转，有利于在减轻中心偏析的同时，降低出现负偏析的几率；凝固末端为单向旋转不利于减轻中心偏析，并增加负偏析的几率。时间间隔为：正向5-30秒-停0-10秒-反向5-30秒……，时间间隔过长，有利于助长偏析的生成，不利于减轻中心偏析，并增加负偏析的几率；时间间隔过短，稳定搅拌的时间太短，不利于减轻中心偏析，并增加负偏析的几率。
三、磁场形式的确定。电磁搅拌的磁场形式主要有旋转磁场、螺旋磁场及行波磁场三种，对于较小规格的圆管坯采用旋转磁场比较合适。
本发明提供的水平连铸电磁搅拌技术有如下特点：
二冷区电磁搅拌可降低铸坯心部钢液的过热度，打碎正在生长的柱状晶，使用枝晶折断成为等轴晶的晶核，从而抑制柱状晶的发展，扩大中心等轴晶区并细化晶粒，以减轻或消除中间裂纹、缩孔。
凝固末端电磁搅拌可防止已形成的等轴晶因重力作用向下沉积，同时，均匀铸坯中心“糊状区”(固液两相区)的元素分布，改善成份偏析，减轻或消除中心裂纹、中心疏松。
二冷区+凝固末端组合电磁搅拌既可以将向铸坯心部生长的柱状晶打碎，同时降低铸坯心部固液界面前沿的钢水温度梯度，促使等轴晶的形核、生存和长大，扩大中心等轴晶区；又可以均匀铸坯中心回液两相区的晶粒和成份的分布。改善了铸坯的结晶条件，提高了等轴晶率，以减轻或消除中间裂纹、中心裂纹、缩孔、疏松等组织缺陷，同时减少成份偏析。
衡阳钢管有限公司在开发某高压锅炉管用水平连铸圆管坯(∮140mm)时，一台机组的其中一流使用了上述形式的电磁搅拌装置，二冷区电磁搅拌器本体布置在结晶器后1.5m，搅拌参数为：电流100-150A、电源频率15HZ、单向旋转；凝固末端电磁搅拌器本体布置在拉坯辊前5m，搅拌参数为：搅拌电流150-250A、电源频率12HZ、双向旋转(时间间隔正向25秒-停5秒-反向25秒)。
拉坯参数为：钢水温度1630℃、拉坯速度1.5-2.5m/min。
在线取坯样做热酸浸低倍组织检验表明：经过电磁搅拌铸坯的等轴晶率可达到60％，而未使用电磁搅拌铸坯的等轴晶率不到30％；经过电磁搅拌铸坯的中心裂纹为0级，而未使用电磁搅拌铸坯的中心裂纹达到3级；经过电磁搅拌铸坯的分层为0级，而未使用电磁搅拌铸坯的分层达到4级(如下表)。
为了更清楚地说明本发明，列举以下实施例。
附图说明
附图为二冷区电磁搅拌器和凝固末端电磁搅拌器本体布置安装示意图，
附图标号：1-中间包、2-水口、3-结晶器、4-二冷区电磁搅拌器、5-凝固末端电磁搅拌器、6-铸坯、7-拉坯辊
具体实施方式
实施例一：所述的水平连铸电磁搅拌技术包括对电磁搅拌器进行冷却的水处理系统、产生低频电源的电控系统和可设定和调整搅拌参数的工控系统。
1、拉坯开始，铸坯6的热量传递到搅拌器本体，因此，要提前启动电磁搅拌的冷却水系统及控制系统。
2、二冷区电磁搅拌器4本体布置在水平连铸机结晶器3后2m，铸坯6通过搅拌器4本体后，拉坯速度达到1.5m/min时，根据生产的钢种、规格不同设定搅拌参数，由工控机给出信号控制电流的大小而产生交变磁场，对铸坯6中钢液进行搅拌。二冷区电磁搅拌器4的搅拌电流为0-200A、搅拌频率为0-20HZ，采用单向旋转搅拌，有利于将向铸坯6心部生长的柱状晶打碎，同时有利于降低固液界面前沿整体的钢水温度梯度，有利于等轴晶的形核、生存和长大，以扩大中心等轴晶区。
3、拉坯结束前，钢水过热度已很小，降低拉坯速度到1.5m/min时，铸坯6心部已基本凝固，停止电磁搅拌器，搅拌器线圈不再产生热量，但铸坯6的热辐射仍较大，因此，冷却水处理系统要等铸坯6全部通过搅拌器本体后才能停止。
4、电磁搅拌的磁场形式主要有旋转磁场、螺旋磁场及行波磁场三种，对于较小规格的圆管坯采用旋转磁场比较合适。
实施例二：所述的水平连铸电磁搅拌技术包括对电磁搅拌器进行冷却的水处理系统、产生低频电源的电控系统和可设定和调整搅拌参数的工控系统。
1、拉坯开始，铸坯6的热量传递到搅拌器本体，因此，要提前启动电磁搅拌的冷却水系统及控制系统。
2、凝固末端电磁搅拌器5本体布置在水平连铸机拉坯辊7前4m，铸坯6通过搅拌器5本体后，拉坯速度达到2.0m/min时，根据生产的钢种、规格不同设定搅拌参数，由工控机给出信号控制电流的大小而产生交变磁场，对铸坯6心部进行搅拌。凝固末端电磁搅拌器的搅拌电流为0-300A、搅拌频率为0-20HZ，采用双向旋转搅拌，时间间隔为正向5-30秒-停0-10秒-反向5-30秒，可防止已形成的等轴晶因重力作用向下沉积，同时，均匀铸坯6中心“糊状区”(固液两相区)的元素分布。
3、拉坯结束前，钢水过热度已很小，降低拉坯速度到1.5m/min时，铸坯6心部已基本凝固，停止电磁搅拌器，搅拌器线圈不再产生热量，但铸坯6的热辐射仍较大，因此，冷却水处理系统要等铸坯6全部通过搅拌器本体后才能停止。
4、电磁搅拌的磁场形式主要有旋转磁场、螺旋磁场及行波磁场三种，对于较小规格的圆管坯采用旋转磁场比较合适。
实施例三：所述的水平连铸电磁搅拌技术包括对电磁搅拌器进行冷却的水处理系统、产生低频电源的电控系统和可设定和调整搅拌参数的工控系统。
1、拉坯开始，铸坯6的热量传递到搅拌器本体，因此，要提前启动电磁搅拌的冷却水系统及控制系统。
2、二冷区电磁搅拌器4本体布置在水平连铸机结晶器3后2m，铸坯6通过搅拌器4本体后，拉坯速度达到1.5m/min时，根据生产的钢种、规格不同设定搅拌参数，由工控机给出信号控制电流的大小而产生交变磁场，对铸坯6中钢液进行搅拌。二冷区电磁搅拌器4的搅拌电流为0-200A、搅拌频率为0-20HZ，采用单向旋转搅拌，有利于将向铸坯6心部生长的柱状晶打碎，同时有利于降低固液界面前沿整体的钢水温度梯度，有利于等轴晶的形核、生存和长大，以扩大中心等轴晶区。
3、凝固末端电磁搅拌器5本体布置在水平连铸机拉坯辊7前4m，铸坯6通过搅拌器5本体后，拉坯速度达到2.0m/min时，根据生产的钢种、规格不同设定搅拌参数，由工控机给出信号控制电流的大小而产生交变磁场，对铸坯6心部进行搅拌。凝固末端电磁搅拌器的搅拌电流为0-300A、搅拌频率为0-20HZ，采用双向旋转搅拌，时间间隔为正向5-30秒-停0-10秒反向5-30秒，可防止已形成的等轴晶因重力作用向下沉积，同时，均匀铸坯6中心“糊状区”(固液两相区)的元素分布。
4、拉坯结束前，钢水过热度已很小，降低拉坯速度到1.5m/min时，铸坯6心部已基本凝固，停止电磁搅拌器，搅拌器线圈不再产生热量，但铸坯6的热辐射仍较大，因此，冷却水处理系统要等铸坯6全部通过搅拌器本体后才能停止。
5、电磁搅拌的磁场形式主要有旋转磁场、螺旋磁场及行波磁场三种，对于较小规格的圆管坯采用旋转磁场比较合适。
Claims (1)
1、一种水平连铸电磁搅拌方法，其特征是它包括对电磁搅拌器进行冷却的水处理系统、产生低频电源的电控系统和可设定和调整搅拌参数的工控系统，其具体方法和步骤是：
(a)、拉坯开始，铸坯(6)的热量传递到搅拌器本体，因此，要提前启动电磁搅拌的冷却水处理系统及控制系统；
(b)、二冷区电磁搅拌器(4)本体布置在水平连铸机结晶器(3)后1-3m，移动距离2m，铸坯(6)通过二冷区电磁搅拌器(4)本体后，拉坯速度达到1.5m/min时，根据生产的钢种、规格不同设定搅拌参数，由工控机给出信号控制电流的大小而产生交变磁场，对铸坯(6)中钢液进行搅拌，二冷区电磁搅拌器(4)的搅拌电流为0-200A、搅拌频率为0-20HZ，采用单向旋转搅拌，有利于将向铸坯(6)心部生长的柱状晶打碎，同时有利于降低固液界面前沿整体的钢水温度梯度，有利于等轴晶的形核、生存和长大，以扩大中心等轴晶区；
(c)、凝固末端电磁搅拌器(5)本体布置在水平连铸机拉坯辊(7)前2-6m，移动距离4m，铸坯(6)通过凝固末端电磁搅拌器(5)本体后，拉坯速度达到2.0m/min时，根据生产的钢种、规格不同设定搅拌参数，由工控机给出信号控制电流的大小而产生交变磁场，对铸坯(6)心部进行搅拌，凝固末端电磁搅拌器(5)的搅拌电流为0-300A、搅拌频率为0-20HZ，采用双向旋转搅拌，时间间隔为正向5-30秒-停0-10秒-反向5-30秒，可防止已形成的等轴晶因重力作用向下沉积，同时，均匀铸坯(6)中心“糊状区”即固液两相区的元素分布；
(d)、拉坯结束前，钢水过热度已很小，降低拉坯速度到1.5m/min时，铸坯(6)心部已基本凝固，停止二冷区电磁搅拌器(4)和凝固末端电磁搅拌器(5)，搅拌器线圈不再产生热量，但铸坯(6)的热辐射仍较大，因此，冷却水处理系统要等铸坯(6)全部通过凝固末端电磁搅拌器(5)本体后才能停止；
(e)、电磁搅拌的磁场形式主要有旋转磁场、螺旋磁场及行波磁场三种，对于较小规格的圆管坯采用旋转磁场。
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