凝固末端電磁攪拌技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐

1、凝固末端電磁攪拌技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐楊軍摘要：介紹了凝固末端電磁攪拌技術(shù)在酒鋼宏興煉軋廠3#方坯連鑄機(jī)的應(yīng)用實(shí)踐，通 過結(jié)合150 mmx 150 nrni小方坯連鑄過程的工藝條件，對(duì)凝固末端電磁攪拌技術(shù) 冶金原理的理論研究，驗(yàn)證了凝固末端電磁攪拌技術(shù)對(duì)連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的影響。 實(shí)踐表明:凝固末端電磁攪拌技術(shù)能夠有效改善中心偏析、v形偏析、中心疏松 和縮孔缺陷，并且中心偏析的變化值和平均值都能顯著減小，對(duì)高碳鋼鑄壞內(nèi) 部質(zhì)量的改善效果明顯。關(guān)鍵詞：凝固末端 電磁攪拌;中心偏析;中心疏松;縮孑l；射釘檢測(cè)；作者簡(jiǎn)介：楊軍(1978-)，男，漢族，甘肅武威人，工程師。重慶工業(yè)高等專 科學(xué)校煉鋼及鐵合金專

2、業(yè)畢業(yè)。收稿日期:2017-06-14application and practice of thetechnology of electromagneticstirring a/t the end ofsolidificationyang junjiuquan iron and steel (group) co.;abstract：this paper introduces the application of electromagnetic stirring at the end of solidification technology in 3 ttsquare billet conti

3、nuous casting machine at wine hongxing steelmaking and rolling plant, through a combination of process conditions of 150 mmx150 mm billet continuous casting process and the theory study of electromagnetic stirring at the end of solidif ica tion met allurgical techno logy principle, it verifies the i

4、nfluence on the internal quality of billet.practice shows that the electromagnetic stirring at the end of solidification technology can effective improvement of central segregation, v shaped segregation, central porosi ty and shrinkage cavi ty defects. the central segregation value and average value

5、 can be significantly reduced and the high carbon steel casting billet internal quality improvement effect is obvious.keyword：electromagnetic stirring at the end of solidification; central segregation; central porosity; shrinkage cavity; the detection of the injection screw;received： 2017-06-141引言隨著

6、鋼材市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)品質(zhì)量的提升和新品種的開發(fā)是企業(yè)盈利的主要 手段，酒鋼宏興煉軋廠進(jìn)行了簾線鋼、抽油桿鋼、冷徹鋼、彈簧鋼、銘鉗合金鋼 等鋼種的開發(fā)生產(chǎn)，但是鑄坯不同程度存在屮心偏析、屮心疏松、縮孔等缺陷， 此類缺陷對(duì)鋼材的拉拔性能、耐腐蝕性能及熱加工性能存在嚴(yán)重的危害。在鋼種 開發(fā)過程中連鑄環(huán)節(jié)采用了一系列控制鑄壞內(nèi)部缺陷的技術(shù)，包括恒拉速、低過 熱度、二冷控制、結(jié)晶器液面自動(dòng)控制、結(jié)晶器電磁攪拌等，但仍達(dá)不到預(yù)期效 果，通過與國(guó)內(nèi)多家在上述鋼種生產(chǎn)中取得突岀成果的鋼鐵企業(yè)交流，凝固末 端電磁攪拌技術(shù)均被廣泛應(yīng)用，且必須作為高端產(chǎn)品連鑄坯質(zhì)量控制的輔助設(shè) 備。2方坯連鑄機(jī)工藝裝備簡(jiǎn)介酒鋼煉

7、軋廠3#連鑄機(jī)是四機(jī)四流r8 m全弧形連鑄機(jī)，主要設(shè)備參數(shù)如下:鋼包 容量60 t,屮間包容量15 t,流間距1 200 mm,屮間包液面高度800mm,澆注 代表鋼種hrb400e、hpb300、高碳鋼、焊絲鋼等，連澆爐數(shù)2835爐。3凝固末端電磁攪拌技術(shù)的冶金原理凝固末端電磁攪拌就是對(duì)連鑄坯的未凝固液芯施加一個(gè)電磁推力，通過鋼水流 場(chǎng)使不能流動(dòng)的凝固前沿（兩相區(qū)）流動(dòng)起來(lái)，這種運(yùn)動(dòng)影響了凝固前沿的溫 度和溶質(zhì)濃度場(chǎng)，從而使鋼水濃度和溫度場(chǎng)更加均勻。因此，凝固末端電磁攪拌改善鑄坯組織結(jié)構(gòu)的機(jī)理主要基于以下三點(diǎn)：改變凝固過程的動(dòng)力學(xué)條件（即機(jī) 械模型理論）、改變凝固過程中熱力學(xué)條件（即熱模型理

8、論）、改善凝固過程的 物質(zhì)遷移條件（使成分均勻）。3.1改變凝固過程的動(dòng)力學(xué)條件 在較強(qiáng)的電磁攪拌作用下，通過連鑄坯內(nèi)鋼液流動(dòng)對(duì)凝i古i前沿進(jìn)行沖刷。由于 凝固前沿的不光滑，強(qiáng)制對(duì)流流動(dòng)呈紊流狀態(tài)，樹枝晶受到很大抑制;一部分不 僅可以切斷及熔蝕柱狀晶的晶臂，形成大量的枝晶碎片充當(dāng)?shù)容S晶的晶核，使 晶粒成倍增長(zhǎng)，從而有利于凝固組織中晶粒的細(xì)化，另一部分在糊狀區(qū)，形成 灌木叢狀。當(dāng)攪拌強(qiáng)度較小時(shí)（層流），樹枝晶會(huì)迎著流動(dòng)方向傾斜，如圖1所示。3.2改變凝固過程中熱力學(xué)條件 電磁攪拌所引起的鋼液強(qiáng)制流動(dòng)加速了熔液的傳熱，而使鋼液內(nèi)的過熱度迅 速消失，最初階段形成的晶核能夠保存下來(lái)，連同因電磁攪拌作用

9、形成的晶核 一起被打碎、熔蝕而增殖。童面壁面當(dāng)過熱釋放掉，鋼液溫度下降到液相線溫度和固相線溫度之間時(shí)，乂會(huì)出現(xiàn) 一些小晶核，并保留在液體中，隨著進(jìn)一步冷卻而牛長(zhǎng)，最終以體積結(jié)晶方式 凝固，形成細(xì)等軸晶結(jié)構(gòu)的凝固組織。3. 3改變凝固組織，使成分均勻等軸晶凝固組織的形成對(duì)促進(jìn)凝固成分的均質(zhì)化，防止晶界搭橋，減輕鑄坯中 心偏析、中心裂紋以及縮孔疏松等內(nèi)部缺陷都有良好的作用。樹枝晶凝固組織部 分溶質(zhì)元素析出并順著樹枝晶縫隙聚集到鑄坯中心，等軸晶凝固組織部分溶質(zhì) 元素析岀會(huì)被吸附在等軸晶之間細(xì)小縫隙中，如圖2所示（左圖為樹枝晶凝固 組織，右圖為等軸晶凝固組織）。圖2溶質(zhì)元素的析出下載原圖4凝固末端電磁

10、攪拌安裝位置的確定凝固末端電磁攪拌器的冶金效果很犬程度取決于電磁攪拌器與連鑄機(jī)性能參數(shù) 及連鑄工藝的匹配是否合理，因此其安裝位置極為重要。為確定凝固末端電磁攪 拌器的安裝位置，在酒鋼宏興煉軋廠3#連鑄機(jī)完成了射釘試驗(yàn)，通過試驗(yàn)確定 特定位置的坯殼厚度，計(jì)算鑄機(jī)在給定冷卻強(qiáng)度條件下的綜合凝固系數(shù)，為凝 固末端電磁攪拌安裝位置提供重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。射釘試驗(yàn)是將作為示蹤材料的鋼釘擊入正在凝固的坯殼，然后在鑄坯相應(yīng)位置 取樣進(jìn)行分析。射釘為普通碳素鋼，在釘子上加工有兩道含有硫化物的溝槽，在 射釘進(jìn)入鑄坯液相穴后，低熔點(diǎn)的硫化物會(huì)迅速擴(kuò)散，所以能夠用酸侵蝕和硫 卬的方法根據(jù)硫化物的擴(kuò)散情況確定鑄坯的液芯厚

11、度，從而測(cè)出連鑄坯凝固殼 厚度。3#連鑄機(jī)牛產(chǎn)過程中保持工藝條件不變的條件下，在距離彎月面弧長(zhǎng)為 & 0 m位置的鑄坯進(jìn)行射釘試驗(yàn)，射釘試驗(yàn)共進(jìn)行了 4次，其中1次擊穿連鑄坯 無(wú)效，拉速為1. 8 m/mino 1> 2號(hào)樣采用含硫化物釘子，3號(hào)樣使用21-4n低熔 點(diǎn)釘子，1、2號(hào)通過酸洗和硫印來(lái)測(cè)得坯殼厚度，3號(hào)樣直接從酸洗低倍上測(cè)出 坯殼厚度，如圖3所示。圖3射釘實(shí)驗(yàn)得到的鑄坯經(jīng)酸洗后的形貌下載原圖鑄坯經(jīng)酸洗后測(cè)量坯殼厚度為5556 mm,利用凝固平方根定律公式（如式1）計(jì) 算出不同工況下的凝固系數(shù)，從而確定不同位置的液芯直徑，如表1所示。b 二 k 后=k 9 y/l/v

12、式屮：帝為坯殼厚度，mm;k為凝固系數(shù)，mm min; t為凝固時(shí)間，min;l為彎月 面到測(cè)量點(diǎn)的距離，m；v為鑄坯拉速，m-mino根據(jù)計(jì)算出的綜合凝固系數(shù)推算凝固末端電磁攪拌器的安裝位置，如表2所示。根據(jù)射釘試驗(yàn)結(jié)果，確定一個(gè)較為理想的安裝位置，對(duì)應(yīng)位置液芯比為斷面寬 度的線比，未凝固率為面積比。定位以凝固末端電磁攪拌線圈中心線為判定基線, 如表3所示。表1凝固系數(shù)計(jì)算下載原表序號(hào)斷面鋼類中間包;/ mm代1150x15082b1 492150x15082b1 493150x15082b1 49表2凝末端電磁攪拌器安裝位置下載原表序號(hào)斷面/ mm鋼類82b2b150x150 150x15

13、0序號(hào)斷面/ mm鋼類1150x15082b2150x15082b3150x15082b表3凝固末端安裝位置對(duì)應(yīng)連鑄坯未凝固液芯參考值下載原表5電磁攪拌技術(shù)應(yīng)用取得的冶金效果5.1電磁攪拌對(duì)鑄坯中心碳偏析的影響在3#連鑄機(jī)牛產(chǎn)70#鋼期間，在同等拉速、冷卻強(qiáng)度、過熱度澆注條件下，在距 離鑄坯一端100 mm的位置截取20 mm的鑄坯，沿內(nèi)弧到外弧的方向，選用5 mm 的鉆頭，鉆取鐵屑進(jìn)行鑄坯屮最容易偏析的c元素，分析其在鑄坯斷面上分布 的變化范圍，其中21-3. 23-4使用電磁攪拌，21-1、23-2未使用電磁攪拌，未 使用凝固末端電磁攪拌的試樣中，中心碳含量波動(dòng)范圍達(dá)到了 0.17%,使用

14、凝 固末端電磁攪拌的試驗(yàn)中心碳含量分布范圍為0. 05%左右，如圖5所示。21-1*21-：(190q85調(diào)q750.700.6015355575<沿中心線從內(nèi)弧到外;圖5鑄坯碳含量分布下載原圖 5.2電磁攪拌對(duì)鑄坯v形偏析的影響在3#連鑄機(jī)生產(chǎn)82b期間，同等拉速、冷卻強(qiáng)度、過熱度澆注條件下獲取300 mm 長(zhǎng)度的鑄坯進(jìn)行取樣檢測(cè)，未使用凝固末端電磁攪拌的流次，鑄坯縱切經(jīng)酸洗 后有明顯的中心偏析線，使用凝固末端電磁攪拌的流次，縱切鑄坯經(jīng)酸洗后中 心偏析線基本消除，如圖6、7所示。圖6未使用凝固末端電磁攪拌下載原圖圖7使用凝固末端電磁攪拌下載原圖 5.3電磁攪拌對(duì)鑄坯中心疏松、縮孔的影響在3#連鑄機(jī)生產(chǎn)82b期間，同等拉速、冷卻強(qiáng)度、過熱度澆注條件下獲取100 mm 長(zhǎng)度的鑄坯進(jìn)行取樣檢測(cè)，未使用凝固末端電磁攪拌的流次，鑄坯橫切經(jīng)酸洗 后有明顯的中心疏松及縮孔缺陷，使用凝i古i末端電磁攪拌的流次，鑄坯橫切經(jīng) 酸洗后中心疏松、縮孔缺陷基木消除，如圖8、9所示。圖8未使用凝固末端電磁攪拌下載原圖圖9使用凝固末端電磁攪拌下載原圖6結(jié)語(yǔ)凝固末端電磁攪拌技術(shù)能有效消除v形偏析，并可降低屮心偏析的偏析程度、 峰