板坯連鑄結(jié)晶器電1

1、板坯連鑄結(jié)晶器電磁控流技術(shù)毛斌 陶金明 李晉 孫麗娟中冶連鑄北京冶金冶金技術(shù)研究院1隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展和連鑄比的提高，高質(zhì)量鑄坯和高生產(chǎn)率已成為當(dāng)今板坯連鑄技術(shù)追求的目標(biāo)。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(yīng)。為滿足這一要求，近年來連鑄技術(shù)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(shù)，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。從1980年代起，以實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率的技術(shù)為背景，已意識(shí)到結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動(dòng)控制技術(shù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)的高質(zhì)量板坯和高生產(chǎn)率具有重大影響。為此從1980年開始，各國(guó)都強(qiáng)化努力發(fā)展各種板坯連鑄結(jié)晶器電磁控流技

2、術(shù)。目前處于實(shí)用的結(jié)晶器電磁控流技術(shù)大致可以分成兩類：一類是利用行波磁場(chǎng)（AC型）強(qiáng)化鋼水流動(dòng)的“攪拌效應(yīng)”如MEMS和EMLA/EMLS；另一類是利用恒定磁場(chǎng)（DC型）制動(dòng)流股使其減速的“制動(dòng)效應(yīng)”如EMBr、LMF、FCMold。前者著眼于控制板坯的表面和皮下質(zhì)量。后者著眼控制板坯內(nèi)部質(zhì)量。2022/7/721、前言用心鑄造世界22022/7/73用心鑄造世界2022/7/732、板坯連鑄結(jié)晶器鋼水流動(dòng)控制的重要性用心鑄造世界 圖1 板坯結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動(dòng)現(xiàn)象2.1 當(dāng)今板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動(dòng)的主要問題：圖1表示板坯結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動(dòng)現(xiàn)象。由圖可見： 從SEN側(cè)孔吐出的流股帶著氣泡和夾雜物高

3、速?zèng)_擊窄面，使坯殼重熔，甚至造成漏鋼、表面和皮下裂紋。 沿窄面的凝固面前沿向上反轉(zhuǎn)流股使窄面附近的彎月面拱起，引起彎月面波動(dòng)加劇，導(dǎo)致保護(hù)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(dòng)的傳播導(dǎo)致保護(hù)渣鋪展不勻，易產(chǎn)生，表面和皮下裂紋。 向下流股侵入液相穴深處，由于注速高，流股速度超過流股下方液相穴中氣泡和夾雜物的上浮速度，這些夾雜物和氣泡的上浮被高速流股所阻斷，使氣泡和夾雜物不能上浮，而在板坯內(nèi)弧的1/4夾雜帶偏聚。3圖2 表示結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)控制的基本現(xiàn)象及其控制概念。2022/7/742、板坯連鑄結(jié)晶器鋼水流動(dòng)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(hù)渣型夾雜物的產(chǎn)生彎月面

4、下的流速和彎月面的穩(wěn)定性等。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(chǎng)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(chǎng)的電磁制動(dòng)圖2 結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)控制的基本現(xiàn)象和控制概念4板坯結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動(dòng)控制的主要目的是：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。最佳彎月面下的流速為0.12-0.2m/s，而最佳凝固前沿的流速為0.200.40m/s。借助結(jié)晶器內(nèi)的流動(dòng)控制，提高彎月面附近的溫度并使結(jié)晶器內(nèi)溫度分布均勻化，使初始凝固和彎月面處凝固起始點(diǎn)降低，縮短凝固鉤長(zhǎng)度，使坯殼生長(zhǎng)均勻，減少表面裂紋和穩(wěn)定操作。結(jié)晶器內(nèi)的流動(dòng)控制，減輕了結(jié)

5、晶器振動(dòng)引起的初生坯殼端部附近流動(dòng)的變化，這些流動(dòng)的微小變化易使氣泡和夾雜物被凝固鉤捕獲；在結(jié)晶器SEN內(nèi)，在澆鑄過程的多數(shù)場(chǎng)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(hù)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；由于結(jié)晶器寬度尺寸的變化而產(chǎn)生的流動(dòng)的變動(dòng)也是發(fā)生大的缺陷的主要原因。例如由于向SEN內(nèi)吹A(chǔ)r氣，使SEN兩側(cè)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(shí)間上也有大的振蕩，因此不僅要求平均流速而且其隨時(shí)間的變動(dòng)都要適當(dāng)。 2022/7/752.2 結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動(dòng)控制的目的用心鑄造世界5簡(jiǎn)單地說

6、，從SEN吐出的流股以較高的速度沖向結(jié)晶器窄面，碰到窄面的坯殼后，產(chǎn)生向上反轉(zhuǎn)流動(dòng)和窄面附近彎月面的拱起，前者造成彎月面下鋼水的較高流速，后者產(chǎn)生彎月面的駐波，從結(jié)晶器邊緣向中心傳播，這些都引起彎月面處的波動(dòng)和液面位置的變化，當(dāng)拉速增加時(shí)，彎月面處的流動(dòng)加劇，彎月面波動(dòng)也隨之加大。借助水模試驗(yàn)和流動(dòng)的動(dòng)量平衡，導(dǎo)出SEN吐出的流股速度、彎月面下流速和彎月面波高與F值的關(guān)系，見圖3。2022/7/762.3 結(jié)晶器內(nèi)彎月面波動(dòng)控制的準(zhǔn)數(shù)用心鑄造世界圖3 板坯結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動(dòng)判據(jù)（F值）6由圖3可見，測(cè)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(dòng)指數(shù) F= （1）由圖4可見，當(dāng)F值太

7、大時(shí)，彎月面下流速和彎月面波動(dòng)也大，容易發(fā)生卷渣，當(dāng)F值太小時(shí)，懸浮在結(jié)晶器內(nèi)鋼水中的非金屬夾雜物如保護(hù)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(huì)增加鑄坯的夾雜物缺陷的原因。 2022/7/77用心鑄造世界圖4 冷軋板卷表面缺陷頻率和F值的關(guān)系73.1 主要模式從1980年代初起，對(duì)利用電磁力的非接觸控制技術(shù)進(jìn)行了廣泛深入的研究開發(fā)并實(shí)用化，其中有代表性的是：1981年新日鐵（NSC）的基于雙邊行波磁場(chǎng)的結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)，見圖5。至1999年，新日鐵幾乎所有板坯連鑄機(jī)配備了MEMS。我國(guó)寶鋼、神戶鋼廠和臺(tái)灣中鋼公司等也都引進(jìn)了新日鐵的MEMS。2022/7/783、結(jié)晶

8、器內(nèi)鋼水流動(dòng)控制技術(shù)的主要模式用心鑄造世界圖5 板坯結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)81982年由川崎制鋼（KSC）和ASEA（ABB）基于直流磁場(chǎng)的結(jié)晶器電磁制動(dòng)技術(shù)。該技術(shù)先后開發(fā)了三種類型：局部區(qū)域磁場(chǎng)（EMBr）、全幅一段磁場(chǎng)（LMF）、全幅二段磁場(chǎng)（FC moldFlow control mold），見圖6。2022/7/79用心鑄造世界圖6 板坯結(jié)晶器電磁mjjhuuhjhjhj制動(dòng)構(gòu)形示意圖91991年由日本鋼管（NKK）基于四個(gè)行波磁場(chǎng)的流動(dòng)控制技術(shù)，即可以加速的電磁水平加速器（EMLA），或減速的電磁水平穩(wěn)定器（EMLS）。21世紀(jì)初，由NKK和Rotelec在上述基礎(chǔ)上開發(fā)的多模式電磁攪

9、拌技術(shù)MMEMS(Mult Mode EMS)即EMLS、EMLA和EMRS等，見圖7。2022/7/710用心鑄造世界圖7 板坯結(jié)晶器多模式電磁控流技術(shù)10三種電磁流動(dòng)控制技術(shù)的主要特點(diǎn)見表1。 表1 各種流動(dòng)控制技術(shù)的重要特點(diǎn)第四級(jí)2022/7/7113.2 三種電磁流動(dòng)控制技術(shù)的主要特點(diǎn)用心鑄造世界114.1 MEMS的流場(chǎng)和電磁力和流動(dòng)特征4.1.1 電磁力的產(chǎn)生當(dāng)電磁攪拌器饋給多相（兩相或三相）交流電時(shí)，就在其中激發(fā)向一個(gè)方向行進(jìn)的行波磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)不僅有一定的運(yùn)動(dòng)速度和強(qiáng)度，而且還有方向的交替變化。當(dāng)它滲透到鋼水中就會(huì)在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流與當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)相互作用，就在鋼水中產(chǎn)生電

10、磁力： （2）電磁力是體積力，作用在鋼水的每個(gè)體積元上，從而推動(dòng)鋼水運(yùn)動(dòng)。其電磁力的特征是：電磁力的方向始終與行波磁場(chǎng)方向相一致；也與鋼水運(yùn)動(dòng)方向相一致；即使鋼水的流速，仍然有電磁力作用在鋼水中，仍然可以借助電磁攪拌控制鋼水的流動(dòng)，因此，MEMS具有主動(dòng)控制的特征。2022/7/7124、板坯連鑄結(jié)晶器電磁攪拌（MEMS）技術(shù)用心鑄造世界124.1.2 水平旋轉(zhuǎn)攪拌的電磁力旋渦和流動(dòng)特征在兩個(gè)寬面即F（固定）面和L（可動(dòng)）面上配置一對(duì)行波磁場(chǎng)攪拌器，其行波磁場(chǎng)方向相反，因而流動(dòng)方向也相反，使鋼水形成一個(gè)大環(huán)流，故稱水平旋轉(zhuǎn)攪拌，見圖8，在不同的板寬和拉速下，其流動(dòng)的形貌是相似的，無論在高拉速或

11、低拉速下，沿寬面的流動(dòng)是均勻的。2022/7/713用心鑄造世界圖8 水平旋轉(zhuǎn)攪拌的流動(dòng)形貌13由于F和L面的行波磁場(chǎng)方向相反，兩者作用的結(jié)果，在鋼水內(nèi)部的磁場(chǎng)分布在局部地方場(chǎng)強(qiáng)為零，其數(shù)目與攪拌器線圈的極數(shù)相同。由于局部地方場(chǎng)強(qiáng)為零，電磁力也為零，從而導(dǎo)致鋼水內(nèi)電磁力旋渦的出現(xiàn)，見圖9。這是水平旋轉(zhuǎn)攪拌的一個(gè)特征。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(zhuǎn)而沒有出現(xiàn)旋渦，這是由于流體的連續(xù)性和慣性效應(yīng)掩蓋了電磁力旋渦的結(jié)果。2022/7/714用心鑄造世界圖9 水平旋轉(zhuǎn)攪拌的電磁力旋渦144.1.3 在結(jié)晶器內(nèi)鋼水?dāng)嚢枇鲃?dòng)的洗凈效果清洗非金屬夾雜物圖10顯示結(jié)晶器內(nèi)鋼水?dāng)嚢?/p>

12、流動(dòng)的洗凈作用而使鑄坯凈化的過程： 由行波磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的鋼水的攪拌流動(dòng)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。 被清洗出的非金屬夾雜物向中心集中，彼此碰撞而聚集并向彎月面上浮。 上浮到彎月面的非金屬夾雜物被融熔保護(hù)渣捕獲，從而從板坯中去除。結(jié)晶器中鋼水溫度均勻化和坯殼均勻化由于鋼水流動(dòng)也可使結(jié)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。2022/7/715用心鑄造世界154.2.1 MEMS的冶金機(jī)理圖11表明了彎月面處電磁攪拌的冶金機(jī)理，及其對(duì)板坯質(zhì)量的影響和成本優(yōu)勢(shì)之間的關(guān)系。4.2 MEMS的冶金機(jī)理和

13、效果164.2.2 MEMS對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響4.2.2.1 提高表面和皮下清潔度(1) MEMS對(duì)不同澆鑄期鑄坯表面潔凈度的影響圖12是有和無MEMS時(shí)不同澆鑄期的鑄坯表面潔凈度。 (2) 凝固前沿平均流速對(duì)鑄坯皮下潔凈度的影響圖13 凝固前沿鋼水流速對(duì)皮下潔凈度的影響 MEMS的目的之一是借助增加凝固前沿附近的流速來控制皮下潔凈度，為使這種控制最佳化，需要了解必要的流速和表面潔凈度之間的關(guān)系。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(hù)渣。圖12 MEMS對(duì)不同澆鑄期鑄坯表面潔凈度的影響17 圖14表示有和無MEMS的板坯內(nèi)部夾雜物數(shù)量的直

14、方圖。由圖可見，采用MEMS后，氧化鋁簇?cái)?shù)量減少不多，而球形夾雜物有明顯減少，這是因?yàn)殇撍鲃?dòng)引起球形夾雜物的結(jié)團(tuán)和聚合比氧化鋁簇更容易些。因?yàn)榍蛐螉A雜物是夾雜物的實(shí)質(zhì)部分，因此夾雜物數(shù)量總體上明顯減少。 圖14 MEMS對(duì)Si沸騰中碳鋼夾雜物數(shù)量的影響（3）MEMS對(duì)鑄坯內(nèi)部潔凈度的影響 18圖15表示兩個(gè)不同拉速下，MEMS鑄坯表面層中針孔缺陷的影響。由圖可見，使用MEMS后針孔缺陷的數(shù)量大大減少，沿鑄坯寬度方向上針孔缺陷分布均勻且穩(wěn)定在一個(gè)較低水平。2022/7/719（4）MEMS對(duì)鑄坯氣泡減少的效果用心鑄造世界圖15 在不同拉速下，MEMS對(duì)針孔分布的影響19近幾年來，連鑄技術(shù)的研究

15、表明，初期凝固在很大程度上影響鑄坯質(zhì)量特別是表面質(zhì)量，因此，控制初期凝固和凝固起始點(diǎn)的位置是采用MEMS的另一目的。圖16是Si沸騰鋼的板寬2200mm、澆鑄速度1.0m/min的有和無MEMS的坯殼剖面的形貌。圖17表示準(zhǔn)沸騰鋼，板坯尺寸：250mm11202500mm，拉速：0.7m/min，在有和無MEMS的坯殼厚度隨離彎月面距離的變化。2022/7/7204.2.2.2 借助MEMS控制初期凝固用心鑄造世界圖16 MEMS對(duì)坯殼生長(zhǎng)的影響圖17 MEMS控制初期凝固鋼種：準(zhǔn)沸騰鋼：板坯尺寸：250mm11202100mm ：0.7m/min20由于彎月面周圍的鋼水流動(dòng)容易停滯，容易導(dǎo)致

16、因鑄坯寬度方向鋼水溫度不均而引起坯殼厚度不均勻所產(chǎn)生的縱裂。特別是中碳鋼（C=0.1-0.15%），易發(fā)生因不均勻冷卻而導(dǎo)致的縱裂。應(yīng)用MEMS，凝固滯后減少，坯殼厚度變得均勻，就可減少鑄坯縱裂的發(fā)生，如圖18所示。2022/7/721用心鑄造世界圖18 MEMS對(duì)鑄坯縱裂的影響4.2.2.3 減少鑄坯表面縱裂214.2.3 MEMS對(duì)成品質(zhì)量的影響4.2.3.1 MEMS對(duì)汽車外殼用超低碳鋼成品質(zhì)量的影響圖19顯示目前在減少汽車外殼板分層的效果。由于采用MEMS，減少鑄坯皮下和內(nèi)部的條狀裂紋，從而在軋制過程中減少了分層的危險(xiǎn)。圖20表示采用MEMS后，在汽車外殼用冷軋板卷上表面缺陷出現(xiàn)率減少

17、了70%。2022/7/722用心鑄造世界224.2.3.2 MEMS對(duì)生產(chǎn)厚板和管線的高級(jí)鋼的影響生產(chǎn)厚板和管線的高級(jí)鋼，由于采用MEMS，控制了初期凝固，使在鑄坯表面縱向裂紋大大地減少，從而使其成品報(bào)廢指數(shù)大大降低，見圖21。235、板坯連鑄電磁制動(dòng)技術(shù)5.1 電磁制動(dòng)的電磁力特征在板坯結(jié)晶器兩個(gè)寬面上，外加一對(duì)恒定磁場(chǎng)，其方向從一個(gè)寬面垂直穿過鋼水到達(dá)另一個(gè)寬面。從SEN吐出的流股，以相當(dāng)大的速度垂直切割外加的恒定磁場(chǎng)，就在鋼水中感生感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流與當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力： （3）它們相互關(guān)系見圖22。由圖可見，電磁力與流股方向相反，從而制動(dòng)了流股，使其減速，這就是制動(dòng)效應(yīng)。2

18、45.2 電磁制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)特征 電磁制裝置的基本特征綜合如表2。表2 三類電磁制動(dòng)裝置的基本特征裝置類型EMBrEMBR-Ruler或LMFFC-Mold磁場(chǎng)特征局部區(qū)域（水平U形電磁鐵）全幅一段（水平電磁鐵）全幅二段（垂直U形電磁鐵）安裝位置位于水口兩側(cè)孔吐出的流股的主流區(qū)位于水口吐出口下方位于水口吐出口的上、下方電源直流直流直流對(duì)板坯的適用性中厚板坯薄板坯厚板坯252022/7/726用心鑄造世界圖23 EMBr的流場(chǎng)形貌圖24 LMF的流動(dòng)形貌圖25 FC Mold的流場(chǎng)特征262022/7/727用心鑄造世界LMF受安裝位置的影響較大，如果磁場(chǎng)位置與SEN的距離較遠(yuǎn)或SEN吐出角度稍

19、不合適，就會(huì)影響制動(dòng)效果。在LMF使用中，有個(gè)最佳磁場(chǎng)強(qiáng)度，其優(yōu)化程度可以用公式（4）的磁相互作用參數(shù)N表示：N= （4）當(dāng)N在37之間時(shí)，鑄坯中非金屬夾雜物最少，如圖26所示。5.4 使用LMF時(shí)的優(yōu)化條件圖26 應(yīng)用LMF時(shí)，磁相互作用參數(shù)和夾雜物數(shù)量之間的關(guān)系272022/7/7285.5電磁制動(dòng)的冶金機(jī)理和冶金效果用心鑄造世界5.5.1 EMBR的冶金機(jī)理EMBR的冶金機(jī)理和冶金效果綜述于表3表3 EMBR的冶金機(jī)理和冶金效果冶金機(jī)理冶金效果經(jīng)濟(jì)效益制動(dòng)從浸入式水口側(cè)孔吐出的流股使其減速降低流股侵入液相穴深度控制彎月面附近流速，減少彎月面的脈動(dòng)提高彎月面的溫度減少流股對(duì)窄面的沖擊和重熔

20、實(shí)質(zhì)性的減少皮下和內(nèi)部的非金屬夾雜物有效地消除保護(hù)渣卷吸，減少保護(hù)渣性夾雜物實(shí)質(zhì)性的減少橫向和縱向裂紋減少漏鋼危險(xiǎn)有可能提高拉速實(shí)質(zhì)性改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量減少降級(jí)和廢品提高生產(chǎn)率282022/7/729用心鑄造世界5.5.2 EMBR的冶金效果5.5.2.1 促進(jìn)坯殼均勻生長(zhǎng)過熱的鋼水流股對(duì)窄面的沖擊消失，消除了窄面的初生坯殼的重熔，使坯殼生長(zhǎng)均勻，因而漏鋼和角裂的危險(xiǎn)大大減少。EMBr對(duì)窄面坯殼生長(zhǎng)的影響見圖27。292022/7/730用心鑄造世界向上反轉(zhuǎn)流動(dòng)的減速，彎月面下的水平流速和湍流大大降低。實(shí)踐表明，無論哪種類型電磁制動(dòng)都可使彎月面下的水平流速降低一半，從而也穩(wěn)定了彎月面，見圖28。因此

21、，彎月面下水平流速的降低和彎月面的穩(wěn)定是電磁制動(dòng)的主要效果之一。 圖29表示EMBr對(duì)不同鋼種的彎月面水平波動(dòng)的影響。由圖可見，EMBr穩(wěn)定彎月效果，對(duì)包晶鋼比IF鋼更顯著些。圖29 在LMF作用下彎月面水平波動(dòng)圖案5.5.5.2 降低彎月面下的水平流速和穩(wěn)定彎月面302022/7/7315.5.2.3 減小流股的向下速度和侵入深度用心鑄造世界 圖30表示在EMBr下沿窄面向下流動(dòng)的速度分布，由圖可見，在EMBr作用下向下流動(dòng)速度大大降低，使流股侵入深度由4m減小到2mm見圖31；FC Mold使侵入深度由6m減小到3.5m；LMF使浸入深度由68m減小到46m。 圖30 在EMBr作用下沿窄

22、面的向下流速分布圖31 EMBr對(duì)流股侵入深度的影響板坯尺寸：220mm8501550mm：拉速1.02.0312022/7/732用心鑄造世界5.5.2.4 對(duì)彎月面下鋼水溫度的影響(1)圖32表示EMBr對(duì)板寬方向的彎月面下鋼水溫度的影響。據(jù)報(bào)導(dǎo)，EMBr使彎月面下鋼水溫度提高810，LMF約提高515；FCMold約提高510。(2)圖33表示FCMold的不同磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)鋼水表面溫度的影響，鋼水溫度是在1/4板寬、彎月面下約30mm處測(cè)量的。由圖可見，鋼水表面溫度隨磁感應(yīng)強(qiáng)度幾乎成線性增加，約上升5。圖32 LMF 對(duì)板寬方向彎月面下鋼水溫度的影響板坯寬度：1540mm：拉速：1m/m

23、in，SEN:-200；孔口：38cm2 LMF:全幅一段圖33 FCMold對(duì)鋼水表面溫度的影響板坯 寬度：1250mm；澆鑄量：4.5t/min322022/7/733用心鑄造世界5.5.2.5 對(duì)水平流速的影響圖34表示不同拉速下EMBr對(duì)彎月面下的水平流速的影響。圖35表示FCMold對(duì)彎月面下水平流速和穩(wěn)定彎月面的影響。 圖34 EMBr對(duì)彎月面下水平流速的影響圖35 FCMold 對(duì)彎月面下水平流速的影響板坯尺寸：260mm8001900mm，澆鑄量：3.55.0t/min332022/7/734用心鑄造世界值到指出的是，彎月面下的流速要保持某一水平，流速太慢導(dǎo)致向彎月面?zhèn)鳠釡p少，

24、因而增加了初期凝固的凝固鉤長(zhǎng)度，產(chǎn)生表面缺陷，見圖36和圖37。流速太快導(dǎo)致結(jié)晶器保護(hù)渣的卷吸。由此可見，在彎月面下保持適當(dāng)流速，使鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量保持最好。如圖所示，彎月面下的最佳流速為1020cm/s。圖36 彎月面流速與鑄坯質(zhì)量的關(guān)系圖37 非金屬夾雜物指數(shù)與彎月面下流速的關(guān)系板寬：9701570mm；拉速：1.02.2m/min; 澆注量：2.23.8t/min；SEN：7.535o342022/7/735用心鑄造世界5.5.2.6 減少板坯表面缺陷 由于EMBr的作用，降低了從SEN吐出的流股的速度，促進(jìn)了Ar氣泡的上浮，從而減少了板坯表面的氣泡，見圖38。 352022/7/73

25、6用心鑄造世界5.5.2.7 減少鑄坯內(nèi)部夾雜物 圖39表示有、無EMBr時(shí)鑄坯內(nèi)部的夾雜物分布。由圖可見，EMBr能較大幅度的減少內(nèi)部夾雜物而且使其分布均勻，顯示EMBr提高鑄坯內(nèi)部清潔度的良好效果，這也是電磁制動(dòng)的重要效果之一。362022/7/737用心鑄造世界5.6 提高成品的質(zhì)量5.6.1 對(duì)成品表面質(zhì)量的影響圖40表示在有和無FC Mold時(shí)汽車用超低碳鋼卷板的表面缺陷指數(shù)與拉速的關(guān)系。由圖可見，當(dāng)拉速1.7m/min時(shí)，兩者表面缺陷指數(shù)只相差一半左右；而當(dāng)拉速1.7m/min時(shí)，無FC Mold的表面缺陷發(fā)生率急劇上升，與使用FC Mold相比，表面缺陷指數(shù)上升5倍以上。這個(gè)結(jié)果

26、表明，由于FC Mold的上段磁場(chǎng)的作用，降低了彎月面下的流速和湍流，減小彎月面的波動(dòng)，使保護(hù)渣卷吸明顯減少。372022/7/738用心鑄造世界5.6.2 對(duì)成品內(nèi)部質(zhì)量的影響 圖41表示FC Mold對(duì)制罐用馬口鐵薄板內(nèi)部缺陷的影響。由圖可見，當(dāng)使用FC Mold時(shí)，其內(nèi)部缺陷明顯減少。這個(gè)結(jié)果表明，由于FC Mold的作用，使鋼水向下侵入深度變淺，非金屬夾雜物易于上浮，鑄坯內(nèi)部夾雜物大大減少，提高了鑄坯的清潔度，從而使成品質(zhì)量明顯提高。據(jù)報(bào)導(dǎo)，對(duì)于寬板坯和高通鋼量，在EMBR的最佳運(yùn)行條件下，冷軋產(chǎn)品的不合格率減少33%；對(duì)板寬大于1400mm，不合格率則更低。382022/7/739用

27、心鑄造世界6、板坯連鑄結(jié)晶器多模式電磁攪拌技術(shù)（MM-EMS：Mult Mode-EMS） 結(jié)晶器多模式電磁攪拌技術(shù)是在同一臺(tái)連鑄機(jī)上使用同一套電磁攪拌器組成不同的運(yùn)行模式，即EMLA、EMLS、EMRS，統(tǒng)稱MM-EMS。6.1 開發(fā)背景 眾所周知，當(dāng)今連鑄機(jī)已不是生產(chǎn)單一鋼種和單一斷面的設(shè)備，已成為包括各類鋼種、不同斷面和拉速的復(fù)合產(chǎn)品的混合體。 連鑄實(shí)踐表明，在連鑄過程中的基本要求是提供高潔凈的鋼水，從而避免來自夾雜物造成的板坯表面和內(nèi)部缺陷。 連鑄實(shí)踐還表明，控制彎月面附近鋼水流動(dòng)或是彎月面的波高是改進(jìn)鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量的重要因素。39392022/7/740用心鑄造世界圖42表示冷軋

28、鋼卷表面缺陷與窄面附近彎月面波高（X）的關(guān)系。由圖可見X過大或過小，表面缺陷指數(shù)都變大。 由上所述，要使鑄坯進(jìn)而產(chǎn)品質(zhì)量缺陷盡可能少，必須根據(jù)澆鑄參數(shù)的變化將結(jié)晶器內(nèi)的鋼水流動(dòng)，特別是彎月面附近的流動(dòng)控制在一個(gè)恰當(dāng)范圍內(nèi)，實(shí)踐表明，彎月面附近的流速控制在0.12-0.2m/s，或窄面附近彎月面波高控制在5-9mm內(nèi)，鑄坯和產(chǎn)品質(zhì)量最好。為此開發(fā)了結(jié)晶器多模式電磁攪拌技術(shù)。圖42 板坯表面缺陷與彎月面波高的關(guān)系402022/7/741用心鑄造世界6.2 工作原理和技術(shù)特點(diǎn)6.2.1 工作原理其裝置的構(gòu)成是：在板坯兩個(gè)寬面上分別布置兩對(duì)行波磁場(chǎng)攪拌器，其寬度與結(jié)晶器寬度相同，見圖7。圖7 板坯結(jié)晶

29、器多模式電磁控流技術(shù)41412022/7/742用心鑄造世界6.2.2 技術(shù)特征結(jié)晶器多模式電磁攪拌技術(shù)的特征是，根據(jù)不同的澆鑄條件，通過選擇和調(diào)節(jié)加于從SEN吐出的流股上的水平電磁力的方向和大小，控制結(jié)晶器內(nèi)特別是彎月面附近的流動(dòng)。 在高澆鑄速度時(shí)，目的是制動(dòng)流股，降低彎月面附近的流動(dòng)速度，以避免彎月面的不穩(wěn)定或波動(dòng)； 在低澆鑄速度時(shí)，目的是加速流股，提高彎月面附近的流動(dòng)速度 ，使過熱鋼水將熱量傳給彎月面；同時(shí)也提高對(duì)凝固前沿的清洗作用。 在澆鑄開始和終了及大包交換期等不正常澆鑄期的澆鑄速度變化時(shí)，適時(shí)調(diào)節(jié)鋼水的流動(dòng)。由此可見，在不同澆鑄條件下，可以借助結(jié)晶器多模式電磁攪拌裝置，使結(jié)晶器內(nèi)的

30、流動(dòng)特別是彎月面附近的流動(dòng)控制在一個(gè)最佳范圍內(nèi)，從而使鑄坯表面和皮下夾雜物含量大大減少。422022/7/743用心鑄造世界6.2.3 與EMBR和常規(guī)的MEMS的主要區(qū)別：由上述結(jié)晶器電磁控流技術(shù)的工作原理和技術(shù)特征可以看出，與EMBR和常規(guī)的MEMS的主要區(qū)別是： 基于恒定磁場(chǎng)的結(jié)晶器電磁制動(dòng)技術(shù)（EMBR）只能對(duì)從SEN吐出的流股產(chǎn)生制動(dòng)作用，制動(dòng)力的大小大體上與流股的速度成正比，對(duì)速度為零的鋼水不起作用；更不能使鋼水加速。 基于行波磁場(chǎng)的常規(guī)的結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)（MEMS），在結(jié)晶器的兩個(gè)寬面上激發(fā)方向相反的行波磁場(chǎng)，產(chǎn)生方向相反的電磁力，從而使鋼水產(chǎn)生水平旋轉(zhuǎn)攪拌，一般說來，它只起了

31、使鋼水加速的作用，而不能制動(dòng)鋼水。 對(duì)于結(jié)晶器多模式電磁攪拌技術(shù)（MM-EMS），不僅可以產(chǎn)生制動(dòng)力，使從SEN兩側(cè)孔吐出的流股同時(shí)減速；也可以產(chǎn)生加速力，使從SEN兩側(cè)孔吐出的流股同時(shí)加速。這樣可以按照不同的斷面、澆鑄速度等澆鑄條件和鋼種來選擇最合適的攪拌和制動(dòng)方式，這就使系統(tǒng)操作極其靈活。43432022/7/744用心鑄造世界6.3 MM-EMS的冶金機(jī)理與冶金效果6.3.1 MM-EMS的冶金機(jī)理和冶金效果6.3.1.1 表4綜述了MM-EMS的冶金機(jī)理和效果表4 MM-EMS的冶金機(jī)理和效果模式主要應(yīng)用范圍冶金機(jī)理冶金效果EMLS高拉速、高通鋼量降低過大的窄面波高。降低過高的彎月面流

32、速降低過大的彎月面波高 防止在窄面附近的保護(hù)渣減薄防止保護(hù)渣膜的剪切減少保護(hù)渣性缺陷（條狀和鉛筆狀裂紋）提高窄面潤(rùn)滑減少漏鋼事故和報(bào)警EMLA低拉速、低通鋼量（特別是開澆、大包和中包交換期、終澆）改進(jìn)向彎月面的傳熱改進(jìn)保護(hù)渣的熔融提高彎月面的流速減少氧化鋁基缺陷減少彎月面的冷凍減少渣斑減少寬面中部縱裂減少氣泡、夾雜物在內(nèi)弧側(cè)1/4坯厚處的偏聚EMRS常規(guī)拉速的一些特殊鋼種：超低碳、中碳、鋁鎮(zhèn)靜鋼等高氧含量的鋼種如準(zhǔn)沸騰鋼、彩涂鋼、鍍錫板鋼和飲料罐鋼等等從表面和皮下機(jī)械去除氣孔和針孔沿結(jié)晶器周邊的溫度均勻化沿結(jié)晶器周邊的鋼水流速均勻化坯殼生長(zhǎng)均勻化提高向結(jié)晶器表面的傳熱減少氧化鋁基夾雜物減少鎮(zhèn)靜

33、鋼中氬基針孔減少準(zhǔn)沸騰鋼中CO基氣孔減少包晶鋼中縱向裂紋442022/7/745用心鑄造世界6.3.1.2 各種鋼水流動(dòng)的冶金問題和MM-EMS的對(duì)策表5綜述了各種鋼水流動(dòng)產(chǎn)生的冶金問題和MM-EMS的對(duì)策。表5 各種鋼水流動(dòng)產(chǎn)生的冶金問題和MM-EMS的對(duì)策相關(guān)冶金問題誘發(fā)的鋼缺陷的例子對(duì)策過大的窄面波高過強(qiáng)的彎月面流速過強(qiáng)的結(jié)晶器液面波動(dòng)在窄面附近的保護(hù)渣減薄結(jié)晶器保護(hù)渣剪切結(jié)晶器保護(hù)渣基缺陷（條狀和管狀裂紋）潤(rùn)滑損失漏鋼事故漏鋼報(bào)警EMLS減少向彎月面的傳熱減少保護(hù)渣熔融率減慢彎月面的流速氧化鋁基缺陷冷的/凍結(jié)的彎月面渣斑粘結(jié)報(bào)警EMLA鋼水反轉(zhuǎn)流動(dòng)急劇/局部彎月面流速增加熔融渣卷吸熔融

34、渣旋渦板坯澆鑄異常板坯降級(jí)各種未明了的缺陷在SEN附近的保護(hù)渣減薄鋼水無反向全動(dòng)量向窄面流動(dòng)向板坯邊緣無反向驅(qū)動(dòng)Ar氣泡和夾雜物寬面中部的縱向裂紋氧化鋁基夾雜物Ar氣泡和夾雜物沿板坯邊緣30cm帶聚集45452022/7/746用心鑄造世界不對(duì)稱/不平衡流動(dòng)結(jié)晶器液面波動(dòng)不均勻熔融保護(hù)渣層氣泡和夾雜物在一側(cè)聚集EMRS沿結(jié)晶器周邊不均勻鋼水流速和溫度梯度不均勻凝固殼厚度向結(jié)晶器表面的弱的熱對(duì)流皮下氧化鋁和鈣氧化鋁夾雜物在鎮(zhèn)靜鋼中Ar基氣孔在準(zhǔn)沸騰鋼中CO基針孔表5 各種鋼水流動(dòng)產(chǎn)生的冶金問題和MM-EMS的對(duì)策（續(xù)) 462022/7/747用心鑄造世界6.3.2 MM-EMS的冶金功能6.3

35、.2.1 EMLS/EMLA在鋼水表面流速的影響 圖43表示EMLS/EMLA對(duì)鋼水流速的影響。由圖可見，在高拉速條件下，鋼水表面流速隨EMLS的電流強(qiáng)度的增加而減小，而在低拉速條件下，鋼水表面流速隨EMLA的電流強(qiáng)度增加而增加。這些結(jié)果表明，正確地控制EMLS/EMLA就有可能對(duì)不同澆鑄工藝建立同一的鋼水表面速度。47472022/7/748用心鑄造世界6.3.2.2 MM-EMS對(duì)彎月面波動(dòng)的影響 圖44表示在MM-EMS模式下的彎月面形貌即在結(jié)晶器中鋼水流動(dòng)形貌和鋼水流速。由圖可見，由于在MM-EMS模式下，彎月面脈動(dòng)約減小50%，使得彎月面形貌變得更平穩(wěn)。482022/7/749用心鑄

36、造世界6.3.2.3 EMLA對(duì)彎月面溫度的影響 圖45表示在EMLA模式下所測(cè)得的彎月面溫度隨時(shí)間的變化。在EMLA模式下，由于從SEN吐出的流股被加速，導(dǎo)致沿窄面上升的反轉(zhuǎn)流動(dòng)增大，過熱鋼水不斷向彎月面?zhèn)鳠?，從而使彎月面附近的溫度升高?92022/7/750用心鑄造世界6.4 MM-EMS在板坯質(zhì)量上的影響6.4.1 EMLA/EMLS對(duì)板坯表面質(zhì)量的影響 圖46表示EMLA/EMLS對(duì)板坯表面質(zhì)量的影響。由圖可見，在低速連鑄時(shí)，使用EMLA模式，而在高速連鑄時(shí)使用MELS模式，使板坯表面渣斑密度明顯減少。502022/7/751用心鑄造世界6.4.2 EMLS對(duì)板坯內(nèi)部質(zhì)量的影響 圖47表示在EMLS模式下，板坯內(nèi)部夾雜物分布的影響。由圖可見，采用EMLS后，大型夾雜物明顯減少，對(duì)25的大型夾雜物數(shù)量減少40%；EMLS的電流強(qiáng)度有個(gè)最佳值，超過最佳值（此處為400A），夾雜物指數(shù)再次增加。512022/7/752用心鑄造世界6.4.3 EMRS對(duì)厚板坯表面氣孔的影響 圖48表示E