1號板坯連鑄機二冷區電磁攪拌技術

魯 軍 李大吉 王豫東 吾 塔

（新疆八一鋼鐵股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830022）

前言

在連鑄設備正常運行和連鑄工藝穩定的前提下，采用二冷區電磁攪拌，借助電磁力強化鑄坯中液相穴內未凝固鋼液的運動，從而改變鋼水凝固過程中的對流、傳熱和傳質過程，使鋼液的凝固與鑄坯冶金凝固機理相吻合，從而提高鑄坯等軸晶率，減輕中心偏析、中心縮孔、中心疏松，改善鑄坯內部質量。

板坯連鑄機二冷區電磁攪拌要獲得良好的冶金效果，攪拌位置、攪拌區有效作用長度和攪拌參數的選擇至關重要。而最佳攪拌位置和攪拌區有效作用長度的確定需綜合考慮生產鋼種、鑄坯斷面、過熱度、拉坯速度、冷卻制度、冶金長度和鑄機結構等。

1 1號板坯連鑄機二冷區電磁攪拌型式

板坯連鑄機二冷區電磁攪拌的型式主要有三種，單邊行波磁場型、雙邊行波磁場型和輥式行波磁場型[1]。單邊行波磁場型在內弧側的支撐輥后面沿拉坯方向布置一臺行波磁攪拌器，激發垂直向下或向上的行波磁場，內弧側鋼液由凝固前沿向下或向上流動，外弧側鋼液向上或向下流動，形成單一的環流，環流中心偏向內弧。雙邊行波磁場型是在內外弧的寬面上沿板寬方向水平布置一對攪拌器，激發方向相同水平行進的磁場，導致鋼液沿板寬向一個方向流動，沖擊窄面坯殼后分裂成上下兩股流動，在有效攪拌區上下各形成一個環流。但上環流區相對下環流區鋼液溫度高，粘性小，因而上環流區比下環流區要大。輥式行波磁場型，又稱電磁攪拌輥型，使用4個攪拌輥在內外弧組成兩對，若上下兩對攪拌輥的有效攪拌區的流動方向一致，則形成兩個蝶形流動；若上下兩對攪拌輥的流動方向相反，則在兩對輥之間形成一個大的環流，而在上一對輥的上方和下一對輥的下方又各形成一個小環流，3個環流中心的流速為零。板坯連鑄機二冷區電磁攪拌三種型式優缺點比較如表1所示。

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由表1可看出，電磁攪拌輥型安裝靈活，不需改變輥列結構，不需改變扇形段設計，是其他兩種類型電磁攪拌不可比擬的。根據1號板坯連鑄機扇形段的輥子布置狀況和二冷區電磁攪拌型式的生產應用反饋，確定1號板坯連鑄機二冷區電磁攪拌采用電磁攪拌輥型式。

電磁攪拌輥將感應器做成長軸形，安裝在非磁性特殊輥套內，外形大小與連鑄機常規支承輥相近，工作時輥套隨鑄坯移動作旋轉運動。由于受輥內安裝空間限制，電磁攪拌輥如果采用常規電磁輥，磁場強度偏小，決定采用岳陽中科發明的高磁場電磁攪拌輥，以最大限度提高電磁推力。高磁場電磁攪拌輥主要有如下特點：

1)采用無齒槽的圓柱形鐵芯繞組連繞技術，最大限度提高繞組的空間利用率，增加鐵芯的導磁面積，從而增加磁通密度，加大電磁推力。2)采用在除工作面以外的其他面加裝磁屏蔽環的專利設計，最大限度的防止磁場從不作功的方向泄露，從而大大增加工作面的磁通密度，增加電磁推力。3)采用優質取向硅鋼Q120B作鐵芯疊片，增加了電磁攪拌輥內部的磁場強度，改善電磁攪拌輥鐵芯飽和度，降低了電磁攪拌輥本身的損耗。4)電磁攪拌輥輥套采用進口高Ni-Cr耐熱耐磨特種不銹鋼制作，確保鑄機安全正常生產，同時加強透磁性能。5）輥套盡可能采用大直徑輥套，在寬度方向增加一個輔助支架，減少輥套的彎曲變形。

2 1號板坯連鑄機二冷區電磁攪拌安裝位置

1號板坯連鑄機的拉坯速度如表2所示。

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根據表2的生產工藝參數，模擬計算得出鑄坯凝固曲線，如圖1所示。

圖1 鑄坯凝固曲線

由圖1可看出，在距彎月面約4.1m～6.9m范圍內，鑄坯未凝固率在60%～48%之間。根據現代電磁攪拌冶金原理的“熱模型理論”及“機械模型理論”，當鑄坯未凝固率指標在60%～48%之間時，可以得到最佳的攪拌效果。1號扇形段的第1對輥和第7對輥位位置距彎月面大致在4.1和6.9m處。因此選擇在1號扇形段的1號、7號輥位安裝電磁攪拌輥，如圖2所示。

3 1號板坯連鑄機二冷區電磁攪拌系統組成

1號板坯連鑄機二冷區電磁攪拌系統由供電 (變壓器及高、低壓配電)、變頻電源、電磁攪拌輥、冷卻水裝置及遠程監控操作五部分組成，主要包括以下設備：

圖2 1號板坯連鑄機電磁攪拌扇形段

1)1臺主干式變壓器，容量：500KVA、原邊電壓：10KV，副邊電壓：400V；2)1面電源分配及工控柜；3)2面變頻電源柜；4)2對（4根）高磁力電磁攪拌輥 ；5)1套冷卻水裝置；6)1套自動制純水裝置；7)1套遠程監控操作系統。10KV高壓電源經高壓開關柜送至主變壓器變壓至400V后送至電源分配柜，電源分配柜進行分配后分別送至2個變頻電源柜，經變頻電源柜變頻變壓后輸出一個頻率在1～16Hz，電流最大400A的低頻電源至電磁攪拌對輥。一個變頻電源柜帶一對輥。電磁攪拌雙輥系統構成如圖3所示。

冷卻水裝置由自動純水制備 、純水箱、純水泵、熱交換器、離子交換柱、磁過濾器、流量調節、流量檢測、壓力檢測、溫度檢測及水質檢測等組成。其中純水泵為一備一開。流量調節置于電磁攪拌輥之前，可按要求分配每臺電磁攪拌器本體的用水量。流量檢測用于對每臺電磁攪拌器用水量的遠程控制，具有流量偏低報警功能，防止電磁攪拌輥缺水。溫度檢測用于觀察電磁攪拌輥出水的溫度情況，為流量調節提供依據。水質檢測用于觀察純水塔內水的電導率并具報警功能。對水系統可實現遠方和當地操作功能，對流量、壓力、溫度、水位、水質的運行狀態實現遠方監測功能。當出現不正常時，向遠方輸送報警信息，同時當地輸出硬結點，作為報警信號或者聯停逆變系統。

4 二冷區電磁攪拌對鑄坯質量改善

采用二冷區電磁攪拌，可以改善鑄坯內部質量、提高等軸晶率、減少中心偏析。在連鑄機正常工作下應達到以下考核指標：

1)鑄坯內部裂紋：用肉眼應觀察不到裂紋。經低倍檢驗，內部裂紋保證值見表3。2)鑄坯等軸晶率：等軸晶率定義為鑄坯厚度方向等軸晶線寬度和鑄坯斷面厚度之比。根據鋼種碳含量不同，等軸晶率的保證值如表4所示。3)鑄坯中心偏析：中心偏析硫印評級分A、B、C三類。

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A類：有連續性偏析帶，分為1.5～4.5級。B類：有明顯但不連續的偏析帶，分為1.5～4.5級。C類：有不連續不清晰的偏析斑點，分為0～3級。經電磁攪拌后應無A類偏析，B類偏析不超過20%，其余應為C1.5級以下的偏析。4)中心疏松和中心縮孔：≥80%試樣為1級，≤20%試樣為2級，2級以上為0。

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[1]向亞云主編.鋼鐵冶煉技術工藝常見疑難問題解答及處理方法－疑難問題解析十萬個為什么與怎么辦 [M].中國科技文化出版社,2005年4月：991.