目前所使用的电磁搅拌按搅拌方式可分为旋 转型搅拌、直线型搅拌、螺旋搅拌; 按安装位置分 可以分为 4 类: 中包加热用电磁搅拌( HEMS) 、结 晶器电磁搅拌( MEMS) 、冷却段 电磁搅拌( SEMS) 和凝固末端电磁搅拌( FEMS) 。
随着技术的进步, 电磁搅拌技术也在不断地 发展, 单一的电磁搅拌已不再能够满足人们对铸 坯质量的要求, 人们开发了组合电磁搅拌, 如( M + S) EMS 等, 组合电磁搅拌在改进铸坯质量、减少 中心偏析方面又进了一步。
( 1) 钢液的流动状态有利于非金属夹杂物及 气泡的上浮, 降低铸坯内部气泡及夹杂物的含量;
( 2) 抑制弯月面处钢水的波动, 防止保护渣等 外界杂质卷入结晶器钢液内;
( 3) 降低钢水 的过热度, 均匀液相穴 内温度 场, 防止液面温度过高或过低带来的卷渣、结壳等 现象 的 发生, 有利 于 减 少 裂 纹, 提 高 铸 坯的 纯 净度;
( 2) 功率问题, 国内引进的 EMS 多为早期产 品, 功率不足, 无法发挥应有的效用。
( 3) 水质处理问题, 由于 EMS 功率大, 电磁线 圈多采用水内冷, 对水质要求很高, 而国内厂家水 质处理大多达不到标准, 造成线圈及接线处绝缘 损坏;
( 4) 钢种不合适, EMS 对高碳钢、不锈钢、厚板 等特殊钢种的作用比较明显, 普通钢则效果有限, 船板钢和某些低合金钢电磁强搅拌后, 易产生白 亮带和负偏析。
关键词: 电磁搅拌; 等轴晶率; 发展与应用 中图分类号: TF777 文献标识码: B 文章编号: 1008- 4371( 2004) 04- 0045- 05
Development of EMS Technology and its Application in WISCO
ZHOU Han- Xiang1, YU Xue- bin2
20 世纪 80 年代初, 日本川崎钢铁公司和瑞 典 ASEA 公司共同开发了结晶器 电磁制动, 将这 项技术应用于川崎公司的铸机上, 收到良好的冶 金效果。
20 世纪 90 年代相继开发问世了间歇式高频
搅拌器和多频搅拌器, 标志着电磁搅拌技术的发 展和成熟, 使搅拌能数的选取具有更大的灵活性。
电磁搅拌技术的发展和完善, 使其成为影响 铸坯质量的重要手段。
20 世纪 70 年代, 法国钢研院( IRSID) 首次将 线性电磁搅拌技术在方坯连铸机上进行了工业性 试验, 英 国钢公 司( BSC) 也进行 了类 似的试 验。 实验表明, 电磁搅拌使铝硅镇静钢的皮下质量得 到了改善, 在试验中由于采用了低频电磁场, 提高 了搅拌效率, 并允许使用常规铜材料作结晶器, 因 而很快在生产实践中得到应用。
( 2) 20 世纪 80 年代后期, 电磁搅拌得到国家 的高度重视。经过十多年的努力, 我国电磁搅拌 技术终于有了重大突破和发展。1996 年 5 月, 舞 钢首次在大型厚板坯连铸机上成功使用国内自行 设计研制的 SEMS 成套装置, 标志我国结束了完 全依靠引进进口电磁搅拌装置的历史。这些装置 的制作水平和使用效果已达到引进装置的水平, 因此, 促进 EMS 进口价格大幅下跌。
板坯连铸 机电 磁搅拌 技术开 发较 晚。1978 年法国钢研院在西德 Eillingen 厂的板坯连铸机首 次使用了电磁搅拌技术, 其方法是结晶器宽面 铜板后面的冷却水箱内装有线圈, 产生竖直方向 的线性搅拌, 经搅拌后发现低碳铝镇静钢的皮下 质量的明显改善。后来, 日本 Kobe Steel Ltd. 在弧 形板坯铸机上安装了直线型电磁搅拌器, 同样铸 坯质量得到改善。
1 电磁搅拌技术的发展
1. 1 电磁搅拌技术在国外的发展和应用情况 电磁搅拌( EMS) 是由瑞典 ASEA 公司首先提
出的[ 6] 。1932 年, Dreyfus 博士从法拉第的电磁感 应原理中发现, 低速移动着的感应磁场能在钢水 中产生强力的搅拌作用, 于 1948 年制造出世界第 一台电磁搅拌器用于电弧炉炼钢。到 20 世纪 60 年代, 奥地利 Kapfanberg 厂的 Beohler 连铸机已开 始使用电磁搅拌技术浇注合金钢。20 世纪 70 年 代, 科学家在磁流动力学方面取得了重大进展[7] , 电磁搅拌技术逐渐发展和成熟, 为铸坯质量的提 高, 为钢铁冶金生产的全连铸化打下了重要技术 基础。
从以上可以看出, 我国对 EMS 的研究和应用 还比较落后, 因而, 我们必须加大研究力度, 使我 国 EMS 技术进一步地发展。
2 电磁搅拌的冶金效果
电磁搅 拌用 在连铸 钢水 中, 具有 以下 冶金 功能。 2. 1 减少铸坯表面和皮下气孔
电磁搅拌对 皮下气 孔的 影响 见图 1。 图中 可看出, 使用 电 磁搅 拌 后, 铸 坯 气 孔 数 量明 显 减少。
据文献报道[ 10] , 日本神户制钢有限公司研究 了一种新型的电磁搅拌, 即对中包到结晶器之间 的铸流采取电磁搅拌, 解决了浸入式水口堵塞问 题, 实现在整个连铸过程中低过热度浇铸。日本 新日铁目前又开发了一种铸流电磁搅拌[ 11] , 这种 铸流电磁搅拌安装在足辊以下二冷段以上的狭缝 里, 通过改进等轴晶区的比率来减少中心偏析, 防 止内裂的产生。 1. 2 电磁搅拌在国内的发展和应用现状
为电炉连铸, 绝大部分为引进的, 仅有重庆特钢、 宝钢等使用了少量的国产电磁搅拌装置。通过引 进了一批不同位置和类型的 EMS, 使我国 EMS 的 在线 应用 有了 较大 的发 展和 进步。但 是, 由于 EMS 国内的应用研究还不充分, 不少厂家的运用 还不尽人意, 主要存在以下 4 个问题:
( 1) 工艺试验不充分, 未对工艺参数进行充分 优化;
连铸过程中使用了电磁搅拌, 加速了钢液流 动速度, 夹杂物在离心力的作用下上浮至钢液面 并被保护渣 吸收, 因此, 铸坯的夹杂含量明显减 少。图 3 示出了日本神户钢铁公司板坯连铸使用 和未使用电磁搅拌夹杂物的分布对比, 图中可以 看出, 使用电磁搅拌后, 夹杂物明显减少。
图 1 电磁搅拌对皮下气孔的影响
( 4) 加强液相穴钢水的对流运动, 有利于打碎 枝晶, 形成等轴晶, 提高铸坯的等轴晶率, 减少中 心偏析、中心疏松和缩孔, 改善铸坯的凝固组织;
( 5) 减少钢液对初生凝固壳的冲刷, 降低产生 裂纹和拉漏的可能性, 从而有利于实现快速连铸。
武钢技术 2004 年第 42 卷第 4 期 45
周汉香, 等 电磁搅拌技术的发展及其在武钢的应用
随后, 圆坯的旋转搅拌研究取得了突破性进 展。Karl- Heinz Spitzer 等用模型实验和数值模拟 的方法研究了圆坯在旋转搅拌作用下钢水内电磁 场和流场[ 8~ 9] 。在对各种情况计算结果进行分析 的基础上, 讨论了搅拌器的内径、长度、磁感强度、 激磁电流的频率、搅拌器沿长度方向的安装位置 对流场的影响。对有限长搅拌器的非理想情况的 流场分析结果表明: 有限长旋转搅拌器将产生二 次流, 此二次流对整个流场有很大影响。
综述与评论
电磁搅拌技术的发展及其在武钢的应用
周汉香1, 于学斌2
( 1. 武钢技术中心, 湖北 武汉 430080; 2. 武汉科技大学 材料与冶金学院, 湖北 武汉 430081)
摘 要: 电磁搅拌技术能够有效地改善铸坯的质量, 成为金属凝固过程控制的重要手段 之一。论述 了电磁搅拌技术的发展、作用及其在武钢的应用。随着技术的进步和发展, 电磁搅拌技术不断 更新和发 展, 必将迎来一个辉煌的应用前景。
电磁搅拌技术是对金属凝固过程进行控制的 一种有效手 段[ 1~ 2] 。它对提 高铸坯的等轴晶率、 细化凝固组织、改善夹杂物并促进成分均匀化具 有重要作用。
电磁搅拌是利用电磁感应产生的作用来推动 金属有规律地运动, 从而减少枝状晶, 增加等轴晶 率, 达到改善铸坯质量的目的。其实质是借助电 磁力的作用, 使钢液中产生感应电流, 载流钢水在
Keywords: EMS; equi- axis crystal; development and applicat ion
随着连铸技术的应用和发展, 连铸坯的质量 越来越受到重视, 特别是近年来, 超级钢的开发和 应用对铸坯内部的质量、铸坯凝固组织和均质化 的问题提出了更高的要求, 再加上国际市场竞争 的日益激烈化, 因此, 连铸过程中提高铸坯的质量 已成为连铸生产中的首要问题。
我国 20 世纪 70 年代末才开始研究电磁搅拌 技术, 主要经历了 3 个阶段。
( 1) 20 世纪 70 年代末至 80 年代中期, 我国开 始对电磁搅拌进行摸索和探讨, 虽然经过实验及 工业运行, 但性能不 太稳定。20 世纪 80 年代中 期我国引进了一批特钢连铸机, 都配有进口电磁 搅拌装置, 这虽然对我国连铸电磁搅拌技术的发 展起了积极的作用, 但也说明我国当时还不具备 高性能电磁搅拌装置的制造能力。
Abstract: The electromagnet ic stirring technology has already been one of the most important methods to control the metal solidification process since it can very effectively improve the slab qual ity. The present paper expounds the progress of EMS technology, its function and application in WISCO. The EMS technology will continually advance and usher in a very splendid t ime of applica t ion with development of new technologies.
2. 2 改善铸坯和轧材表面质量 合理地选用电磁搅拌的参数可以显著地减少
铸坯表面缺陷, 从铸坯表面至 15 mm 深处裂纹指 数均稳定在较低水平。图 2 示出了日本神户钢公 司采用电磁搅拌后对铸坯的皮下裂纹的影响。采 用电磁搅拌后, 铸坯清理率从 20 % ~ 25 % 下降到 2 % ~ 3 % , 清理损耗减少了 3 % [ 5] 。