方圓坯特殊鋼連鑄凝固末端電磁攪拌應(yīng)用

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1、方圓坯特殊鋼連鑄凝固末端電磁攪拌應(yīng)用岳陽(yáng)中科電氣有限公司李愛武、蔣海波1、概述連鑄電磁攪拌能有效地改善連鑄坯內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，減少中心偏析及中心縮孔，大大增加等軸晶率。已成為連鑄、特別是品種鋼連鑄必不可少的一種工藝手段。連鑄電磁攪拌的實(shí)質(zhì)在于借助電磁力的作用來強(qiáng)化鑄坯中末凝固鋼液的運(yùn)動(dòng)，從而改變鋼水凝固過程中的流動(dòng)，傳熱和遷移過程，達(dá)到改善鑄坯質(zhì)量的目的。結(jié)晶器電磁攪拌（MEMS）可以明顯改善中碳鋼、中低合金鋼的內(nèi)部及皮下質(zhì)量，但對(duì)于高碳鋼、高合金鋼、不銹鋼等特殊鋼來說，仍存在中心偏析、中心縮孔、中心裂紋等問題，甚至在所謂的糊狀區(qū)終點(diǎn)

2、處形成“V”形槽即“V”形宏觀偏析。尤其對(duì)于象不銹鋼這樣的多合金高合金鋼，由于枝晶發(fā)達(dá)中心裂紋及縮孔非常明顯。要解決這些問題，凝固末端電磁攪拌（FEMS）是一個(gè)非常有效的手段。2、凝固末端電磁攪拌（FEMS）的作用機(jī)理及條件2.1、高碳鋼、高合金鋼連鑄的凝固特征及缺陷高含碳量、高合金含量有使凝固組織惡化的趨勢(shì)。高碳鋼、高合金鋼的液相與固相間溫度區(qū)間較大，凝固間隙長(zhǎng)度增加，粘稠區(qū)加寬。因此容易形成中心偏析、中心裂紋和中心縮孔。這些缺陷對(duì)產(chǎn)品的機(jī)械性能和耐腐蝕性能會(huì)產(chǎn)生有害的影響。在不銹鋼冷軋板中出現(xiàn)單相波紋。宏觀偏析是在凝固末端粘稠區(qū)

3、內(nèi)的溶質(zhì)富集的鋼液由于凝固收縮引起流動(dòng)、沿粘稠區(qū)內(nèi)枝晶間通道傳輸、聚集而成的。顯然它極大地受粘稠區(qū)內(nèi)鋼液流動(dòng)和傳質(zhì)所控制，有時(shí)形成中心偏析，有時(shí)形成V形偏析。中心偏析是由于鑄坯在凝固過程中傾向于生成柱狀晶，產(chǎn)生搭橋現(xiàn)象而產(chǎn)生的。V形偏析形成的原因比較復(fù)雜，主要是由粘稠區(qū)內(nèi)等軸晶凝固時(shí)產(chǎn)生的收縮力及對(duì)鋼液的抽吸力和鋼液沿樹枝晶的滲透引起的，可以用著名的V形偏析凝固模型來解釋。偏析的嚴(yán)重程度與凝固時(shí)間有關(guān)，時(shí)間越長(zhǎng)越嚴(yán)重。由于高含碳量、高合金含量的鋼凝固時(shí)間長(zhǎng)，因此偏析也就更嚴(yán)重。2.2、凝固末端電磁攪拌的冶金機(jī)理a）促進(jìn)柱狀晶向等軸晶

4、轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生寬而細(xì)的等軸晶區(qū)，使之能致密充滿凝固末端；減少二次枝晶的臂間距，以控制粘稠區(qū)的滲透性。9b）提高凝固率，減少凝固時(shí)間間隔。c）在中心區(qū)分散偏析斑點(diǎn)，使粘稠區(qū)變窄。d）保持粘稠區(qū)的流動(dòng)性以及溫度和成分的均勻性。e）阻礙鋼液在枝晶間的滲透和偏析槽的形成。需要指出的是，單一采用凝固末端電磁攪拌冶金效果不會(huì)很明顯。只有組合采用結(jié)晶器+凝固末端電磁攪拌才能有效達(dá)到以上目的。結(jié)晶器電磁攪拌能大幅降低鋼液的過熱度，縮短凝固時(shí)間，從而產(chǎn)生寬且細(xì)的等軸晶區(qū)；而凝固末端電磁攪拌可進(jìn)一步細(xì)化等軸晶并能保持粘稠區(qū)的流動(dòng)以及溫度與成份的均勻。因此可

5、以明顯減輕宏觀偏析。2.3、凝固末端電磁攪拌的最佳攪拌條件a)有效的結(jié)晶器電磁攪拌是保證凝固末端電磁攪拌冶金效果的首要條件有效的結(jié)晶器電磁攪拌可以使鑄坯的凝固組織變?yōu)橹旅艿募?xì)等軸晶，這是凝固末端電磁攪拌產(chǎn)生良好冶金效果的最佳前提，因此必須要先經(jīng)結(jié)晶器電磁攪拌。b)合式的安裝位置凝固末端電磁攪拌所需要解決的冶金問題決定了其安裝位置的極端重要。過早攪拌等同于二冷區(qū)電磁攪拌不能起到應(yīng)有的效果；而過遲攪拌鋼水已經(jīng)凝固，攪拌已失去意義。因此，錯(cuò)誤的安裝位置不但對(duì)需要解決的問題沒有效果，甚至還有可能起反作用。合式的凝固末端電磁攪拌的最佳時(shí)機(jī)應(yīng)該

6、是從固相率為0.1時(shí)開始，綜合連鑄機(jī)的實(shí)際情況，一般認(rèn)為凝固末端電磁攪拌以安裝在鑄坯未凝固率20%-28%的區(qū)域比較合適?？紤]到連鑄工藝的差異性，一般在上下各1米處再預(yù)留2個(gè)安裝點(diǎn)。當(dāng)然，如果能夠做到連續(xù)移動(dòng)是最理想的。值得指出的是：凝固末端位置是受拉速影響的，因此，保持拉速的穩(wěn)定非常重要！c)有效攪拌范圍、攪拌方式及攪拌強(qiáng)度為了盡可能獲得穩(wěn)定優(yōu)良的冶金效果，凝固末端電磁攪拌的攪拌強(qiáng)度、攪拌方式及攪拌范圍都與結(jié)晶器電磁攪拌有較大的區(qū)別，主要表現(xiàn)在：1）為了避免過強(qiáng)的攪拌流沖刷鑄坯凝固前沿而產(chǎn)生負(fù)偏析（白亮帶），末端電磁攪拌一般都采用

7、大范圍且交替攪拌的攪拌方式。2）由于22-28%的未凝固率是用數(shù)學(xué)模型計(jì)算出來的，因此與實(shí)際情況會(huì)有一定出入，同時(shí)由于連鑄機(jī)拉速、二冷配水等工藝參數(shù)的差異性也使得未凝固率存在一定的變化。因此，為了使凝固末端盡可能的涵蓋這一區(qū)域，要求凝固末端電磁攪拌的有效攪拌范圍盡可能的長(zhǎng)。93）完成一個(gè)最佳交替攪拌的周期一般是正轉(zhuǎn)5秒、停頓1秒、反轉(zhuǎn)5秒，共11秒鐘時(shí)間。最高拉速按2.5m/min考慮，11秒鐘的拉坯長(zhǎng)度是458mm；也就是說凝固末端電磁攪拌器的均勻磁場(chǎng)范圍要超過458mm。考慮到電磁攪拌器的端部效應(yīng)，其鐵芯高度至少要在450mm以

8、上。4）為了獲得穩(wěn)定的冶金效果，有效攪拌區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)要求盡可能的均勻。5）攪拌強(qiáng)度要達(dá)到10-20cm/s3、凝固末端電磁攪拌器的技術(shù)特點(diǎn)3.1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電磁攪拌器主要由繞組與鐵芯構(gòu)成。按繞組與鐵芯的結(jié)構(gòu)型式不同，凝固末端電磁攪拌器主