冶金行業(yè)板坯連鑄結(jié)晶器電磁控流技術(shù)

板坯連鑄結(jié)晶器電磁控流技術(shù)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)率已成為當今板坯連鑄技術(shù)追求的目標。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，以實現(xiàn)高生產(chǎn)率的技術(shù)為背景，已意識到結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動控制技術(shù)，對實現(xiàn)連鑄機的高質(zhì)量板坯和高生產(chǎn)率具有重大影響。為此從1980年開始，各國都強化努力發(fā)展各種板坯連鑄結(jié)晶器電磁控流技術(shù)。目前處于實用的結(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（AC型）強化鋼水流動的“攪拌效應(yīng)”如MEMS和EMLA/EMLS；另一類是利用恒定磁場（DC型）制動流股使其減速的“制動效應(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。2022/12/721、前言用心鑄造世界22022/12/73用心鑄造世界2022/12/732、板坯連鑄結(jié)晶器鋼水流動控制的重要性用心鑄造世界圖1板坯結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動現(xiàn)象2.1當今板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動的主要問題：圖1表示板坯結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動現(xiàn)象。由圖可見①從SEN側(cè)孔吐出的流股帶著氣泡和夾雜物高速沖擊窄面，使坯殼重熔，甚至造成漏鋼、表面和皮下裂紋。②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，引起彎月面波動加劇，導(dǎo)致保護渣卷吸而被初生坯殼的凝固鉤捕獲，形成表面和皮下夾雜；波動的傳播導(dǎo)致保護渣鋪展不勻，易產(chǎn)生，表面和皮下裂紋。③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。圖2表示結(jié)晶器內(nèi)流動控制的基本現(xiàn)象及其控制概念。2022/12/742、板坯連鑄結(jié)晶器鋼水流動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渣型夾雜物的產(chǎn)生彎月面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的電磁制動圖2結(jié)晶器內(nèi)流動控制的基本現(xiàn)象和控制概念板坯結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動控制的主要目的是：①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0.20～0.40m/s。②借助結(jié)晶器內(nèi)的流動控制，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降低，縮短凝固鉤長度，使坯殼生長均勻，減少表面裂紋和穩(wěn)定操作。③結(jié)晶器內(nèi)的流動控制，減輕了結(jié)晶器振動引起的初生坯殼端部附近流動的變化，這些流動的微小變化易使氣泡和夾雜物被凝固鉤捕獲；④在結(jié)晶器SEN內(nèi)，在澆鑄過程的多數(shù)場合需要吹入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；⑤由于結(jié)晶器寬度尺寸的變化而產(chǎn)生的流動的變動也是發(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中的吐出流在時間上也有大的振蕩，因此不僅要求平均流速而且其隨時間的變動都要適當。2022/12/752.2結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動控制的目的用心鑄造世界簡單地說，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和液面位置的變化，當拉速增加時，彎月面處的流動加劇，彎月面波動也隨之加大。借助水模試驗和流動的動量平衡，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。2022/12/762.3結(jié)晶器內(nèi)彎月面波動控制的準數(shù)用心鑄造世界圖3板坯結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動判據(jù)（F值）由圖3可見，測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指數(shù)

F=（1）由圖4可見，當F值太大時，彎月面下流速和彎月面波動也大，容易發(fā)生卷渣，當F值太小時，懸浮在結(jié)晶器內(nèi)鋼水中的非金屬夾雜物如保護渣和脫氧產(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)域外會增加鑄坯的夾雜物缺陷的原因。2022/12/77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3.1主要模式從1980年代初起，對利用電磁力的非接觸控制技術(shù)進行了廣泛深入的研究開發(fā)并實用化，其中有代表性的是：①1981年新日鐵（NSC）的基于雙邊行波磁場的結(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配備了MEMS。我國寶鋼、神戶鋼廠和臺灣中鋼公司等也都引進了新日鐵的MEMS。2022/12/783、結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動控制技術(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)②1982年由川崎制鋼（KSC）和ASEA（ABB）基于直流磁場的結(jié)晶器電磁制動技術(shù)。該技術(shù)先后開發(fā)了三種類型：局部區(qū)域磁場（EMBr）、全幅一段磁場（LMF）、全幅二段磁場（FCmold—Flowcontrolmold），見圖6。2022/12/79用心鑄造世界圖6板坯結(jié)晶器電磁mjjhuuhjhjhj制動構(gòu)形示意圖③1991年由日本鋼管（NKK）基于四個行波磁場的流動控制技術(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世紀初，由NKK和Rotelec在上述基礎(chǔ)上開發(fā)的多模式電磁攪拌技術(shù)MM—EMS(MultModeEMS)即EMLS、EMLA和EMRS等，見圖7。2022/12/710用心鑄造世界圖7板坯結(jié)晶器多模式電磁控流技術(shù)三種電磁流流動控制技技術(shù)的主要要特點見表表1。表1各種流動控控制技術(shù)的的重要特點點第四級2022/12/6113.2三種電磁流流動控制技技術(shù)的主要要特點用心鑄造世世界MEMSEMBrMM-EMS攪拌器配置方式沿板坯寬面配置兩臺攪拌器沿板坯寬面配置兩臺制動器沿板坯寬面配置四臺攪拌器安裝位置介于彎月面和水口側(cè)孔之間水口側(cè)孔吐出的流股主流處結(jié)晶器半高處磁場形態(tài)行波磁場恒定直流磁場行波磁場電源低頻、三相直流低頻、兩相流動形態(tài)加速鋼水使其水平旋轉(zhuǎn)制動從側(cè)孔吐出的流股，使其減速可使鋼水加速或減速或水平旋轉(zhuǎn)控制特征能動控制被動控制能動控制對結(jié)晶器要求低電導(dǎo)率的薄銅板常規(guī)銅板低電導(dǎo)率薄銅板主要應(yīng)用范圍中厚板、低拉速薄板坯、高拉速中厚板坯、高拉速4.1MEMS的流場和電電磁力和流流動特征4.1.1電磁力的產(chǎn)產(chǎn)生當電磁攪拌拌器饋給多多相（兩相相或三相））交流電時時，就在其其中激發(fā)向向一個方向向行進的行行波磁場，，該磁場不不僅有一定定的運動速速度和強度度，而且還還有方向的的交替變化化。當它滲滲透到鋼水水中就會在在其中產(chǎn)生生感應(yīng)電流流，該感應(yīng)應(yīng)電流與當當?shù)卮艌鱿嘞嗷プ饔?，，就在鋼水水中產(chǎn)生電電磁力：（2）電磁力是體體積力，作作用在鋼水水的每個體體積元上，，從而推動動鋼水運動動。其電磁力的的特征是：：①電磁力的的方向始終終與行波磁磁場方向相相一致；也也與鋼水運運動方向相相一致；②即使鋼水水的流速，，仍然有電電磁力作用用在鋼水中中，仍然可可以借助電電磁攪拌控控制鋼水的的流動，因因此，MEMS具有主動控控制的特征征。2022/12/6124、板板坯坯連連鑄鑄結(jié)結(jié)晶晶器器電電磁磁攪攪拌拌（（MEMS）技技術(shù)術(shù)用心心鑄鑄造造世世界界4.1.2水平平旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)攪攪拌拌的的電電磁磁力力旋旋渦渦和和流流動動特特征征①在在兩兩個個寬寬面面即即F（固固定定））面面和和L（可可動動））面面上上配配置置一一對對行行波波磁磁場場攪攪拌拌器器，，其其行行波波磁磁場場方方向向相相反反，，因因而而流流動動方方向向也也相相反反，，使使鋼鋼水水形形成成一一個個大大環(huán)環(huán)流流，，故故稱稱水水平平旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)攪攪拌拌，，見見圖圖8，在在不不同同的的板板寬寬和和拉拉速速下下，，其其流流動動的的形形貌貌是是相相似似的的，，無無論論在在高高拉拉速速或或低低拉拉速速下下，，沿沿寬寬面面的的流流動動是是均均勻勻的的。。2022/12/613用心心鑄鑄造造世世界界圖8水平旋轉(zhuǎn)攪拌的流動形貌②由由于于F和L面的的行行波波磁磁場場方方向向相相反反，，兩兩者者作作用用的的結(jié)結(jié)果果，，在在鋼鋼水水內(nèi)內(nèi)部部的的磁磁場場分分布布在在局局部部地地方方場場強強為為零零，，其其數(shù)數(shù)目目與與攪攪拌拌器器線線圈圈的的極極數(shù)數(shù)相相同同。。由由于于局局部部地地方方場場強強為為零零，，電電磁磁力力也也為為零零，，從從而而導(dǎo)導(dǎo)致致鋼鋼水水內(nèi)內(nèi)電電磁磁力力旋旋渦渦的的出出現(xiàn)現(xiàn)，，見見圖圖9。這這是是水水平平旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)攪攪拌拌的的一一個個特特征征。。③盡盡管管電電磁磁力力呈呈現(xiàn)現(xiàn)旋旋渦渦分分布布，，但但鋼鋼水水表表面面的的流流速速分分布布幾幾乎乎接接近近水水平平旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)而而沒沒有有出出現(xiàn)現(xiàn)旋旋渦渦，，這這是是由由于于流流體體的的連連續(xù)續(xù)性性和和慣慣性性效效應(yīng)應(yīng)掩掩蓋蓋了了電電磁磁力力旋旋渦渦的的結(jié)結(jié)果果。。2022/12/614用心心鑄鑄造造世世界界圖9水平平旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)攪攪拌拌的的電電磁磁力力旋旋渦渦4.1.3在結(jié)結(jié)晶晶器器內(nèi)內(nèi)鋼鋼水水攪攪拌拌流流動動的的洗洗凈凈效效果果①清清洗洗非非金金屬屬夾夾雜雜物物圖10顯示示結(jié)結(jié)晶晶器器內(nèi)內(nèi)鋼鋼水水攪攪拌拌流流動動的的洗洗凈凈作作用用而而使使鑄鑄坯坯凈凈化化的的過過程程：：●由由行行波波磁磁場場驅(qū)驅(qū)動動的的鋼鋼水水的的攪攪拌拌流流動動洗洗滌滌被被枝枝晶晶間間捕捕獲獲的的非非金金屬屬夾夾雜雜物物并并防防止止它它們們被被初初始始凝凝固固鉤鉤捕捕獲獲。。●被被清清洗洗出出的的非非金金屬屬夾夾雜雜物物向向中中心心集集中中，，彼彼此此碰碰撞撞而而聚聚集集并并向向彎彎月月面面上上浮浮。。●上浮到到彎月面的非非金屬夾雜物物被融熔保護護渣捕獲，從從而從板坯中中去除。②結(jié)晶器中鋼鋼水溫度均勻勻化和坯殼均均勻化由于鋼水流動動也可使結(jié)晶晶器內(nèi)溫度分分布均勻，減減少初期凝固固殼厚度的偏偏差，從而使使初生坯殼的的變形因局部部凝固遲后而而減輕，起到到防止鑄坯縱縱向裂紋的作作用。2022/12/615用心鑄造世界界4.2.1MEMS的冶金機理圖11表明了彎月面面處電磁攪拌拌的冶金機理理，及其對板板坯質(zhì)量的影影響和成本優(yōu)優(yōu)勢之間的關(guān)關(guān)系。4.2MEMS的冶金機理和和效果4.2.2MEMS對鑄坯質(zhì)量的的影響4.2.2.1提高表面和皮皮下清潔度(1)MEMS對不同澆鑄期期鑄坯表面潔潔凈度的影響響圖12是有和無MEMS時不同澆鑄期期的鑄坯表面面潔凈度。(2)凝固前沿平均均流速對鑄坯坯皮下潔凈度度的影響圖13凝固前沿鋼水水流速對皮下下潔凈度的影影響MEMS的目的之一是是借助增加凝凝固前沿附近近的流速來控控制皮下潔凈凈度，為使這這種控制最佳佳化，需要了了解必要的流流速和表面潔潔凈度之間的的關(guān)系。由圖圖13可見，凝固前前沿的鋼水流流速增加被捕捕獲的夾雜物物數(shù)量減少，，即使鋼水內(nèi)內(nèi)含有外來夾夾雜物或卷吸吸的保護渣。。圖12MEMS對不同澆鑄期期鑄坯表面潔潔凈度的影響響圖14表示有和無MEMS的板坯內(nèi)部夾夾雜物數(shù)量的的直方圖。由由圖可見，采采用MEMS后，氧化鋁簇簇數(shù)量減少不不多，而球形形夾雜物有明明顯減少，這這是因為鋼水水流動引起球球形夾雜物的的結(jié)團和聚合合比氧化鋁簇簇更容易些。。因為球形夾夾雜物是夾雜雜物的實質(zhì)部部分，因此夾夾雜物數(shù)量總總體上明顯減減少。圖14MEMS對Si沸騰中碳鋼夾雜物數(shù)量的影響（3）MEMS對鑄坯內(nèi)部潔潔凈度的影響響圖15表示兩個不同同拉速下，MEMS鑄坯表面層中中針孔缺陷的的影響。由圖圖可見，使用用MEMS后針孔缺陷的的數(shù)量大大減減少，沿鑄坯坯寬度方向上上針孔缺陷分分布均勻且穩(wěn)穩(wěn)定在一個較較低水平。2022/12/619（4）MEMS對鑄坯氣泡減減少的效果用心鑄造世界界圖15在不同拉速下下，MEMS對針孔分布的的影響近幾年來，連連鑄技術(shù)的研研究表明，初初期凝固在很很大程度上影影響鑄坯質(zhì)量量特別是表面面質(zhì)量，因此此，控制初期期凝固和凝固固起始點的位位置是采用MEMS的另一目的。。圖16是Si沸騰鋼的板寬寬2200mm、澆鑄速度1.0m/min的有和無MEMS的坯殼剖面的的形貌。圖17表示準沸騰鋼鋼，板坯尺寸寸：250mm××1120～2500mm，拉速：0.7m/min，在有和無MEMS的坯殼厚度隨隨離彎月面距距離的變化。。2022/12/6204.2.2.2借助MEMS控制初期凝固固用心鑄造世界界圖16MEMS對坯殼生長的影響圖17MEMS控制初期凝固固鋼種：準沸騰騰鋼：板坯尺尺寸：250mm××1120～2100mm：0.7m/min由于彎月面周周圍的鋼水流流動容易停滯滯，容易導(dǎo)致致因鑄坯寬度度方向鋼水溫溫度不均而引引起坯殼厚度度不均勻所產(chǎn)產(chǎn)生的縱裂。。特別是中碳碳鋼（C=0.1-0.15%），易發(fā)生因因不均勻冷卻卻而導(dǎo)致的縱縱裂。應(yīng)用MEMS，凝固滯后減減少，坯殼厚厚度變得均勻勻，就可減少少鑄坯縱裂的的發(fā)生，如圖圖18所示。2022/12/621用心鑄鑄造世世界圖18MEMS對鑄坯坯縱裂裂的影影響4.2.2.3減少鑄鑄坯表表面縱縱裂4.2.3MEMS對成品品質(zhì)量量的影影響4.2.3.1MEMS對汽車車外殼殼用超超低碳碳鋼成成品質(zhì)質(zhì)量的的影響響圖19顯示目目前在在減少少汽車車外殼殼板分分層的的效果果。由由于采采用MEMS，減少少鑄坯坯皮下下和內(nèi)內(nèi)部的的條狀狀裂紋紋，從從而在在軋制制過程程中減減少了了分層層的危危險。。圖20表示采采用MEMS后，在在汽車車外殼殼用冷冷軋板板卷上上表面面缺陷陷出現(xiàn)現(xiàn)率減減少了了70%。2022/12/622用心鑄鑄造世世界4.2.3.2MEMS對生產(chǎn)產(chǎn)厚板板和管管線的的高級級鋼的的影響響生產(chǎn)厚厚板和和管線線的高高級鋼鋼，由由于采采用MEMS，控制制了初初期凝凝固，，使在在鑄坯坯表面面縱向向裂紋紋大大大地減減少，，從而而使其其成品品報廢廢指數(shù)數(shù)大大大降低低，見見圖21。5、板坯坯連鑄鑄電磁磁制動動技術(shù)術(shù)5.1電磁制制動的的電磁磁力特特征在板坯坯結(jié)晶晶器兩兩個寬寬面上上，外外加一一對恒恒定磁磁場，，其方方向從從一個個寬面面垂直直穿過過鋼水水到達達另一一個寬寬面。。從SEN吐出的的流股股，以以相當當大的的速度度垂直直切割割外加加的恒恒定磁磁場，，就在在鋼水水中感感生感感應(yīng)電電流，，該感感應(yīng)電電流與與當?shù)氐卮艌鰣鱿嗷セプ饔糜卯a(chǎn)生生電磁磁力：：（3）它們相相互關(guān)關(guān)系見見圖22。由圖圖可見見，電電磁力力與流流股方方向相相反，，從而而制動動了流流股，，使其其減速速，這這就是是制動動效應(yīng)應(yīng)。5.2電磁制制動裝裝置的的結(jié)構(gòu)構(gòu)特征征電磁制制裝置置的基基本特特征綜綜合如如表2。表2三類電電磁制制動裝裝置的的基本本特征征裝置類型EMBrEMBR-Ruler或LMFFC-Mold磁場特征局部區(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板坯的適用性中厚板坯薄板坯厚板坯2022/12/626用心鑄鑄造世世界圖23EMBr的流場形貌圖24LMF的流動動形貌貌圖25FCMold的流場特征2022/12/627用心鑄造世世界LMF受安裝位置置的影響較較大，如果果磁場位置置與SEN的距離較遠遠或SEN吐出角度稍稍不合適，，就會影響響制動效果果。在LMF使用中，有有個最佳磁磁場強度，，其優(yōu)化程程度可以用用公式（4）的磁相互互作用參數(shù)數(shù)N表示：N=（4）當N在3～7之間時，鑄鑄坯中非金金屬夾雜物物最少，如如圖26所示。5.4使用LMF時的優(yōu)化條條件圖26應(yīng)用LMF時，磁相互互作用參數(shù)數(shù)和夾雜物物數(shù)量之間間的關(guān)系2022/12/6285.5電磁制動的的冶金機理理和冶金效效果用心鑄造世世界5.5.1EMBR的冶金機理理EMBR的冶金機理理和冶金效效果綜述于于表3表3EMBR的冶金機理理和冶金效效果冶金機理冶金效果經(jīng)濟效益·制動從浸入式水口側(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·提高彎月面的溫度·減少流股對窄面的沖擊和重熔·實質(zhì)性的減少皮下和內(nèi)部的非金屬夾雜物·有效地消除保護渣卷吸，減少保護渣性夾雜物·實質(zhì)性的減少橫向和縱向裂紋·減少漏鋼危險·有可能提高拉速·實質(zhì)性改進產(chǎn)品質(zhì)量·減少降級和廢品·提高生產(chǎn)率2022/12/629用心鑄造世世界5.5.2EMBR的冶金效果果5.5.2.1促進坯殼均均勻生長過熱的鋼水水流股對窄窄面的沖擊擊消失，消消除了窄面面的初生坯坯殼的重熔熔，使坯殼殼生長均勻勻，因而漏漏鋼和角裂裂的危險大大大減少。。EMBr對窄面坯殼殼生長的影影響見圖27。2022/12/630用心鑄造世世界向上反轉(zhuǎn)流流動的減速速，彎月面面下的水平平流速和湍湍流大大降降低。實踐踐表明，無無論哪種類類型電磁制制動都可使使彎月面下下的水平流流速降低一一半，從而而也穩(wěn)定了了彎月面，，見圖28。因此，彎彎月面下水水平流速的的降低和彎彎月面的穩(wěn)穩(wěn)定是電磁磁制動的主主要效果之之一。圖29表示EMBr對不同鋼種種的彎月面面水平波動動的影響。。由圖可見見，EMBr穩(wěn)定彎月效效果，對包包晶鋼比IF鋼更顯著些些。圖29在LMF作用下彎彎月面水水平波動動圖案5.5.5.2降低彎月月面下的的水平流流速和穩(wěn)穩(wěn)定彎月月面2022/12/6315.5.2.3減小流股股的向下下速度和和侵入深深度用心鑄造造世界圖30表示在EMBr下沿窄面面向下流流動的速速度分布布，由圖圖可見，，在EMBr作用下向向下流動動速度大大大降低低，使流流股侵入入深度由由4m減小到2mm見圖31；FCMold使侵入深深度由6m減小到3.5m；LMF使浸入深深度由6~8m減小到4~6m。圖30在EMBr作用下沿沿窄面的的向下流流速分布布圖31EMBr對流股侵侵入深度度的影響響板坯尺寸寸：220mm×850～1550mm：拉速1.0～2.02022/12/632用心鑄造世界界5.5.2.4對彎月面下鋼鋼水溫度的影影響(1)圖32表示EMBr對板寬方向的的彎月面下鋼鋼水溫度的影影響。據(jù)報導(dǎo)導(dǎo)，EMBr使彎月面下鋼鋼水溫度提高高8～10℃，LMF約提高5～15℃；FCMold約提高5～10℃。(2)圖33表示FCMold的不同磁感應(yīng)應(yīng)強度對鋼水水表面溫度的的影響，鋼水水溫度是在1/4板寬、彎月面面下約30mm處測量的。由由圖可見，鋼鋼水表面溫度度隨磁感應(yīng)強強度幾乎成線線性增加，約約上升5℃。圖32LMF對板寬方向彎彎月面下鋼水水溫度的影響響板坯寬度：1540mm：拉速：1m/min，SEN:-200；孔口：38cm2LMF:全幅一段圖33FCMold對鋼水表面溫溫度的影響板坯寬度：：1250mm；澆鑄量：4.5t/min2022/12/633用心鑄鑄造世世界5.5.2.5對水平平流速速的影影響圖34表示不不同拉拉速下下EMBr對彎月月面下下的水水平流流速的的影響響。圖35表示FCMold對彎月月面下下水平平流速速和穩(wěn)穩(wěn)定彎彎月面面的影影響。。圖34EMBr對彎月月面下下水平平流速速的影影響圖35FCMold對彎月月面下下水平平流速速的影影響板坯尺尺寸：：260mm×800～1900mm，澆鑄鑄量：：3.5～5.0t/min2022/12/634用心心鑄鑄造造世世界界值到到指指出出的的是是，，彎彎月月面面下下的的流流速速要要保保持持某某一一水水平平，，流流速速太太慢慢導(dǎo)導(dǎo)致致向向彎彎月月面面?zhèn)鱾鳠釤釡p減少少，，因因而而增增加加了了初初期期凝凝固固的的凝凝固固鉤鉤長長度度，，產(chǎn)產(chǎn)生生表表面面缺缺陷陷，，見見圖圖36和圖圖37。流流速速太太快快導(dǎo)導(dǎo)致致結(jié)結(jié)晶晶器器保保護護渣渣的的卷卷吸吸。。由由此此可可見見，，在在彎彎月月面面下下保保持持適適當當流流速速，，使使鑄鑄坯坯表表面面和和內(nèi)內(nèi)部部質(zhì)質(zhì)量量保保持持最最好好。。如如圖圖所所示示，，彎彎月月面面下下的的最最佳佳流流速速為為10～20cm/s。圖36彎月月面面流流速速與與鑄鑄坯坯質(zhì)質(zhì)量量的的關(guān)關(guān)系系圖37非金金屬屬夾夾雜雜物物指指數(shù)數(shù)與與彎彎月月面面下下流流速速的的關(guān)關(guān)系系板寬寬：：970～1570mm；拉拉速速：：1.0～2.2m/min;澆注注量量：：2.2～3.8t/min；SEN：7.5～35o2022/12/635用心心鑄鑄造造世世界界5.5.2.6減少少板板坯坯表表面面缺缺陷陷由于于EMBr的作作用用，，降降低低了了從從SEN吐出出的的流流股股的的速速度度，，促促進進了了Ar氣泡泡的的上上浮浮，，從從而而減減少少了了板板坯坯表表面面的的氣氣泡泡，，見見圖圖38。2022/12/636用心心鑄鑄造造世世界界5.5.2.7減少少鑄鑄坯坯內(nèi)內(nèi)部部夾夾雜雜物物圖39表示示有有、、無無EMBr時鑄鑄坯坯內(nèi)內(nèi)部部的的夾夾雜雜物物分分布布。。由由圖圖可可見見，，EMBr能較較大大幅幅度度的的減減少少內(nèi)內(nèi)部部夾夾雜雜物物而而且且使使其其分分布布均均勻勻，，顯顯示示EMBr提高高鑄鑄坯坯內(nèi)內(nèi)部部清清潔潔度度的的良良好好效效果果，，這這也也是是電電磁磁制制動動的的重重要要效效果果之之一一。。2022/12/637用心鑄造造世界5.6提高成品品的質(zhì)量量5.6.1對成品表表面質(zhì)量量的影響響圖40表示在有有和無FCMold時汽車用用超低碳碳鋼卷板板的表面面缺陷指指數(shù)與拉拉速的關(guān)關(guān)系。由由圖可見見，當拉拉速＜1.7m/min時，兩者者表面缺缺陷指數(shù)數(shù)只相差差一半左左右；而而當拉速速＞1.7m/min時，無FCMold的表面缺缺陷發(fā)生生率急劇劇上升，，與使用用FCMold相比，表表面缺陷陷指數(shù)上上升5倍以上。。這個結(jié)結(jié)果表明明，由于于FCMold的上段磁磁場的作作用，降降低了彎彎月面下下的流速速和湍流流，減小小彎月面面的波動動，使保保護渣卷卷吸明顯顯減少。。2022/12/638用心鑄造造世界5.6.2對成品內(nèi)內(nèi)部質(zhì)量量的影響響圖41表示FCMold對制罐用用馬口鐵鐵薄板內(nèi)內(nèi)部缺陷陷的影響響。由圖圖可見，，當使用用FCMold時，其內(nèi)內(nèi)部缺陷陷明顯減減少。這這個結(jié)果果表明，，由于FCMold的作用，，使鋼水水向下侵侵入深度度變淺，，非金屬屬夾雜物物易于上上浮，鑄鑄坯內(nèi)部部夾雜物物大大減減少，提提高了鑄鑄坯的清清潔度，，從而使使成品質(zhì)質(zhì)量明顯顯提高。。據(jù)報導(dǎo)，，對于寬寬板坯和和高通鋼鋼量，在在EMBR的最佳運運行條件件下，冷冷軋產(chǎn)品品的不合合格率減減少33%；對板寬寬大于1400mm，不合格格率則更更低。2022/12/639用心鑄造造世界6、板坯連連鑄結(jié)晶晶器多模模式電磁磁攪拌技技術(shù)（MM-EMS：MultMode-EMS）結(jié)晶器多多模式電電磁攪拌拌技術(shù)是是在同一一臺連鑄鑄機上使使用同一一套電磁磁攪拌器器組成不不同的運運行模式式，即EMLA、EMLS、EMRS，統(tǒng)稱MM-EMS。6.1開發(fā)背景景①眾所周周知，當當今連鑄鑄機已不不是生產(chǎn)產(chǎn)單一鋼鋼種和單單一斷面面的設(shè)備備，已成成為包括括各類鋼鋼種、不不同斷面面和拉速速的復(fù)合合產(chǎn)品的的混合體體。②連鑄實實踐表明明，在連連鑄過程程中的基基本要求求是提供供高潔凈凈的鋼水水，從而而避免來來自夾雜雜物造成成的板坯坯表面和和內(nèi)部缺缺陷。③連鑄鑄實踐踐還表表明，，控制制彎月月面附附近鋼鋼水流流動或或是彎彎月面面的波波高是是改進進鑄坯坯表面面和內(nèi)內(nèi)部質(zhì)質(zhì)量的的重要要因素素。392022/12/640用心鑄鑄造世世界圖42表示冷冷軋鋼鋼卷表表面缺缺陷與與窄面面附近近彎月月面波波高（（△X）的關(guān)關(guān)系。。由圖圖可見見△X過大或或過小小，表表面缺缺陷指指數(shù)都都變大大。由上所所述，，要使使鑄坯坯進而而產(chǎn)品品質(zhì)量量缺陷陷盡可可能少少，必必須根根據(jù)澆澆鑄參參數(shù)的的變化化將結(jié)結(jié)晶器器內(nèi)的的鋼水水流動動，特特別是是彎月月面附附近的的流動動控制制在一一個恰恰當范范圍內(nèi)內(nèi)，實實踐表表明，，彎月月面附附近的的流速速控制制在0.12-0.2m/s，或窄窄面附附近彎彎月面面波高高控制制在5-9mm內(nèi)，鑄鑄坯和和產(chǎn)品品質(zhì)量量最好好。為為此開開發(fā)了了結(jié)晶晶器多多模式式電磁磁攪拌拌技術(shù)術(shù)。圖42板坯表面缺陷與彎月面波高的關(guān)系2022/12/641用心鑄造世世界6.2工作原理和和技術(shù)特點點6.2.1工作原理其裝置的構(gòu)構(gòu)成是：在在板坯兩個個寬面上分分別布置兩兩對行波磁磁場攪拌器器，其寬度度與結(jié)晶器器寬度相同同，見圖7。圖7板坯結(jié)晶器多模式電磁控流技術(shù)412022/12/642用心鑄造世世界6.2.2技術(shù)特征結(jié)晶器多模模式電磁攪攪拌技術(shù)的的特征是，，根據(jù)不同同的澆鑄條條件，通過過選擇和調(diào)調(diào)節(jié)加于從從SEN吐出的流股股上的水平平電磁力的的方向和大大小，控制制結(jié)晶器內(nèi)內(nèi)特別是彎彎月面附近近的流動。。●在高高澆鑄速度度時，目的的是制動流流股，降低低彎月面附附近的流動動速度，以以避免彎月月面的不穩(wěn)穩(wěn)定或波動動；●在低低澆鑄速度度時，目的的是加速流流股，提高高彎月面附附近的流動動速度，，使過熱鋼鋼水將熱量量傳給彎月月面；同時時也提高對對凝固前沿沿的清洗作作用。●在澆澆鑄開始和和終了及大大包交換期期等不正常常澆鑄期的的澆鑄速度度變化時，，適時調(diào)節(jié)節(jié)鋼水的流流動。由此可見，，在不同澆澆鑄條件下下，可以借借助結(jié)晶器器多模式電電磁攪拌裝裝置，使結(jié)結(jié)晶器內(nèi)的的流動特別別是彎月面面附近的流流動控制在在一個最佳佳范圍內(nèi)，，從而使鑄鑄坯表面和和皮下夾雜雜物含量大大大減少。。2022/12/643用心鑄造世界界6.2.3與EMBR和常規(guī)的MEMS的主要區(qū)別：：由上述結(jié)晶器器電磁控流技技術(shù)的工作原原理和技術(shù)特特征可以看出出，與EMBR和常規(guī)的MEMS的主要區(qū)別是是：●基于恒恒定磁場的結(jié)結(jié)晶器電磁制制動技術(shù)（EMBR）只能對從SEN吐出的流股產(chǎn)產(chǎn)生制動作用用，制動力的的大小大體上上與流股的速速度成正比，，對速度為零零的鋼水不起起作用；更不不能使鋼水加加速。●基于行行波磁場的常常規(guī)的結(jié)晶器器電磁攪拌技技術(shù)（MEMS），在結(jié)晶器器的兩個寬面面上激發(fā)方向向相反的行波波磁場，產(chǎn)生生方向相反的的電磁力，從從而使鋼水產(chǎn)產(chǎn)生水平旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)攪拌，一般般說來，它只只起了使鋼水水加速的作用用，而不能制制動鋼水?！駥τ诮Y(jié)結(jié)晶器多模式式電磁攪拌技技術(shù)（MM-EMS），不僅可以以產(chǎn)生制動力力，使從SEN兩側(cè)孔吐出的的流股同時減減速；也可以以產(chǎn)生加速力力，使從SEN兩側(cè)孔吐出的的流股同時加加速。這樣可可以按照不同同的斷面、澆澆鑄速度等澆澆鑄條件和鋼鋼種來選擇最最合適的攪拌拌和制動方式式，這就使系系統(tǒng)操作極其其靈活。432022/12/644用心鑄造世界界6.3MM-EMS的冶金機理與與冶金效果6.3.1MM-EMS的冶金機理和和冶金效果6.3.1.1表4綜述了MM-EMS的冶金機理和和效果表4MM-EMS的冶金機理和和效果模式主要應(yīng)用范圍冶金機理冶金效果EMLS高拉速、高通鋼量·降低過大的窄面波高?！そ档瓦^高的彎月面流速·降低過大的彎月面波高·防止在窄面附近的保護渣減薄·防止保護渣膜的剪切·減少保護渣性缺陷（條狀和鉛筆狀裂紋）·提高窄面潤滑·減少漏鋼事故和報警EMLA低拉速、低通鋼量（特別是開澆、大包和中包交換期、終澆）·改進向彎月面的傳熱·改進保護渣的熔融·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沸騰鋼、彩涂鋼、鍍錫板鋼和飲料罐鋼等等·從表面和皮下機械去除氣孔和針孔·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)靜鋼中氬基針孔·減少準沸騰鋼中CO基氣孔·減少包晶鋼中縱向裂紋2022/12/645用心鑄造世界界6.3.1.2各種鋼水流動動的冶金問題題和MM-EMS的對對策策表5綜述述了了各各種種鋼鋼水水流流動動產(chǎn)產(chǎn)生生的的冶冶金金問問題題和和MM-EMS的對對策策。。表5各種種鋼鋼水水流流動動產(chǎn)產(chǎn)生生的的冶冶金金問問題題和和MM-EMS的對對策策相關(guān)冶金問題誘發(fā)的鋼缺陷的例子對策過大的窄面波高過強的彎月面流速過強的結(jié)晶器液面波動在窄面附近的保護渣減薄結(jié)晶器保護渣剪切結(jié)晶器保護渣基缺陷（條狀和管狀裂紋）潤滑損失漏鋼事故漏鋼報警EMLS減少向彎月面的傳熱減少保護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)報警EMLA鋼水反轉(zhuǎn)流動急劇/局部彎月面流速增加熔融渣卷吸熔融渣旋渦板坯澆鑄異常板坯降級各種未明了的缺陷在SEN附近的保護渣減薄鋼水無反向全動量向窄面流動向板坯邊緣無反向驅(qū)動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452022/12/646用心鑄鑄造世世界不對稱/不平衡流動結(jié)晶器液面波動不均勻熔融保護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基氣孔在準沸騰鋼中CO基針孔表5各種鋼鋼水流流動產(chǎn)產(chǎn)生的的冶金金問題題和MM-EMS的對策策（續(xù))2022/12/647用心鑄鑄造世世界6.3.2MM-EMS的冶金金功能能6.3..2.1EMLS/EMLA在鋼水水表面面流速速的影影響圖43表示EMLS/EMLA對鋼水水流速速的影影響。。由圖圖可見見，在在高拉拉速條條件下下，鋼鋼水表表面流流速隨隨EMLS的電流流強度度的增增加而而減小小，而而在低低拉速速條件件下，，鋼水水表面面流速速隨EMLA的電流流強度度增加加而增增加。。這些些結(jié)果果表明明，正正確地地控制制EMLS/EMLA就有可可能對對不同同澆鑄鑄工藝藝建立立同一一的鋼鋼水表表面速速度。。472022/12/648用心鑄鑄造世世界6.3.2.2MM-EMS對彎月月面波波動的的影響響圖44表示在MM-EMS模式下的彎彎月面形貌貌即在結(jié)晶晶器中鋼水水流動形貌貌和鋼水流流速。由圖圖可見，由由于在MM-EMS模式下，彎彎月面脈動動約減小50%，使得彎月月面形貌變變得更平穩(wěn)穩(wěn)。2022/12/649用心鑄造世世界6.3.2.3EMLA對彎月面溫溫度的影響響圖45表示在EMLA模式下所測測得的彎月月面溫度隨隨時間的變變化。在EMLA模式下，由由于從SEN吐出的流股股被加速，，導(dǎo)致沿窄窄面上升的的反轉(zhuǎn)流動動增大，過過熱鋼水不不斷向彎月月面?zhèn)鳠?，，從而使彎彎月面附近近的溫度升升高?022/12/650用心鑄造世世界6.4MM-EMS在板坯質(zhì)量量上的影響響6.4.1EMLA/EMLS對板坯表面面質(zhì)量的影影響圖46表示EMLA/EMLS對板坯表面面質(zhì)量的影影響。由圖圖可見，在在低速連鑄鑄時，使用用EMLA模式，而在在高速連鑄鑄時使用MELS模式，使板板坯表面渣渣斑密度明明顯減少。。2022/12/651用心鑄造世世界6.4.2EMLS對板坯內(nèi)部部質(zhì)量的影影響圖47表示在EMLS模式下，板板坯內(nèi)部夾夾雜物分布布的影響。。由圖可見見，采用EMLS后，大型夾夾雜物明顯顯減少，對對＞25的大型夾雜雜物數(shù)量減減少40%；EMLS的電流強度度有個最佳佳值，超過過最佳值（（此處為400A），夾雜物物指數(shù)再次次增加。2022/12/652用心鑄造造世界6.4.3EMRS對厚板坯坯表面氣氣孔的影影響圖48表示EMRS模式對厚厚板坯表表面氣孔孔減少的的影響。。由圖可可見，采采用EMRS，無論寬寬面或窄窄面，氣氣孔數(shù)量量都明顯顯減少。。這一結(jié)結(jié)果也表