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)的開展和連鑄比的提高，高質(zhì)量鑄坯和高消費(fèi)率已成為當(dāng)今板坯連鑄技術(shù)追求的目的。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)的開展要求獲得各種穩(wěn)定澆注消費(fèi)率的高質(zhì)量板坯的技術(shù)，特別努力于減少外表和內(nèi)部缺陷來消費(fèi)高質(zhì)量的最終產(chǎn)品。從1980年代起，以實(shí)現(xiàn)高消費(fèi)率的技術(shù)為背景，已認(rèn)識到結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動控制技術(shù)，對實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)的高質(zhì)量板坯和高消費(fèi)率具有艱苦影響。為此從1980年開場，各國都強(qiáng)化努力開展各種板坯連鑄結(jié)晶器電磁控流技術(shù)。目前處于適用的結(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(qiáng)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外表和皮下質(zhì)量。后者著眼控制板坯內(nèi)部質(zhì)量。2024/1/521、前言用心鑄造世界22024/1/53用心鑄造世界2024/1/532、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)鋼水流動景象2.1當(dāng)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)鋼水流動景象。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，甚至呵斥漏鋼、外表和皮下裂紋。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，引起彎月面動搖加劇，導(dǎo)致維護(hù)渣卷吸而被初生坯殼的凝固鉤捕獲，構(gòu)成外表和皮下夾雜；動搖的傳播導(dǎo)致維護(hù)渣鋪展不勻，易產(chǎn)生，外表和皮下裂紋。③向下流股侵入液相穴深處，由于注速高，流股速度超越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)流動控制的根本景象及其控制概念。2024/1/542、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(hù)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)流動控制的根本景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控制彎月面下的程度流速和添加凝固前沿的鋼水流速，減少外表和皮下的夾雜物和氣泡。最正確彎月面下的流速為0.12-0.2m/s，而最正確凝固前沿的流速為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(diǎn)降低，縮短凝固鉤長度，使坯殼生長均勻，減少外表裂紋和穩(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)場所需求吹入Ar氣，防止SEN被氧化鋁阻塞，因此，夾雜物、卷入的熔融維護(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)部和外表缺陷的重要緣由；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)生大的缺陷的主要緣由。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底部外形使從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)間的變動都要適當(dāng)。2024/1/552.2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，前者呵斥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動搖和液面位置的變化，當(dāng)拉速添加時(shí)，彎月面處的流動加劇，彎月面動搖也隨之加大。借助水模實(shí)驗(yàn)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。2024/1/562.3結(jié)晶器內(nèi)彎月面動搖控制的準(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)下式定義的彎月面動搖指數(shù)F=〔1〕由圖4可見，當(dāng)F值太大時(shí)，彎月面下流速和彎月面動搖也大，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維護(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)域外會添加鑄坯的夾雜物缺陷的緣由。2024/1/57用心鑄造世界圖4冷軋板卷外表缺陷頻率和F值的關(guān)系3.1主要方式從1980年代初起，對利用電磁力的非接觸控制技術(shù)進(jìn)展了廣泛深化的研討開發(fā)并適用化，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，新日鐵幾乎一切板坯連鑄機(jī)配備了MEMS。我國寶鋼、神戶鋼廠和臺灣中鋼公司等也都引進(jìn)了新日鐵的MEMS。2024/1/583、結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動控制技術(shù)的主要方式用心鑄造世界圖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：部分區(qū)域磁場〔EMBr〕、全幅一段磁場〔LMF〕、全幅二段磁場〔FCmold—Flowcontrolmold〕，見圖6。2024/1/59用心鑄造世界圖6板坯結(jié)晶器電磁mjjhuuhjhjhj制動構(gòu)形表示圖③1991年由日本鋼管〔NKK〕基于四個(gè)行波磁場的流動控制技術(shù)，即可以加速的電磁程度加速器〔EMLA〕，或減速的電磁程度穩(wěn)定器〔EMLS〕。21世紀(jì)初，由NKK和Rotelec在上述根底上開發(fā)的多方式電磁攪拌技術(shù)MM—EMS(MultModeEMS)即EMLS、EMLA和EMRS等，見圖7。2024/1/510用心鑄造世界圖7板坯結(jié)晶器多方式電磁控流技術(shù)三種電磁流動控制技術(shù)的主要特點(diǎn)見表1。表1各種流動控制技術(shù)的重要特點(diǎn)第四級2024/1/5113.2三種電磁流動控制技術(shù)的主要特點(diǎn)用心鑄造世界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的流場和電磁力和流動特征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，該磁場不僅有一定的運(yùn)動速度和強(qiáng)度，而且還有方向的交替變化。當(dāng)它浸透到鋼水中就會在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流與當(dāng)?shù)卮艌鱿嗷プ饔?，就在鋼水中產(chǎn)生電磁力：〔2〕電磁力是體積力，作用在鋼水的每個(gè)體積元上，從而推進(jìn)鋼水運(yùn)動。其電磁力的特征是：①電磁力的方向一直與行波磁場方向相一致；也與鋼水運(yùn)動方向相一致；②即使鋼水的流速，依然有電磁力作用在鋼水中，依然可以借助電磁攪拌控制鋼水的流動，因此，MEMS具有自動控制的特征。2024/1/5124、板坯連鑄結(jié)晶器電磁攪拌〔MEMS〕技術(shù)用心鑄造世界4.1.2程度旋轉(zhuǎn)攪拌的電磁力旋渦和流動特征①在兩個(gè)寬面即F〔固定〕面和L〔可動〕面上配置一對行波磁場攪拌器，其行波磁場方向相反，因此流動方向也相反，使鋼水構(gòu)成一個(gè)大環(huán)流，故稱程度旋轉(zhuǎn)攪拌，見圖8，在不同的板寬和拉速下，其流動的形貌是類似的，無論在高拉速或低拉速下，沿寬面的流動是均勻的。2024/1/513用心鑄造世界圖8程度旋轉(zhuǎn)攪拌的流動形貌②由于F和L面的行波磁場方向相反，兩者作用的結(jié)果，在鋼水內(nèi)部的磁場分布在部分地方場強(qiáng)為零，其數(shù)目與攪拌器線圈的極數(shù)一樣。由于部分地方場強(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。這是程度旋轉(zhuǎn)攪拌的一個(gè)特征。③雖然電磁力呈現(xiàn)旋渦分布，但鋼水外表的流速分布幾乎接近程度旋轉(zhuǎn)而沒有出現(xiàn)旋渦，這是由于流體的延續(xù)性和慣性效應(yīng)掩蓋了電磁力旋渦的結(jié)果。2024/1/514用心鑄造世界圖9程度旋轉(zhuǎn)攪拌的電磁力旋渦4.1.3在結(jié)晶器內(nèi)鋼水?dāng)嚢枇鲃拥南磧粜Ч偾逑捶墙饘賷A雜物圖10顯示結(jié)晶器內(nèi)鋼水?dāng)嚢枇鲃拥南磧糇饔枚硅T坯凈化的過程：●由行波磁場驅(qū)動的鋼水的攪拌流動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?！癖磺逑闯龅姆墙饘賷A雜物向中心集中，彼此碰撞而聚集并向彎月面上浮?！裆细〉綇澰旅娴姆墙饘賷A雜物被融熔維護(hù)渣捕獲，從而從板坯中去除。②結(jié)晶器中鋼水溫度均勻化和坯殼均勻化由于鋼水流動也可使結(jié)晶器內(nèi)溫度分布均勻，減少初期凝固殼厚度的偏向，從而使初生坯殼的變形因部分凝固遲后而減輕，起到防止鑄坯縱向裂紋的作用。2024/1/515用心鑄造世界4.2.1MEMS的冶金機(jī)理圖11闡明了彎月面處電磁攪拌的冶金機(jī)理，及其對板坯質(zhì)量的影響和本錢優(yōu)勢之間的關(guān)系。4.2MEMS的冶金機(jī)理和效果4.2.2MEMS對鑄坯質(zhì)量的影響

4.2.2.1提高外表和皮下清潔度

(1)MEMS對不同澆鑄期鑄坯外表干凈度的影響

圖12是有和無MEMS時(shí)不同澆鑄期的鑄坯外表干凈度。

(2)凝固前沿平均流速對鑄坯皮下干凈度的影響

圖13凝固前沿鋼水流速對皮下干凈度的影響MEMS的目的之一是借助添加凝固前沿附近的流速來控制皮下干凈度，為使這種控制最正確化，需求了解必要的流速和外表干凈度之間的關(guān)系。由圖13可見，凝固前沿的鋼水流速添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維護(hù)渣。圖12MEMS對不同澆鑄期鑄坯外表干凈度的影響圖14表示有和無MEMS的板坯內(nèi)部夾雜物數(shù)量的直方圖。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，這是由于鋼水流動引起球形夾雜物的結(jié)團(tuán)和聚合比氧化鋁簇更容易些。由于球形夾雜物是夾雜物的本質(zhì)部分，因此夾雜物數(shù)量總體上明顯減少。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)部干凈度的影響圖15表示兩個(gè)不同拉速下，MEMS鑄坯外表層中針孔缺陷的影響。由圖可見，運(yùn)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)較低程度。2024/1/519〔4〕MEMS對鑄坯氣泡減少的效果用心鑄造世界圖15在不同拉速下，MEMS對針孔分布的影響近幾年來，連鑄技術(shù)的研討闡明，初期凝固在很大程度上影響鑄坯質(zhì)量特別是外表質(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：250mm×1120～2500mm，拉速：0.7m/min，在有和無MEMS的坯殼厚度隨離彎月面間隔的變化。2024/1/5204.2.2.2借助MEMS控制初期凝固

用心鑄造世界圖16MEMS對坯殼生長的影響圖17MEMS控制初期凝固鋼種：準(zhǔn)沸騰鋼：板坯尺寸：250mm×1120～2100mm：0.7m/min由于彎月面周圍的鋼水流動容易停滯，容易導(dǎo)致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。運(yùn)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。2024/1/521用心鑄造世界圖18MEMS對鑄坯縱裂的影響4.2.2.3減少鑄坯外表縱裂4.2.3MEMS對廢質(zhì)量量的影響4.2.3.1MEMS對汽車外殼用超低碳鋼廢質(zhì)量量的影響圖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外表缺陷出現(xiàn)率減少了70%。2024/1/522用心鑄造世界4.2.3.2MEMS對消費(fèi)厚板和管線的高級鋼的影響消費(fèi)厚板和管線的高級鋼，由于采用MEMS，控制了初期凝固，使在鑄坯外表縱向裂紋大大地減少，從而使其廢品報(bào)廢指數(shù)大大降低，見圖21。5、板坯連鑄電磁制動技術(shù)5.1電磁制動的電磁力特征在板坯結(jié)晶器兩個(gè)寬面上，外加一對恒定磁場，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，就在鋼水中感生感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流與當(dāng)?shù)卮艌鱿嗷プ饔卯a(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，從而制動了流股，使其減速，這就是制動效應(yīng)。5.2電磁制動安裝的構(gòu)造特征

電磁制安裝的根本特征綜合如表2。

表2三類電磁制動安裝的根本特征裝置類型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2024/1/526用心鑄造世界圖23EMBr的流場形貌圖24LMF的流動形貌圖25FCMold的流場特征2024/1/527用心鑄造世界LMF受安裝位置的影響較大，假設(shè)磁場位置與SEN的間隔較遠(yuǎn)或SEN吐出角度稍不適宜，就會影響制動效果。在LMF運(yùn)用中，有個(gè)最正確磁場強(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3～7之間時(shí)，鑄坯中非金屬夾雜物最少，如圖26所示。5.4運(yùn)用LMF時(shí)的優(yōu)化條件圖26運(yùn)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2024/1/5285.5電磁制動的冶金機(jī)理和冶金效果用心鑄造世界5.5.1EMBR的冶金機(jī)理EMBR的冶金機(jī)理和冶金效果綜述于表3表3EMBR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(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·減少降級和廢品·提高生產(chǎn)率2024/1/529用心鑄造世界5.5.2EMBR的冶金效果5.5.2.1促進(jìn)坯殼均勻生長過熱的鋼水流股對窄面的沖擊消逝，消除了窄面的初生坯殼的重熔，使坯殼生長均勻，因此漏鋼和角裂的危險(xiǎn)大大減少。EMBr對窄面坯殼生長的影響見圖27。2024/1/530用心鑄造世界向上反轉(zhuǎn)流動的減速，彎月面下的程度流速和湍流大大降低。實(shí)際闡明，無論哪種類型電磁制動都可使彎月面下的程度流速降低一半，從而也穩(wěn)定了彎月面，見圖28。因此，彎月面下程度流速的降低和彎月面的穩(wěn)定是電磁制動的主要效果之一。圖29表示EMBr對不同鋼種的彎月面程度動搖的影響。由圖可見，EMBr穩(wěn)定彎月效果，對包晶鋼比IF鋼更顯著些。圖29在LMF作用下彎月面程度動搖圖案5.5.5.2降低彎月面下的程度流速和穩(wěn)定彎月面2024/1/5315.5.2.3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下沿窄面向下流動的速度分布，由圖可見，在EMBr作用下向下流動速度大大降低，使流股侵入深度由4m減小到2mm見圖31；FCMold使侵入深度由6m減小到3.5m；LMF使浸入深度由6~8m減小到4~6m。圖30在EMBr作用下沿窄面的向下流速分布圖31EMBr對流股侵入深度的影響板坯尺寸：220mm×850～1550mm：拉速1.0～2.02024/1/532用心鑄造世界5.5.2.4對彎月面下鋼水溫度的影響(1)圖32表示EMBr對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)強(qiáng)度對鋼水外表溫度的影響，鋼水溫度是在1/4板寬、彎月面下約30mm處丈量的。由圖可見，鋼水外表溫度隨磁感應(yīng)強(qiáng)度幾乎成線性添加，約上升5℃。圖32LMF對板寬方向彎月面下鋼水溫度的影響板坯寬度：1540mm：拉速：1m/min，SEN:-200；孔口：38cm2LMF:全幅一段圖33FCMold對鋼水外表溫度的影響板坯寬度：1250mm；澆鑄量：4.5t/min2024/1/533用心鑄造世界5.5.2.5對程度流速的影響圖34表示不同拉速下EMBr對彎月面下的程度流速的影響。圖35表示FCMold對彎月面下程度流速和穩(wěn)定彎月面的影響。圖34EMBr對彎月面下程度流速的影響圖35FCMold對彎月面下程度流速的影響板坯尺寸：260mm×800～1900mm，澆鑄量：3.5～5.0t/min2024/1/534用心鑄造世界值到指出的是，彎月面下的流速要堅(jiān)持某一程度，流速太慢導(dǎo)致向彎月面?zhèn)鳠釡p少，因此添加了初期凝固的凝固鉤長度，產(chǎn)生外表缺陷，見圖36和圖37。流速太快導(dǎo)致結(jié)晶器維護(hù)渣的卷吸。由此可見，在彎月面下堅(jiān)持適當(dāng)流速，使鑄坯外表和內(nèi)部質(zhì)量堅(jiān)持最好。如下圖，彎月面下的最正確流速為10～20cm/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：970～1570mm；拉速：1.0～2.2m/min;澆注量：2.2～3.8t/min；SEN：7.5～35o2024/1/535用心鑄造世界5.5.2.6減少板坯外表缺陷由于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，從而減少了板坯外表的氣泡，見圖38。2024/1/536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，這也是電磁制動的重要效果之一。2024/1/537用心鑄造世界5.6提高廢品的質(zhì)量5.6.1對廢品外表質(zhì)量的影響圖40表示在有和無FCMold時(shí)汽車用超低碳鋼卷板的外表缺陷指數(shù)與拉速的關(guān)系。由圖可見，當(dāng)拉速＜1.7m/min時(shí)，兩者外表缺陷指數(shù)只相差一半左右；而當(dāng)拉速＞1.7m/min時(shí)，無FCMold的外表缺陷發(fā)生率急劇上升，與運(yùn)用FCMold相比，外表缺陷指數(shù)上升5倍以上。這個(gè)結(jié)果闡明，由于FCMold的上段磁場的作用，降低了彎月面下的流速和湍流，減小彎月面的動搖，使維護(hù)渣卷吸明顯減少。2024/1/538用心鑄造世界5.6.2對廢品內(nèi)部質(zhì)量的影響

圖41表示FCMold對制罐用馬口鐵薄板內(nèi)部缺陷的影響。由圖可見，當(dāng)運(yùn)用FCMold時(shí)，其內(nèi)部缺陷明顯減少。這個(gè)結(jié)果闡明，由于FCMold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，從而使廢質(zhì)量量明顯提高。據(jù)報(bào)導(dǎo)，對于寬板坯和高通鋼量，在EMBR的最正確運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，冷軋產(chǎn)品的不合格率減少33%；對板寬大于1400mm，不合格率那么更低。2024/1/539用心鑄造世界6、板坯連鑄結(jié)晶器多方式電磁攪拌技術(shù)〔MM-EMS：MultMode-EMS〕結(jié)晶器多方式電磁攪拌技術(shù)是在同一臺連鑄機(jī)上運(yùn)用同一套電磁攪拌器組成不同的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，即EMLA、EMLS、EMRS，統(tǒng)稱MM-EMS。6.1開發(fā)背景①眾所周知，當(dāng)今連鑄機(jī)已不是消費(fèi)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。②連鑄實(shí)際闡明，在連鑄過程中的根本要求是提供高干凈的鋼水，從而防止來自夾雜物呵斥的板坯外表和內(nèi)部缺陷。③連鑄實(shí)際還闡明，控制彎月面附近鋼水流動或是彎月面的波高是改良鑄坯外表和內(nèi)部質(zhì)量的重要要素。392024/1/540用心鑄造世界圖42表示冷軋鋼卷外表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，外表缺陷指數(shù)都變大。由上所述，要使鑄坯進(jìn)而產(chǎn)質(zhì)量量缺陷盡能夠少，必需根據(jù)澆鑄參數(shù)的變化將結(jié)晶器內(nèi)的鋼水流動，特別是彎月面附近的流動控制在一個(gè)恰當(dāng)范圍內(nèi)，實(shí)際闡明，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)質(zhì)量量最好。為此開發(fā)了結(jié)晶器多方式電磁攪拌技術(shù)。圖42板坯外表缺陷與彎月面波高的關(guān)系2024/1/541用心鑄造世界6.2任務(wù)原理和技術(shù)特點(diǎn)6.2.1任務(wù)原理其安裝的構(gòu)成是：在板坯兩個(gè)寬面上分別布置兩對行波磁場攪拌器，其寬度與結(jié)晶器寬度一樣，見圖7。圖7板坯結(jié)晶器多方式電磁控流技術(shù)412024/1/542用心鑄造世界6.2.2技術(shù)特征結(jié)晶器多方式電磁攪拌技術(shù)的特征是，根據(jù)不同的澆鑄條件，經(jīng)過選擇和調(diào)理加于從SEN吐出的流股上的程度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。●在高澆鑄速度時(shí)，目的是制動流股，降低彎月面附近的流動速度，以防止彎月面的不穩(wěn)定或動搖；●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速度，使過熱鋼水將熱量傳給彎月面；同時(shí)也提高對凝固前沿的清洗作用。●在澆鑄開場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)理鋼水的流動。由此可見，在不同澆鑄條件下，可以借助結(jié)晶器多方式電磁攪拌安裝，使結(jié)晶器內(nèi)的流動特別是彎月面附近的流動控制在一個(gè)最正確范圍內(nèi)，從而使鑄坯外表和皮下夾雜物含量大大減少。2024/1/543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)的任務(wù)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：●基于恒定磁場的結(jié)晶器電磁制動技術(shù)〔EMBR〕只能對從SEN吐出的流股產(chǎn)生制動作用，制動力的大小大體上與流股的速度成正比，對速度為零的鋼水不起作用；更不能使鋼水加速?！窕谛胁ù艌龅某Ｒ?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，產(chǎn)生方向相反的電磁力，從而使鋼水產(chǎn)生程度旋轉(zhuǎn)攪拌，普通說來，它只起了使鋼水加速的作用，而不能制動鋼水?！駥τ诮Y(jié)晶器多方式電磁攪拌技術(shù)〔MM-EMS〕，不僅可以產(chǎn)生制動力，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適宜的攪拌和制動方式，這就使系統(tǒng)操作極其靈敏。432024/1/544用心鑄造世界6.3MM-EMS的冶金機(jī)理與冶金效果6.3.1MM-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4MM-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(zhǔn)沸騰鋼中CO基氣孔·減少包晶鋼中縱向裂紋2024/1/545用心鑄造世界6.3.1.2各種鋼水流動的冶金問題和MM-EMS的對策表5綜述了各種鋼水流動產(chǎn)生的冶金問題和MM-EMS的對策。表5各種鋼水流動產(chǎn)生的冶金問題和MM-EMS的對策相關(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(qiáng)的彎月面流速過強(qiáng)的結(jié)晶器液面波動在窄面附近的保護(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(hù)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452024/1/546用心鑄造世界不對稱/不平衡流動結(jié)晶器液面波動不均勻熔融保護(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各種鋼水流動產(chǎn)生的冶金問題和MM-EMS的對策〔續(xù))2024/1/547用心鑄造世界6.3.2MM-EMS的冶金功能6.3..2.1EMLS/EMLA在鋼水外表流速的影響

圖43表示EMLS/EMLA對鋼水流速的影響。由圖可見，在高拉速條件下，鋼水外表流速隨EMLS的電流強(qiáng)度的添加而減小，而在低拉速條件下，鋼水外表流速隨EMLA的電流強(qiáng)度添加而添加。這些結(jié)果闡明，正確地控制EMLS/EMLA就有能夠?qū)Σ煌瑵茶T工藝建立同一的鋼水外表速度。472024/1/548用心鑄造世界6.3.2.2MM-EMS對彎月面動搖的影響

圖44表示在MM-EMS方式下的彎月面形貌即在結(jié)晶器中鋼水流動形貌和鋼水流速。由圖可見，由于在MM-EMS方式下，彎月面脈動約減小50%，使得彎月面形貌變得更平穩(wěn)。2024/1/549用心鑄造世界6.3.2.3EMLA對彎月面溫度的影響圖45表示在EMLA方式下所測得的彎月面溫度隨時(shí)間的變化。在EMLA方式下，由于從SEN吐出的流股被加速，導(dǎo)致沿窄面上升的反轉(zhuǎn)流動增大，過熱鋼水不斷向彎月面?zhèn)鳠幔瑥亩箯澰旅娓浇臏囟壬摺?024/1/550用心鑄造世界6.4MM-EMS在板坯質(zhì)量上的影響6.4.1EMLA/EMLS對板坯外表質(zhì)量的影響圖46表示EMLA/EMLS對板坯外表質(zhì)量的影響。由圖可見，在低速連鑄時(shí)，運(yùn)用EMLA方式，而在高速連鑄時(shí)運(yùn)用MELS方式，使板坯外表渣斑密度明顯減少。2024/1/551用心鑄造世界6.4.2EMLS對板坯內(nèi)部質(zhì)量的影響圖47表示在EMLS方式下，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＞25的大型夾雜物數(shù)量減少40%；EMLS的電流強(qiáng)度有個(gè)最正確值，超越最正確值〔此處為400A